數位廣播的核心技術與優勢－洋洋得意報NO.14

洋洋實業團隊 撰 2007/3/20

       廣播的歷史自十九世紀末至今已超過百年，自電腦發明後，資訊數位化成為銳不可擋的潮流，也是二十世紀人類文明的重大革命，影響所及，深入現代生活各個層面，尤其在媒體產業。廣播發展之里程碑整理如下：
 1895年：義大利馬可尼和俄國波波夫在前人研究的基礎上發明無線電通信技術。
 1904年：佛來銘發明真空管。
 1906年：DeForest使用真空管放大器發射廣播信號。
 1920年：調幅廣播(AM)發明，同年第一個商業廣播電台 KDKA 成立於美國匹茲堡。
 1930年：調頻廣播(FM)發明。
 1961年：開啟調頻立體聲廣播時代。
 1980年：德國廣播技術研究所開始著手研究數位廣播(DAB)技術，同年CD開始上市。
 1980年代開始，無線電廣播技術進入了革命性的數位廣播技術時代。
 1986年：歐洲共同體開始Eureka147數位廣播計畫。
 2000年：全球廣播導入數位化。

       由於數位廣播是一個嶄新的播送系統，其頻率範圍、調變方式與服務內容…等，皆與傳統類比式有所不同。現有電台類比式AM與FM發射機和市面上的傳統收音機都無法使用。因此電台必須換裝數位廣播發射機，建置成本大約需要一億新台幣。聽眾也必須添購3,000~7,000新台幣的數位廣播接收機，才能收聽或閱讀數位廣播高音質節目、圖形和數據資訊。為因應數位化時代的來臨，廣播科技也朝向數位化發展，數位廣播將帶傳播事業巨大的改變，必然帶動新的產業，給廣播產業界會帶來極大的經濟效益，但是也帶來許多挑戰。
數位廣播是一項展新的廣播「傳輸技術」，有別於傳統所熟知的類比廣播技術，數位廣播則是建構在數位化為基礎的技術。

       數位廣播－DAB為「Digital Audio Broadcasting 」的簡稱。數位廣播是透過數位化科技來處理廣播音頻訊號的「傳輸」。它是運用數位壓縮技術及傳輸技術將播音訊號傳輸出去的廣播系統，是繼傳統調幅(AM)、調頻(FM)廣播之後的第三代廣播。DAB有時也被稱為「數據與音訊廣播」(Data and Audio Broadcasting)，它利用了創新的數位訊號處理技術，進行第三代廣播系統的頻道編碼與調變，其核心技術與優勢分為以下三項，數位廣播核心技術整理如下：

音源壓縮編碼（MUSICAM）：
光罩圖型適應性普遍的次頻帶整合編碼多工系統MUSICAM（Masking pattern adapted Universal Subband Integrated Coder And Multiplexing）利用人耳的遮蔽效應，只對在遮蔽門限以上的聲音信號進行壓縮編碼傳輸，從而避免了許多人耳感覺不到的在遮蔽門限以下的聲音進行編碼，使位元率大為減少，約為CD的1/7左右，而音質可與CD相仿。原理上它是一個次頻段編碼壓縮系統。該系統中的音頻編碼器利用一適當的多相濾波器，把數位音頻信號分割為32個具有相同頻寬的次頻段信號，使用48kbps取樣率時，每段750Hz構成24,000Hz聲音信號頻寬，然後選擇足夠量在各次頻段合成，並按次頻段結構恢復成原來頻寬的時域信號，這種音源壓縮編碼方法可將音源的碼率從原來每聲道768Kb/S降到100Kb/S。

數位通信編碼技術（COFDM調變技術）：
數位通信編碼技術是一種抗反射波傳輸的數位通信編碼技術，這種編碼方法是將傳輸通道看成多個獨立小通道糀„合成一個傳輸通道，在具體處理上利用OFDM（正交分頻多工調變）技術將信號分成大量的窄頻段的次頻道傳輸再用迴旋碼和Viterbi解碼運算法結合。在誤碼的位元與傳輸通道有最佳匹配，誤碼為10－3時，提供大於20dB增益，這種方法的特點是使用源來編碼的位元與傳輸通道有最佳匹配，有足夠的誤碼保護，在多路徑反射在提供極好的服務，特別是在移動和攜帶型接收下，接收具有高的頻譜效率並能適應低的發射功率。COFDM在一定程度上配合了窄分段和寬分段各自的優點，在1.536MHz頻寬中，可一起傳送5－6個立體聲節目，信號雜信比可達80dB以上。

單頻網（SFN）：
就目前數位音訊之涵蓋區域而言，應該要與現行類比廣播相仿，以現有頻道要為新的廣播系統申請新的頻率是很難的，所以廣播電台只能設法在已指配廣播的頻譜範圍內調整使用，一般而論FM廣播所使用的頻段是地面數位音訊廣播的理想頻段，如果頻率較低，會增加收聽距離，高於這個頻率時，由於移動接收所引起的都卜勒效應，會增加位元頻移量問題。DAB技術是一項前景非常廣闊的先進技術，目前工業發達國家都在積極研發利用DAB產品，以便盡早占領世界市場完成，從目前廣播到下一代廣播的轉換，而且DAB中的一些技術已經用於目前廣播領域的各個方面。

透過數位廣播的優質特性展現：提昇音質、節省頻譜、低耗功率、增加頻道、可調頻寬、隨選服務、數據廣播…等多項優勢，整理如下：

提昇音質：
數位廣播可避免「多路徑干擾」(Multi-path Interference) 、抗雜訊及傳播衰落現象(Fading)所帶來的影響傳輸限制。可透過人造衛星或地面廣播電臺進行廣播，使收音品質零失真，提升至CD音響的完美音質，傳送更加純淨的聲音。

節省頻譜：
數位廣播具有單頻建構廣播網及行動接收之特色，在資源使用上「單頻網」(SFN, Single Frequency Network)技術，可節省頻譜。也可不必更換頻率就可收聽全區節目，快速移動接收時不受影響，可達行動接收之目的。

低耗功率：
如果現今的類比FM廣播覆蓋範圍用數位音頻廣播(DAB)替代，發射功率可降低(600W)為原來的1/5(FM使用以3KW計算)，節約電力資源而傳輸效率可為類比FM的3倍。如果利用衛星直播，可以有更大的覆蓋範圍，甚至代替短波廣播。

增加頻道：
數位壓縮技術使得頻寬可被充分使用，1.536MHz的頻寬扣除訊號前後保護頻帶(Guard band)，可傳輸6個CD品質的立體聲廣播頻道，更多元且具特色的服務內容。讓原有經營者與新經營者，多類型節目(Format Radio)的呈現模式脫離過去類比廣播型態。

可調頻寬：
數位廣播一個頻道總共可傳輸1.5MHz之傳輸速率，它可依節目內容更改傳輸速率，流量可從AM品質的64kbps到CD品質的256kbps。更可提供切割多餘頻寬，進行數據訊號傳輸各項資訊廣播(Data-casting)內容。依節目音訊使用品質的需求，而變更增加或減少所要節目套數，即頻寬流量與頻道總數成反比。

隨選服務：
透過影音資料庫的整理與應用，提供使用者音訊或視訊的服務。音訊或視訊Audio/Video-On-Demand(簡稱AOD/VOD)的分時廣播新型態。可以隨選隨聽(或看)、重複收聽(看)，更可選取過去的節目來聽，和傳統廣播強烈的時效取向，稍縱即逝的特性有極大的差異。

數據廣播：
一組數位廣播傳送訊號通常定義為一組綜效群(Ensemble)，而它可同時載送數個音訊及(或)多媒體服務的多工訊號(Multiplex)。同時傳輸影像及數據，加載數據資料廣播傳輸至顯示幕(Display)可呈現各項資訊、圖文與影像，PAD 與 Non-PAD 的應用，提供附加價值的服務。它儼然成為新世代「多媒體」(Multi-Media)的一員，建構了第三代廣播的新紀元。