HD无线电的数据与音频处理技术

“是在接收设备存在之前广播公司就制作内容，还是在提供广播内容之前接收设备就存在？”，这个类似于传统的“鸡与蛋”的问题对于美国的地面数字广播来说并不存在。美国的卫星广播以及英国的数字音频广播(DAB)这两个系统的经验证明只有数字广播电台能提供内容，并且这些内容得到有效地宣传，才可能出现一个特定的市场。如果没有建立易于得到的内容基础，消费者是不会在数字广播设备上进行投入的，即使产品价格可接受而且产品很吸引人。这些观念可以应用在HD无线电广播方面，有助于提高用户的接受度并加快盈利，其中一些观念是从DAB部署中得来的。

HD无线电技术

模拟广播使用调频(FM)或者调幅(AM)，这两种调制方法都是将信号调制到载波的某些特性：FM是对正弦载波的频率调制，而AM是对幅度进行调制。在射频发射后，承载信息的信号被接收、解调，并从发送信号中提取。当前AM和FM的波段分别在540~1,700kHz和88~108MHz之间。这些波段包含各种语音和音乐格式。不过，除了无线广播数据系统(RBDS)和其它小受众的数据副载波业务的有限使用之外，这两个频段都没有用于数据广播。

HD无线技术不需要新的频谱，因为它可利用现有的AM和FM频段。在HD无线广播业内，存在混合与全数字两种形式。混合模式是在两个邻近边频带上传输数字信号，在两个频带之间播送模拟信号。全数字模式消除了模拟信道，采用全数字传输。与FM和AM信号获取相比，在接收这种信号时涉及到大量的数字信号处理。对于数字边频带，去除邻近的模拟信道是必需的(图1)，更复杂的调制方案涉及到正交频分复用(OFDM)。

除了去隔行处理和误码校正，数字码流还必须采用iBiquity公司的HD编解码器(HDC)。同时，如前所述还须并行处理模拟信号。最后，数字化的模拟音频和数字音频(来自HDC)混合在一起产生期望的HD无线音频(见图2)。

除了这些信号处理问题，模拟无线电和HD无线电系统之间的一个主要区别就是数据发送。上面提到的类似的数字技术(sans HDC)可以用来提供一种包含各种信息的数字信号。所传输信息的类型以及对广播电台以及无线电设备制造商的影响对于这个市场将来能否获得成功都很关键。

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图1：混合与全数字干扰

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图2：HD无线电FM接收器原理框图

HD无线电技术的数据与音频处理概念

最初，在全球范围内快速采用数字音频的概念背后是质量。通过采用先进的编解码技术，数字无线电能在AM和FM频段上实现CD或更高质量的音频。不过，随着越来越多的广播公司更专注于无线广播的内容，这种观念正在淡化。

HD无线电技术的一个主要创新是在传统用于AM/FM地面无线电广播的系统频段内可以提供更多的内容。通过使用我们今天称为辅助音频业务的技术，广播公司可以提供两个内容频道(可能更多)，而以前只能提供一个频道。这是通过将音频频段细分成不同信道，类似于DAB的复用环境。成倍增加内容而不增加广播成本是HD无线电技术的关键驱动力。广播公司可以增加听众规模以及相关的收入，同时为消费者提供更多选择。

计划使用HD无线电技术的广播设备制造商和接收设备制造商可以向DAB学习，从一开始就是使用数据功能。有几种可以实现的应用可使消费者接受HD无线电。例如，与节目有关的数据，诸如歌曲名或广播格式，需要成为HD无线电接收器的基本数据特性。因此，接收设备将需要LCD，而且这个LCD至少能支持滚动功能，这样消费者就能看到发送信道的全部信息。对于广播公司来说，定期更新可采用电子节目指南(EPG)的形式表现。这种功能在DAB产品中已经出现，并实现了标准化。

当与存储功能相匹配时，例如接收设备具有一个一体化硬盘(HDD)，EPG机制可能实现的另外一种创新是支持时移内容。对于最简单的层次而言，消费者可以暂停一个节目而去接听电话；此时，接收器将这个节目的内容记录在存储器中，以便用户在接听电话之后继续收听节目。

更先进的接收器能使用户对其进行编程，以便在用户不方便收看节目时自动记录，用户可以在之后再回放。具有跟踪每个歌曲列表功能的EPG可使用户对接收器进行编程来扫描某个特定歌曲的广播频道，并在发现这首歌曲的时候将其保存起来。注意，节目缓存和时移播放需要接收器能对内容进行编码。接收器不是存储本来的信号，而是通过声学建模将信号转换成一种更高效的格式，例如MP3，以便更高效地利用存储容量。

除了时移音频和EPG外，交通信息也可以通过HD无线电发送来传输。美国国内的地面无线电的一个主要特点就是地方化，能适应社区的特定要求。中等规模从城市到主要的大城市都需要交通信息。与支持GPS功能的导航系统结合，通过HD无线电广播发送交通信息会非常有用，能使司机遇到交通事故时可以快速绕道。这方面的数据可以通过几种方式快速更新。HD无线电数据发送可以实现这个要求，尽管还需要创建应用层。

移动电视应用

BT LiveTime展示了另外一个采用边带信道为用户提供竞争性内容的创新性应用，该公司是英国电信与UBC Media公司的合资企业。除了多个音频频道外，BT LiveTime还通过DAB数据信道提供新闻摘要和视频业务。对于显示功能有限的设备，例如汽车娱乐系统接收单元中常见的双线LCD，新闻摘要业务能使这些接收器在不中断音频传送的同时在显示屏上滚动头条新闻。

更具吸引力的是使用数据信道播送视频，实现移动电视应用。例如，移动电话用户将可以在移动状态下收听和收看电视节目。与节目无关的数据涉及到对显示成本以及对所需存储空间的仔细考量。正确应用这些数据并且关注本地内容，对于HD无线电技术的快速采用有很大影响。接收设备制造商也需要考虑安全性以及对标准化数据格式的有效显示方法。广播公司在认识到这种技术带来的额外收入的同时，还应*估该发送什么信息，以及如何使内容更精简。

针对HD无线电接收器的灵活平台

数字无线电最具创新以及最令人激动的业务，例如数字边带所支持的补充音频业务和其他新的数据业务，目前才刚开始进入研究阶段。

由于在数据应用的采用与实现上存在不可避免的差异性，因而必须选择灵活的无线电平台。此外，无线电设备制造商希望自己的HD无线电技术实现方式与竞争者不同，通过利用他们自己的IP增加产品价值。那些只能处理HD无线解调和解码的固定HD无线电接收器对于接收设备制造商来说是不利的，不能利用到HD无线电数据和音频内容带来的好处。其结果是，广播业者可能不能发送不同形式的HD无线电数据和内容，从而导致消费者不愿意采用HD无线电技术。此外还有不能实现特色化的产品，例如上面谈到的具有录音和时移播放功能的产品。

考虑接收器产品的外形尺寸和目标市场也很重要。一种可编程架构为开发者提供一个快速推出不同产品系列的基础，例如从汽车音响主机、家庭立体声音响设备到手持设备，同时利用现有的软件和硬件投资。

HD无线电技术是一种令人激动的新兴技术，具有超越当前模拟无线电的独特数字信号处理需求。基本的音频信号解调和解码所增加的复杂性与解决数据广播及额外的音频内容的需求相结合。DAB和卫星为HD无线电市场如何有效将数据与音频融合以及广播公司如何能有效推广技术提供了一个范例。除了内容和推广，HD无线电市场的成功还在于不仅需要选择能处理HD无线电信号的正确平台，而且这个平台还需要足够灵活以便利用数据和音频特性的优势。