成功实现高性能数字无线电

高效音频源编码

活动图像专家组(MPEG)技术可以说是学术界、工业界和技术论坛有效合作的渠道与框架。在音频领域，这种合作结出了硕果，例如分别用于广播和存储/分发的MPEG Layer II、MP3和AAC（高级音频编码）等，鼓励着工业界实施进一步的研发计划。虽然MP3仍是网络分发和存储应用最受欢迎的“非官方”格式，但AAC的授权规范更简单，外加苹果公司决定采用AAC作为iPod的媒体格式，使得AAC更受业界关注。

下面看看MPEG社区开发的AAC格式，以便了解信源编码涉及到的一些重要技术。“心理声学模型” （图3）和 “时域混叠抵消” (TDAC)可以说是宽带音频源编码领域最初的两大突破性创新。


图3. 了解心理声学音调掩蔽

工业界和学术界开发的“频带复制”（SBR，图4）以及 “空间音频编码” 或 “双耳线索编码” 技术，可以说是随后的两大突破性创新。这两项突破性的关键创新进一步增强了AAC技术，使其具有可扩展编码性能，从而让HE-AAC v2和MPEG环绕声环绕声实现标准化，受到工业界的热烈欢迎， like Dolby®、 AC3和 WMA®， 等业界主要标准也采取了相似的步骤，以便在最新媒体编码中利用类似的技术创新。

“频带复制” (SBR)工具将解码采样速率变为AAC-LC采样速率的2倍。参数立体声 (PS) 工具将单声道LC流解码为立体声。


图4. 音频解码中的AAC-LR、SBR和PS

像所有其它改进计划一样，测量技术也在音质改进计划中发挥了重要作用。音质评估工具和标准，如“音质感知评估 (PEAQ)”和“隐藏参考和基准的多刺激法”(MUSHRA)等，帮助提高了技术试验的评估速度。

优雅降级/容错性

一般而言，对于给定的流错误水平，压缩程度越高，则音频伪像越多。例如，MPEG Layer II流比AAC流更能容错。Layer II频谱数据部分中的单比特错误不会造成任何恼人的伪像，因为最大频谱值由比特分配值决定。AAC则不然，同样的单比特错误会导致霍夫曼解码器发生故障并应用帧错误隐藏，重复的帧错误将使音频静音，直到错误率降至最小值为止。长时间的静默会使系统无法保证优雅降级。

在以下附加工具的帮助下，容错(ER) AAC编码可以保证系统在发生比特流错误时优雅降级：

    HCR (霍夫曼码字重排): 通过将频谱数据划分为固定大小的数段来防止错误在频谱数据内传播。HCR将最重要的数据放在各段的起始位置。
    VCB11 (编码本11的虚拟编码本): 在特殊码字映射的帮助下检测频谱数据内的严重错误。
    RVLC (可逆可变长度编码):避免比例因子数据中的错误传播。

ER-AAC特性与UEP一起，可以为DRM提供足够的容错性。

DRM规范

通用数字无线电(DRM)是欧洲电信标准协会(ETSI)制定的一种开放标准，适用于数字窄带音频的中短波广播。虽然DRM支持4.5 kHz、5 kHz、9 kHz、10 kHz、18 kHz、20 kHz的带宽及四种收发模式，但若要兼容现有AM标准，带宽和比特率必须分别以10 kHz和24 kbps为限。

表1. DRM比特率和带宽

30 MHz时的带宽	带宽(kHz)	比特率(kbps)
标称带宽	9 to 10	8 to 20
半带宽	4.5 to 5	2 or 4
双倍带宽	18 to 20	20 to 80

为满足这一要求，必须采用高效音频编码：Meltzer-Moser MPEG-4 HE-AAC v2（国际标准化组织/国际电工委员会—ISO/IEC）是一个不错的选择，但容错版本的HE-AAC v2（Martin Wolters，2003）在防止通道衰落方面性能更佳， 可谓最好选择。

表2. DRM支持的不同编解码器

Bit Rate (kbps)	20 to 80	8 to 20	2 to 4
编解码器	AAC	CELP	8               至 20
音频速率	12,               24,或48	8               至 16	2或4
SBR	是	是	是
PS	是	—	—
双倍带宽	是	是	是

除AAC外，DRM标准还定义了用于传输语音的谐波矢量激励编码(HVXC)和编码激励线性预测(CELP)编解码器。DRM标准还支持流传输图像、幻灯片、HTML网页之类的原始数据。

DRM架构

RM系统包括三条主要传输路径：主服务通道(MSC)、服务描述通道(SDC)和快速存取通道(FAC)。FAC承载正交频分复用(OFDM)信号属性和SDC/MSC配置，速率以72比特/帧为限。SDC包含MSC解码所需的信息，如复用帧结构等，以及其它信息。


图5. DRM中的多路复用和通道编码

MSC对多路复用器产生的帧进行编码。选项有标准映射、对称分层映射和混合分层映射。MSC采用不等错误保护（UEP，图6），其中复用帧分为保护级别不同的两个部分：高保护级别数据部分和低保护级别数据部分。


图6. DRM中的不等错误保护