数字广播的工作过程及其特点

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数字广播与模拟广播相比,具有噪音少、失真小和频响宽等明显优点,是广播技术的发展方向。

数字广播的工作过程是:由声波变成的电信号通过模数转换器,转换成数字信号;数字信号经过编码处理后,由发射机进行调制并发射出去。接收机接收到信号后,分别对信号进行解调、译码处理,再经数模转换器转换成模拟信号,最后由电声元件将模拟信号转成声音。上述过程见图1所示。

在数字广播的模数转换中有两个需要考虑的因素;采样速度和精度。所谓采样速度指的是以多快的速度对模拟信号进行采样。所谓精度指的是转换后以多少位数字量来表示模拟信号的电压。

广播信号中含有丰富的频率及幅度等分量,要保证完美地重现原信号,需要取合适的采样速度和精度。

为了确定采样速度,请先看下面的采样定理。

采样定理:若f(t)为一个频率带宽受限的低通信号,其最高频率为fm,则该信号可以用分布在均匀间隔上的采样值来表示,但采样间隔必须不超过1/(2fm),即 Ts≤1/(2fm),式中Ts为采样周期。

语音信号的最高频率在4kHz左右,而音乐信号的最高频率在12kHz以上。如果以10kHz为最高频率来确定采样周期,那么经A/D、D/A转换后,再恢复到原来的声音,就会发现音乐的高音已经不动听了。一般广播的最高频率在15~16kHz,所以把16kHz作为广播的最高频率。如果我们将16kHz作为最高频率,根据采样定理,Ts≤1/(2fm)≤1/(32kHz)≤0.03ms。

关于精度,假如音频信号最高电压为5V,用精度为8位的模数转换器转换。要测量音频信号的交流电压范围为-5V~+10V,那么8位A/D转换器每一位所测电压的精度约为0.04V。在实际应用中8位精度是不够的,用8位A/D转换器来转换音乐信号,恢复原音乐信号后会产生卡壳声。要保证音乐信号动听,一般来说用精度为14位的A/D转换器为宜。为了使接收机与发射机同步工作,使接收机能识别每一组信号码的高、低位及开始信号,必须对A/D转换后的数字信号进行编码,在数字信号中插入同步码、位识别码及一些其它常用的控制信号。图2是对数字信号做最简单编码的编码排列图。从图2中可以看出,数据的传输速率必须达到973kbit/s,才能使接收机还原出满意的声音。但在实际应用中,在广播波段将973kbit/s的数据调制出去是非常困难的。

为了在广播波段将数字信号有效地发射出去,必须降低传输波特率,减少单位时间内的数据传输量。实际上,在数据码中采样速率不能变,同步码不能少,唯一可改变的是每次采样的数据的位数。国外常见的办法有地址压缩法和折线压缩法。用这些方法可将数据压缩在10位到11位左右,压缩后每秒所需传送的数据为700kbit左右的双通道信息,它能在高频及甚高频段作为数字广播电视伴音播出。国外有的广播电台所播出的数字广播信号不但能传送立体声音乐,还能传送计算机程序,如游戏程序、学习程序等。其方法是,在帧同步码后插入一组控制码。接收机根据控制码的不同,判断出所传送的信号是立体声信号还是两通道程序、语言信号。

数字广播目前还有许多不足,如它的数据传送波特率仍嫌太高,给发射和接收带来一些困难,造成传输误码率较高。虽然如此,我们仍旧相信,数字广播一定会日臻完善,成为新一代广播方式。(姜志军)