数字音频技术10章

数字音频技术第10章数字声音广播

第10章数字声音广播§10.1概述§10.2数字音频广播10.2.1DAB/DMB系统的构成10.2.2DAB/DMB系统技术参数10.2.3DAB/DMB的覆盖方式10.2.4DAB/DMB数据广播10.2.5DAB/DMB接收机原理简述§10.3数字调幅(AM)广播系统10.3.1调幅广播的发展历史和现状10.3.2DRM的诞生10.3.3基于DRM标准的数字AM广播系统10.3.4DRM系统的技术特点§10.4网络广播10.4.1网络广播的特点10.4.2网络广播技术10.4.3流媒体技术原理10.4.4网络广播软件系统§10.5小结§10.6习题§10.1概述声音广播的发展：第一代：20世纪20年代诞生的中、短波调幅(AmplitudeModulation．AM)广播第二代：20世纪40年代开始的调频立体声广播第三代：20世纪90年代的数字声音广播调幅（AM）广播特点：优点：技术不断完善，接收机简单、廉价，适合于固定和便携式接收。缺点：由于调幅方式本身的特点及工作波段的传播特性，调幅广播的质量无法得到较大的提高。中、短波模拟调幅广播的主要缺点：双边带调幅，频谱利用率低、发射功率大、业务单一，并且音质差，只能作单声道广播。可传输的音频带宽小于4.5kHz(而人耳的可听声域在20kHz)。概述——调频(FM)广播特点：优点：为固定接收而开发，声音广播质量高缺点：1）其模拟的传输时对于多径干扰缺乏抵抗力。在运动的汽车中接收，特别是在密集的建筑群和山区中接收时，信号会受到很强的损害和干扰。2）FM频段电台多，频带过密地被占用，固定接收时质量受到损害。模拟方式的调频广播质量已经没有进一步根本改善的可能性。→数字方式概述——数字声音广播20世纪90年代，随着数字技术的发展，声音广播技术也开始由模拟方式向数字方式过渡，出现了：数字音频广播(DigitalAudioBroadcasting，DAB)、数字调幅广播(DRM(DigitalRadioMondiale，DRM)等1）最先推出的是欧洲的尤里卡147-DAB(Eureka147-DAB)系统。它成为国际电信联盟(ITU)认可的地面数字音频广播系统。DAB系统工作频段为30MHz～3GHz，既适合于固定接收，也适合于便携式接收和移动接收，能提供CD质量的音频信号和大量数据业务，也可以采用地面、电缆及卫星进行覆盖.2）2002年3月国际电工委员会(IEC)通过了系统规范，国际上不少广播机构的部分发射台，已经从2003年6月16日开始，将DRM系统正式投入广播运行，这标志着30MHz以下广播新时代的开始。数字调幅广播可以继续保持模拟调幅广播的优点，但同时又具有数字广播特有的优势。概述——数字声音广播特点数字声音广播——是将模拟声音信号转换成数字信号进行处理和传输的广播方式。特点：1）由于数字系统可以采用纠错编码技术，因此可以消除传输过程中的噪声和干扰的积累，从而保证了传输的可靠性；2）数字系统可采用数据压缩技术，因此大大提高了频谱利用率；3）数字传输系统还是一种多媒体广播系统，它既可以用来传送声音广播节目，也可以传送数据业务、静止或活动图像等。4）数字信号本身便于存储、交换、处理，还便于和计算机连接。概述——数字声音广播发展发展方向：声音广播的数字化正朝着DAB/DMB(数字多媒体广播)、DRM、卫星数字声音广播以及网上广播的多元化方向发展。其技术特征表现为：从模拟向数字转变；从单机制作到数字音频制播网络转变；从较单调的声音广播向包含数据广播、多媒体广播、交互式服务等的综合形态过渡。

§

10.2数字音频广播（DAB）数字音频广播发展的原因：1）数字技术的应用，使声音的拾取、记录、传输和播放质量得到提高。2）听惯了CD音乐的人们对音频广播的质量提出了更高的要求。3）在有限频段内被分配的广播发射频率越来越多，各播出频率间所需的保护闻隔越来越难以保证，频率资源日渐缺乏。4）由于现代化交通工具的日益普及，人们的生活节奏越来越快．旅途中的移动群体越来越大，这对移动接收提出了更高的要求。数字音频广播（DAB）的发展国际发展：DAB的研究始于20世纪80年代末期，并作为重点项目列入欧洲尤里卡147(Eureka147)计划。尤里卡147计划第一阶段为期4年(1988～1991)，主要完成了系统定义。第二阶段(1992.1～1993年底)主要通过广泛的闭路和开路测试，证实了MUSICAM／COFDM制式在移动接收条件下的性能，并于1993年完成DAB的系统规范。1993～1994年期间，德、法、英等国先后建立先导网。1995年7月，CEPT召开欧洲地面DAB广播频率规划会议，决定了欧洲各国开办DAB广播的使用频谱。之后，欧洲其他一些国家的DAB广播迅速发展起来。目前，世界许多国家都已开展数字音频广播实验和业务。我国发展：与欧共体合作，于1996年底在广东佛山、中山和广州建起了中国第一个DAB先导网进行试验广播，北京、天津、廊坊地区的DAB单频网(SFN)也已于2000年6月28日开通进行试验。10.2.1DAB/DMB系统的构成DAB／DMB系统发射系统接收系统由信源编码器、信道编码器、多路复用器、OFDM调制器以及射频放大器等部分组成由高频调谐器、OFDM解调器、解复用器、信道解码器、解扰器、音频解码器、数据业务解码器等部分组成数字多媒体广播(DigitalMultimediaBroadcasting，DMB)系统是从DAB系统演化而来的，除了传输声音节目外，还能同时传输数据业务和图像业务，其应用前景更加广阔。DMB与DAB的系统构成和关键技术是一致的，所以．本节将它们合起来称作DAB／DMB系统。DAB/DMB发射和接收系统原理框图a)发射系统原理框图b)接收系统原理框图DAB/DMB发射原理——音频信源编码音频信源编码采用MUSICAM算法，即MPEG-1音频编码标准的第二层。它将输入的声音信号分割成32个子频带(每个子频带750Hz)，利用各频段功率的不均匀性及人耳的听觉特性，对各子频带独立地进行编码，去除声音信号中的冗余和不相关部分来实现数据压缩。它可把传送一套立体声节目所需的数据率由2×768kbit／s降低到2×96kbit／s，人们听不出数据率压缩后的节目与原版节目的差别，达到CD质量水平。虽然音频压缩编码的方法有多种，但MUSICAM编码方法在主观质量、数码率、时延和复杂性等方面，提供了最佳的折衷，是最适合DAB使用的信源编码方法。DAB/DMB发射原理——信道编码经压缩后的音频数据经信道编码后送到多路复用器与数据业务一起复用。信道编码采用码率兼容的删余卷积编码，根据数据的重要性不同，以及应用条件不同，实施不同的差错保护。为了能够纠正传输过程中可能出现的突发性的比特差错，DAB采取了双重的预防措施，即“时间交织”和“频率交织”技术；目的是使本来相邻的信息单元在时域和频域都尽可能远地分开来传送，使误码分散，将突发性差错变成随机性差错。接收端经过“去交织”恢复信息的本来顺序，同时把可能出现的“成串差错”拆开为相距较远的单个比特差错，容易予以纠正。DAB/DMB发射原理——多路复用复用信号以包的形式进行正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)基带调制在其中还加入快速信息通道(FastInformationChannel，FIC)符号、同步信号等。FIC符号主要传输控制信息和解码信息，接收机在对其进行计值之后，才可以对真正的有用数据进行解码。DAB/DMB发射原理——OFDM在OFDM传输方法中，为了防止具有较大时延差的多径传播信号在接收机中叠加时产生符号间干扰，人为地将符号持续期延长一个被称为“保护间隔”的时间长度。经过这样处理后，只要到达接收机天线的多径信号之间的时延差不超过保护间隔，那么所有的多径信号(包括直达的、绕射的或由同步网中其他发射台来的)都会增强接收信号，对总的接收信号作出有益的贡献。由于OFDM是多载波宽带系统，虽然不能排除在特定的条件和环境下也会出现个别载波或相邻若干个载波的衰落，但它们仅携带很少的信息，出现传输差错完全能够纠正，所以出现宽带衰落的可能性很小，除非在很长的隧道或山谷，电波完全被遮挡。DAB/DMB发射原理——I/Q正交调制器OFDM基带调制后送到I/Q正交调制器首先从数字基带信号中分离I和Q分量，然后分别对I、Q基带信号进行D／A转换，再由低通滤波器滤除无用的高次谐波等干扰信号，得到纯净的模拟I、Q基带信号，此时的模拟信号已是经QPSK调制的多载波基带信号，该I、Q模拟基带信号再分别对中频的本振(10MHz参考源)及其移相90º的正交信号进行调制，并进行混合即可得到所需的中频已调制信号，形成带宽为1.536MHz的DAB频率块，再进入发射机进行载波调制和功率放大，然后通过天线发射出去。在一个DAB频率块上，通常可同时传送6套CD质量的立体声节目和其他数据业务。DAB/DMB发射和接收系统原理框图a)发射系统原理框图b)接收系统原理框图DAB/DMB系统的构成——接收系统部分接收系统部分则是发射系统部分的逆过程。接收机的高频调谐器首先调谐从天线进入的射频信号并进行A／D转换，得到数字信号；数字信号经过I／Q解调器，得到两路正交的信号；该信号通过信道同步和信道均衡后，送入OFDM基带解调器进行基带解调；通过解复用器将音频信号送入信道解码器(维特比解码器)解码；经信道解码的比特流，被送至解扰器(或称解能量扩散器)，使在发射端实施的能量扩散或加扰重新予以恢复；接着进行MUSICAM信源解码，最后经D／A转换还原成模拟音频。而从解复用器出来的数据业务，则送入数据业务电路处理，完成数据业务的解码与显示部分。10.2.2DAB/DMB系统技术参数DAB属于30MHz以上的广播，工作于VHF、UHF和L波段、S波段。欧洲DAB标准(ETS300401)确定了4种不同的传输模式，使系统可以应用于3GHz以下一个很大的频段范围。这4种不同的传输模式，分别应用于不同的工作频率，其主要参数见表10-1。表10-1DAB的传输模式和工作频段DAB/DMB系统技术参数(续)1．带宽的选择尤里卡147-DAB项目，最初为COFDM信号选用的带宽是7MHz和3.5MHz，但出于频率规划的目的，带宽在1～2.5MHz较合适。如果带宽过宽，可以提高传输特性，但不能充分利用频带；带宽不能太窄，太窄会使性能下降太快，最后决定选用1.536MHz的带宽。2．载波间隔和载波总数COFDM使用了大量的副载波，这些副载波有相同的频率间隔，当COFDM带宽确定为1.536MHz时，不同模式的载波间隔分别为1kHz、4kHz、8kHz和2kHz。而载波总数受带宽和载波间隔的限制。载波总数KT=带宽/载波间隔(10-1)DAB/DMB系统技术参数(续)3．有效符号持续期Tu、保护间隔Tg、符号持续期Ts在矩形脉冲的情况下，每个副载波的符号持续期等于最小副载波间隔的倒数。有效符号持续期Tu=1/载波间隔(10-2)对于多径造成的码间干扰，DAB采用保护间隔来解决，通常保护间隔Tg约为有效符号持续期的1／4。具体选择见表.符号持续期Ts=Tu+Tg(10-3)4．帧持续期当MUSICAM送到的音频码流采样频率为48kHz时，相当于1152个PCM音频采样，持续期为24ms，4种模式的帧持续期取信源编码的持续期的整数倍编码方法，每24ms产生一个数据帧。5．每个COFDM符号的比特数在4种模式中，多副载波代替了单个载波，每个载波分配2bit，则每个符号的比特数为每个符号的比特数=载波总数×2(10-4)DAB/DMB系统技术参数(续)6．最高射频频率及应用模式1的最高射频频率为375MHz．主要用于VHF频段的地面单频同步网(SFN)。允许发射机间距离最远，并且相邻电台的信号延迟时间在保护间隔范围内，台间相互干扰小，信号质量高。

模式2的最高射频频率为1.5GHz，可用于地面单个发射机的本地覆盖和1.5GHz以下的卫星／地面混合方式的广播；也可用于中、大规模的单频网，但建设费用较高，一般在发射机加入人为的时延或采用具有方向性的天线。

模式3主要为工作于3GHz的卫星广播而设计的，同时还可以作为地面补充传输以及3GHz以下的电缆传输。由于卫星系统反射时延差短，故模式3的保护间隔也短，为31us。

模式4的最高射频频率为750MHz，介于模式1和模式2之间，主要用于UHF频段的地面单频同步网。保护间隔为模式1的一半，允许发射机间距相应减短。我国根据国情，主要采用传输模式1，即工作在VHF频段。10.2.3DAB/DMB的覆盖方式DAB信号可以用不同的覆盖手段传送到用户的接收机，例如通过地面单频同步网、本地电台、卫星和有线网络。1．单频同步网(SingleFrequencyNetwork，SFN)由于COFDM传输方法具有多径能力，因此DAB系统也就具备了单频同步运行能力。为实现地面覆盖，在传统的广播中，地理位置相邻的发射台不允许使用相同或相近的频率，以避免相互干扰。如果传输方法具有多径能力，可以应付很大的多径信号的时延差，那么播出相同节目的同一个发射网中的所有发射机都可同步工作于相同的频率，构成所谓的单频网。DAB/DMB的覆盖方式（续）为保证单频同步网中所有发射机都良好同步运行，一方面应使网中所有的发射机工作频率都受控于统一的频率标准并总是保持相同，另一方面还要确保节目和数据信号在同一时刻发射，也就是说调制信号也要保持同步，每个比特在网中所有发射机必须真正一致。在这种情况下，特别在每个发射台覆盖区边缘．许多发射台的信号相互补充，因此，提高了传输可靠性。在网中，发射台之间的距离和布局在满足一定的条件下，各发射台发射的功率是相助的(通常称为网络增益)，即网中相邻发射台的“干扰信号”可看作人为的反射信号，只要发射台之间的距离所对应的电波传播时间不超过保护间隔，同步网中相邻的发射台的信号都会对接收质量的改善有建设性贡献.因此，在DAB单频同步网中，相近发射台的功率信号可实现无缝交叉覆盖，可很好地改善接收效果，使覆盖韵范围增加了，频谱利用率高了，每个发射台所需的发射功率可以大大降低，通常约1kW或几百w。DAB/DMB的覆盖方式(续)2．本地电台一个城市使用一个DAB发射机覆盖就够了。当本地电台不可能提供多达6套节目的话，可以用较少量的节目并同时提高整个信号的差错保护度(即人为提高冗余度，降低信道编码率)来占满DAB可提供的整个数据容量。这样，就可以进一步降低传输的剩余误码率，扩大发射台的作用距离，扩大覆盖面积。3．卫星DAB应用的COFDM传输方法，本来就是为可支持移动接收的直播卫星而设计的。卫星传送的优点是有相当大的覆盖区域。对于全国性节目来说，通过卫星进行全国的覆盖可能是最经济的方案，可以节约可观的无数个地面同步网建设、节目和数据馈送以及维护、运行的费用。DAB/DMB的覆盖方式(续)4．有线网络

由于DAB技术的强大能力，其信号能很好地适合于在有线网中传输，这样可以充分地利用现有的有线传输网络。最简单的方法是，将由空中接收的DAB信号直接变为有线网的工作频率传送给用户。但这种方法的缺点是频谱利用不经济。原因是在有线网络中传送不像在空中无线传送要求那样高的差错保护度，可用的容量还可以进一步提高，例如，在有线网中一个DAB频率块可以传送9套CD质量的立体声节目，同时，还有更多的容量用于传送数据业务。不论采用什么方案，在有线网络中可以与直接接收地面电台一样，使用相同的DAB接收机。10.2.4DAB/DMB数据广播DAB是面向未来的新一代音频广播系统。将传统的声音广播质量推向极点，达到CD质量；将传统的单一声音广播业务推向多媒体领域，提供诸如智能交通引导、电子报纸杂志、金融股市信息、互联网信息、城市综合信息等可视数据业务，从而为电台提供一个全新的发展空间。数字音频广播DAB系统中，以相当大的程度固定安排了声音广播业务，然而对数据业务也采取了一定的措施。对于数据业务来说，要考虑许多不同的要求，例如：归入声音节目的数据业务或独立的数据业务；宽范围的数据容量；不同复杂性的终端设备；不同的传输可靠性；最大的存取时间等。DAB/DMB数据广播(续)DAB系统的数据流可以传送到住宅、办公室、PC和其他的终端设备。附加信息可以以数据、电文和图像的形式在DAB接收机的显示器上显示，或者通过插在PC机上DAB卡接收数据业务并在PC的显示器上显示。附加数据业务的数据节目伴随数据(ProgramAssociatedData，PAD)——与声音广播有关的业务非PAD数据业务——与声音广播节目无关的数据业务

PAD含有关于正在传送的声音节目的重要信息。例如，它可以是介绍节目概况的广播电文或关于节目主持人的信息，或者听众热线电话号码。利用PAD也可以进行多种控制例如传送动态范围控制(DRC)和音乐/语言识别控制等信息DAB/DMB数据广播(续)未来的DMB的非PAD数据业务对于固定接收来说主要有：电子报纸，可根据自己的需要选择某部分内容；软件或计算机游戏分配；对所有家庭的公共信息；大型公众活动的通告。对于移动接收来说，它变成了同汽车司机或用户公共联络的工具，它可以包括：详尽的交通信息、城市停车场车场信息、旅馆床位信息、个人寻呼信息、编码的地图、图文信息、天气信息、导游信息等等。还可以传送职业性领域内的信息：丢失的信用卡禁用；交易所信息；独立于电缆网的巡回控制应用；价格信息的发布(在加油站或连锁店)；电子广告片信息馈送。10.2.5DAB/DMB接收机原理简述DAB／DMB接收机是将发射的射频信号接收下来，经变频、解调、去交织、解码还原为原声音信号和节目数据业务的设备，完成DAB／DMB发射机信号处理的逆过程。图10-2是由成都天际无线数码有限公司开发的DAB／DMB接收机的原理框图，由解码模块、嵌入式控制软件、数据业务解码器和USB等各类接口板构成。图10-2DAB／DMB接收机原理框图DAB/DMB接收机原理简述1．高频调谐器主要任务是:选择所需声音节目或数据业务的频率块，然后进行频率变换，将射频信号变为中频信号后，再经过变频变为基带信号。主要性能指标是:高灵敏度(≤85dBm)、高调谐准确度(≤0.01×10-6)、足够大的邻频道抑制能力(>40dB)、中频电平波动小等.

工作频率分别为：射频信号：VHF波段为174～230MHz，L波段为1450～1492MHz。中频信号：中心频率为38.912MHz，带宽为1.536MHz。基带信号：中心频率为2.048MHz。图10-3高频调谐器的结构为了接收L波段的信号，高频部分必须将L波段的信号变换为VHF波段的信号，接收机的本地振荡器使用锁相环路(PhaseLockedLoop，PLL)。无论是直接接收的VHF信号还是由L波段变换来的VHF信号，经选择后都送入混频器，变为中频信号(中心频率为38.912MHz、带宽为1.536MHz的频率块)。1．高频调谐器(续)通过中频选择滤波器(例如声表面波滤波器)滤波，抑制掉无用频谱成分，以确保即使在强的邻频干扰情况下也能良好接收。接着，中频信号再经频率变换和滤波，变为中心频率为2.048MHz、带宽仍为1.536MHz的基带信号，送入COFDM解调器继续处理。·VHF/L波段变换：将接收到的L波段信号变换为VHF波段信号。·PLL(L波段)：VHF/L波段变换器的本振电路。·选择：对VHF频段进行选频，输出射频信号。·PLL(VHF)：VHF混频提供本振信号。·混频器：将本振信号和射频信号差频变为中频信号。·放大与带通滤波：对中频信号进行放大、滤波，滤除无用频谱成分。·变频器与带通滤波：将中频信号进行变频变为基带信号，并滤除无用频谱成分。2．COFDM解调及信道解码COFDM解调器：1）通过正交解调从COFDM基带信号中产生出同相分量(I)和正交分量(Q)信号，2）分别经A/D转换器转换成数字形式的信号。3）获得的比特序列借助数字信号处理器(DSP)，实施快速傅里叶变换(FFT)，4）完成各个载波的4-DPSK解调，恢复出分配在各个载波上的差分编码复数比特(或双比特、比特对)数据流。信道解码包括以下步骤：(1)接收机同步接收机同步包括两个步骤：①在以FFT的形式对COFDM基带信号解调之前，接收机应借助传输帧的零符号实现对每个传输帧开始时刻的粗时间同步；②讨论经IFFT处理的接着零符号的相位基准信号的时域相关性。2．COFDM解调及信道解码(2)解复用经COFDM解调器输出的每个传输帧的比特流，送入解复用器。解复用器将同步通道(SC)分离，目的是为接收机提供解调的相位基准信号使收发同步；将快速信息通道(FIC)恢复获得控制信息和解码信息；将主业务通道(MSC)中的数据分解出各路声音信号和数据业务。(3)时间解交织和频率解交织根据时间交织电路对不同并行数据流的不同时延进行补偿，将并行数据流量新变成发端原始时间顺序的串行数据流；频率交织电路是根据不同模式在副载波之间重新安排数据，接收端按原交织顺序还原。去交织主要采用外部随机存储器来实现。COFDM解调及信道解码(续)(4)卷积解码(维特比解码)卷积码的解码方法之一是维特比解码，解码器根据接收的序列、信道统计特性和编码规则，判断它编码时通过网格图的路径，即完成卷积解码，并对传输过程中产生的误码纠错。维特比解码器首先对输入的数据流解删余，可处理8／9～8／32的编码率。与DAB定义的同等差错保护(EqualErrorProtection，EEP)和不等差错保护(UnequalErrorProtection，UEP)类型相一致的控制解删余的表，被存储在一个ROM中，借助在卷积码中包含的一定数量的保护比特，在解码时可以识别一些程度的传输差错并予以纠正。在卷积编码时加进的保护比特没有固定的位置，而是将保护比特和真正的信息比特构成一个整体，这与奇偶校验位不同。这种在数据流中加入冗余的优点是：可对不同的重要性、对干扰有不同的敏感程度的数据，实施不同程度的保护，即通过删余，使用不同的信道编码率进行编码。COFDM解调及信道解码(续)(5)解扰(解能量扩散)解扰器的作用：是对发射端进行的能量扩散或加扰进行还原的过程。在DAB发射端，能量扩散在子信道的每个比特矢量中加进一个伪随机序列，以便使“0”和“1”的分布可以接近统计的相等分布，避免长时间全为“0”或全为“1”。3．音频解码在解复用中，一旦完成FIC解码，即可进行DAB/DMB的业务选择。若选择音频业务，则音频业务数据和节目伴随数据(PAD))送入音频解码器进行音频解码(MUSICAM信源解码)，产生数字和模拟音频输出及PAD数据。4．数据业务解码器数据业务解码器可以将信道解码后码流中所需的数据业务部分解码过滤出来，送入计算机处理。该解码器与接收机解码模块结合，具有：多媒体数据业务的接收，并可实现实时处理，效率高、成本低、稳定性高等优点。解码器首先将接收到的RDI(接收机数据接口)输出信号变换成I2S信号，根据RDI标准(EN20255)找到RDI帧内FIB(FastInformationBlock，快速信息块)中有关数据包(packet)模式数据业务及其对应子通道的参数，再将找出的子通道在MSC(主业务通道)中的有用数据予以输出，而对其余无效数据予以过滤。针对不同的应用，该解码器还对MSC中的数据包作进一步处理，可以实现3种级别的输出：DAB数据包直接输出；组合成DAB数据组输出；lP数据包直接输出。解码输出的有用数据经USB等各类计算机接口，送入计算机进行各种应用处理。5．系统总控上述所有过程均由微控制器通过总线进行控制。微控制器上运行的嵌入式软件的主要功能：控制调谐器、信道解码器和音频解码器的工作及人机接口，实现DAB／DMB的解码控制和业务播放，主要包括：1)设定频率并操作调谐同步控制过程，达到DAB信号稳定接收.2)快速信息块(FIB)解码，生成节目列表(包括音频和数据业务)，显示节目标记。3)选择节目播放或从RDI接口输出。4)音频解码器音量控制。5)为RS-232接口提供应用程序接口(ApplicationProgramInterface，API)命令集功能调用。6)控制信道解码器的工作，如静音等。为便于移植到各类微控制器平台，嵌入式控制软件通常采用C语言编写，可在DOS环境下仿真调试。6．USB等各类计算机接口板USB等各类接口板主要实现：数据业务解码器的数据接收，并打包成USB或其他接口格式的数据送至计算机处理。考虑到USB接口的广泛应用，如果将该接口板和前述解码模块和数据解码器结合，在USB控制器上引出一个RS-232接口，便可开发出直接由USB接口控制整个DAB／DMB接收机的产品。综上所述，数字音频广播(DAB)就是将要传送的模拟音频信号通过A/D转换器转换成数字音频信号，然后进行编码、调制等处理，以数字技术为手段，进行传输广播。10.2.6DAB/DMB系统的特点与传统的AM／FM(调幅、调频)模拟广播相比，DAB系统具有如下主要优点：1)抗干扰性能好，适合于移动、固定或便携式接收，声音质量可达CD等级。

2)DMB系统既可以用来传送声音广播节目，又可以传送数据、图像等其他附加信息，开展新的业务。数据业务可以与声音广播节目有关，如广播电台的新闻库、素材库、主持人信息等；也可以是独立的数据业务，如股票行情、交通信息等。

3)DAB传输系统所需的发射功率小。由于数字信号传输的高可靠性及较强的抗干扰能力，接收机灵敏度高，从而使得在实现和现存FM广播相同的覆盖要求情况下，其对发射功率的要求就低得多。以目前试播的DMB技术来看，6套高质量音频节目共用1kW的功率发射，接近1套FM广播独用10kW发射的覆盖面。发射功率的降低，不仅意味着节约能源，减少电磁污染，而且还可以大幅度降低建台的费用.10.2.6DAB/DMB系统的特点4)数字广播具备加扰、加密功能。所以，DAB的普及能够使有偿节目服务成为可能。

5)DAB采用单频网(SFN)同步运行，用多点同频发射来实现大面积的覆盖。可以非常经济地利用有限的频率资源，频谱利用率高。

6)接收机操作方便、简单，抛弃了现今采用的繁琐的频率寻找，而只是在接收机输入一个“节目号数”。DAB接收机还可实现可变的动态控制，可以与现实的收听条件相适应，即无论在汽车、住室还是在室外，接收机可自动调整到最佳聆听的信号动态，使之与周围环境相适应。调幅(AM)广播用于长波、中波、短波的声音广播，国际上通称为30MHz以下的声音广播。国际发展：早在20世纪20年代，世界主要国家就开办了采用长波与中波的对国内广播。1927～1938年间，荷兰、苏联、德国、日本、法国与英国又先后开始用短波对海外殖民地或对国外进行广播。对外广播或国际广播在第二次世界大战期间发挥了其他手段无可替代的、由主办国直接向对象国或地区传递信息的重要作用。最后卷入二战的美国于1942年开办了对外广播，美国之音(VOA)现在已是全世界规模最大、实力最雄厚的对外广播电台。10.3数字调幅(AM)广播系统10.3.1调幅广播的发展历史和现状国内发展：从1940年12月31日延安新华广播电台正式播音以来，都只使用中波和短波。新中国成立后，我国建设了大量有相当规模的中波、短波发射台和转播台。截止2003年底，全国共有广播电台281座、广播节目套数1793套、发射台和转播台7万多座、发射总功率约10万kW、收音机近5亿台，广播人口覆盖率达93.56%。中国国际广播电台是我国对外广播电台，每天向全世界播音200多小时，已成为国家对外宣传的主力军。调幅广播的发展历史和现状在模拟技术条件下，调幅广播的装备已经更新了许多代，但其发射信号格式一直没有变化。由于频段容量有限而电台众多，长、中波广播电台的频段间隔限制为9KHz(指一、三区，即欧、非与亚、太；二区——美洲为10kHz)，短波广播电台频道间隔为10kHz，最大音频频带宽度均只有4.5kHz，使声音质量受到很大限制。因此，在战后的20世纪50～60年代，当世界各国推广使用超短波调频(FM)广播时，由于调频广播频带宽度增大到了15kHz，还可传送立体声，是传送高保真(Hi-Fi)音乐的优良手段，而且超短波频段宽，可以容纳更多的电台，国际上就有人认为调频广播会在一、二十年内“取代”长、中、短波调幅广播。但是，实践证明，由于长、中、短波调幅广播固有的优点，这种“取代”一直到20世纪末也没有真正发生。调幅广播的发展历史和现状优点：①能实现远距离和大范围的覆盖(电波传播条件和发射功率)，是实现地区性、全国性及国际性广播覆盖的最佳手段之一；②由于调幅广播的发展时间最久，全球标准统一，在任何地方购买的收音机在全球各地都能使用，接收机简单价廉，而且可以方便地进行室内、外的便携接收与车、船中的移动接收。中、短波波段的调幅广播的固有缺点是：①由于采用调幅方式、很容易受到干扰；②频率选择性衰落也会严重影响广播质量，尤其是短波广播；③功率大、耗能高、造成投资大、运行费用高；④仅使用9kHz(或10kHz)的带宽，不可能指望模拟方式的调幅广播有高的质量。再加上近几十年频谱的过度占用，尤其是短波，同频道、邻频道干扰严重，收听条件日趋恶化。各国对外广播机构的短波电台为拥有更多的听众，都不断加大自己的发射功率，相互干扰更为严重，致使收听条件也越来越差，听众越来越不满意调幅广播的质量。调幅广播的特点为了解决短波广播的传输质量问题，20世纪70年代末国际上曾建议共同实施单边带(SingleSideBand，SSB)技术，使工作带宽减半。借此一是缓解频谱紧缺的局面，减少相互干扰；二是可以消除频率选择性衰落、改善短波广播质量。许多广播机构先后进行了单边带(SSB)的试验发射，然而试验的结果并不理想。人们认识到：现有的发射设备的改造费用很高，而实际上可取得的接收质量的改善是相当低的。虽然ITU(国际电信联盟，过去为CCIR——国际无线电咨询委员会)做出了短波广播要在2015年改换为SSB技术的决议，然而在实际上并没有真正实施。没有能够实施SSB的另一个主要原因是没有SSB接收机或者价格昂贵。调幅广播的发展历史和现状目前，世界广播业务面临着前所未有的挑战。除了电视的普及，通信的迅猛发展特别是移动通信和互联网的迅速崛起，逐渐成为广播新的竞争对手。第三代移动通信技术已经成熟，利用手机既能听广播，又能看电视。互联网的宽带业务不断成长，从网上获取文字、声音和图像信息更加方便。模拟声音广播的传统市场受到了网络媒体的冲击，几乎所有的广播电台都开办了网上广播。在接收设备方面，新的数字媒体接收设备不断翻新，层出不穷，手机、掌上电脑等各种电子设备逐步具有多媒体功能，广播必须面对数字多媒体业务的挑战。为了克服模拟AM广播的缺点，充分利用中、短波波段实现对全球极为有效而经济的覆盖，采用数字AM技术是必由之路。调幅广播的发展历史和现状1998年以前，世界范围内曾经提出5种不同的数字AM系统，如德国电信(DeutscheTelekom)和德律风根(Telefunken)公司共同开发的T2M(Telekom／TelefunkenMulticast)系统；美国之音和喷气推进实验室(VOA/JPL)的短波数字广播系统；法国Thomcast公司的天波2000(SkyWave2000)系统等。鉴于调幅广播是世界性的广播，尤其是短波广播，必须使用统一的制式和标准，并进行世界统一的短波频率规划和分配。这样做既保障有良好的“空中”秩序，又拥有广大的听众。1994年，ITU曾要求各成员国提出数字AM系统的建议，并建议建立一个世界性的集团以评估不同的方案，最终提出统一的建议由ITU推荐各国使用，由此诞生了DRM。10.3.2DRM的诞生DRM的全称是DigitalRadioMoneliale，其中Mondiale为法文，即“世界数字广播”集团(Consortium)。DRM于1998年3月在中国广州成立。广州会议上20个最重要的与广播有关的组织签署了DRM谅解备忘录(MoU)后，1998年7月，国际电联的无线电部门(ITU-R)批准DRM为部门成员，同年国际广播会议(IBC98)期间，DRM又以集团协议取代MoU，并决定在日内瓦欧洲广播联盟下设立DRM的项目办事处，协调各方面工作。以后DRM集团成为在瑞士注册的非营利组织，它的惟一目标是“为世界广播市场带来可负担的数字声音与业务”。2001年4月ITU已通过DRM的标准建议书(ITU-RBS.1514)。2001年9月欧洲电信标准化协会(ETSI)公布了DRM第1版欧洲标准ETSlTS101980V1.1.1。2002年3月经国际电工委员会(IEC)通过。DRM系统规范正式生效。国际上不少广播机构的部分发射台，已经从2003年6月16日开始，将DRM系统正式投入广播运行，这标志着30MHz以下广播新时代的开始。DRM的诞生（续）DRM是30MHz以下数字调幅(AM)广播的标准。优点：1）DRM系统采用了高效的信源编码技术，在满足声音质量要求前提下，有效地降低了数码率。2）在保持与模拟AM广播相同的带宽(9kHz或10kHz)情况下，可达到调频(FM)单声道广播的质量。3）在频谱允许的前提下，若将射频带宽扩展为18kHz或20kHz，DRM系统可达到FM立体声广播的质量，并可传送多套节目。4）DRM系统还可以在传送音频节目的同时，传送附带的文本信息及多种数据业务。10.3.3基于DRM标准的数字AM广播系统在输出信号中包括了3种信息：主业务通道(MainServiceChannel．MSC)传送声音和数据；快速接入通道(FastAccessChannel，FAC)提供调谐时快速扫描所需的信息；业务描述通道(ServiceDescriptionChannel，SDC)提供如何解码MSC的信息以及其他通道包括模拟通道的信息。5）DRM系统不改变现有的频率规划和频谱分配，易于实现从模拟到数字的平稳过渡。6）在DRM系统中，原有发射机(PDM、PSM、DX系列、M2W等)只需增加数字调制器和作部分改动就可继续使用。基于DRM标准的数字AM广播系统图10-4基于DRM标准的数字AM广播系统发射部分主要由信源编码、多路复用、信道编码和OFDM四个模块组成。接收端，接收机首先获得信号的同步，然后经解调、信道解码、解复用与信源解码，得到音频信号与数据。下面只介绍发射部分。基于DRM标准的数字AM广播系统1信源编码DRM系统规定使用与模拟AM广播相同的频带宽度(9kHz或10kHz)；在频谱允许的前提下，最大可用带宽可扩展为18kHz或20kHz。这就限定了数字音频信号在信道上传输的数码率。因此，为了得到更好的声音信号质量，除了选择合适的信道编码和调制方法外，还必须选择合适的信源编码。国际上，MPEG迄今已经发布了MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4等信源编码标准。为了能在给定的数码率下提供最佳质量，DRM系统提供了3种不同的音频编码方案，以适应在数字AM广播中不同节目(音乐/语言)和带宽的需要。图10-5音频编码器的结构框图在压缩编码前应用了德国CodingTechnolqgies公司的谱带恢复(SpectralBandRepli-cation，SBR)专利技术。SBR：在输入编码器前将音频信号的高频分量滤除，但对被滤除的高频分量的某些信息进行编码传送，在解码端再重构恢复出高频分量。优点：1）减少了要编码的信号的绝对带宽；2）使后面的压缩编码有更高的压缩效率；3）SBR技术可与AAC和CELP编码器联台使用，是一种可选的音频编码增强方法(工具)。4）系统中的非音频数据均为预编码后的格式，如图像数据(JPEG、GIF、BMP)，可通过读取相应的数据文件获得数据。音频编码器的结构框图(1)MPEG-4AAC(高级音频编码)相对比较高质量的音频编码模式，有较强的抗差错能力。用于12kHz或24kHz采样频率、20～24kbit/s数码率的音乐节目。与谱带恢复(SBR)技术相结合，可以重建音乐信号的高频成分，这样，尽管数码率较低，但是可以达到相当好的主观质量。在数码率为48kbit／s的情况下，可以得到如同FM立体声一样的主观听觉质量。(2)MPEG-4CELP(码本激励线性预测)语音编码用于8kHz采样频率、8～10kbit／s数码率的高质量语音编码，适合于单声道中抗差错能力很强的语音广播。它也可以使用SBR技术。这种编码方法适合用于2种或3种语言节目的同时发射。如在8kbit／s的数码率下完成可接收质量的语音广播，这样在一个24kbit／s的单个频段内可以实现3种语言广播。(3)MPEG-4HVXC(谐渡矢量激励编码)语音编码用于具有最小2kbit/s的很低数码率的语音编码。例如，在多种语言(4种)的新闻节目时使用。音频编码器的结构框图(4)谱带恢复(SBR)技术SBR是一个频带扩展工具，用于展宽音频带宽，可以在给定的数码率下扩展重建音频信号的带宽，或者在给定的质量等级下改善编码的效率。在中、低数码宰范围内，SBR可以使基于感知音频编码的信号带宽扩展到15kHz。在DRM系统中，SBR可与MPEG-4AAC和MPEG-4CELP联合工作。SBR还可以改善窄带语音编码的能力，可以实现语音节目能达到10kHz的音频带宽，这可以在多种语言节目通过一部发射机同时广播的情况下使用。这可以通过使用SBR算法来重构音频信号的高频分量。在编码端的比特流复用器，一些SBR解码器重构高频分量所需要的附加信息，和编码比特流一起复用。在解码端，MPEG-4AAC或MPEG-4CELP解码器的低频输出送入SBR单元，最后和SBR解码器重构的高频分量一起，产生一个完整带宽的音频信号。音频编码器的结构框图(5)不等差错保护(UEP)和音频超帧信源编码器的输出比特流的传输格式要满足DRM系统的要求。信源编码比特流中的不同部分有不同的差错敏感度。对付这种不同差错敏感度的最佳解决方案是使用不等差错保护(UEP)。在DRM系统中，信道编码器采用两种不同等级的差错保护，对差错敏感的编码比特流采用较高等级的保护；对差错较不敏感的编码比特流采用较低等级的保护。采用不等差错保护(UEP)，可在容易出错的传输信道中改善系统的性能。为适应UEP信道编码，使用固定长度的帧是必要的，就给出的数码率而言也是恒定的。因为AAC是使用可变长度帧的编码方案，几个编码音频帧将组合起来成为一个音频超帧。一个音频超帧通常由5(12kHz采样频率时)、10(24kHz采样频率时)或20(48kHz采样频率时)个编码音频帧组合而成。在时间上总是相当于400ms。2．多路复用模块多路复用模块是为了组成DRM传输超帧。一个传输超帧由3个400ms的传输帧组成，它承载MSC、FAC和SDC三个通道的信息。(1)主业务通道(MSC)它载有DRM多路复用中所包含的所有业务的数据。多路复用可以实现1～4种业务的复用，每一种业务既可以是音频业务，也可以是数据业务。MSC中业务数据可以被分配相同或不同的保护等级，从而实现同等差错保护(EEP)和不等差错保护(UEP).MSC的总数码率是由DRM信道的带宽和传输模式决定的。(2)快速访问通道(FAC)它为接收机提供快速搜索的业务选择信息，包括业务参数信息(如复用描述、频点切换等)和信道参数信息(如频带宽度、交织深度等)。(3)业务描述通道(SDC)它给出怎样对MSC解码、怎样找到发射相同节目的替换频率的信息，以及多路复用中的业务的归属。这意味着在QAM映射中，容易出错的比特位置可得到较高的保护。不同组成的码通过来源于同一基本卷积码的截短删余而得到。通过截短删余，可以很灵活地改变信道编码效率(码率)，并得到不同等级的保护。DRM使用的交织技术，是使原本相邻的比特尽可能远地在时域和频域分散开来传送，以避免突发差错(块差错)。此外，通过能量扩散可以使能量均匀地分配到各个载波上，并避免长的零序列。图10-6信道编码模块的结构框图3．信道编码模块信道编码基于多级编码方法(MLC)，采用截短删余卷积编码多级编码的原理是，通过编码和调制的最佳结合而达到最好的传输性能.4．OFDM模块OFDM是一种多载波调制方法，它使用大量具有相等频率间隔的载波,代替通常用于传送一套节目的单个载波.OFDM具有很好的抗多径干扰能力，能够很好地满足频率/时间选择性衰落信道的要求，在无线广播与通信领域得到广泛应用。DRM传输系统也采用OFDM调制方式。表10-2列出了DRM系统的工作模式与OFDM符号参数概况，表中T—基本时间单位，Tg—符号保护间隔，Tu—符号有效期，Ts—符号总持续期，Tf—传输帧长。与在中波和短波提供使用的4.5～20kHz的信道相适配，对于不同的传输模式有与其相应的载波数量，这样，信道正好被填满。关于每个载波的调制方法，DRM使用了4、16或64QAM。表10-2DRM系统的工作模式与OFDM符号参数10.3.4DRM系统的技术特点基于DRM标准的数字AM广播具有下列优点：1)在保持相同覆盖的情况下，数字AM发射机比模拟调幅发射机的功率可降低6～9dB，降低能耗，提高了发射机效率和经济效益。2)显著提高AM波段信号传送的音质，在保持现有带宽9kHz(或10kHz)的情况下，利用音频数据压缩技术和DSP技术，可达到FM质量，如果带宽加倍，可达到CD质量。3)大大提高AM波段信号传送的可靠性，增强抗干扰能力，消除了短波的衰落。4)可以与模拟信号传送兼容。在所规定的带宽内。可以同时传送一个模拟信号和一个数字信号，便于逐步向全数字过渡。5)可以充分利用现有中、短波频谱资源。6)对现有的中、短波广播发射机可以采用数字AM广播技术进行改造，其改造费用很低。7)数字AM广播频率在30MHz以下，穿透能力和绕射能力很强，其覆盖范围大，且适合于移动接收和便携接收。8)能够提供附加业务和数据传输。§10.4网络广播因特网诞生于1969年，早期的主要应用是传送文件和电子邮件。1987年美国的《圣何塞信使报》首先上网，开创了网络媒体的新纪元。随着流媒体播放技术的发展，从20世纪90年代中期开始，以流媒体形式出现的网络音／视频广播迅速发展，视听质量有了明显提高。作为继报刊、广播、电视之后的一种新型媒体，在1998年5月举行的联合国新闻委员会年会上，网络媒体被正式冠以“第四媒体”的称号。就广播行业而言，网络广播作为一种传统媒体与网络媒体相结合的全新信息传播方式，延伸了传统广播功能，实现了全球广播，且可进行直播、点播和双向互动收听，使传统广播增加交互性。网络广播的广阔市场也吸引了全球各大广播应用经营商、内容服务提供商、技术开发商和网络运营商。10.4.1网络广播的特点网络广播（“在线广播”）——指以因特网为传播媒介提供音频和视频业务的广播。它是网络传播多媒体形态的重要体现。亦是广播媒体网上发展的重要体现。网络广播的方式：直播：适用于一些有意义的重大活动或一些需要即时报道的事件。实况信号源以恒定的速率传输数据，原始记录的时间同传输播放的时间同步进行，用户可以边下载边播放，也可以播放完节目数据不保留在用户的计算机磁盘上。点播：将节目根据内容做成一个个片段，用户根据题目选择所关心的内容。点播方式可以更合理地满足用户的要求，同时也能更好地利用带宽资源。传统广播与网络广播的异同：将广播节目的声音送上因特网是广播媒体网上运作过程中有别于文字媒体的一个重要特征，是网上媒体信息传播的一种崭新形式。网络广播的特点（续）传统广播只能在规定的频率和发射功率内进行传播，覆盖范围受到制约，信息传播模式是通过信号发射与接收(通过收音机)完成。网络广播是将传统广播与因特同传输技术相结合的新型广播技术，其最大的特点是能够利用因特网覆盖全球性网络听众。它除保留了广播媒体原有的声音特征外，还赋予它新的功能。

1)视觉化、文字化。广播节目在因特网上与听众的沟通首先是通过视觉完成的。广播节目文字化，使网上用户不仅可以听广播，也可以浏览视频节目。这种听觉与视觉的结合，进一步拉近了电台与听众的距离，也缩小了声音媒体与文字媒体的差异。

2)扩展了听众的选择空间。广播听众历来是一种被动性较强的听众群体，往往要按照准确的时间来进行。网络广播不受播出时间和播出顺序的限制，可以反复点播节目，选择范围非常广泛。听众首先通过文字来了解广播节目的内容和节目形式，然后再根据自己的需要和兴趣来选择要看或要听的内容。这在很大程度上改变了过去电台播出什么，听众收听什么的状况，而形成了想听什么、看什么，就选听什么、选看什么的局面。网络广播的特点（续）3)广播数据库的资源共享。无论是模拟还是数字化广播系统，广播信息的数据库都是建在电台内部。电台与电台、电台与其他媒体、电台与听众间，难以做到资源共享。一些在网上运作比较好的电台，目前已建起了规模不等的广播信息数据库，有的电台已将数据库的建立纳入发展计划。广播数据库的建立，不仅使媒体间的资源共享成为可能。也大大方便了听众。如一些精品栏目库，使听众可以十分便利地点播到数天以前，甚至数月前的精彩节目。并可能将一些感兴趣的内容保存在电脑中作为资料备份。4)交互功能。网络广播的交互性使听众不再处于被动位置，听众不仅是网络广播信息的接受者，还可通过键盘、鼠标乃至话筒输入信息，也可通过E-mail将自己的意见、看法、评论，发送到电台指定的邮箱，或者在网上论坛上发帖子，成为信息的制造者和传播者。“互动”改变了听众以往的“被动”，这样不仅网络广播与听众产生互动关系，听众之间也产生了互动，他们通过聊天室、论坛或者电子邮件方式跟喜爱的节目主持人交流，也可以给电台节目出谋划策，使用户与传播者之间更密切、更快捷地沟通10.4.2网络广播技术1．系统描述网络广播是以因特网为传播媒介，提供音频和视频业务。因特网上的广播电视节目作为一个音频或视频数据类型嵌套在Web服务器的页面上供用户点击接收，用户使用浏览器或下载专用接收插件就可以收到音／视频节目。网络广播系统由服务器系统和客户端播放器构成。服务器端(内容服务部分)，①通过实时音／视频捕获卡将来自摄像机、话筒或普通CD唱机的音／视频信号转换威数字信号；②利用相应的制作软件(内容制作部分)将视音频信号压缩编码成实时的广播数据流．并以文件的形式存放在服务器上；③服务器随时监听来自客户端的请求，并根据请求将相应内容提供给用户。客户端，①用户使用普通的多媒体PC机，通过拨号或者专线入网，②安装客户端播放器软件(内容播放部分)，③通过Web浏览方式，查询并点播系统提供的音频、视频应用服务。2．网络广播的播放方式——下载播放

目前主要有下载播放和流式播放两种方式。(1)下载播放下载播放实际上是一种非实时传输的播放方式。它需要先把连续图像或声音预先采集并压缩成为数据文件，存放在网络服务器的磁盘上。用户对服务器发出下载请求，通过互联网，服务器将该文件下载到用户的计算机磁盘上，待下载完成之后就可以在本地的计算机上播放了。优点：1）播放与网络的传输速率无关。由于下载时并不播放，所以下载速率并不要求与播放速率一致。2）下载播放允许分段多次续传下载(需要下载服务器和客户端下载程序支持断点续传)。3）由于下载之后的视频、音频文件保存在本地的计算机磁盘上，因此下载后可以反复播放。缺点：1）必须等待文件完全下载之后才能播放，除了需要长时阃等待之外(例如，一段30s的片段，可能需要下载20min)。2）要求用户端有较大的存储容量。3）由于这种方式只能使用预先存储的文件，所以不能满足实况直播的要求。网络广播的播放方式——流式播放

(2)流式播放流是连续传输的数据，典型的流有音频流和视频流。流媒体是指采用流式(streaming)传输的方式在Internet播放的媒体格式，而流式传输方式则是将整个视频/音频(A／V)等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包，由流媒体服务器向用户计算机连续、实时传送。流式播放技术采用边下载边播放的方式，用户不必像采用下载方式那样等到整个文件全部下载完毕，而是只需经过几秒或几十秒的启动延时即可在用户的计算机上利用解压设备(硬件或软件)对压缩的A/V等流媒体文件解压后进行播放和观看。此时，流媒体文件的剩余部分将在后台继续下载，而播放过的数据也不保留在用户的计算机磁盘上。与单纯的下载方式相比，流式播放不仅使启动延时大幅度地缩短，而且对系统缓存容量的需求也大大降低。当然，流式文件也支持在播放前完全下载到硬盘。优点：即时播放，可以实现直播和多播。缺点：当网络的传输速率低于流媒体的播放速事或网络拥塞时，会造成播放的声音、图像时断时续，严重时甚至停顿。10.4.3流媒体技术原理1.流式传输中的缓存2.流媒体传输协议(1)实时传输协议(RTP)与实时传输控制协议(RTCP)(2)实流协议时(RTSP)(3)资源预留协议(RSVP)3.流式传输的过程4.智能流技术5.流媒体的传输方式-单播、广播、组播6.流媒体技术的发展(1)压缩/编码技术(2)服务质量(QoS)控制技术(3)媒体同步技术(4)数字版权管理技术流媒体技术原理—1.流式传输中的缓存1．流式传输中的缓存流式传输的实现需要缓存。因为1）Internet是以包(packet)传输为基础进行断续的异步传输，对一个实时视、音频文件，在传输中它们要被拆分为许多数据包，由于网络是动态变化的，各个数据包选择的传输路由可能不尽相同，所以到达客户端的时间延迟也就不等。如果直接播放这种数据流，会引起视/音频的延迟和抖动。为此，采用缓存系统来解决这个问题。这有点类似高层住宅的供水系统。在楼顶有一个蓄水池，用来防止水压不够时，用户出现断水的情况。2）采用的缓存技术除了储存，还有数据重整的功能，还要保证数据包顺序的正确、完整，从而使媒体数据能连续输出，而不会因为网络的暂时拥塞使播放出现断续、停顿。流媒体技术原理—1.流式传输中的缓存通常高速缓存所需的容量并不大，因为高速缓存使用环形链表结构来存储数据，它可以丢弃已经播放的内容，重新利用空出的高速缓存空间来缓存后续尚未播放的内容。缓存的设置：缓存大小的设置直接影响视频播放的质量，如果缓存过大，那么在最开始时用户需要等待的时间增长；如果缓存过小，那么当网络时延或抖动较大时，播放端就会出现暂停的现象。所以在设置缓存大小时要根据实际网络状态动态调整，如果当前网络状态较好，缓存可以适当小些；反之，则要设置相对较大的缓存区。流媒体技术原理——2.传输协议2．流媒体传输协议万维网(WWW)技术是以超文本传输协议(HTTP)为基础的，而HTTP又建立在传输控制协议(TCP)基础之上。TCP／IP网络通信协议是一种既成事实的工业标准，流媒体传输应能在各种网络结构中运行，也必须采用TCP/IP协议。但TCP／IP协议原本是为数据传输而设计的，可以保证传输的可靠性，却不能保证数据在特定时间内到达目的地。而流媒体传输的一个重要特征是对时间的敏感性，因此必须确保数据的实时性和同步性。国际电信联盟(ITU)和因特网工程任务组(IETF)设计了一个实时传输协议(RTP)来解决数据传输的实时性。RTP一般运行在不可靠的协议层上。如用户数据报协议(UDP)每个经过RTP传输的数据包中有时间信息和一个相关的序列号，这些信息使应用程序组合音频和视频信息时变得相对容易.因此．目前在流式传输的实现方案中，一般采用HTTP／TCP来传输控制信息，而用RTP／UDP来传输实时音视频数据。万维网(WorldWideWeb，WWW)超文本传输协议(HypertextTransferProtocol，HTTP)传输控制协议(TransmissionControlProtocol，TCP)国际电信联盟(InternationalTelecommunicationUnion，ITU)因特网工程任务组(InternetEngineeringTaskForce，IETF)实时传输协议(Real-TimeTransportProtocol，RTP)用户数据报协议(UserData-gramProtocol，UDP)流媒体技术原理——实时传输协议(RTP)(1)实时传输协议(RTP)与实时传输控制协议(RTCP)实时传输协议(RTP)是用于Internet上针对多媒体数据流的一种传输协议，负责传送带有实时信息的数据包。RTP被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作，其目的是提供时间信息和实现流同步。RTP通常使用UDP来传送数据，它是建立在UDP之上，但由于RTP协议不对下层协议做何指定，所以它也可以在TCP或ATM等其他协议之上工作。当应用程序开始一个RTP会话时将使用两个端口：一个给RTP负责数据流的传递，另一个给实时传输控制协议(Real-TimeTransportControlProtocol，RTCP)控制流的传递。RTP本身并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠RTCP提供这些服务。通常RTP算法并不作为一个独立的网络层来实现，而是作为应用程序代码的一部分。流媒体技术原理——实时传输控制协议(RTCP)RTCP是一个控制协议，它和RTP一起工作，提供流量控制和拥塞控制服务，主要负责管理传输质量，同时管理在当前应用进程间交换的控制信息，为正确传输数据包提供可靠的传送机制。在RTP会话期间，各参与者周期性地传送RTCP包。RTCP包是一个控制包，其中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料。因此，服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变传输顺序。RTP和RTCP配合使用，它们能以最小的开销使传输效率最优化，因而特别适合传送网上的实时数据。流媒体技术原理——实时流协议(RTSP)(2)实时实流协议(RTSP)实时流协议(Real-TimeStreamingProtocol，RTSP)是由RealNetworks和Netscape共同提出的，该协议定义了应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据，即对服务器上的视/音频流进行播放、暂停、快进等控制。RTSP协议是应用层协议，在体系结构上位于RTP协议和RTCP协议之上，在传送机制上是使用TCP协议或RTP协议完成数据传输。RTSP在功能上与HTTP有重叠，与HTTP的相互作用体现在与流内容的初始连接是通过Web页面进行的。不同之处是：HTTP传送的是超文本标记语言(HyperTextMarkupLanguage，HTML)，并且它是不对称协议，是单向的，用户发出请求，服务器作出响应；而RTSP传送的是多媒体数据，在使用时，客户机和服务器都可以发出请求，即RTSP可以是双向的。流媒体技术原理——资源预留协议(RSVP)(3)资源预留协议(RSVP)由于音频和视频数据流比传统数据对网络的延时更敏感，要在网络中传输高质量的音／视频数据，除带宽要求之外，还需其他更多的条件。使用资源预留协议(ResourceReserveProtocol，RSVP)预留一部分网络资源(即带宽)，能在一定程度上为流媒体的传输提供特定的服务质量。RSVP预留请求是在传输初期由客户端根据自身情况逆向发起的，资源预留信息沿着原来数据包所经过的相反方向对沿途的路由器逐个进行资源预留。3．流式传输的过程4)客户端程序及流媒体服务器运行RTSP，以交换传输所需的控制信息。5)流媒体服务器使用RTP／UDP将音／视频流传输给客户端程序，一旦音／视频流到达客户端，客户程序即可播放输出。图10-7流式传输过程开始时用户必须连接到服务器1)当用户选择某一流媒体服务后，Web浏览器与服务器之间使用HTTP/TCP交换控制信息.2)Web服务器从专用流媒体服务器中取出客户所选的实时音／视频流及相关信息.3)客户机上的Web浏览器启动客户端程序(即一些播放程序)，使用HTTP从Web服务器检索到的相关参数对客户端程序进行初始化。这些参数可能包括目录信息、音／视频数据的编码类型或与检索相关的服务器地址信息。4．智能流技术(SureStream)由于网络状态以及接入方式的多态性，使得每个用户的接入带宽都不一样。28.8kbit/s～10Mbit/s带宽的用户同时存在。这样的现状迫使流媒体内容提供商必须提供不同传输速率下的优化的音／视频质量，否则无法满足各个用户的需求。解决方法①是根据不同连接速率创建多个文件，根据用户的连接状况，服务器发送相应文件。但这种方法带来制作和管理上的困难，而且，用户连接是动态变化的，服务器也无法实时协调。解决方法②是使服务器减少发送给客户端的数据，就像RealSystem中的“视频流瘦化”，但这种方法会降低音／视频质量。通过深入的研究试验，RealNetworks公司提出了一种智能流(SureStream)的技术。它通过两种途径克服带宽协调和流“瘦化”。首先，确立一个编码框架，允许不同速率的多个流同时编码，合并到同一个文件中；第二，采用一种复杂的客户／服务器机制探测带宽的变化。智能流技术的实现方式如下：1)对所有连接速率环境创建一个文件。根据不同客户速率要求，制作不同速率下的媒体数据，并保存在单一文件中，此文件称为智能流文件，即创建可扩展流式文件。

2)在混合环境下以不同速率传送媒体。当客户端发出请求，它将其带宽容量传给服务器，媒体服务器根据客户带宽将智能流文件相应部分以特定的速率传送给用户。

3)当网络带宽发生变化，连接速率降低时，服务器自动进行检测，自动切换到其他速率。4)关键帧优先，音频比部分图像帧数据重要。保证在低带宽下数据传输不会中断。使用这种方式，用户可看到最可能的优质传输效果，制作人员只需要压缩一次，管理员也只需要维护单一文件，而媒体服务器根据所用带宽自动切换。5．流媒体的传输方式流媒体的传输方式主要有3种：单播(Unicast)、广播(Broadcast)和组播(Multi-cast)。(1)单播单播传输本质上是点对点传输。单播需要在每一个客户端与媒体服务器之间建立一个单独的数据通道。如果一个节点要发送相同的信息给多个目标，必须给每个接收者发送一份完全相同的备份。例如，三个客户端A、B、c同时点播时，每个用户必须分别对服务器发进单独的请求，而媒体服务器必须向每个用户发送所申请的数据包备份。因此，要分别建立3条独立的链路发送3组相同的数据流。每个客户端与服务器的连接都是相对独立的，互不相干。这种巨大冗余首先造成服务器沉重的负担，响应需要很长时间，占用巨大的网络带宽，严重时会影响服务器的性能，甚至停止播放。流媒体的传输方式——广播(2)广播广播方式中数据包的单独一个备份将发送给网络上的所有用户，用户被动接收广播流。在广播过程中，用户只能接收流，但不能控制流。例如，用户不能对接收到的流进行暂停、快进或后退等操作。广播方式虽然能够传送一个单独的数据流到整个网络，但由于其不辨目的的发送方式很容易引起广播风暴，大量无用的广播信息会淹没网络，消耗网络带宽和资源，因此要限制广播信息的发送。通常可以通过设置路由器来阻止广播的传播，将广播限制在一个物理或逻辑上的网段内。流媒体的传输方式——组播(3)组播组播又称为多址广播或多播。是一种基于“组”的广播，其源和目的地是一对多的关系，但这种一对多的关系只能在同一个组内建立，即流媒体从一个源(服务器端的应用)发送出去后，任何一个已经加入了与源同一个组号的目的地(客户端应用)均可以接收到，但该组以外的其他目的地均接收不到。广播的源和目的地也是一对多的关系，但这种一对多的关系并不局限于组，也就是说，流媒体从一个源发送出去后，同一网段上的所有目的地均可以接收到，广播可以看作是组播的一个特例。采用组播方式，单台服务器能够对几十万台客户机同时发送连续数据流而无延时。媒体服务器只需要发送一个信息包，而不是多个，所有发出请求的客户端共享同一信息包。信息可以发送到任意地址的客户机，减少网络上传输的信息包的总量。网络利用效率大大提高，成本大为下降。6．流媒体技术的发展流媒体的业务质量受网络传输条件、流媒体传输控制、媒体编码压缩效率及客户端解码等影响。流媒体发展的最新关键技术有：压缩/编码、质量控制、连续媒体分布服务、媒体同步和数字版权等技术。(1)压缩／编码技术视／音频压缩可以分为可分级的压缩和不可分级的压缩。不可分级的压缩是指只生成一个比特流(bit-stream)。可分级的压缩则生成多个子比特流(substream)。其中一个比特流是基本比特流。它可以独立解码，输出粗糙质量的视频序列；其他子比特流则起质量增强的作用。所有子比特流一起还原出最好质量的视频序列。相应地，如仅有部分子比特流(必须包含基本子比特流)，则输出的视频质量或者大小、帧速率上较差。这三个方面构成了压缩在质量、信噪比(SNR)、空间和时间上的可分级性编码。可分级压缩选择其中某一种或几种实现分级性。流媒体技术的发展——压缩／编码技术为了提供更好的灵活性，满足不同的延迟要求，MPEG-4提出了一种新的被称为细粒度分级性(FGS)的压缩机制。FGS压缩把视频压缩成基本层和增强层两个比特流。与SNR分级性的编码不同，FGS采用bitplane编码，可以实现连续的增强层速率控制。一个FGS编码的变体是PFGS(ProgressiveFGS)编码，除了具有FGS的基本优点外，PFGS可以实现超过两个比特流层，具有更好的预测和错误恢复能