[摘要]廣播數字化是廣播電視數字化的一個(gè)重要組成部分，代表了未來(lái)廣播的發(fā)展方向，數字音頻廣播技術(shù)則是廣播數字化的技術(shù)基礎。然而迄今為止，在世界范圍內各種數字音頻廣播制式、標準都不能稱(chēng)得上特別成功。本文回顧了多年來(lái)國內外對廣播數字化的研究和探索歷程，對我國廣播數字化的發(fā)展提出了自己的思考和建議。
[關(guān)鍵字]廣播數字化 數字音頻廣播 DAB  DRM  HD Radio  CDR 

    1.廣播數字化的需求與動(dòng)力
    自上世紀開(kāi)始，人類(lèi)已經(jīng)進(jìn)入了技術(shù)突飛猛進(jìn)的信息時(shí)代，技術(shù)的進(jìn)步也深刻地改變了人們的生活方式。而相比已進(jìn)入4G階段的移動(dòng)通信、進(jìn)入3D/4K甚至8K時(shí)代的數字電視，廣播仍停留在幾十年不變的模擬調頻/調幅廣播階段，這已經(jīng)遠遠落后于同類(lèi)技術(shù)的發(fā)展演變進(jìn)程。
    與此同時(shí)，廣大聽(tīng)眾獲得信息的渠道也越來(lái)越多樣化，傳統廣播方式也逐漸難以滿(mǎn)足聽(tīng)眾日益增長(cháng)的需求。這主要體現在形式、數量和質(zhì)量等幾方面。現有調頻廣播只能在發(fā)射機有限的覆蓋內提供立體聲廣播節目，調幅廣播只能提供單聲道廣播節目，同時(shí)由于受到頻率資源的限制，每個(gè)城市能提供的廣播節目數量都是有限的，加上當前大中城市無(wú)線(xiàn)傳輸環(huán)境越來(lái)越惡劣，調頻調幅廣播所受的干擾越來(lái)越嚴重，部分地區的聲音質(zhì)量難以保證。與現在迅猛發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)/移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)廣播、下載音樂(lè )相比，聲音質(zhì)量、便利性等方面都有較大的差距。傳統的廣播形式如果不進(jìn)行突破，則很有可能在未來(lái)的十幾年內逐漸被邊緣化甚至消亡，而廣播數字化是廣播行業(yè)實(shí)現突破的必由之路。
    廣播數字化的技術(shù)基礎是數字音頻廣播技術(shù)。數字音頻廣播是以數字技術(shù)為基礎，采用先進(jìn)的音頻編碼、壓縮、信道編碼以及數字調制、傳輸技術(shù)，對廣播節目的采集、制作、傳輸過(guò)程進(jìn)行全面數字化處理的廣播系統。從傳輸方式上來(lái)看，符合此定義的數字音頻廣播技術(shù)可以分為衛星廣播、地面廣播和其他方式。衛星廣播是指以“地球站上傳—衛星下行廣播”的傳輸鏈路給用戶(hù)提供數字聲音廣播節目的方式；地面廣播則指通過(guò)地面發(fā)射臺站發(fā)射進(jìn)行覆蓋的方式；其他方式則指的是通過(guò)其他系統伴隨傳輸的方式，如數字電視伴音、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)廣播等等。
    自上世紀80年代開(kāi)始，國際上陸續出現了數字衛星廣播、Eureka-147 DAB[1]、DRM [2](數字調幅廣播)、HD
Radio[3]等多種標準或技術(shù)方案，這些技術(shù)方案采用的具體技術(shù)均不盡相同，但其共同點(diǎn)是都采用了數字編碼、調制傳輸技術(shù)，將音頻業(yè)務(wù)作為一種特殊的數據業(yè)務(wù)進(jìn)行傳輸，可以支持多種多樣的增值數據業(yè)務(wù)，并可以有效的提高頻譜利用效率，可以通過(guò)單頻組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現大面積的有效覆蓋，這使廣播運營(yíng)商實(shí)現業(yè)務(wù)形式上的突破成為了可能。
    2.國內外對廣播數字化技術(shù)的探索歷程
    衛星數字音頻廣播主要有歐洲的DSR（Digit Satellite Radio）系統、ADR（ASTRA Digital Radio）系統、世廣（WorldSpace）衛星廣播系統[4]和美國的XM Sirius Satellite Radio[5]等。這些系統都是采用人造衛星進(jìn)行大面積覆蓋，為其有效覆蓋區域提供數字音頻廣播節目，其優(yōu)勢是能夠通過(guò)衛星可以實(shí)現大面積有效覆蓋，提供的數字廣播節目數量多，質(zhì)量好。但其缺點(diǎn)是發(fā)射衛星成本較高，在大城市等建筑物密集地區覆蓋效果較差，需通過(guò)地面補點(diǎn)等方式進(jìn)行補充覆蓋。前面提到的四個(gè)系統中目前只有世廣衛星和XM Sirius Satellite Radio仍在運營(yíng)，但世廣衛星公司的兩顆在軌衛星“亞洲之星”和“非洲之星”壽命均已到期或即將到期，XM Sirius Satellite Radio在美國的運營(yíng)情況也不甚理想。
    國際上應用較多的地面數字音頻廣播系統主要有Eureka-147 DAB、DRM和HD Radio三種。
    Eureka-147 DAB（以下簡(jiǎn)稱(chēng)DAB）得名于1986年的歐共體Eureka-147計劃，上世紀80年代末開(kāi)始在歐洲的德國、英國等地開(kāi)展試驗并推廣。DAB系統在廣播電視系統中最先引入了正交頻分復用（OFDM）技術(shù)，與傳統模擬調幅和調頻廣播系統相比，它在頻譜利用效率、移動(dòng)接收覆蓋、大面積單頻組網(wǎng)等方面有了極大的突破，結合其使用的MUSICAM信源編碼和卷積編碼信道保護技術(shù)，典型應用場(chǎng)景下它可以在1.712MHz帶寬中傳輸1.152Mbps的系統凈荷，傳輸6套以上高質(zhì)量（192-256Kbps/每套）數字音頻廣播節目。
    DAB系統實(shí)際上給廣播運營(yíng)商提供了一個(gè)穩定可靠的數據傳輸通道，除了聲音業(yè)務(wù)之外，還可以提供包括文字、圖片甚至實(shí)時(shí)視頻業(yè)務(wù)在內的數據業(yè)務(wù)，如本世紀初產(chǎn)生的基于該系統的T-DMB手機電視系統等。在引入了更高效的信源編碼算法HE AAC以后，DAB+在一個(gè)頻點(diǎn)可支持的業(yè)務(wù)數量增加到30多套以上[6]。
    相比之下，DAB系統應該是推廣最成功的數字音頻廣播系統，經(jīng)過(guò)近20年的市場(chǎng)開(kāi)拓，目前該系統已在歐洲、亞洲、大洋洲等30多個(gè)國家和地區得到了較廣泛地應用，其中英國、德國、瑞士、挪威等國的信號率均已達到了98%以上。接收機價(jià)格也穩步下降，市場(chǎng)占有率逐步提高，挪威已正式宣布將于2017年關(guān)閉模擬調頻廣播，全面轉向DAB系統。
    我國從上世紀80年代就開(kāi)始對DAB進(jìn)行跟蹤研究，相繼在廣東、北京、上海等地分別建設了先導網(wǎng)，并在開(kāi)始數字音頻廣播業(yè)務(wù)的試運營(yíng)。2006年，國家廣播電影電視總局將其發(fā)布為我國行業(yè)標準[7]，北京人民廣播電臺在其試驗網(wǎng)基礎上還開(kāi)始了推送廣播業(yè)務(wù)試驗。
    然而，DAB系統的一個(gè)先天的劣勢是需要使用III波段（我國為167MHz到223MHz）和L波段（1452MHz到1492MHz）。在我國III波段均被規劃為模擬電視使用，很難協(xié)調出一個(gè)全國范圍內的覆蓋網(wǎng)絡(luò )，無(wú)法形成全國性的市場(chǎng)，接收機價(jià)格也尚未達到我國普通消費者能接受的水平，故該系統在我國應用前景仍不樂(lè )觀(guān)。
    數字調幅廣播（DRM）系統是繼DAB系統之后的又一個(gè)數字音頻廣播系統，它采用了與DAB相近的卷積編碼和OFDM調制技術(shù)，只是在信源編碼算法和調制方式上有所變化。DRM系統最先是為30MHz以下的中短波調幅廣播數字化提出的解決方案，后來(lái)又擴展到調頻頻段和III波段的下半段（DRM+）。在30MHz以下，其帶寬設置沿用現有調幅廣播頻道設置，以9/10KHz為基本單位，支持半帶寬（4.5/5KHz）和雙帶寬（18/20KHz），系統傳輸容量最大可達72Kbps；DRM+的系統帶寬則擴展到了100KHz，系統傳輸容量最高可達180Kbps以上。
    數字化的DRM系統可以傳輸多套接近調頻立體聲節目質(zhì)量的數字廣播節目（DRM+系統可以接近CD音質(zhì)）。同時(shí)由于頻段傳輸特性的優(yōu)勢，具有覆蓋范圍廣、傳輸距離遠等優(yōu)點(diǎn)。
    目前，全球（主要是歐洲廣播運營(yíng)商）多個(gè)廣播電臺全時(shí)段或定期播出DRM廣播節目，但由于缺乏有效的商業(yè)運營(yíng)模式和低成本接收機解決方案，尚未形成規模化市場(chǎng)，接收機價(jià)格也居高不下，因此尚未進(jìn)入大規模商用階段。
    HD Radio系統是由美國iBiquity數字公司主導的，針對調頻廣播和中波調幅廣播數字化改造的解決方案，其最突出的特點(diǎn)是“帶內同頻”（In Band On Channel）技術(shù)，即在現有調頻廣播頻道之間的保護間隔內，如距調頻頻道中心頻率（130-200）KHz，共140KHz的頻率范圍內，增加低功率（占同頻調頻功率1%-10%）的數字廣播信號，傳輸2到3套新增的數字廣播節目，而不影響現有的調頻/調幅廣播[8]。
    HD Radio系統可以在不改變現有頻率規劃和頻道設置的條件下，利用頻道之間的保護間隔開(kāi)展新型數字廣播業(yè)務(wù)，待數字接收機市場(chǎng)培育到一定程度之后再轉向全面數字化。這是其與DAB、DRM/DRM+等純數字廣播系統相比最大的優(yōu)勢所在。
    2002年10月，美國FCC（聯(lián)邦通訊委員會(huì )）將HD Radio確定為美國地面數字廣播標準。目前已在美國境內的多個(gè)城市進(jìn)行試播，試播臺站超過(guò)2200多個(gè)。國內研究機構從上世紀末開(kāi)始對其跟蹤研究，2007-2009年間在國內進(jìn)行了系統地實(shí)驗室測試和多次外場(chǎng)測試。
    HD Radio系統另一突出特點(diǎn)是其獨特的專(zhuān)利授權方式。系統所有核心專(zhuān)利均由iBiquity公司持有，并有部分技術(shù)屬其私有技術(shù)，根據其專(zhuān)利政策，使用該技術(shù)的廣播運營(yíng)商、發(fā)射機制造商、接收機芯片及接收機生產(chǎn)廠(chǎng)家均需得到iBiquity公司的授權并向其繳納專(zhuān)利費用。這也成為HD Radio系統在國內推廣的最大障礙。
    以廣播科學(xué)研究院為代表的國內科研機構對這些標準開(kāi)展了近三十年的研究和試驗，積累了豐富的理論和實(shí)踐經(jīng)驗，在對其進(jìn)行充分的跟蹤研究、試驗測試之后，可以發(fā)現這些國外標準均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，與我國的實(shí)際應用場(chǎng)景都有一定的差距，更重要的是，這些標準均建立在大量的專(zhuān)利技術(shù)，甚至是私有技術(shù)基礎之上，背后可能存在巨大的政治和經(jīng)濟風(fēng)險，不利于我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
    因此在國家廣播電影電視總局的統一指導下，廣播科學(xué)研究院牽頭承擔了我國自有知識產(chǎn)權的數字音頻廣播技術(shù)（CDR）體系研究，研究工作還受到了國家科技部支撐計劃專(zhuān)項支持，目前調頻頻段數字音頻廣播信道和復用標準已經(jīng)發(fā)布[9-10]，在北京、廣州和深圳等地已經(jīng)開(kāi)始了先導網(wǎng)建設和充分的試驗測試。
    CDR系統借鑒了HD Radio、DRM等標準的優(yōu)點(diǎn)，設計了更為靈活的頻譜配置結構，以100KHz（一個(gè)子帶）為基本單位，支持數模同播模式和兩個(gè)子帶以上的多子帶捆綁模式，可以滿(mǎn)足從數模同播到純數字播出過(guò)渡過(guò)程中各種實(shí)際播出場(chǎng)景的需要，并能保證接收機在整個(gè)過(guò)渡過(guò)程中使用統一的調諧規則。針對不同的應用場(chǎng)景，系統設計了三種傳輸模式，通過(guò)采用更先進(jìn)的LDPC編碼算法，系統的頻譜利用效率最高可達3.5bit/s/Hz。CDR系統的另一個(gè)主要特點(diǎn)是集成了我國自主知識產(chǎn)權的音頻信源編碼算法（DRA），構成了從信源到信道完整自主知識產(chǎn)權的技術(shù)體系，有利于促進(jìn)我國民族產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
    3．關(guān)于我國廣播數字化道路的思考
    在解決了技術(shù)基礎問(wèn)題之后，如何借鑒國外數字音頻廣播產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗和教訓，避免其他系統推廣時(shí)走過(guò)的彎路，促進(jìn)我國數字音頻廣播產(chǎn)業(yè)的快速健康發(fā)展，則成為當前的主要問(wèn)題。
    結合前述國外標準的推廣過(guò)程，我國廣播數字化應注意以下幾方面問(wèn)題：
    一． 解決好接收機的價(jià)格瓶頸問(wèn)題
    作為一項新興技術(shù)，數字音頻廣播接收機的價(jià)格勢必會(huì )經(jīng)歷一個(gè)從高到低的過(guò)程，考慮到前期的研發(fā)成本和較小的市場(chǎng)規模，初期的接收機價(jià)格與當前成熟的調頻接收機相比勢必高出不少，在沒(méi)有價(jià)格優(yōu)勢的情況下，僅靠廣播運營(yíng)商和終端廠(chǎng)家的努力，一般很難在短期內快速打開(kāi)市場(chǎng)；而如果沒(méi)有大的市場(chǎng)規模和預期，終端廠(chǎng)家也不會(huì )貿然投入大規模的技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)成本，接收機價(jià)格又很難較快下降。這就很容易陷入一個(gè)“先有雞還是先有蛋”的怪圈，這是困擾所有數字音頻廣播技術(shù)發(fā)展的共性問(wèn)題。
    要解決這個(gè)問(wèn)題，作者認為只能采用“政府主導，企業(yè)配合”的方式，政府主管部門(mén)制定明確的產(chǎn)業(yè)政策和市場(chǎng)推廣規劃，從頻率資源、產(chǎn)業(yè)政策方面支持各地廣播運營(yíng)商使用數模同播的方式先行建網(wǎng)，出臺統一的示范網(wǎng)和接收機技術(shù)要求，構建全國范圍內的規模化市場(chǎng)，給接收終端企業(yè)以充分的信心的同時(shí)，適當調整對市場(chǎng)推廣前期接收機價(jià)格的心理預期，通過(guò)資源整合的方式消化數字化轉換的成本，才可能在短期內突破這一瓶頸。
    二． 采用“數進(jìn)模退，頻率置換”的方式，逐步完成調頻頻段頻率資源整合
    當前我國調頻頻段頻率資源已經(jīng)相當緊張，在市場(chǎng)潛在越大的地區尋找新的空閑頻率的難度也越大。如在人口、汽車(chē)保有量較多的北京、上海、廣州等地，在保持現有頻率規劃完全不變的情況下，很難在調頻頻段內找出一個(gè)空閑的頻道進(jìn)行純數字模式播出。這種情況下，如果只采取“數模同播、逐步過(guò)渡”的方式，則只能依據現有調頻廣播頻率規劃情況，在調頻廣播信號的兩邊增加數字頻譜。這雖然是一種暫時(shí)解決頻率資源緊張問(wèn)題的方法，但這種過(guò)渡方式由于有模擬信號的存在，仍不易組建大范圍的單頻網(wǎng)，不利于廣播運營(yíng)商實(shí)現跨區域單頻覆蓋。
    針對這種情況，作者建議可以考慮通過(guò)主管部門(mén)協(xié)調、運營(yíng)商頻率置換的方式，在一個(gè)城市或地區先設法協(xié)調出一個(gè)純數字播出頻道（200-400KHz），建設一個(gè)純數字模式播出的區域性單頻示范網(wǎng)，這個(gè)使用數字技術(shù)的覆蓋網(wǎng)絡(luò )可以同時(shí)傳輸多套數字廣播節目，在運營(yíng)一段時(shí)間，具有一定用戶(hù)規模之后，逐步將與其相同節目?jì)热莸哪M調頻關(guān)閉，這樣可以騰出多個(gè)調頻廣播頻點(diǎn)。如果持續采用這種方法進(jìn)行頻率置換，則可以逐步完成調頻頻段頻率資源的整合，有效地推動(dòng)廣播數字化進(jìn)程。
    三． 利用數字廣播平臺開(kāi)拓新業(yè)務(wù)形式
    如前所述，數字化技術(shù)只解決了技術(shù)基礎，而另一個(gè)關(guān)鍵突破則是運營(yíng)模式。從手機電視、其他國外數字廣播標準的市場(chǎng)推廣過(guò)程來(lái)看，數字化之后如果仍是原有單一廣播模式，則很難建立起維持良性發(fā)展的運營(yíng)模式，難以持久。因為僅靠節目聲音質(zhì)量的提高很難吸引用戶(hù)花費較高的價(jià)格購買(mǎi)數字廣播接收機，所以必須充分利用數字廣播平臺的優(yōu)勢，積極開(kāi)拓數字廣播新業(yè)務(wù)形式，才有可能與日益強大的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)音視頻業(yè)務(wù)形成有效競爭。
    相比之下，廣播本身具有不限用戶(hù)數量、低成本大面積覆蓋、用戶(hù)免費接收等特點(diǎn)，數字化之后更成為一個(gè)快速的數字信息發(fā)布渠道，在系統容量范圍內可以支持任何新型數據業(yè)務(wù)，如文本、圖像、視頻等等，因此廣播數字化能否成功的另一個(gè)關(guān)鍵則是能否充分利用廣播技術(shù)的先天優(yōu)勢，在此全新的技術(shù)平臺上構建能夠吸引用戶(hù)的新型廣播業(yè)務(wù)。這需要廣播運營(yíng)商和接收機生產(chǎn)廠(chǎng)家充分發(fā)揮自己各自的優(yōu)勢，借鑒智能手機和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的成功經(jīng)驗，采用“技術(shù)、終端、業(yè)務(wù)、應用相互促進(jìn)”的發(fā)展模式，解放思想，才能實(shí)現較大的突破。
    四． 積極嘗試與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)融合的雙向廣播業(yè)務(wù)
    如前所述，廣播系統面臨互聯(lián)網(wǎng)/移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)廣播的嚴峻挑戰，但未嘗不可以實(shí)現合作與共贏(yíng)，因為兩者相比，互有優(yōu)劣。數字化之后，數字廣播系統實(shí)際上已成為一個(gè)快速、低成本的數字信息發(fā)布渠道，用戶(hù)可以免費接收，而互聯(lián)網(wǎng)廣播的個(gè)性化傳輸勢必帶來(lái)較高的流量費用和網(wǎng)內冗余信息的增長(cháng)，無(wú)論接入速度有多快，對用戶(hù)而言，必須為下載的每一個(gè)比特支付費用，對于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)運營(yíng)商而言，在現有模式下，必須持續投入，不斷進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )擴容以保證用戶(hù)的良好接收體驗，而實(shí)際效果則是其收益和投入很難實(shí)現相應的增長(cháng)。
    因此廣播運營(yíng)商可以考慮與互聯(lián)網(wǎng)運營(yíng)商合作，實(shí)現優(yōu)勢互補。如合作開(kāi)發(fā)具備上網(wǎng)功能的數字廣播智能終端，動(dòng)態(tài)統計互聯(lián)網(wǎng)中用戶(hù)需求量較大的共性?xún)热荩_(kāi)辟一個(gè)專(zhuān)門(mén)的頻道或一定的信道帶寬，針對智能終端用戶(hù)進(jìn)行推送，即將絕大部分用戶(hù)每天所需的內容直接免費推送到用戶(hù)端，只有個(gè)性化比較強才通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行下載。這樣用戶(hù)可以降低自己的流量費用，廣播運營(yíng)商則增加了回傳通道，互聯(lián)網(wǎng)運營(yíng)商則降低了流量壓力，形成多方共贏(yíng)的業(yè)務(wù)模式。
    4．小結
    本文簡(jiǎn)要回顧了國內外在廣播數字化方面的探索歷程，介紹了我國自主知識產(chǎn)權的調頻頻段數字音頻廣播系統的主要特點(diǎn)，并對我國廣播數字化提出了自己的思考和建議。如前所述，當前廣播產(chǎn)業(yè)面臨著(zhù)其他傳播途徑越來(lái)越嚴峻的挑戰，因此廣播運營(yíng)商應沉著(zhù)應對，充分利用數字化帶來(lái)的優(yōu)勢求新求變，爭取主動(dòng)。
    近年來(lái)國內外廣播數字化的發(fā)展表明，盡管存在各種各樣的困難，但數字化的潮流已經(jīng)不可逆轉，經(jīng)過(guò)多年的努力，歐洲部分國家已經(jīng)逐漸突破接收機價(jià)格瓶頸，明確提出了關(guān)閉模擬調頻廣播，全面轉向數字廣播的時(shí)間表。我國也應借鑒其經(jīng)驗教訓，抓住機遇，政府、運營(yíng)商、企業(yè)協(xié)同努力，爭取在較短時(shí)間內取得我國廣播數字化進(jìn)程的較大突破。

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