Цифровое радио DAB+ — как это работает и нужно ли оно вообще?

Привет, Хабр. В последние годы на территории России, Украины и Белоруссии обсуждалось введение цифрового радио стандарта DAB+. И если в России процесс пока не продвинулся, то в Украине и Белоруссии вроде уже перешли к тестовому вещанию. Как это работает, в чем плюсы и минусы, и нужно ли оно вообще? Подробности под катом.

Технология

Идея цифрового радио стала зарождаться в конце 80х, когда стало ясно что «места» в обычном FM-диапазоне всем желающим уже не хватает — в крупных городах свободный спектр в диапазоне 88-108МГц был исчерпан. В этом плане DAB считался неплохой альтернативой — это цифровой стандарт, в котором за счет более эффективного кодирования, можно разместить больше станций. В первой версии DAB использовался кодек MP2, во второй версии (DAB+) более новый HE-AAC. Сам по себе стандарт по современным меркам весьма старый — первая станция DAB заработала в 1995 году, а станция DAB+ в 2007м. Причем, «возраст» стандарта это в этом случае даже скорее плюс чем минус — сейчас нет проблемы купить радиоприемник на любой вкус и кошелек. Отличий DAB от привычного FM довольно-таки много. И дело даже не в том, что один это «цифра», а другой «аналог». Отличается сам принцип передачи контента. В FM каждая станция вещает самостоятельно, а в DAB+ все станции объединены в «мультиплекс», в каждом из которых может быть до 16 станций. Предусмотрены разные частотные каналы, так что разные страны могут выбрать те, которые свободны от других служб. С точки зрения бизнеса, это отличие вызывает ряд споров у вещателей, относительно того как вещать в мультиплексе. Раньше вещатели сами получали лицензию на частоту, покупали антенну и передатчик, сейчас лицензия будет выдаваться оператору мультиплекса, а он уже будет арендовать каналы радиостанциям. Лучше это или хуже, сказать сложно, кому-то удобнее иметь все свое, кому-то удобнее аренда. Кстати, в этом плане, DAB имеет огромный и жирный минус для слушателя — цена аренды мультиплекса зависит от битрейта. И если выбрать между 192 и 64kbps… всем я думаю, понятно, что будет выбрано. Если в FM вещать с плохим качеством довольно сложно, то в DAB это даже поощряется экономически (понятно что это не вина разработчиков стандарта, но тем не менее). Российские цены пока разумеется, неизвестны, а английские для примера, можно посмотреть здесь. С точки зрения технической, мультиплекс DAB+ представляет собой широкополосный сигнал, с шириной спектра порядка 1.5МГц, который хорошо виден с помощью RTL-SDR приемника. Более подробное описание в PDF можно найти здесь.

Конкурирующие стандарты

Их в общем-то не так много. В Европе используется DAB+, в США популярен стандарт HD Radio, в Индии проводили эксперименты со стандартом DRM, но чем они закончились, сказать сложно. Карта немного устарела (в России DRM тоже тестировали, но так и забросили), но общую идею понять можно:Источник В отличие от DAB, создатели стандарта HD Radio пошли по другому пути — цифровой сигнал размещается непосредственно рядом с аналоговым, что позволяет вещателям использовать свои собственные антенны и мачты. Однако это не решает проблему, из-за которой все и начиналось — проблему отсутствия свободных мест в спектре. Да и чисто географически (да и наверно политически), в ex-странах СНГ принятие европейского стандарта выглядит более логичным, чем использование стандарта американского — выбор европейских товаров все же больше и купить приемники легче. В 2011 году еще были упоминания российского стандарта РАВИС, но все так и заглохло (и слава богу, т.к. ни с чем не совместимый собственный цифровой стандарт, это худшее что можно было бы придумать для радиослушателей).

Тестирование

Перейдем наконец, к практической части, т.е. к тестированию. В России DAB пока не работает, так что будем использовать SDR-записи c голландского мультиплекса. Желающие из других стран тоже могут присоединиться и выслать мне записи в формате IQ, я их обработаю и сделаю сводную таблицу. Чем вообще можно послушать DAB? Т.к. стандарт цифровой, то декодировать его можно с помощью компьютера и rtl-sdr приемника. Есть две программы — qt-dab и Welle.io, обе умеют работать с rtl-sdr.Qt-dab выглядит как курсовая работа студента, и автор явно не заморачивался с дизайном — шрифты не влезают в контролы, окна не масштабируются. Но для нас самое главное то, что она позволяет читать и писать IQ-файлы.Welle.io пока еще в стадии бета-версии, однако работает она гораздо лучше и декодирует более качественно. Также есть возможность вывести довольно много дополнительной отладочной информации: Но welle.io пока не умеет работать с iq-файлами, так что будем использовать Qt-dab. Для тестирования я загрузил 3 файла на cloud.mail.ru, каждый содержит минутную запись DAB-мультиплекса, размер файла около 500Мбайт (таков размер IQ-записей для SDR с шириной полосы 2.4МГц). Открыть файлы можно в Qt-dab, ссылка на скачивание которого приведена выше.Файл-1: DAB-8A.sdr — cloud.mail.ru/public/97hr/2QjuURtDq. Мультиплекс 8А работает на частоте 195.136МГц и содержит 16 станций. Битрейт всех станций составляет 64Kbps.Файл-2: DAB-11A.sdr — cloud.mail.ru/public/3VVR/2mvjUjKQD. Мультиплекс 11А на частоте 216.928МГц. Он содержит 6 станций, с битрейтом 48, 48, 48, 48, 64 и 48KBps соответственно.Файл-3: DAB-11C.sdr — cloud.mail.ru/public/3pHT/2qM4dTK4s. Мультиплекс 11С на частоте 220.352МГц, содержит также 16 станций. Битрейты всех станций составляют соответственно: 80, 80, 80, 80, 56, 96, 80, 64, 56, 48, 64, 64, 64, 96, 80 и 64Kbps. Как можно видеть, с количеством станций проблем нет, но основной проблемой является низкий битрейт. Что касается самого контента, вкусы разные и обсуждать я его не буду, желающие могут скачать файлы и послушать самостоятельно. В записях приведены не все мультиплексы, но общая идея, надеюсь, ясна.

Выводы

Если говорить о перспективах цифрового радиовещания, то они увы, довольно грустные. Основное преимущество DAB — более эффективное использование спектра, что позволяет разместить в эфире больше станций. В этом плане DAB+ имеет смысл только для тех городов, где уже нет свободного места в FM. Для России это наверно только Москва и Петербург, во всех остальных городах таких проблем нет. Что же касается качества звучания, то технически, DAB+ может обеспечивать битрейт до 192КБит/с, что даст практически HiFi-звук. На практике, как мы видим выше, вещатели экономят и не переходят планку даже в 100КБит/с. Из трех мультиплексов нашлась только одна (!) станция, вещающая в 96Kbps (а уж вещание музыки с 48kbps я ничем кроме как кощунством назвать не могу — таких вещателей надо лишать лицензии;). Так что увы, можно с уверенностью в 99% сказать, что при переходе от FM к DAB качество звука будет хуже чем было. Конечно, может в других странах ситуация обстоит лучше, но вот для примера английский обзор в youtube с красноречивым названием Why DAB sounds so BAD. Технически DAB хорош и к нему претензий нет, но экономически, «бабло победило зло». Из этого следует практический вывод — даже если начнется тестовое вещание в DAB+, не стоит сразу идти в магазин за новым приемником, скорее всего качество звука будет хуже чем в FM. Возвращаясь к России, стоит ли вообще заморачиваться и начинать вещание в DAB? С точки зрения международного престижа, наверно да, чтобы не выглядеть в глазах соседей отсталой страной третьего мира, и как бонус, чтобы покупаемые в Европе автомобили и радиоприемники могли полноценно принимать все станции. Но с точки зрения слушателей и качества звука, скорее всего никаких плюсов ни в качестве звука, ни в качестве контента, пользователи не получат. Разумеется, у DAB есть и свои преимущества. Это более низкий порог входа (не нужно покупать свой передатчик), более низкая цена обслуживания аппаратуры и платежей за электроэнергию (легче обслуживать 1 передатчик мультиплекса чем 16 независимых). И это было бы оправданно в том случае, если бы нашлись новые вещатели, создающие интересный и востребованный контент. Но появятся ли они, учитывая что мы по сути наблюдаем эпоху заката радио и ухода аудитории в Интернет, сказать сложно. Если же подумать о дальних перспективах, то наверно в будущем радиоприемник будет устройством с интегрированной картой e-sim и подпиской на Яндекс-музыку Spotify или Apple Music при покупке. Будущее однозначно за стриминговыми сервисами и персонализированным контентом. Насколько скоро это случится, посмотрим, время покажет.

Digital Audio Broadcasting (DAB) — технология, позволяющая осуществлять вещание цифровых радиопрограмм. Технология DAB используется в 21 стране, главным образом в Европе. В России радио по данной технологии только планируется к использованию в 2019-2020 годы.

Цифровое аудио вещание отличается от аналогового FM-радио гарантированно чистым и бесперебойным звучанием. Также позволяет более эффективно использовать доступные частоты. Оцифровка позволяет снизить стоимость радиовещания, так как используется меньшее количество передатчиков.

Стандарты DAB и DAB +

Первые передатчики DAB использовали кодек MP2 (MPEG Audio Layer II), через некоторое время было решено перейти на кодек HE-AAC v2. Таким образом появился формат DAB +. Радио DAB несовместимо с более новым стандартом сжатия звука, а радио DAB + совместимы с обоими кодеками. Также в DAB + добавлена ​​реализация коррекционного кодирования Рида-Соломона, что устраняет ошибки в передаче. Некоторые радиостанции DAB могут быть адаптированы для приема DAB + путем обновления своего программного обеспечения и обозначены как обновляемые.

Кодек HE-AAC v2, используемый в DAB, обеспечивает лучшее качество звука, чем другие решения, используемые для эффективного сжатия вещания. Используя этот кодек, идеальное воспроизведение оригинала получается при 300 Кбит / с. Аналогом традиционного вещания в FM-диапазоне является скорость передачи в битах 160-192 кбит / с. Даже при скорости 128 Кбит / с звук близок к оригиналу. Вещатели различают скорость передачи битов в зависимости от профиля станции. Например, программы, предназначенные для слушателей с особыми запросами, имеют битрейт, установленный со скоростью 128 кбит / с, для популярных программ установлен 112 кбит / с, а, например, для информационного потока может использоваться 64 кбит / с. При чтении этих значений следует иметь в виду, что заявленные показатели не всегда могут соответствовать пропускной способности аудио. Например, если станция объявляет скорость передачи битов на максимальном уровне в DAB + (192 кбит / с), это означает, что скорость передачи аудио составляет не более 175 кбит / с, и она может быть еще ниже, если станция присоединяет так называемые сопутствующие данные.

Частоты DAB

В соответствии с Особым Соглашеним в Висбадене 1995 года, в Европе для цифрового радио были выделены частоты в диапазон 174-230 МГц. В ряде стран (включая Норвегию) цифровое радио также занимает частоты 230-240 МГц. Европейским вещателям также может быть предоставлено право использовать части L-диапазона (1452-1492 МГц), но это редко практикуется.

История развития цифрового радио

Профессиональные приемники DAB были выпущены уже в середине 90-х годов, в то время как потребительские модели появились на рынке летом 1998 года. Домашние радиостанции в обновленной версии (DAB +) были проданы в конце 2007 года. В 2016 году появился первый смартфон для поддержки DAB +: LG Stylus.

Технология Digital Audio Broadcasting не заменила аналоговые FM-трансляции. Хотя она доступна в районе, где проживает более полумиллиарда человек, количество приобретенных радиостанций DAB / DAB + оценивается более чем в 30 миллионов (данные 2014 года). Однако в Европе был достигнут значительный прогресс в строительстве инфраструктуры DAB +, поэтому в нескольких странах были разработаны планы отказа от аналогового радио. Норвегия должна отказаться от использования аналоговых FM-передатчиков в 2018 году, Швейцария может осуществить изъятия в 2020-2024 годах, а Швеция — в 2022 или 2024 годах. Деятельность автопроизводителей может помочь в популяризации цифрового наземного радиовещания — некоторые из них предлагают радиостанции DAB / DAB + в качестве стандартного оснащения либо опции. В отличие от оцифровки телевидения Европейский союз не требовал от стран-членов отключить аналоговый сигнал, но, возможно, в будущем будет принято решение ЕС относительно оцифровки радиоприемников — в 2015 году оно обратилось за поддержкой к комиссии Европейской организации WorldDMB, способствующей внедрению DAB / DAB +.

В дополнение к DAB + существуют и другие цифровые технологии, в которых заинтересованы вещатели, такие как радиопередачи, входящие в состав цифровых телевизионных пакетов (наземный DVB-T, спутниковый DVB-S и кабельный DVB-C). Интернет-радио также динамично развивается. В некоторых странах, кроме DAB +, частично соблюдающих стандарт DMB (который дополнительно позволяет излучать видеоматериалы), стандарты DAB + DVB-H, DVB-SH и DRM + также были полностью разработаны.

Статья в тему: Спутниковое радио в автомобиле

Критика системы

Хотя кодек HE-AAC v2, используемый в DAB +, обеспечивает лучшее качество звука, чем другие решения, используемые для эффективного сжатия вещательного материала, многие вещатели транслируют свои программы с более низким, чем рекомендуется, битрейтом. Например, немецкий Radio Horeb передает по 48 кбит / с, а некоторые музыкальные программы (в том числе BBC Asian Network) транслируются в Великобритании по 64 Кбит / с mp2, что соответствует примерно 50 кбит / с в стандарте mp3. Это число означает в семь раз меньшую скорость передачи данных, чем трансляция лучшего качества, доступная на веб-сайте отправителя, имеющее качество 360 кбит / с. Кроме того, в отличие от программ FM-станций, которые могут быть приняты с шумами и помехами при приеме сигнала, потеря цифрового радиосигнала вызовет полное прерывание приема. Большее распространение, чем в FM, также имеют сбои, связанные с движением.

На заседании Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) решен вопрос о внедрении в России вещания нового цифрового стандарта DAB+ и выделении частот для вещания в нем 175,872–228,128 МГц коммерческих радиостанций.

Итак, ГКРЧ выделила полосу радиочастот для создания на территории РФ сетей наземного цифрового звукового вещания стандарта DAB+. Новый стандарт радиовещания серьезно повысит качество приема по сравнению с аналоговым сигналом. Что такое DAB+ и зачем он нужен в эпоху мобильного Интернета?

По данным специализированного издания Broadcasting.ru, первый цифровой стандарт радиовещания в Европе был принят в 1995 году. Он носил обозначение DAB (digital audio broadcasting, «цифровое радиовещание») и имел обозначение ETS 300401. DAB+ представляет собой один из современных вариантов развития этого стандарта. В системе DAB+ (стандарт ETSI TS 102563) применен эффективный метод кодирования звукового сигнала – MPEG-4 HE AAC v2 (стандарт ISO/IEC 14496-3). Это позволяет примерно в 3 раза снизить скорость передачи цифрового звукового сигнала при сохранении качества звуковоспроизведения и увеличить количество аудиопрограмм, передаваемых в одном сигнале DAB+ (то есть вместо примерно 6 аудиопрограмм в одном радиочастотном сигнале системы DAB можно передать 18 программ c таким же качеством звучания в радиосигнале системы DAB+). При этом в обоих случаях полосы частот, которые занимают спектры передаваемых радиосигналов, имеют одинаковую ширину (приблизительно 1,54 МГц).

На сегодня цифровое радиовещание стандарта DAB+ осуществляется в Китае, Индонезии, Южной Корее, Германии, Австралии, Швейцарии, Дании, Норвегии и ряде других европейских стран. В США имеется свой формат Radio HD.

Разговоры о цифровизации радиовещания пошли в России с конца 1990-х годов одновременно с разговорами о цифровизации телевещания. Изначально для цифрового радио планировался к использованию ориентированный на ультракороткий диапазон стандарт DAB, предшественник стандарта DAB+.

Но никаких работ в этой области не было осуществлено. В 2008 г. начались работы по цифровизации телевидения в стандарте DVB-T. Тогда же было решено, что для цифрового радио будет использоваться другой стандарт – DRM, предназначенный для вещания на коротких волнах. Но и в области DRM также не было осуществлено каких-либо значимых работ.

В 2015 г власти начали думать над стандартом DAB+. В Москве было проведено исследование возможностей его работы, по итогам которого ГКРЧ должна была принять решение о возможности распределения частот для данного стандарта. Однако принятие решения было отложено для проведения дальнейших испытаний.

Стандарт DAB был утвержден в Европе в 1995-1997 гг. Он может работать в диапазоне от 30 МГц до 3 ГГц и обеспечивать скорость входного потока от 8 Кбит/с до 384 Кбит/с. DAB использует технологию кодирования MPEG Audio Layer 2. Благодаря этому стандарт обеспечивает качество вещания, схожее с компакт-дисками, хотя для их воспроизведения нужна значительно большая скорость — 1,4 Мбит/с.

DAB+ — усовершенствованная версия стандарта DAB. Данная технология может работать в диапазонах от 47 МГц до 3 ГГц. Скорость входного потока составляет от 8 Кбит/с до 172 Кбит/с с поддержкой частот дискретизации 16 кГц, 24 кГц, 32 кГц и 48 кГц. В стандарте используется более современная, чем в DAB, технология аудиокомпрессии – MPEG-4 He-AAC v2. Это позволяет осуществлять вещание большего числа радиостанций на одной частоте.

Так, согласно приложенному к материалам ГКРЧ отчету Военно-воздушной академии им. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина, у DAB для качественного вещания необходима скорость 192-256 Кбит/с, для нормального — 128 Кбит/с. У DAB+ для качественного вещания нужна скорость 64 Кбит/с, для нормального – 48 Кбит/с. Соответственно, если стандарт DAB позволяет уместить в одном мультиплексе 12 радиоканалов, то DAB+ — 18.

В тот же время авторы отчета из НИИР считают заблуждением, что качественное вещание в DAB+ можно обеспечить на скорости 64 Кбит/с, увеличив тем самым общее число каналов. В отчете НИИР говорится, что в Швейцарии вещание DAB+ ведется на скоростях 64-84 Кбит/с. Это приводит к характерным для цифрового сжатия искажениям звука, что особенно заметно в музыкальных программах, которые становятся довольно однообразными.

В результате заявленная для цифрового радио цель – обеспечивать вещание с качеством, сопоставимым с компакт-дисками – не удается достичь, констатируют в НИИР. Более того, большинство платных и бесплатных музыкальных сервисов в интернете работают со скоростями от 192 Кбит/с до 360 Кбит/с. Соответственно, для качественного вещания DAB+ необходима скорость 128 Кбит/с, тогда как при скоростях в районе 64 Кбит/с цифровое радио становится рядом с ними неконкурентным.

Особенностью стандартов DAB/DAB+ является возможность передачи сигнала управления динамическим диапазоном (DRC), который может использоваться в приемнике для сжатия динамического диапазона воспроизводимого звукового сигнала в условиях шума. Также данная технология будет полезна для лиц с ослабленным слухом.

DAB+ передает мультиплексированный поток данных, в которых одновременно осуществляется передача нескольких программ. Мультиплекс содержит: данные звуковых программ; вспомогательные данные, включая данные, связанные с программой (канал PAD); информацию о конфигурации мультиплекса (MCI) и служебный канал (SI).

В результате пользователь цифрового радио помимо непосредственно звукового сигнала, получает дополнительные функции приемника (управление динамическим диапазоном), текстовое отображение выбранной информации в канале SI (информацию о выбранной программе), дополнительные возможности для выбора других программ и одну или несколько служб передачи данных общего характера (например, канал сообщений о дорожном движении – TMC).

Стандарт DAB+ может поддерживать технологии условного доступа, позволяющие передавать звук только определенному кругу абонентов (например, оплатившим подписку). Также присутствует возможность организовать дополнительный канал передачи данных за счет каналов, не используемых для передачи звука, со скоростью до 16 Кбит/с. У приемников есть и радиоинтерфейс для обмена данными с ПК.

Передачу данных можно обеспечить и в канале PAD со скоростями от 0,66 Кбит/с до 64 Кбит/с. Это осуществляется за счет уменьшения пропускной способности звукового канала. В канале можно передавать динамическую индикацию метки программы и идентификации службы, причем поддерживается декодирование базового языка разметки гипертекста (HTML) и изображений в формате JPEG.

Вместе с программой передается и служебная разметка (SI): наименование программы; время и дата; перекрестная ссылка на ту же или подобную программу, передаваемую в другой группе программ или одновременно службой аналогового AM- или FM-вещания; расширенная служебная метка для услуг, связанных с программой; информация о программе; опознаватель передатчика и канал сообщений о дорожном движении (TMC, может использовать синтезатор речи в приемнике).

Возможно и автоматическое переключение на альтернативные каналы выбранной программы (например, в FM-диапазоне). Для того, чтобы приемник мог получать доступ к каждой или ко всем отдельным радиопрограммам с минимальной задержкой, для переноса информации о текущем и последующем содержании мультиплекса используется канал информации быстрого доступа (FIC). Этой информацией является информация о конфигурации мультиплекса (MCI).

Внедрение цифрового радиовещания в России нового стандарта позволит довольно неплохо подключить к этому проекту отечественную промышленность. Тем более, что разработки для цифровой связи в ВПК для военных успешно выполняются, производится и новое оборудование.

Комиссия также приняла новую редакцию решения ГКРЧ, регулирующего использование любительской и любительской спутниковой служб. В России насчитывается более 38 тыс. радиолюбителей, которые активно участвуют в общественной жизни, оказывают помощь в обеспечении связью при стихийных бедствиях, участвуют в различных спортивных состязаниях.

Подробнее: http://minsvyaz.ru/ru/events/38154/

Смотрите также

Оставьте свое мнение

Подписка на новости

Свежий выпуск каждый день!Ваш Email:Используемые источники:

• https://habr.com/post/448244/
• https://carwow.ru/tsifrovoe-radio-dab/
• https://www.qrz.ru/news/14847.html