Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Эволюция эфирной системы цифрового радиовещания DAB, рекомендованной ITU-R для применения в полосе частот 174–240 МГц диапазона ОВЧ. Часть 2

В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Эволюция эфирной системы цифрового радиовещания DAB, рекомендованной ITU-R для применения в полосе частот 174–240 МГц диапазона ОВЧЧасть 2

В статье подробно рассматривается система цифрового радиовещания DAB (Digital Audio Broadcasting), а также ее более поздние модифицированные и расширенные версии, получившие названия DAB+ и DAB+/DMB
Юрий
Ковалгин
Сергей
Мышьянов

Структура данных фрейма передачи. Сигналы передачи в системе DAB имеют фреймовую структуру, состоящую из последовательности OFDM-символов, число которых во фрейме передачи зависит от выбранного режима работы. Первым во фрейме передачи идет нуль-символ, его длительность TNULL = 324 мкс, он служит для грубой синхронизации оборудования. Далее идет OFDM-символ опорной (эталонной) фазы. Это два символа канала синхронизации SC. Затем следуют OFDM-символы канала быстрого доступа FIC и, наконец, следуют OFDM-символы канала MSC, их число во фрейме передачи зависит от выбранного режима работы (табл. 1).


В режиме передачи ТМ I (рис. 3, Transmission Mode I) все 12 блоков FIB канала FIC, входящие во фрейм передачи, разделяются на четыре группы блоков FIB, каждая из которых защищена сверточным кодом и передается в пределах одного фрейма передачи. Эти четыре сверточных кодовых слова мультиплексируются MUX1 и MUX3 (рис. 1), образуя одну кодовую комбинацию, называемую вектором. Полученный вектор содержит 9216 бит, он разделяется на три последовательных блока, каждый такой блок содержит 3072 бита и передается во фрейме передачи OFDM-символами соответственно с индексами 2, 3 и 4. Каждый OFDM-символ при работе в режиме ТМ I передает 3072 бита, при этом каждый фрейм передачи содержит три таких OFDM-символа с информацией канала FIC. Символы OFDM с индексами 6, 7...76 передают информацию канала MSC.


В режиме передачи TM II сверточное слово помехоустойчивого кодирования содержит 2304 бит, разделяется на три последовательных блока. Каждый такой блок длиной 768 бит передается одним OFDM-символом соответственно индексами 2, 3, 4. Символы OFDM с индексами 6, 7...76 передают при работе в этом режиме информацию канала MSC.

В режиме передачи TM III сверточное слово помехоустойчивого кодирования содержит 3072 бита, разделяется на восемь блоков длиной по 384 бита, каждый такой блок передается одним OFDM-символом соответственно с индексами 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.


Режим работы TM IV появился во второй версии стандарта на систему DAB [4]. В этом режиме работы сверточное слово помехоустойчивого кодирования содержит 4608 бит, оно разделяется на три блока, каждый из которых содержит 1536 бит, для их передачи используются OFDM-символы соответственно с индексами 2, 3, 4.

Теперь о структуре данных канала MSC во фрейме передачи (рис. 3).


В режиме работы TMI четыре последовательных фрейма CIF мультиплексируются, разделяются на 72 блока, передаются в одном фрейме передачи соответственно 72 OFDM-символами c индексами 5, 6...76. При этом каждый OFDM-символ передает по 3072 бита цифровых данных канала MSC.

В режиме передачи TM II каждый фрейм CIF, содержащий 55 296 бит, разделяется на 72 последовательных блока, каждый из которых имеет длину 768 бит, передается одним OFDM-символом. Всего при работе в данном режиме фрейм передачи содержит 72 символа OFDM соответственно с индексами 5, 6...76.

В режиме передачи TM III каждый фрейм CIF разделяется на 144 блока, каждый из которых имеет длину 384 бита и передается одним OFDM-символом. Всего при работе в данном режиме фрейм передачи содержит 144 символа OFDM соответственно с индексами 10, 11...153.

И, наконец, в режиме передачи TM IV два последовательных фрейма CIF разделяется на 72 блока. Каждый такой блок содержит 1536 бит, передается одним OFDM-символом. Всего при работе в данном режиме фрейм передачи содержит 72 символа OFDM соответственно с индексами 5, 6...76, каждый фрейм CIF разделяется на 144 блока, каждый из которых имеет длину 384 бита и передается одним OFDM-символом. Всего при работе в данном режиме фрейм передачи содержит 144 символа OFDM соответственно с индексами 10, 11...153.

Более подробные сведения о структуре цифровых данных в каналах MSC, FIC для разных режимов работы приведены в [1, 2, 4].

Система DAB+

Позже были разработаны, а затем стандартизованы более эффективные алгоритмы компрессии цифровых аудиоданных [5, 6, 7, 8]. Они были добавлены в новую вторую версию стандарта, получившую название DAB+ [4], появившуюся в 2006 году. В частности, были добавлены алгоритмы компрессии, реализованные в кодере HE-AAC v.2 стандарта MPEG-4 ISO/IEC 14496-3 [7] и в стандарте MPEG D Surround [8]. Возможность использования алгоритма компрессии MPEG-1 ISO/IEC 11172-3 Layer II осталась и в этой новой версии стандарта на систему DAB+.

В системе DAB+ при использовании кодера MPEG-4 HE-AAC v.2 формируются аудиосуперфреймы. Каждый такой аудиосуперфрейм содержит соответственно два аудиофрейма кодера HE-AAC v.2 при частоте дискретизации 16 кГц, три аудиофрейма при частоте дискретизации 24 кГц, четыре аудиофрейма при частоте дискретизации 32 кГц и шесть аудиофреймов при частоте дискретизации 48 кГц. При этом аудиосуперфрейм имеет длину 120 мс, что эквивалентно пяти логическим фреймам CIF системы DAB.

Из-за более высокой степени сжатия данные аудиосуперфрейма требуют дополнительной защиты от цифровых ошибок. Она реализуется здесь с помощью кода Рида-Соломона. Цифровые данные аудиосуперфрейма, кроме помехоустойчивого кодирования, подвергаются также и временному перемежению битов (рис. 4).


При использовании кодера MPEG D Surround [8] пространственные параметры многоканального звукового сигнала должны быть переданы по крайней мере 1 раз в течение 480 мс. Заметим, что скорость цифрового потока при их передаче невелика, обычно не превышает 8–12 кбит/с.

Процедуры обработки основных цифровых потоков, структуры фрейма передачи при работе в разных режимах, тип модуляции в этой новой версии стандарта остались без изменений. Изменения коснулись только применяемых алгоритмов компрессии цифровых аудиоданных, при этом процедуры транспортных механизмов в новой версии стандарта не изменились.

Системы DAB+/DMB

В 2009 году появилось дополнение [9] к системе DAB, посвященное передаче видеоинформации (видеосервисов), что превращает ее уже в полноценную мультимедийную систему, ориентированную на мобильный прием программ радиовещания и телевидения (рис. 5). По данным [14], регулярное вещание по системам семейства DAB/DMB ведется в 21 стране, экспериментальное вещание еще в 18 странах. С 2005 года по системе Т-DMB началось вещание в Сеуле (Южная Корея). К началу 2006 года в мире насчитывалось уже 18 проектов по внедрению технологии DMB на основе существующей наземной вещательной инфраструктуры Т-DAB. В Европе [15] основные проекты были развернуты в Германии, Франции, Норвегии, Голландии, Финляндии, Англии и Италии. Лидером в этом процессе является ФРГ, где в июне 2006 года работало уже 39 передатчиков T-DMB в 12 городах на основе применения транспортных механизмов системы DAB.


В 2016 году появилась последняя версия стандарта на систему DAB [13].

При передаче видеосервисов (рис. 6), включая и программы телевидения, возможно применение двух профилей сложности при компрессии цифровых аудиоданных:

  • профиль 1 включает применение алгоритмов компрессии цифровых аудиоданных MPEG-4 ER-BSAC (максимальная скорость передачи 128 кбит/c);
  • профиль 2 включает применение алгоритмов компрессии цифровых аудиоданных MPEG-4 HE-AAC v.2 (с использованием алгоритмов компрессии цифровых аудиоданных ААС,SBR, PS), MPEG Surround ISO/IEC 23003-1.

В обоих случаях при компрессии видеоданных используется стандарт MPEG-4 AVC (кодер H.264). Аудиоданные, сопутствующие видеопрограмме, передаются кодером ER-BSAC. При передаче цифровых данных видеосервиса, подаваемых на DAB-мультиплексор, используется потоковый режим работы.


Спецификация [9] превращает систему DAB/DAB+ по своим характеристикам в мультимедийную систему А [10, 11, 12], (табл. 1). В радиоканале шириной 1,54 МГц с использованием транспортных механизмов системы DAB могут быть переданы одновременно:

  • несколько звуковых программ с разным уровнем качества, включая звуковые форматы 1/0, 2/0, 3/2, 5.1;
  • несколько телевизионных программ с монофоническим или стереофоническим сопровождением;
  • различные данные, актуальные сведения для бизнесменов, подвижные и неподвижные изображения, текстовая и графическая информация и прочее.

Система DMB базируется на применении транспортных механизмов системы DAB, обеспечивает передачу и мобильный прием сигналов цифрового телевидения, радиовещания и другой мультимедийной информации.

В этой связи представляется целесообразным организовать в нашей стране в полосе частот 174–240 МГц диапазона ОВЧ экспериментальную передачу программ телевидения и радиовещания в формате DMB, что необходимо для:

  • проверки характеристик, заявленных разработчиками данной технологии;
  • накопления опыта мобильного приема программ телевидения и радиовещания;
  • выбора наиболее приемлемых с точки зрения качества для населения параметров мультиплексов цифрового радиовещания и телевидения.

Литература

  1. ETSI ETS 300401. Radio Broadcasting System; Digital Audio Broadcasting (DAB) to mobile, portable and fixed receivers, May 1997.
  2. Кацнельсон Л.Н. Системы звукового и мультимедийного цифрового радиовещания: научно-техническое издание. – СПб.: Линк, 2011. – 348 с.
  3. ISO/IEC 11172-3:1993. Information technology – Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1,5 Mbit/s. – Part 3: Audio.
  4. ETSI EN 300 401 V1.4.1 (2006-06). Digital Audio Broadcasting (DAB) to mobile, portable and fixed receivers.
  5. ISO/IEC 13818-3:1998. Information technology – Generic coding of moving pictures and associated audio information. – Part 3: Audio
  6. International Standard ISO/IEC 13818-7. Information technology-Generic coding of pictures and associated audio information. – Part 7: Advanced Audio Coding (AAC), 1997 (E).
  7. ISO/IEC FCD 14496-3 Subpart 1. Information Technology-Very Lov Bitrate Audio-Visual Coding. – Part 3: Audio, 1998-05-10 (ISO/JTC 1/SC 29, N2203).
  8. ISO/IEC 23003-1:2007, “Information Technology – MPEG Audio Technologies. –Part 1: MPEG Surround,” International Standards Organization, Geneva, Switzerland (2007).
  9. ETSI TS 102 428 V1.2.1 (2009-04). Digital Audio Broadcasting (DAB); DMB video service; User application specification.
  10. Рекомендация МСЭ-R (02/2014). Радиовещание для приема на подвижные портативные приемники сигналов мультимедийных применений и применений передачи данных.
  11. ETSI TS 102 427 V.1.1.1(2005-07) Digital Audio Broadcasting (DAB); Data Broadcasting - MPEG-2 TS streaming.
  12. Report ITU-R BT.2049-7 (02/2016). Broadcasting of multimedia and data applications for mobile reception.
  13. ETSI EN 300 401 V2.1.1 (2016-10). Radio Broadcasting System; Digital Audio Broadcasting to mobile, portable and fixed receivers.
  14. Кацнельсон Л.Н. Системы цифрового радиовещания DAB, DAB+, DMB.Современное состояние // Broadcasting. Телевидение и радиовещание. – 2015. – № 1. – С. 25.
  15. Дворкович В.П., Дворкович А.В. Цифровые видеоинформационные системы (теория и практика). – М.: Техносфера, 2012. – 1008 с.

Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #1, 2017
Посещений: 5731

  Автор

Юрий Ковалгин

Юрий Ковалгин

Зав. кафедрой радиоприема, вещания и электромагнитной совместимости СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича

Всего статей:  20

  Автор

 

Сергей Мышьянов

Главный специалист отдела организации научной работы студентов СПбГУТ

Всего статей:  8

В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций