作者：姜卫忠,魏向东
出版社：清华大学出版社
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汽车多媒体导航系统蓝皮书(技术篇)试读：
前言
21世纪以来，电子产品中数字化技术产生了很多应用，汽车产业也已经从大力发展到限牌限行的状况，但是电子技术和汽车产业的发展也带动了它们的相关产业，其中汽车多媒体导航系统就正在以不可思议的速度向前发展。
汽车音响系统从最初的电子管收音机、晶体管收音机到大规模集成电路收音机，再到数字收音机、网络收音机。放音模式也从卡带放音、CD放音、DVD放音（红光）再到蓝光DVD。电视功能则从模拟电视过渡到数字电视。再加上其他诸如卫星导航系统、蓝牙技术、互联网技术等的应用，这样一个汽车音响系统已经超越了传统的汽车音响系统的概念，本书中将把这样的一个系统称之为汽车多媒体导航系统。
本书对汽车多媒体导航系统中的各种功能的设计与应用，如收音机、DVD、电视、导航等进行了较为详尽地阐述。同时也对常用的多种关键器件如收音、电视高频头，TFT-LCD，显示解码驱动电路，触摸屏，DVD机芯、解码电路等的应用进行了较为深入地说明。
本书还对与汽车多媒体导航系统可能发生连接的其他电子产品如安全辅助系统的应用进行了基本原理地说明。
为了进一步拓展汽车多媒体导航系统的应用，本书还提及了物联网、车联网以及目前正在被相关车厂使用的服务平台。
最后，在书中说明了汽车多媒体导航系统设计的项目管理基本流程和成本控制内容。
这样，本书不仅是相关人员解决迫在眉睫的技术问题的好帮手，同时也为相关人员对汽车多媒体导航系统的发展方向提供了一些参考。
本书除了绪论以外还有14章内容：在绪论中主要说明了汽车多媒体导航系统的发展历史和现状。在第1章～第10章，按照技术功能的分类，分别阐述了收音、电视、CD、DVD、蓝牙、卫星导航、TFT-LCD以及各种附加功能的原理、设计方法和注意事项、关键器件的应用。第11章讲述了汽车辅助安全系统方面的应用，第12章讲述了物联网、车联网，说明了安吉星、G-BOOK等应用以及汽车多媒体导航系统中操作系统的发展，还提及了语音识别、CAN总线和解码。第13章讲述了汽车多媒体导航系统的项目管理流程。第14章简单讲述了汽车多媒体导航系统中可制造性设计和项目成本控制。
编者行业从业经历十多年，为了帮助从事汽车多媒体系统设计和技术管理工作的人员更深入系统地了解汽车多媒体导航系统，在参考了大量文献的基础上，并结合自己的实际工作经验编写此书，希望能够为行业里的从业人员尽到一点绵薄之力。
本书可作为从事汽车行业、多媒体产品、导航类产品的工程技术人员的参考书籍，其他岗位人员也能从中了解到很多概念性知识，有利于他们的日常管理和营销工作。
本书也可以供大专院校电子应用、汽车等专业的学生阅读参考。绪论一、汽车音响的发展1.汽车音响发展历史概况
随着社会的发展，汽车已经成为生活必需品。同时，电子技术在汽车中也得到充分应用。电子技术的应用可以让汽车驾驶变得更加轻松，可以让汽车驾驶更加安全，可以在旅途中工作，可以让寂寞的旅途不再孤单，可以不迷失在旅途之中……
用于汽车控制、安全性以及舒适性等各种用途的汽车电子设备的成本已经占汽车总成本的40%以上，而且这个比例还将进一步增加。虽然汽车音响只是一个辅助设备，但随着汽车音响附加功能的增多，它现在也是衡量汽车舒适性的重要指标之一。
汽车在汽车制造厂组装后，大多数会安装一套汽车音响系统。但是，由于汽车制造厂考虑成本、产品定位等因素，安装的汽车音响往往不符合某些用户的使用要求，这时，如果需要进行功能、性能升级，就需要到专业的改装店改装。
随着汽车电子产品的丰富和销售渠道的多样化，现在的汽车音响系统改装业务已经扩大到汽车经销商、专业的音响经销商、汽车配件经销商和汽车美容装潢店等市场领域。在国外，许多大的卖场，比如在沃尔玛就将汽车音响放在超市货架上出售。
小贴示：
汽车音响——本书中所称的汽车音响是指音响主机（俗称机头）部分。
汽车音响系统——汽车音响需要连接各种配件才能够实现其功能，包括高音低音扬声器、分频器、功率放大器、音效均衡器、减震器、线材、外置换盘机等配件组成的一个系统，所以叫做汽车音响系统。
1923年，美国安装了世界上第一台汽车收音机，从此拉开汽车音响发展的序幕。欧美国家拥有先进的汽车技术和电子技术，促成了大批的汽车音响国际知名品牌。如美国哈曼国际集团（JBL）、美国杰伟世（JVC）、荷兰飞利浦（Philips）、美国博士（Bose）、德国蓝宝（Blaupunkt）、德国西门子（VDO）、德国根德（Grundig）等知名品牌。
20世纪五六十年代开始，世界制造业中心的第一次转移，日本经济复苏，催生了众多汽车音响的世界著名品牌。如日本阿尔派（Alpine）、日本山水（SANSUI）、日本索尼（SONY）、日本先锋（Pioneer）、日本松下（Panasonic）、日本建伍（KENWOOD）、日本歌乐（Clarion）等知名品牌。
小贴示：
前装市场——汽车音响生产厂将符合汽车制造厂要求的产品销售往汽车制造厂，这时的汽车音响是在汽车制造厂生产汽车过程中直接安装的，汽车制造厂相对于汽车音响生产厂来说，这个市场领域叫做前装市场。
后装市场——消费者为了改善汽车音响的声音效果、提升功能等，需要购买合适的汽车音响包括配件，然后在专业的改装店进行改装。汽车音响生产厂将产品销往汽车音响零售店、改装店、装潢店、批发商、经销商等，这些经营单位相对于汽车音响生产厂来说，这个市场领域叫做后装市场。
1957年，上海广播器材厂研制成功上海牌382型自动调谐汽车收音机，为长春一汽红旗轿车配套。在研制过程中，解决了自动调谐的宝塔形高频线圈的绕制技术，并首次采用了鞭状天线。1959年9月27日，宏音无线电器材厂试制成功国内第一台晶体管汽车收音机装置在凤凰牌轿车内。
20世纪七八十年代，车载磁带收放机（俗称卡带机）开始得到应用，按照机芯分类有单卡机芯（手动翻转播放磁带A、B面）和双卡机芯（自动翻转播放磁带A、B面）两种，收音机以手动调谐，内置单声道集成功率放大器或双声道集成功率放大器。
20世纪80年代末期，还是以磁带收放机为主，逻辑机芯、电子调谐收音机开始得到应用。电子调谐收音机比手动调谐收音机结构上简单很多，音响面板能够设计得更加美观，结构形式也更加多样化，也为增加新的功能节约了空间。这个时期的车载CD收放机还属于高档的汽车音响。
20世纪90年代，大量出现CD收放机，收音机以电子调谐为主。集成电路的发展使得输出声道和输出功率、音响效果控制都得到改善和提升。同时，在中国深圳有很多工厂专门生产VCD解码板，用于改装车载CD收放机。随后，DVD收放机应运而生，VCD产品走向没落。
20世纪90年代末期，出现内置卫星导航功能的2DIN DVD收放机，并且有自带的液晶显示屏。从此，一体化汽车音响更加成为汽车控制台不可分割的一部分。
21世纪以后，中国的汽车音响开始了突飞猛进的发展。只用了不到十年的时间，就过渡到功能齐全的一体化的汽车多媒体导航系统。
现在，欧美、日韩等发达国家地区已经不再或者很少在本土生产产品，而是主要从事设计研究、高附加值配件的设计生产以及安装技术的研究。我国因为基础技术的薄弱，在产品研发上主要停留在技术应用方面，还缺少创新型技术和产品。
小贴示：
汽车多媒体导航系统——汽车音响系统随着功能的增加，系统越来越复杂，除了传统的收音机、DVD功能外、还增加了电视、蓝牙、卫星导航系统等功能，还能够支持原来只有计算机支持的外接存储设备中的内容，播放多种流媒体格式的文件，所以将这样的系统称之为汽车多媒体导航系统。2.汽车音响发展现状概况
2007年以后，汽车音响系统已经发展到和家庭影院、计算机一样，能够重放多种格式的流媒体音视频节目、图片和连接多种存储介质。具体就是除传统收音机、模拟电视、CD/VCD/DVD盘片播放功能外，还能播放U盘、SD卡等存储介质中的流媒体资料和图片等。
一直以来，因为汽车发展的需要，各种新型技术往往很快会被应用在汽车中。比如，为了便于通信使用蓝牙（Blue-Tooth）技术、为了快速到达目的地使用卫星导航系统和实时交通功能、为了驾乘安全使用TPMS胎压检测系统和行车记录仪。
为了获得更多的信息使用DVB-T/CMMB数字电视、移动互联网、图文广播、3G通信；为了便于操作使用语音识别技术和智能语音播报系统；为了获得更多的节目源连接U盘和SD卡，可以连接移动硬盘。将硬盘安装在机器内部配合操作系统还可以安装更多的应用软件。
在不影响汽车安全的情况下，汽车的多种参数可以连接到汽车音响中，通过声音和图像指示汽车的某些状态。比如，车窗开关、空调温度、车门开关、油路状态、座椅状态、安全带状态、安全气囊系统状态、胎压数据、照明系统状态等，集中显示各种警示标志，而不需要多套重复功能的图形显示、声音报警装置。
汽车的某些数据可以用来控制汽车音响的功能，比如，用车速控制汽车音响的音量、用车灯状态控制显示屏背光亮度；倒车雷达系统连接汽车音响实现语音提示和图像显示；连接汽车位移传感器实现行车轨迹显示和位置报警功能；汽车音响系统内置或外接卫星导航模块和移动通信模块发出车辆定位信息和位置报警信息；随着网络技术的发展，也可以通过各种专业的服务平台与外界互动。总之，多种技术的综合应用使汽车音响的功能更加人性化，使它和汽车真正的融为一体，成为不可分割的一部分。
现今的汽车音响已经类似一个计算机多媒体系统，并综合了卫星导航系统、互联网、通信、实时交通等技术，成为汽车控制台的一个重要组成部分。这里暂且称它为汽车多媒体导航系统，虽然不能完全准确地描述这个庞大的系统，但至少囊括了主要功能。
国外品牌的高端汽车音响大多是在本土设计，然后到发展中国家（或者地区）的独资或者合资工厂进行生产。也有部分品牌采用OEM和ODM的形式生产产品（一般情况下低端产品才会采用这样的生产方式）。
大多数国内汽车音响生产厂家不能进行独立、完整的产品设计，他们的设计过程是在专业方案公司提供的DEMO板的基础上做一些PCB Layout、人机界面、外观设计、结构设计，而原理设计、核心软件设计由方案公司完成。
小贴示：
国内众多汽车音响系统方案设计公司和生产厂家基本上处于技术的应用层面，在设计产品时要尽量避开专利。
现代汽车采用了多种网络技术并具有大量的代码。在设计汽车多媒体导航系统过程中，需要了解相应的代码。前装市场产品在车厂协调下可以互相公开端口协议进行协同设计；后装市场的产品则需要对相应车辆进行测试才能获取代码，大多数情况下需要依托专业的汽车电子系统解码公司获取音响与汽车其他电子产品之间的通信协议。3.汽车音响分类
汽车音响按照各自的主要功能和外围安装尺寸分类情况，如下：
读SD卡、U盘播放器，通常用于低端车型或者货运车辆，在国内和海外（主要是非洲、南美等相对落后的国家和地区）还有一定市场。主要功能有收音机、AUX音频输入、RCA音频输出，能够读取SD卡和播放U盘中的MP3、WMA格式音频内容。这类产品的安装尺寸大多为180mm（宽）×100mm（深）×50mm（高）。
CD、CD-MP3播放器，一般指1DIN的带CD机芯的播放器，主要功能有收音机、能够播放CD盘片和CD-MP3盘片、支持U盘和SD卡读取、AUX音频输入、RCA音频输出等功能，播放音频格式主要为MP3、WMA。前装市场有2DIN尺寸的单盘CD机和2DIN尺寸内置多盘机。
DVD播放器，一类是1DIN的DVD播放器，主要功能有收音机、读取CD、CD-MP3、DVD盘片、支持U盘和SD卡读取、AUX音频输入、RCA音频输出等功能，播放音频格式主要为MP3、WMA，能够播放VCD、DVD等视频。也有采用1DIN伸缩结构自带显示屏的DVD播放器；另一类是2DIN产品，与1DIN产品的差别主要是因为尺寸空间增大，采用了自带的TFT-LCD。前装市场主要是2DIN固定面板的DVD播放器。
DVD导航系统，一般是2DIN DVD播放器，内置导航模块和TFT-LCD显示器的产品。这类产品在前装市场相对后装市场比较少，主要应用在高端汽车上。
汽车音响按照面板外形尺寸、安装方式、电气连接端口分类，有通用机和专用机之分。通用机一般是指面板和安装尺寸符合DIN式标准要求，可以在大多数汽车上安装；而专用机只能在特定车型上安装，其面板一般为异形面板（见图1）。图1 汽车音响的分类二、汽车多媒体导航系统基本架构
汽车多媒体导航系统包含了实现收音、电视以及导航等各种功能的模块，还有电源电路、控制系统、显示电路、音频电路和各种连接外部设备的端口（见图2）。图2 传统的汽车多媒体导航系统基本架构图
传统的音响系统控制电路由一个MCU完成，其他各个功能模块受到MCU的控制，各个功能模块在对应的功能模式下输出声音信号或者图像信号。这种架构的产品，在硬件电路上相对独立，每一个的功能模块之间不会彼此影响。
但是，传统音响系统架构的产品随着产品功能的增多，因为每个功能模块都有自己独立的信号处理电路，导致电路复杂，元器件众多。在有限的空间里面，各种频率和时序的时钟信号、控制信号和数据信号与各种功能的模拟信号同时存在，为考虑散热、装配工艺和避免干扰等而造成布局困难，不利于系统功能的进一步扩展和成本控制。
新一代的音响系统将基于数字信号处理器（DSP），在同一片DSP上包括控制系统和信号处理系统，还可以包括盘片的伺服解码、各种数字音频视频信号的转换、显示屏解码驱动、完美的OSD界面、支持多种数据传输格式等等（见图3）。
基于DSP的音响系统减少了外围器件，降低了硬件电路的复杂性；各个功能模块以数字信号输入输出，提高了抗干扰性；因为采用通用的DSP，所以软件移植性强，便于控制硬件成本；DSP的硬件扩展能力强，可以增加更多的外部设备的连接。但是，这种系统要求硬件、软件稳定性高，生产工艺和自动化程度要求高，相应的也带来较高的生产效率。图3 基于数字信号处理器（DSP）三、汽车多媒体导航系统基本功能介绍1.收音机的发展和现状
发展
按照电路的元器件划分，经历了电子管、晶体管、小规模集成电路、大规模集成电路。
按照调谐方式划分，有电容调谐、电感调谐、数字调谐。
按照电台频率指示方式划分，有指针式、数码管显示、LCD显示。
按照波段划分，有长波、短波、中波、超短波。
按照调制方式划分，有调幅广播和调频广播。
按照音频声道划分，有单声道和立体声。
按照收音信号源划分，有模拟信号收音机和数字信号收音机。
现状
汽车音响中的收音机功能电路都集成为一个模块，为了增强抗干扰能力，模块放在一个金属的屏蔽盒里，即收音高频头。该模块输出左右两个声道的音频信号，音频信号经过电子音量控制电路、前置放大器、功率放大器放大后驱动扬声器。MCU通过IIC总线等形式对收音高频头进行控制，完成调台、存储电台等工作（见图4）。
少数产品采用免调数字收音电路，将收音功能电路布局在电路板上。
世界各国也在不断地发展数字广播，如DAB、DMB、HD Radio、网络收音机等。图4 电子调谐收音机基本框图2.电视机的发展和现状
发展
汽车音响的电视按照信号源的编解码形式分，有模拟电视和数字电视。
模拟电视按照制式分，有PAL、NTSC、SECAM。
数字电视按照信号调制解调方式分，有DVB、ISDB和CMMB。
现状
无论是数字电视还是模拟电视，汽车音响的电视天线接收到的电视信号都是由放在屏蔽盒里面的模块即电视高频头来处理的，电视高频头直接输出声音信号和图像信号。声音信号经过电子音量控制电路、前置放大器、功率放大器放大后驱动扬声器。图像信号输出到图像编/解码电路然后在TFT-LCD上显示（见图5）。图5 汽车音响中电视基本框图3.盘片播放的发展和现状
发展
随着音视频节目源的处理技术、存储技术的不断地改进，盘片播放技术经历了LD、CD、VCD、DVD等阶段，在家庭影院和计算机多媒体技术中得到广泛应用。
因为汽车使用环境的多振动、多灰尘、温度高等原因，在盘片播放机构和激光头能够基本适用于汽车环境后得以大量使用，至今已经有20多年的历史。但是，随着节目源格式种类、来源的增多，原有盘片技术也已经不能满足视频清晰度和音质要求，大容量存储介质的出现，移动互联网的实现，利用机芯进行播放的方式将会被淘汰或者使用量将会大大降低。取而代之的将是大容量的Flash存储、网络在线播放、硬盘存储等技术。
现状
盘片播放目前主要是CD和DVD，因为恶劣的工作环境，使得机芯在抗震、防尘、使用温度方面的效果一直不是很理想。但对于音乐发烧友来说，CD可能会因为其出色的音质处理而不会被淘汰（见图6）。图6 汽车音响中盘片读取电路基本框图4.存储介质的发展和现状
发展
随着计算机技术的进步，对资料的存储方式除了上面提到的盘片以外还有U盘、各种存储卡、硬盘等等。
现状
目前，在汽车音响普及应用的是U盘和SD卡。
机械硬盘因为其结构性能和温度性能不佳而不能在汽车环境中广泛使用，相信在不久的将来，随着大容量闪存价格的下降，固态硬盘一定会大量在汽车音响中得到广泛应用。5.卫星导航系统的发展和现状
发展
目前在运行中的卫星系统有：
中国：北斗星导航系统，目前只覆盖中国境内和周边地区。
美国：全球定位系统GPS，目前唯一覆盖全球的卫星系统。
俄罗斯：全球导航卫星系统GLONASS，目前只覆盖俄罗斯境内。
法国：多普勒卫星和无线电定位组合系统。
正在建立的卫星导航系统：
欧洲：伽利略卫星系统。
日本：准天顶卫星系统QZSS，只覆盖东亚地区。
现状
GPS接收系统则经历了从多芯片到单芯片的过程，GPS接收机成品整机已经可以做得很小。GPS民用功能则从最初简单的轨迹记录功能发展到能够和地理信息结合使用，能够设定目的地、兴趣点、模拟导航，更加直观地应用地图信息（见图7）。
目前汽车音响所用的是美国的全球定位系统GPS，期待中国的北斗星卫星系统能够真正进入民用市场，期待中国的导航技术应用不再受制于人。6.蓝牙技术的发展和现状
发展
蓝牙技术让短距离无线互联成为现实。在汽车音响中，蓝牙手机和汽车音响中的蓝牙功能模块连接，可以实现手机免提功能。对于不影响安全的音视频传输和数据传输也可以通过蓝牙传输，蓝牙传输可以大大减少线缆的应用，为汽车维护带来极大的便利。
蓝牙技术的应用中关键点是不同设备之间通信的兼容性和语音降噪技术。
现状
在汽车音响设计时，将蓝牙接收模块安装在系统中，可以实现免提通话、音乐播放、电影播放、电话本下载等功能（见图8）。这时除了要考虑音频指标外，还要特别关注蓝牙模块与手机的兼容性问题，如果兼容性不好将给用户带来很大的不便。图7 汽车音响中GPS基本框图图8 汽车音响中蓝牙免提功能基本框图7.通信技术应用的发展和现状
发展
随着通信技术的发展，3G通信技术已经得到广泛的应用。3G是3rd Generation的缩写，意思是第三代移动通信技术。相对第1代模拟制式手机和第2代GSM、TDMA等数字手机，第3代手机是指将无线通信与互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种流媒体，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了提供可靠服务，规定了无线网络在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mb/s、384kb/s以及144kb/s的传输速度。3G采用的技术标准有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。
现状
3G技术在汽车音响中的应用还处于萌芽状态。汽车音响中的3G技术没有与其他功能综合利用时，只是不实用的锦上添花的功能，只有存在实用的、有效的、实时的、互动的服务平台，只有当手机、移动电脑的网络、汽车音响能够在相应环境中进行快速互相转换时，3G在车载系统中的应用才有其实际价值。当前3G技术主要和GPS配合使用，用于汽车的定位信息和是否非法启动、驾驶车辆信息的传送。8.各种音视频输入端口的发展和现状
发展
Walkman、CD播放器、MP3播放器等便携播放器的普及，汽车音响为了拓展应用而设计了辅助音频输入端口（AUX-in），一般使用φ3.5mm的耳机插口。
为了将其他更多电子设备的音频信号通过汽车音响内置的功率放大器输出，而另外一些电子设备的视频信号需要在汽车音响的显示器上显示出来，所以又额外增加一些音视频输入端口如RCA端口以满足功能需要。
现状
现在有多种外接的音视频源，除了常用的MP3播放器以外还有多盘换盘机、IPOD等。其中，IPOD因为它比较完善的连接端口，除了支持AUX输入，还可以通过USB端口连接汽车音响，并通过汽车音响对IPOD进行控制。
另外，汽车音响音视频接口还可以支持倒车雷达系统、外置的GPS黑匣子、外置的电视接收器等的音视频输入。
端口的传输形式有耳机插孔、同轴端子、S端子、蓝牙传输、光纤传输、红外传输等。9.各种音视频输出端口的发展和现状
发展
汽车音响内置功率放大器的输出功率和声道数量有一定的局限性，为了适应后装市场改装的需要，汽车音响设计了小信号的全频带音频输出端口、超重低音（Sub-woofer）输出端口、杜比等格式的输出端口；为了满足加装显示器的需要，还有各种格式的视频输出端口，主要有CVBS、LVDS格式。以后随着高清节目需求，HDMI端口将会被使用。
现状
音频输出信号有全频小信号、超重低音，视频输出信号有CVBS信号、LVDS信号。
端口的传输形式有耳机插孔、同轴端子、S端子、蓝牙传输、光纤传输、红外传输等。10.常见音视频格式
发展
计算机多媒体、互联网传输中的音视频信号编解码格式不断改进，有很多流媒体格式。
现状
目前汽车音响一般能够支持的音视频文件格式列举如下：
音频格式：CD、MP3、WMA、OGG、AAC。
视频格式：AVI、MPEG1/2/4、DiVX、WMV、RM、RMVB、3GP。
图片格式：JPG、BMP、GIF。11.汽车音响显示器发展和现状
发展（见图9）图9 汽车音响显示方式发展
现状
低端产品仍然使用被动式液晶显示器（LCD），带有视频播放功能的产品采用主动式矩阵显示器（TFT-LCD）。数字TFT-LCD和模拟TFT-LCD是根据TFT-LCD驱动电路输出到TFT-LCD的信号类型区分的，在清晰度和抗干扰能力方面，数字TFT-LCD比模拟TFT-LCD要好。
国外品牌的产品还经常会使用VFD显示屏。因为其成本比较高，电路复杂，所以在国内没有得到广泛应用。12.汽车对汽车音响的控制
早期汽车音响只需要汽车蓄电池供电，输出音视频，和其他汽车电子设备没有连接。随着汽车电子设备的增多，各设备之间的互联越来越丰富。
照明控制：当汽车小灯打开或关闭后，音响按键背光和显示屏的背光会变暗或者变亮；
刹车控制：当汽车手刹打开后，会在显示屏上显示禁止驾驶员观看显示屏的提示；
倒车控制：当倒车时，将倒车系统的音视频信号传送到音响，通过扬声器发出警告声音和显示屏显示车外图像；
车速控制音量：汽车音响的音量会随着汽车速度的变化而自动变化；
CAN总线：连接CAN总线端口显示空调温度、门窗状态等信息。四、总结
国外的汽车音响已经有近一个世纪的历史，中国的汽车音响真正的发展时间也进入了而立之年。随着技术的不断进步，汽车音响已经成长为现在的汽车多媒体导航系统。
本书将着重说明以下内容：（1）介绍实现各个功能的常用关键器件并列举典型应用，阐述设计注意事项；（2）介绍如何满足基本技术参数的定量指标、定性的要求；（3）介绍汽车多媒体导航系统各功能定义；（4）让读者了解系统的各种技术在汽车音响系统中的应用。五、本章术语解释
OEM——Original Equipment Manufacturer（原始设备制造商），即代工生产，就是品牌生产者不直接生产产品，而是利用自己掌握的核心技术负责设计和开发新产品，控制销售渠道，具体的加工任务通过合同定购的方式委托其他厂家生产。生产的产品被委托方低价买断，并直接贴上自己的品牌商标，这种委托他人生产的合作方式简称OEM，承接加工任务的制造商被称为OEM厂商，其生产的产品被称为OEM产品。
ODM——Original Design Manufacturer（原始设计制造商）是被委托方根据委托方的规格和要求，被委托方设计和生产符合委托方要求的产品。受委托方拥有设计能力和技术水平，基于授权合同生产产品。
通俗地讲，ODM是指某制造商设计出的产品，被委托方选中，配上后者的品牌后进行生产，或者稍微修改一下设计来生产。这样可以使委托方减少研制的时间。承接设计制造业务的制造商被称为ODM厂商，其生产出来的产品就是ODM产品。
PCB layout——即印制电路板的布局，指在产品结构限制范围内，根据产品电路原理并按照一定的工艺要求，将相应的元器件放置在一定的位置上形成的元器件布局。
HMI——Human Machine Interface（人机界面），又称用户界面（UI），即用显示屏显示的设备中，通过各种输入单元（如触摸屏、按键等）输入数据或者输入操作命令，实现人与机器进行信息交互的控制系统。在汽车音响中，人机界面为功能按键（轻触按键、薄膜按键、感应按键）或触摸按键界面。用户界面设计的三大原则是：置界面于用户的控制之下；减少用户的记忆负担；保持界面的一致性。
外观设计——即美工设计，汽车音响的外观设计指在符合安装条件的外形尺寸范围内、设计人员根据美学、功能、操作方式、客户要求等因素对面板功能按键、外壳进行布局，同时根据客户要求、成本、使用效果等因素选择不同的材料和表面处理方式。外观设计人员通常称作美工设计师。
UI设计和美工设计又可以统称为创意设计，即ID设计。
结构设计——指结构设计师在符合安装条件的外形尺寸范围内，根据美工设计布局和电子功能要求进行相应的结构设计，以便实现相应的功能和动作。汽车音响与一般电子产品相比有其独特的结构设计限制，一般按照DIN式标准分为1DIN（长183mm×深153mm×高50mm）和2DIN（长183mm×深153mm×高100mm），日本常用的2DIN尺寸和欧美标准有一定的差别，为长180mm×深153mm×高100mm。以上长度和深度通常是指包括安装支架和面板装饰框在内的尺寸，一般裸机的长度和深度为178mm×150mm。另外，有一种日本早期的尺寸180mm×深100mm×高50mm，目前一些读SD卡和U盘的汽车播放器还在用。
DIN是德国标准协会，DIN位是指汽车中控台预留给汽车电器用品的标准安装空间，1DIN指一个标准空间，2DIN指两个标准空间。
专利——专利是对发明授予的一种专利权利；发明是指提供新的做事方式或对某一问题提出新的技术解决方案的产品或者方法。在汽车音响中，目前涉及的专利问题主要是音视频领域的，特别是1994年推出的MPEG-2标准，它不仅仅是数学与产业最完美的结合，更重要的是引入较为成功的商业模式，从而实现MPEG-2标准的快速产业化。另外，还有以下数据传输技术和存储技术都需要交纳专利费用。比如DVD、数字电视、SD卡、蓝牙技术等，在使用以上技术或者商标设计产品时，有必要在知识产权律师的帮助下了解各种专利状况，以避免被专利人诉求缴纳专利费的风险。
DEMO——Demonstration的缩写，即演示版本、模拟版本。为了实现产品功能，汽车音响设计公司会在短期内推出演示版来验证产品功能，这个版本的产品在技术参数、电路稳定性上都不能符合最终产品要求。第1章 收音机技术1.1 传统收音机的基本原理1.1.1 无线电波的介绍
科学家通过试验证明，当一根导线通上高频交变电流时，它的周围会产生高频交变的磁场。在交变磁场的周围又会产生交变的电场，而交变的电场又会在周围更远的地方引起交变的磁场。磁场和电场如此不断地相互交替产生，就能把电磁能量向周围空间传播开来形成电磁波。不同波段的电磁波有不同的传播特性，主要有地波、天波、空间波三种形式（见图1-1）。图1-1 无线电波在地球周围传播的路径示意图
长波主要沿着地球表面传播，大气层中的电离层对长波有吸收作用。长波在传播过程中，传播稳定损耗小，绕射能力强，受大气环境变化影响小。频率低于30kHz的超长波能够绕地球作环球传播，从发射台到接收点之间距离在1000km以内的长波大都由地波传播，超过1000km以上的远距离由于地波大部分衰减改用电离层传播。长波的传播需要巨大的天线设备，我国广播电台没有采用长波（LW,Long Wave）波段，国外长波范围为150kHz～415kHz。
中波既可以靠电离层发射传播，也可以沿地球表面传播。白天，由于电离层吸收大，天波不能有效发射，主要靠地波传播。地面对中波的吸收比长波强，中波绕射能力低于长波，传播距离短。中等功率的中波广播电台传播距离大约100km左右。晚上，电离层对中波的吸收作用降低，使电离层波可达到在白天被衰减很多的远距离地区。
在中波频带中有无线电广播，所以不仅是考虑把信号发出去就行了，还要考虑品质问题。接收所需电波的强度要依据该电波使用的业务内容而异，也会因为接收环境不同对强度要求会有差异，一般在信号比较混杂的工业区要求信号强度在10mV/m以上，在住宅区为2mV/m以上，在杂音比较少的农村达到100V/m～250μV/m以上即可。中波（Medium Wave,MW）频率范围规定为520kHz～1720kHz。
短波的频率高波长短，沿地球表面的绕射能力很差，主要以天波形式传播。利用电离层的发射可以得到100km～4000km的跳跃距离，经过多次反射后可以传播很远。中国规定无线电广播中的短波（SW）频率范围为1.5Mhz～26.1MHz，有的收音机又将短波波段划分为短波1、2……
超短波以上波段采用空间波方式传播。调频收音机波段规定范围为87MHz～108MHz。
在超短波、极超短波的通信用途中，如果发射天线距离大地表面的所设高度与其波长相当高时，自发射天线发射出来的电波便会直接到达接收天线，像这样的传播称为直射波。
超短波由于频率很高波长很短，不能通过电离层反射进行传播，超短波以直线传播为主，由于地球曲率的影响导致传播距离很短，必须通过增加天线的高度来增加传播距离，一般传播距离只有几十公里。
发射天线发射出来的电波在到达接收天线的过程中，有地面波、直射波、反射波等从不同路径到达接收天线。在接收点，不同路径传播的信号如果是叠加的则信号得到加强也有可能造成干扰，如果不同路径的信号相位不同则会相互抵消造成接收困难。1.1.2 无线电波的调制与解调
调制，就是通过一定的方法将声音的电信号加到高频信号上面，然后通过发射高频信号将声音信号同时发射出去。在接收端接收到加有声音信号的高频信号后，再将声音信号取出来叫解调。高频信号叫载波，声音的电信号叫做调制信号或者叫包络，调制后的波形叫做已调波。载波的频率就是广播电台所呼叫的频率。在无线电广播方面，为了实现利用无线电波将声音信号发射出去，科学家们利用不同波段的频率特性发明了调幅和调频两种调制方式。
1.幅度调制
调幅，即幅度调制（Amplitude Modulation,AM），就是高频电流信号（载波Carrier）的大小对应于声音电流信号（调制信号）的振幅变化而变化的调制方式（见图1-2）。
对于调幅收音机来说，由于干扰引起的频率变化影响不是很大，但由于干扰引起的幅度变化与有用信号混在一起，很难将它们分开，这将使收音机产生杂音，尤其对于高灵敏度收音机这种现象更加明显。采用限幅器虽然能够将杂音引起的振幅变化削去，但同时也会削去有用信号的正常调制，使信号产生严重失真。缩小收音机的通带，在减少干扰的同时也会使声音质量降低。例如，想要传送最高调制频率为5kHz的音频节目，收音机的通带就不应该小于10kHz，想要减少干扰，就需要压缩收音机的通带，这样一来，噪声虽然减弱但也削弱了音频的高频部分信号。图1-2 调幅原理框图
1978年11月23日开始，中波广播的频道间隔有了统一规定，考虑到邻频选择性，调幅收音机的中频通带限制于9kHz以内。也就是说，音频信号的放声频率最多只能做到4000Hz～6000Hz，要想进行高质量的声音重放比较困难，这就是调幅广播的先天不足。
2.频率调制
调频，即频率调制（Frequency Modulation,FM），就是高频电流信号（载波）的频率随着声音电流信号（调制信号）变化而变化的调制方式（见图1-3）。图1-3 调频原理框图
调频收音机与调幅收音机除了解调方式不同，主要差别在于前者多了一个限幅器。它能把调频信号中的所有幅度变化统统地削平了，使既有调频又有调幅的电信号变成只有频率变化的信号送到鉴频器，恢复原来的声音信息。
为了抑制高频段的噪声，在调频发射机的调制器前加上一个预加重网络，调制频率中的高频有用信号被人为地进行提升，从而提高高频段的信号噪声比。在收音机里，为了恢复原来调制频率，需要在检波器或者立体声解调器之后加一个去加重网络。
调频广播规定的频道间隔为50kHz～200kHz，但同一地区相邻的电台至少应该相距800kHz。调频收音机的通道可以做得很宽，很容易使重放声音的频带达到50Hz～15kHz。1.1.3 收音机的基本工作原理
要收听收音机，首先一定要捕获电波，收音机的接收天线就是用来接收电波的（见图1-4）。早期的调幅收音机的天线一般用条状的铁氧体磁棒做天线安装在接收机内部。调频收音机的天线都是安装在室外，随着收音灵敏度等参数的提高。现在都是用调频和调幅共用的拉杆天线、导线天线（家用收音机）、汽车有特别的玻璃天线（镀在玻璃上的银化合物天线）等。图1-4 收音机基本接收框图
在空中飞来飞去的电波，并不只是收音电台的电波，还有电视以及各种通信和自然界的环境中大量电机运转产生的各种电波。接收机天线会接收到各种各样的有用无用的信号，要从那么多的电波中得到所希望接收的电波，就靠接收机的选择电台的装置。
早期使用手动旋转刻度盘，改变收音机调谐线圈或可变电容的组合以完成选择电台的工作，这就是调谐。现在的收音机基本都采用数字式调谐，只要按一下电台搜索按键就可以了。
收音接收机的天线接收到的信号非常微弱，所以接收到信号后要先把该信号放大。这时的信号是已调波，必须使用检波电路（Detector Circuit）将声音信号从已调波中取出，完成此动作称作解调（Demodulation）或检波（Detector）。
对于幅度调制来说，解调是从已调波的幅度变化提出调制信号的过程。对于频率调制来说，调制是从已调波的频率变化提取调制信号的过程。
检波之后的信号不能直接推动扬声器（喇叭Speak louder），还要经过音频放大电路放大之后才可以驱动扬声器发出声音。
1.超外差式收音接收机原理
收音接收机电路构成方式可分为直接式接收机、再生式接收机、超再生接收机以及超外差式接收机等。为了提高接收机的选择性和稳定性一般采用超外差式接收方式，其他方式现在只会在一些特殊场合下使用。图1-5 超外差式接收机原理框图
超外差式就是将接收的高频率信号先改变成中间频率信号（中频信号IF），再经过放大、检波，取出声音信号的接收方式。超外差式接收机使用中间频率将工作频率降低，所以可以稳定放大，从而提高灵敏度和选择性，但也因为使用了中频导致会产生假象干扰（镜像干扰）和笛音干扰。所以，在收音机设计过程中需要根据收音机频带和步进等因素考虑设计、测试方法，避免假象干扰、谐波引起的笛音干扰等现象（见图1-5）。
假象干扰就是当接收机接收到一个有效电台F1时，产生一个中频Fi，又有一个干扰频率F2在收音机也同时产生中频Fi，这样F2对F1的这种干扰称为假象干扰（见图1-6）。
如果接收信号或本振信号有谐波成分时，接收频率F1、本振频率F0、中频Fi之间就有关系式mF1-nF0=Fi（m、n为正整数）的关系，则容易发生差拍妨害即笛音干扰。另外，检波器的输出电流中含有中频的2倍、3倍等谐波成分与本地振荡频率或接收机频率之间也会发生笛音干扰，此时的频率关系是F1≈nFi或F2≈nFi。图1-6 假象干扰
为了提高接收机的灵敏度和选择性、减轻假象干扰、提高信噪比，要设计好高频放大电路。灵敏度是表示接收机对于微弱信号微弱到何种程度的电波仍然能接收的尺度，这是判定接收机的实际接收能力的技术参数。一般使用实用灵敏度（噪限灵敏度）作为衡量标准，就是要求在信噪比且输出功率达到某固定数值时所需要的最少的输入信号强度。
选择性是只接收需要的无线电波排除不需要的无线电波能力。有用信号与无用信号之间的接近程度以及两个信号的强度会影响接收机的选择性。
在调谐方式的选择上，目前已经从电容调谐、电感调谐过渡到电子调谐技术。为了能够使接收机接收到整个频段内的电台需要注意调谐电压调整范围要满足频带范围。
小贴示：
电子调谐收音机的电路中会使用到变容二极管，在设计过程中，选择器件时除了要注意该器件是否能够满足电性能之外，还要满足车载环境的可靠性要求。
中间频率（中频）由本地振荡电路和混频电路（变频电路）产生。本地振荡电路和变频电路的工作频率很高，所以它们的稳定性很重要。
中频放大（简称中放）电路是放大由变频电路产生的中频信号的电路。中放电路设计的好坏对接收机的增益和选择性有很大影响，要求该电路在保持高增益的情况下，还要使工作频段内的信号不能受到损失。超外差式接收机的综合选择性主要由中频放大电路的选择性决定，为了消除混频干扰，离开中心频率±10kHz时的增益至少衰减20dB以上。中放电路的增益通常是越大越好，而一般放大电路为了满足一定频率范围的通频带则增益就不能做得太高，所以会通过多级放大来满足增益和通频带的要求。
从中频信号中取出低频信号的方法称为检波，使用检波二极管可以完成检波工作。二极管检波时，要注意检波的线性要求。当检波输出的交流成分与直流成分不相等时会发生检波的输出失真，称为负的尖端失真，可以通过提高低频放大电路的输入阻抗来减轻这种失真。但是，当低频放大电路的输入阻抗过高时，会因为检波二极管在有逆向电压加入时无法追随信号的调制波形而发生下降部分失真，称为菱形失真或菱形切割。
由于衰落等原因导致由天线进来的信号发生强弱变化，使整机音量忽大忽小，采用自动增益控制（AGC）电路能够减轻此类现象。通常用检波电路的输出或中频输出控制AGC电路达到控制前级放大电路增益的目的，在控制增益时要注意频率特性不能发生变化。
接收机的音频放大部分是将检波电路输出的声音信号放大到足够的功率去驱动扬声器。此电路的增益是由检波器的输出与接收机的最大输出要求决定的，为了得到所需的增益，必须采用合适的放大电路。
为了保证合适的听觉效果，在音频放大电路的前级会增加音量控制电路和音质调整电路。音量调整一般通过改变输入低频放大电路的声音信号的幅度来实现。音质调整电路是将低音或高音的增益与中音的增益作比较，根据需要提高或降低。在音量调整范围内不能影响输出的声音的频率范围，在音质控制的中点要满足输出的声音的频率范围。
2.收音机基本技术参数
收音接收机是用来播放声音的，所以可以直接用耳朵来判断收音机的质量好坏。但主观的判断往往因为收听的环境、测试人员的不同而得不到统一的评价，也不便于不同收音机的性能比较，所以性能的好坏要用统一的测试方法并用一个定量来表示。通常采用的方法有日本的JIS规定试验方法，但是高级的接收机则常采用美国的音乐工业团体的IHF方法。
AM相关指标的测量方法与FM基本是一致的，本节中主要列举FM接收机相关的内容。
灵敏度
灵敏度是衡量接收机能够接收微弱到何种程度并且保证一定输出能力的参数，有最大灵敏度和实用灵敏度（噪限灵敏度）两种指标。
最大灵敏度是接收机的音量控制器调整到最大时测定的。因为不考虑输出的信噪比等，所以这数值即使很小在实际使用上并无多大意义。
实用灵敏度是分别调节接收机的音量控制器和输入信号强度使输出信噪比为30dB（AM通常为26dB）时的输入信号强度，这时所有音调控制器、声道控制器处于中点。理论上接收立体声广播时比接收单声道广播时的信噪比有所恶化。
选择性
选择性是衡量收音机在接收希望接收到的电台时对其他信号的排除能力的参数。选择性有接收频率附近信号的选择性、对于假象频率或中频的选择性、对于与接收频率同一频率的干扰信号的选择性。
接收频率附近的干扰信号的排除能力主要由中频放大电路的特性决定，为了近于实际状态测量选择性，都广泛使用双信号选择性。
假象干扰和中频干扰的排除能力由前置级的性能决定。
同一频道的干扰排除能力是FM接收机特有的特性，这项特性与限制器有很大的关系，而且是FM接收机的重要性能之一。同一频道的干扰采用双信号测试法，是希望信号的输出与同一频率的干扰信号输出的比。在IHF方法中称为俘获比（Capture Ratio），首先求取用没有调制的信号（干扰信号）使接收机接收调制信号（有用信号）的输出降低1dB的干扰波的电平，再求取使接收机输出降低30dB的干扰波的电平，然后将两个dB数值相减除以2就得到俘获比的数值。这是因为接收机降低1dB时有效电台的输出声音效果仍然可以接受，但是在降低30dB时，接收机则输出干扰信号的调制内容。
比较小的俘获比表示有用信号强度低时不会发生同一频道干扰。
频率响应
频率响应表示收音机能否输出和实际声音一样的频谱声音的能力，收音机要能够将各种频率的调制信号有效输出，FM接收机至少包括50Hz～15kHz的范围，AM接收机一般包括100Hz～6kHz的范围。这个参数叫做频率响应、音频输出频率范围或者电气忠实性。
立体声分离度
立体声分离度是衡量实际声音中各个音源发出的方向的效果，所以分离度是立体声效果能否逼真重现的重要指标，如果立体声分离度不够，在收听立体声信号时音质和音响效果会大大降低。
FM立体声分离度通常要求≥25dB，目前一般可以做到28dB以上。1.2 RDS广播数据系统1.2.1 RDS广播数据系统介绍
1974年，广播数据系统（Radio Data System,RDS）开始进入前期研究，1984年形成标准化，即EBU3244。1987年，沃尔沃公司研发第一部汽车RDS收音机；1988年，德国根德公司（Grundig）和飞利浦公司开始生产RDS汽车收音机；1992年，美国和欧洲分别发布美国RBDS技术规范及欧洲标准CENELEC（欧洲电工技术标准化委员会）EN 50067：1992（见图1-7）。
RDS功能增加了终端用户需要的实用的功能和信息，可以帮助用户收听节目和对正在收听的节目提供补充信息，还能够提供一些针对突发事件临时播报的功能，并使用自动切换功能保证用户不会遗漏某些重要信息。RDS标准主要就是应用于车辆移动环境使用的。图1-7 国际无线电咨询委员会（Consultation Committee of International Radio,CCIR）FM图谱
RDS信号频谱
RDS在FM频谱中，副载波频率为57kHz，在立体声广播时副载波频率锁定在19kHz导频的3次谐波上。副载波的相位与19kHz导频3次谐波同相，相位允许偏差±10°。未调制的副载波对FM主载波标称频偏±1.0kHz至±7.5kHz，推荐值为±2.0kHz。
RDS被调制在57kHz上，因此每个RDS电台的带宽必须保证超过57kHz，即电台频率步长（Step，步进）要超过57kHz，否则相邻两个电台会出现重叠，所以不会出现步长相差50kHz的RDS电台。在测试时，测试点间隔步长要选择100kHz和200kHz。
RDS数据信号调制在副载波上传送，它与立体声复合信号（或单声道信号）混合后，送到FM发射机的调制信号输入端。
RDS信号数据
RDS的数据显示信息有PS、RT、PTY、CT，这些信息将直接显示在接收机的显示器上。RDS的数据控制信息有AF、TA、TP，这些信息在接收机上有控制按键需要用户操作，操作后也会有相应的图标显示在接收机显示器上。
我国的RDS相应规范为GB/T15770-1995《广播数据系统（RDS）技术规范》，详细的调制特性、基带编码、信息格式、寻址、编码有关协议以及RDS信号的传送、接收、测试请参照该规范，更详细的资料请参照欧洲的RDS标准资料。1.2.2 RDS数据信息介绍（见表1-1）1.3 数字音频广播1.3.1 数字广播介绍
传统的FM、AM无线电广播已经纵横江湖将近一个世纪，给人们的生活带来了很大的便利。但是传统的无线电广播单向播放信息、缺少互动、信息不能保留不直观的特点越来越不能满足听众要求。
当数字技术快速发展时，使无线电广播除了能够传输声音以外，还能传输文字、数据、图片以及活动图像。移动通信技术和互联网技术的发展也为电台和听众之间的互动、各个服务平台之间的配合增加了可能性。
自从1920年美国匹兹堡的KDKA广播电台正式开播，展开全世界的广播史以后，科技的进步及人类对高品质生活的追求，科学家们就不断地研究如何改善广播音质、提高广播的服务品质。20世纪80年代开始，由于数字技术的快速发展，无线电广播技术也进入了革命性的数字广播技术时代。
1980年，德国广播技术研究所开始DAB数字广播的研究。
1985年，德国开始于慕尼黑进行DAB试播。
1986年，德国、英国、法国、荷兰、丹麦等国家组成Eureka（欧洲电信标准机构），并制定Eureka-147规格。
1992年，Eureka完成DAB标准草案，并于1995年成为欧洲电信标准协会（European Telecommunications Standards Institute,ETSI）正式标准。EUREKA 147使用波段III（频带范围为174MHz～240MHz）及L波段（频带范围则为1452MHz～1492MHz）的无线频带，有些国家也使用超高频波段（UHF，300MHz～3000MHz）。EUREKA 147可以实现多个电台共用一个无线电信号及波段，以多路传输方式对外发射，再交由接收机进行对应的解码。事实上EUREKA 147更为人所知的称呼是数字音频广播（DAB）。
不过除了EUREKA 147外，也还有其他类型的数字音频广播技术。
从1985年开始，日本广播协会（NHK）开始了新一代调频数据广播系统的研究工作，即数据广播信道系统（DARC）。
1990年，美国数字广播集团开始研究带内同频数字声音广播（In-Band On-Channel,IBOC）方案。2000年4月，在解决了邻近频道串扰、抗多径衰落差等技术问题后，美国国家广播制式委员会（NTSC）决定制定IBOC标准。2000年8月朗讯科技和美国数字广播集团公司合并成立了iBiquity数字通信公司，专门致力于美国广播数字化方案的技术研究和实验测试工作。2002年，IBOC成为美国地面数字音频广播的传输标准，该系统可以合成到现有的模拟AM/FM系统中而不会引入噪声的影响。
1996年，法国提出DRM（Digital Radio Mondiale），并于1998年在中国广州成立DRM联盟。2003年7月正式推出，目前有30个会员国，全球约有27个DRM系统正式运行。中国虽然是DRM联盟成员之一，但是目前仍以Eureka-147作为主要DAB标准。
我国自2006年6月1日起开始实施广播电影电视行业标准《30MHz～3000MHz地面数字音频广播系统技术规范》，该标准是适用于移动和固定接收机传送高质量数字音频节目和数据业务的DAB标准。
2006年10月，国家广电总局颁布了中国移动多媒体广播行业标准——CMMB（China Mobile Multimedia Broadcasting）标准。
卫星技术发展了卫星广播技术。目前，卫星广播在世界五大洲传送数字无线电信号，世广、Sirius和XM Radio是主要的卫星广播公司，世广信号覆盖面主要是非洲、亚洲和部分欧洲地区，Sirius和XM Radio主要覆盖北美地区。但是，这三家公司都是私营公司，节目的接收播放需要专门的硬件，并且是有偿服务。
随着音视频压缩处理的编解码技术和计算机网络技术的发展，目前数字广播更向着数字多媒体广播（DMB）和网络广播（Internet Broadcasting）发展。
DMB广播可以传输DVD质量的视频、CD质量的音频。还可以在高速移动环境下提供稳定的数据、文字、图像与视频等服务。
1995年4月，美国西雅图的进步网络（Progressive Networks）在它的网页上应用了一个Real Audio System的软件，提供随机音效（Audio On demand）服务，标志着网络广播的诞生。
1997年3月18日，上海市东方广播电台《东光信息网》开始运行网络广播。1998年2月28日，北京经济电台《动心9时》开始网上直播。
到目前为止已经有更多的网络广播在运行中，在网络收音机的软件中可以收听成千上万个广播电台，只要有互联网就可以收听，而且可以像听CD一样暂停、重复播放、点播，真正满足随时随地收听的要求。
总之，数字广播的发展使得听众能够更加快捷及时地得到更多的、更实用的信息。相信因为数字广播的功能实用性和更高的音频质量，传统的收音机将会逐步被淘汰。目前，发达国家都在不停地将地面无线电广播向数字技术转型，不同国家因为技术起源和利益出发点不同，导致数字广播家族中出现了多种不同的成员，也因为国家或者技术发布者的利益关系而采用不同的技术标准。例如美国采用高清无线电广播（HD Radio）；加拿大、一些欧洲国家（其中包括英国和德国）、亚洲部分地区、澳大利亚和非洲采用的是数字音频广播（DAB）；韩国采用的是数字多媒体广播（DMB）。另外，法国采用数字无线电广播（DRM）技术。
1.高清无线电广播（HD Radio）
高清无线电广播（High-Definition Radio,HD Radio）是一种基于由iBiquity Digital公司开发的IBOC（带内同频）技术的数字广播，2002年HD Radio技术被美国FCC批准为美国AM与FM波段的数字广播标准。它在不影响现有模拟广播的前提下，利用正交频分复用（OFDM）数字技术将数字信号放置于现有AM和FM边带中的任一边带上，使用现有模拟广播的频谱提供高质量的数字声音广播与数据业务。
高清无线电广播能够与传统电台相兼容，传统电台的原有设备得到了充分利用，保留了同样的发射频和原有的发射仪器、广播发射塔。采用数字方式，抗干扰性增强、失真度低，所以能够有很好的收听效果。而且因为是数字方式，可以搭载更多的信息在调制信号中，包括正在播出的节目内容、歌词、广告、数据等，这些信息主要针对车载收音机的，在车载收音机显示屏上能够显示出来。现在，有很多国家将HD Radio作为国家标准或者部分国家标准。例如，巴西在2007年底前将HD Radio规定为国家标准；墨西哥将和美国边境的所有电台进行了HD Radio标准的数字化转换；菲律宾采用HD Radio技术作为FM广播数字化转换的标准。加拿大广播电视管理机构已经确认，任何电台都可以申请HD Radio信号的许可证。另外，已经或正在测试、试验或开展HD Radio运营的国家和地区有阿根廷、澳大利亚、波斯尼亚、智利、捷克、德国、中国香港地区、印度尼西亚、墨西哥、新西兰、菲律宾、波兰、瑞士、泰国、乌克兰和越南。
2.网络广播
网络广播最早是基于互联网使用RealPlayer播放系统的音频广播，当然也有其他的网络收音机，例如Radio Sure。互联网具有信息量大、搜索方便快捷，而且能够直观地显示数据、文本、图片、图像，可以复制、互动性强的优势。随着宽带、移动互联网技术的发展，网络广播因为设备投资少、实现技术相对简单，世界各国竞相发展网络广播。网络广播可以用直播的播放形式进行及时报道，可以使全世界范围内的用户在第一时间获得信息，而不必像其他广播那样需要转播。网络广播还可以将节目按照一定的属性进行分类，可以按照自己的需要收听收看。
传统的收音机FM、AM波段只能收听本地范围内的音乐节目，短波收音机虽能收听全球无线电广播，但信号非常不稳定收听效果差，而且只能被动收听节目，能够收听到的节目数量少有时间限制，没有节目清单或者长时间的收听积累节目资源，很难找到自己想要的节目。网络收音机允许任何人随时随地通过互联网收听，真正实现全世界范围内的无线电数字广播，将成为消费电子和移动音视频产品包括车载电子产品市场的一个新亮点。
3.卫星广播
卫星广播是利用广播卫星向地面转播电视或声音广播信号，供一般公众直接接收的广播方式。但卫星收音机价格很高不易普及，作为单一功能的产品推广困难。另外移动接收性能不佳，综合应用技术尚不够完善。
4.数字调幅广播（DRM）
2004年制定的数字调幅广播（Digital radio mondiale,DRM）技术标准，是一种在原中短波频带内，可提供无干扰的接近调频立体声质量的广播技术（见表1-2）。
DRM系统工作于30MHz以下的频段，可以充分利用现有中短波频谱资源，穿透能力和绕射能力很强，覆盖范围大，适合于移动接收和便携式接收；在所规定的带宽内，可以同时传送一种模拟信号和一路数字信号，便于逐步向全数字广播过渡。目前DRM接收机大多是基于PC的DRM软件接收机，其应用范围受到一定限制。因此为促进DRM系统的推广，需要一种成本较低、可靠性高、体积小和携带方便的硬件DRM接收机。
5.数字音频广播（DAB）
现在发展比较普及的是源于欧洲的数字音频广播（DAB），甚至有关国家强制推行相关标准，将数字广播全盘切换传统模拟广播搬上了议事日程。但是，虽然DAB具有数字信号传输抗噪声、抗干扰、抗电波传播衰落、适合高速移动接收等优势。但实际上任何技术都有其短板之处，DAB最大的问题是低效率、浪费频宽，为了提高效率发展了DAB+标准。同时，随着技术发展，DAB基础上增加了视频、图片等信息传播功能，即DMB标准（数字多媒体广播）。但因为DAB标准并不是唯一的技术也不是很完善，所以各国都不能真正地执行。
6.中国数字广播概要
虽然我国对DAB数字广播进行了大量的试播，部分城市已经正式开通。但从技术发展来看，DVB技术标准在一定程度上已经超过或者在某些场合可以替代DAB系列的技术。
另外，以上技术都是国外的标准，如果我国大力推行这些技术，将会付出一笔不菲的专利费用。如今，我国的CMMB等技术也在发展中，期望自主技术能够尽快成熟起来并能够得到广泛的应用，形成自己的民族产业。
不管是哪种数字音频广播，目前都因为各种原因而没有得到广泛的应用。但和任何有价值的技术一样，在发展之初必然会有一定的困难，随着技术的进步和成本的降低，数字广播必然会得到快速的发展。1.3.2 DAB应用原理
DAB接收机主要由数字下变频、同步、OFDM解调和Viterbi译码四大部分组成（见图1-8）。
数字下变频就是把ADC输出的中频数字信号变为数字基带信号，也就是在数字信号上实现频谱的向下搬移，主要包括希尔伯特变换等。图1-8 DAB接收机硬件框图
同步部分按功能包括符合定时同步、载波频率同步和采样时钟频率同步。以FFT为界可以分为时域同步和频域同步两部分。
OFDM解调包括FFT和查分解调后的数据再经过频域解交织后进行QPSK解映射及量化，送给后续Viterbi译码器进行软判决译码。
对OFDM解调送来的数据提取快速信息信道（FIC）数据进行解收缩、Viterbi译码、解扰，得到符合结构信息（MCI），再利用MCI对主业务信道（MSC）数据进行译码。
DAB信号从天线接收后进入高频头部分，选出需要的频率块，然后将选出的高频信号送入混频器，变为中心频率为38.912MHz、带宽为1.536MHz的中频信号，中频信号滤掉无用的频谱部分后再经过变换和滤波，变为中心频率为2.048MHz、带宽为1.536MHz的基带信号。然后进入DAC，采样速率为8.192MHz，转换成数字信号后进入FPGA。FPGA完成并串转换、同步、解调以及VCXO所需的控制电路等。处理后的数据进入DSP,DSP外部时钟为24.5MHz，所以DSP可进行4倍频，工作于100MHz。DSP中完成解交织、Viterbi译码、解扰以及音频解码，最后送入DAC恢复出原始模拟信号，送入扬声器播放。
小贴示：
数字下变频——在超外差式接收机中，如果经过混频后得到的中频信号比原始信号的频率低，那么此种混频方式叫做下变频（Down Converter）。将射频信号通过一次或者几次的模拟下变频转换到中频上，在中频对信号数字化，然后再进行数字下变频。数字下变频是软件无线电的核心技术之一。
希尔伯特变换——在数学与信号处理的领域中，一个实值函数的希尔伯特变换（Hilbert transform）是将信号s（t）与1/（πt）做卷积，以得到s'（t）。因此，希尔伯特变换结果s'（t）可以被解读为输入是线性非时变系统（Linear Time Invariant System）的输出，而此系统的脉冲响应为1/（πt）。这是一项有用的数学，用来描述一个以实数值载波做调制的信号的复数包络（Complex Envelope）。
希尔伯特变换是以著名数学家大卫·希尔伯特（David）来命名。1.4 汽车收音机的设计1.4.1 汽车收音机常用关键器件
为了能够更加直观地了解汽车收音机的设计，本节将对典型的电路进行分析。因为现在的汽车音响的传统收音机都采用电子调谐，所以本书中传统收音机将只针对电子调谐的收音机的工作原理和应用进行讲述。虽然在汽车收音机中收音高频头经常使用的是高频头模块，整机工程师不必设计高频头，但是如果对采用的高频头如果没有一定的了解将不能得到良好的设计效果，所以下面首先介绍几款收音机高频头常用的集成电路，然后介绍收音高频头模块以及应用，但又基于篇幅的原因，具体内容请参照详尽的实际资料。
1.三洋单片收音调谐集成电路LA1787M
LA1787M是日本三洋公司的一款用于汽车收音机的单片集成电路，内部集成了6个模块，这6个模块分别是FM调频前端电路、FM中频电路、噪声消除电路、混频电路、AM上变频电路、FM/AM转换开关、多径噪声抑制电路（MRC）（见表1-3）。
LA1787M应用注意事项（1）注意电源和地线的处理。在设计中，要按照电路特性和电路关系进行电源的分布设计，还要注意各电源之间的上电时间的顺序和电压值的大小；（2）AM/FM开关。LA1787M的第6脚用于FM前端电路和射频AGC电路，第6脚是8V供电时为FM模式，开路时为AM模式。在高频头模块上有对应的收音模式控制端口；（3）LA1787M的AM互调特性和S电表曲线有不错的表现，在设计时要注意邻近频道的干扰特性和停台灵敏度是否符合要求；（4）为了改善FM分离度的温度特性，集成电路内部已经做了相应改善，但是在外部设计时也要注意电源的稳定性和纹波处理是否满足要求；（5）键控AGC是一个使互调干扰和干扰衰减同时达到良好特性的技术。当希望的信号微弱或者不存在时，高波段AGC电平等于0，其结果就导致自动调谐时可能发生错误或者在有强干扰电台时存在某种振荡，键控AGC技术解决了这些问题。天线和RF电路选择性决定了宽带AGC的灵敏度；（6）注意停台检测输出、停台检测调整、S电表和中频计数缓冲的问题。SD和IF计数开关工作的瞬态特性由静音时间常数、S电表时间常数、AFC时间常数决定。静音控制的设置同时影响-3dB灵敏度。通过检查信号强度和中频计数器输出来控制停台灵敏度。同时要注意静音的控制，当信号弱到一定程度的时候要进行静噪处理，但是要注意-3dB极限灵敏度的参数；（7）AM设计时，要注意AGC控制范围的设置，但同时要考虑AGC控制范围的调整对频率范围的宽度的影响。AM SD信号、中频计数缓冲器是通过S电表与5V参考电压比较而工作的。因为LA1787M的AM与FM检波输出是从同一个引脚输出的，所以在输出电阻和电容的选择上要考虑电阻、电容对两者的输出幅度和AM高端频率响应的影响。注意低端频率响应是AM检波电路的另一个滤波电容决定的；（8）噪声消除模块的耦合电容决定了低端频率响应，所以在设计电路时要特别注意。这部分电路包含了噪声监测灵敏度和噪声AGC，首先为中等强度的信号（50dBμ）设置一个合适的噪声灵敏度，然后为弱信号（20dBμ～30dBμ）设置噪声灵敏度，如果噪声灵敏度增加，AGC作用增强但弱信号的灵敏度将会下降；
噪声消除电路对于过调制的10kHz信号的处理可能会导致音频的失真，需要针对预防过调制现象而预先设计一个用1kΩ电阻和2200pF电容组成的低通滤波器，但同时要注意这个滤波器对FM的高端分离特性和AM频率响应的影响；（9）高频切割电路（HCC）控制功能工作时，注意该电路输出的频率响应。
导频消除电路的信号不包含3阶谐波的19kHz信号，因为没有谐波，所以左右声道的导频可以很好消除。通过一个可调电阻来改变副载波电平进而调节FM分离度，但是单声道输出电平是不会被改变的。如果通过改变一些外接器件使副载波频带（23kHz～53kHz）能够下降到足够小，还可以避免高端分离度的变差的情形；（10）多径干扰抑制电路（MRC）噪声放大器的增益是固定的，只有通过减少交流输入电平来调整。输出电平中的噪声通过输出端连接的RC并联接地的电路完成，通过改变RC的时间常数来调整截止频率。
2.ST单片调谐集成电路TDA7541
TDA7541是意法公司（ST）的一款内置智能选择系统的AM/FM汽车收音机调谐集成电路，它集成了混频器、中频放大器、AM/FM解调电路、立体声解码电路、ISS滤波器、中频计数器和锁相环同步电路，只要很少的外围器件就可以实现多波段收音机的调谐功能（见表1-4）。
该集成电路能够实现FM、AM、WB、RDS收音功能。该集成电路适用调频波段有美国FM波段、美国天气预报波段、欧洲FM波段、日本FM波段和东欧FM波段。
美国FM波段=87.9MHz～107.9MHz
美国天气预报波段=162.4MHz～162.55MHz
欧洲FM波段=87.5MHz～108MHz
日本FM波段=76MHz～91MHz
东欧FM波段=65.8MHz～74MHz
3.NXP收音集成电路TEF6606
TEF6606是集成了锁相环的AM/FM调谐系统，它覆盖了全世界的传统的无线电广播FM/AM波段，所有功能都通过IIC-BUS控制。除了基本功能外它最突出的地方是FM接收方面，有良好的弱信号处理功能和动态带宽控制。这是一款通过汽车电子理事会（Automotive Electronics Council,AEC）Q100标准评价的符合汽车应用的集成电路（见图1-5）。
4.Silicon Labs全功能收音集成电路Si47XX系列
1）Si47XX系列基本架构
Si47XX系列是世界上首款数字AM/FM无线电接收机CMOS芯片，集成了从天线输入到音频输出的全部功能，只要几个外部元器件，大量节约印制电路板空间。高集成度和完整系统使得设计测试简单、提高系统质量和可制造性（见表1-6）。
软件接口支持2线IIC接口和向下兼容3线IIC接口，可以通过软件实现扫描算法、软静音、自动校正数字调谐、FM立体声处理。
接收机不同模式的时钟由外接的参考时钟或者晶体振荡器提供。Si473X系列参考时钟是可编程的，也可以外部连接晶体振荡器。内部振荡器是通过SDIO总线激活的，SDIO可以用来确定调谐器的状态，可以与其他器件通信。如果在搜索或者调谐时SDIO总线激活，晶体振荡器可能会产生抖动，因而导致失谐、错误停台，也可能降低信噪比。
频率合成器使用了通过Silicon实验室验证过的技术。频率合成器产生正交本地振荡信号（Quadrature Local Oscillator Signal），将RF输入转成低中频。在接收信号时，使用自动频率控制（Automatic Frequency Control,AFC）技术将VCO频率锁定在参考频率上。Si473X系列支持FM模式的三种步进——50kHz、100kHz、200kHz，支持AM模式的两种步进——9kHz、10kHz。
通过向上向下搜索调谐，当接收到的信号强度指示（Receive Signal Strength Indicator,RSSI）和信噪比（S/N,SNR,Signal-to-Noise）值超过设定的阈值时，能够停在有效电台上。不单纯通过RSSI信号来确定是否停台，同时使用信噪比作为判断停台的条件可以减少虚假的停台现象。在波段内有两种状态，一是不停地扫描，二是停止扫描。如果搜索操作找不到电台，系统会提示失败或者回到搜索操作开始之前的频道上。
为了达到最佳的搜索/调谐效果，在搜索（Seek）/调谐（Tune）期间暂停所有SDIO数据的传送接收，保持总线的静默状态，直到搜索/调谐动作完成。搜索/调谐动作完成时，应该产生一个搜索/调谐中断信号。
软静音是用来在非常弱信号条件下衰减音频输出和最小化可听噪声的功能，软静音衰减电平可以通过软件调整。
具有高保真的模拟音频输出和数字音频输出，可以选择不同的音频输出模式。模拟音频输出模式时，第13脚输出ROUT右声道，第14脚输出LOUT左声道，第17脚是GPO3。数字音频模式，第15脚是数字信号输出，第16脚是DFS（Digital Frame Synchronization），第17脚是DCLK。模拟/数字输出同时输出时，需要使用第13～17脚。在POWER_ON命令表中设置接收机模式和音频输出模式。高保真（High-Fidelity）立体声数模转换将模拟音频信号送到LOUT和ROUT声道引脚。音频输出可以调整音量和静音。
FM波段电路
Si47XX系列FM部分采用低中频接收机架构，具有优越的射频抑制性能、抗干扰能力、极好的导频抑制和选择性。它们集成了低噪声放大器（Low Noise Amplifier,LNA）支持全世界范围内所有的FM无线电广播波段（76MHz～108MHz）。LNA通过自动增益控制电路优化灵敏度和抑制强干扰，测试时需要关闭AGC。镜像抑制混频器将RF信号转变成低中频，正交混频器输出经过放大、滤波后用高精度的模数转换器（Analog-to-Digital,ADC）进行数字化转换。
AM波段电路
Si473X支持接收从520MkHz～1710kHz的全世界范围的AM波段，使用数字低中频架构，只用很少的元器件并且免去硬件调试。数字低中频架构使用了具有优越选择性和噪声抑制的高精度滤波器。DSP提供9kHz或者10kHz可选步进、AM解调、软静音和带宽调整特性。和FM接收机类似的，集成了LNA和AGC优化灵敏度和抑制强干扰，保证弱信号可以得到良好接收。
Si473X提供免调试的非常准确的数字AM调谐，为具有最大的灵活性，接收机支持180μH～600μH的磁环。空气环天线用变换器增加有效电感，使用1：5线圈比的电感可以支持所有典型的10μH和20μH的AM空气环天线。
数字音频接口
数字音频接口工作在从模式，支持三种不同的音频数据格式：IIS、Left-justified、DSP模式。
在IIS模式，默认在每个DFS过渡时第二个DCLK的上升沿捕获MSB，字剩余的位数依次转到LSB。DFS低时转移左声道，DFS高时转移右声道。
在Left-justified模式，默认在每个DFS过渡时第一个DCLK的上升沿捕获MSB，字剩余的位数依次转到LSB。DFS高时转移左声道，DFS低时转移右声道。
DSP模式时，DFS变成和一个DCLK周期一样宽度的脉冲，先转移左声道后再转移右声道。在DSP模式有两种转移数字音频方式，在DFS脉冲后的第一个或者第二个DCLK上升沿时转移左声道的MSB。
所有音频格式，根据字长、DCLK频率和取样率，在下一个DFS转移和下一个字的MSB之前，每个字的LSB后存在不用的DCLK周期。另外，如果先根据需要在DCLK的下降沿配置捕获MSB，音频数位字数能够配置为8、16、20或者24位。
Si47XX系列支持多种音频取样率，32kHz、40kHz、44.1kHz和48kHz。通过在音频基带处理器中消除不必要的冗余DAC，实现数字音频接口可以工作在低电源状态。
FM立体声解码和RDS解码
FM解调器输出立体声复用信号（该信号标准制定于1961年），立体声复用信号由左右声道音频（L+R、L-R）、19kHz导频信号、RDS/RBDS数据组成。
Si473X内置的立体声解码用DSP技术自动解码立体声复合信号。频率在0～15kHz之间的（L+R）信号是FM调谐器的单声道输出。立体声从（L+R）、（L-R）和19kHz导频信号中产生，立体声导频用来作为恢复（L-R）信号的参考，通过分别加减（L+R）、（L-R）得到左右声道的输出。Si4731利用19kHz的立体声导频得到RDS/RBDS信号的57kHz信号。
Si4731集成了RDS数字处理器和RBDS处理器，包含了所有需要的符号解码、模块同步、误差检测和误差纠正功能。
在各种接收条件下，为了在信号质量下降时保持最佳的声音保真度，采用逐步组合立体声左右声道到一个单声道（L+R）信号中的自适应噪声抑制方法。使用FM_RSQ_STATUS命令监视立体声/单声道状态，使用FM_BLEND_MONO_THREHOLD强制转成单声道状态。
预加重和去加重是FM广播通过衰减高频干扰和噪声改善信噪比的一项技术。FM信号传输过程中，预加重滤波器抬高高频信号，Si473X系列中衰减高频恢复平坦的频率响应（Frequency Response），通过编程可以设置50μs和75μs两种时间常数。
Si4731利用内置的处理器可以完成RDS/RBDS的符号解码、模块同步、误差检测、误差纠正。在RDS同步或者失去同步时，和/或者RDS FIFO达到用户设定阈值时，Si4731可以由用户设定并提供一个可选中断。Si4731使用RDS状态命令报告RDS解码器同步状态、每个RDS模块信息字的详细信息。可以报告错误范围为0、1～2、3～5、6+。超过6个错误时表明相应的模块信息字包含6个或者更多不可纠正的错误，或者模块校验码包含错误（见图1-9）。图1-9 Si47XX系列典型应用原理图
5.东芝锁相环集成电路TC925X
TC925X系列集成电路是东芝公司推出的为高性能数字调谐系统应用（Digital Tuning System,DTS）的锁相环（Phased-Locked Loop,PLL）大规模集成电路，所有功能都由三端串口总线控制（见图1-10、表1-7）。图1-10 TC9257应用原理图
6.三洋锁相环集成电路LC72131
LC72131是三洋公司的锁相环频率合成电路（见表1-8）。图1-11 重要端口的应用
FMIN、AMIN、IFIN的耦合电容必须尽可能的靠近它们对应的端口，一般使用100pF的电容。特殊情况下，由于IF端口等待时间的关系可能会发生不正确的计数，为了得到较大的偏置电平，在IF端口可以用1000pF甚至更大的电容值。
LC72131有两种晶体振荡器可以选择，一种是4.5MHz，一种是7.2MHz，前者建议的输入电容阻抗要求CI≤120Ω，后者要求CI≤70Ω。不同的晶体振荡器有不同的负载电容，但要求C1=C2。在印制电路板布局和可靠性方面要根据晶体振荡器特性进行适当的评估。
在电源端口需要一个至少2000pF的电容接地进行滤波，这个电容必须尽可能地靠近VDD和VSS端口（见图1-11）。
7.飞利浦RDS解码集成电路SAA6579
SAA6579是一块用于RDS解调的CMOS集成电路，包括了57kHz带通滤波器（Bandpass Filter）和接收混频信号输出而恢复RDS数据流的数字解调器，通过合适的解码器（微处理控制器）处理数据信号RDDA和时钟信号RDCL的输出，从而恢复从FM无线电广播传送来的RDS信息。SAA6579的功能符合CENELEC EN50067标准（见表1-9）。
8.三洋RDS解码集成电路LC72722
LC72722系列集成电路是一款符合欧洲广播系统的RDS（European Broadcasting Union Radio Data System）和美国无线电系统委员会RDBS标准（National Radio System,NRSC、Radio Broadcasting Data System,RBDS）的处理芯片（见图1-12、表1-10）。图1-12 LC72722应用电路原理图1.4.2 基于高频头的收音系统设计
收音机高频头大体上经历了分立式电路、多芯片高频头、单芯片高频头三个阶段。随着汽车收音机的功能增多，分立器件、多芯片的收音机方案因为空间限制和内部干扰使得汽车音响的设计困难，模拟收音电路的数字化设计简化了设计过程。
无论技术如何发展，传统收音机的应用原理并没有发生变化，但收音机设计在电路上越来越简化。并且由于采用软件设计带来很多优点：占用整机空间变小、硬件成本降低、生产工艺过程简单、生产调试过程越来越少、技术指标一致性增强等等。
目前比较流行的数字调谐高频头有两类，第一类是不包括锁相环电路的芯片构成的高频头，主要代表芯片是三洋的LA1787系列；第二类是集成锁相环的芯片构成的高频头，主要代表芯片是意法（ST）公司的TDA754X系列和飞利浦的TEF660X系列。
最简化的设计方案集成了锁相环和RDS功能的芯片，实现了在板设计，主要代表芯片是Silicon Labs公司的Si47XX系列。
1.基于LA1787的收音高频头
基于LA1787的收音高频头，是较早就用于汽车音响的收音高频头，它的出现使汽车音响的收音电路设计得到很大的便利。最显著的效果是汽车音响收音电路设计简化，研发调试和生产过程中减少了调试，增强了对内部和外部的抗干扰能力，技术参数的指标比分立器件更加一致，LA1787较高的温度特性使收音机在汽车环境使用时性能更加稳定（见图1-13、表1-11）。图1-13 LA1787M构成的汽车收音机模块引脚分布
2.基于TDA754X高频头（见表1-12、图1-14）图1-14 TDA754X构成的汽车收音机模块引脚分布
任何收音机的目的都是为了能够有效地接收电台并能够正常的输出，下面将讲述在应用收音高频头时从信号接收到输出音频信号过程的电路设计。
3.汽车收音机天线
汽车收音机天线因为安装和使用环境的原因，在收音天线结构和类型上有一定的限制。常用的有FM和AM波段共用的拉杆天线和玻璃天线，拉杆天线又分手动拉杆天线、自动拉杆天线；按照是否有放大电路，车载天线又分为有源天线和无源天线。
车载天线在使用过程中存在振动，无论何种天线都要采取可靠的固定措施，避免天线各部件之间的连接松动、天线和传输线等断裂、天线或传输线摩擦造成的磨损。安装接收天线的方向、传输线布局、电源连接、接地点都要注意避开汽车上会产生干扰的其他汽车电子产品。高档天线还要具有降低静电产生的性能。
一般情况下，为了防止车辆在隧道等地方行驶过程中发生天线碰撞，车载收音天线长度往往小于波长长度。拉杆天线一般安装在汽车顶面且地平面较大而获得较好的收信效果，但是实际上因为车辆结构限制可能会安装在侧面或者尾部，这时同样的天线可能会降低收信效果。安装条件许可时，尽量使用符合波长要求的天线或者使用有源天线来改善收信效果。
目前大多数轿车都使用玻璃天线，可以减少车辆外形的影响。但是，当有玻璃加热器时，需要注意玻璃加热器可能会产生干扰，要考虑玻璃天线的传输线布局和天线放大器电源的滤波处理。
车载收音天线输出是单端不平衡输出，要选择合适的FM和AM波段的宽带天线并注意天线、传输线和高频头输入阻抗之间的匹配。设计安装汽车音响前要先了解车载天线规格，比如传输线中是否有滤波电路、衰减电路或者包含阻抗匹配电路。根据实际情况在汽车音响高频头输入端口采取合适的滤波措施以避免干扰和过度衰减（见图1-15、图1-16）。
为了保证汽车音响的实际收音效果，要求在设计验证阶段要进行装车测试。装车测试按照载体分模拟测试（汽车音响安装在任意车辆上进行测试）和标准车辆测试（汽车音响安装在将来要安装的车型上测试）；按照测试方式分静态测试（车辆静止情况下的测试）和动态测试（在行驶状态的测试）。测试的目的主要是验证车辆各种操作状态和各种外部环境是否对收音效果有影响。要求在测试前要对测试项目进行认真规划，保证测试项目不遗漏，要对各种相关数据进行总结、对比，才能发现缺陷并对设计进行有针对性地改进。
在实验室用信号发生器测试收音参数时，为了使信号发生器和收音机输入阻抗匹配，需要采用模拟天线转换器，FM衰减6dBμ，AM衰减14dBμ。图1-15 FM单信号测试模拟天线转换电路图1-16 AM测试模拟天线转换电路图1-17 FM双信号测试模拟天线转换电路
汽车音响中会设计一个收音天线驱动电源（Ant-Power）输出端口，用来为自动拉杆天线和天线放大器提供控制电源，只有在收音状态时才有电压输出。在整机供电电压为14.4V时，Ant-Power为12V±1V；当整机供电电压低至10.8V时，ANT-POWER不低于9V。为了保证电路的带负载能力，Ant-Power驱动电流不低于500m A。设计该电路要采取保护措施，防止输出线对电源或者对地短路时造成电路破坏，防止雷电、静电冲击对整机造成损害（见图1-17）。
4.收音高频头外围电路的设计
1）天线输入端口
收音天线通过连接器将信号送到汽车音响中。天线插座通常有两种，一类是用同轴线引出汽车音响机身外的外置电缆插座，一类是内置的插座。
设计汽车音响时要根据实际需要，如结构要求、客户要求、成本要求、工艺要求等选择合适的天线插座。一般来说，从外部结构紧凑程度、生产工艺、生产效率等方面考虑，只有当汽车音响内部结构受到限制或者有客户要求时才选用同轴电缆插座。
结构设计时，注意天线插头插入插座时是否有干涉，能否插到位，注意插头插座的配合松紧程度是否满足拆卸和抗振动要求；要求地线的接地点接触良好，不易产生氧化和松动。
设计时根据内部空间和PCB布局选择内置插座还是外置插座，根据电路布局、天线连接的便利性等因素考虑天线插座的放置位置、固定方式。同时，为了防止天线插座端引入干扰，注意天线地线连接处理，注意是否需要在天线输入连接点加屏蔽罩；天线插座要尽量避开其他数字信号、高频信号、存在杂乱信号的电源线路。内置天线插座要注意插座和插头插入后是否会和其他部件接触短路，注意外置天线同轴电缆的绝缘层能否承受散热片的高温（见图1-18）。
天线输入电路的滤波和雷击、静电等浪涌电压的防止图1-18 信号输入电路
小贴示：
在低端产品中，许多工程师习惯在收音天线输入端用普通的检波二极管，例如1N4148接地，以为这样可以防止雷击和静电冲击，这种方法是不可取的。一旦发生雷击，将直接造成产品损坏（如噪声大、不停台等严重故障），甚至造成顾客更大的财产损失和人身伤害。
2）收音天线信号输入电路的滤波
收音机天线接收到信号中包含有用信号和各种无用信号，为了在高频头输入端尽量抑制不需要的干扰信号，在天线输入端通常会设计滤波电路。
收音高频头天线输入信号有两种方式，一种是FM和AM信号分开输入，一种是FM和AM信号共用一个输入端。前者可以分别考虑FM输入和AM输入滤波电路，后者的滤波电路要考虑FM和AM的兼容性。
收音信号输入端通常采用带通滤波器和低通滤波器，必要时需要设计信号放大电路。采用放大器时，注意电源和信号的隔离，保证电源不会对收音信号产生影响。
输入电路的雷击、静电等浪涌电压的防止
天线输入端在使用过程中存在雷击和静电等突发浪涌脉冲冲击的危险。为了避免各种浪涌电压的冲击，电路中要有保护元件，并且这些元件组成的电路不能对信号造成影响。
这两种电压虽然都属于高压冲击，但雷击引起的电压波形通常时间长、能量大，而静电电压出现频率高，速度快。
选用器件时，防雷击器件的选择在性能方面注重能够承受并且有效宣泄能量的范围，选用合适的材料就非常重要，注意器件内部二极管击穿特性和电容特性，在多次冲击后二极管的击穿特性不能下降，冲击过程中器件不能过热。一般防雷要求将浪涌电压降低至700V以下才能满足要求。一般雷击器件的响应速度慢，大于35ns以上，不能同时兼顾ESD的泄放。
防静电器件要求能够快速响应，响应后要有足够低的导通阻抗泄放静电。CE标准的设备要求符合IEC61000-4-2level 4标准中8kV接触放电和15kV的非接触放电。建议向专业的浪涌电压处理器件供应商咨询，并通过试验选择合适的器件以适应需要。
3）远近程控制功能
远近程控制（DX/LOCAL）功能的作用是当天线接收到的信号超过一定的强度时，由单片机输出一个控制电压，降低高频头中高频放大电路的放大倍数。当信号很强引起音频自激、乱停台时，用该功能控制内部信号放大电路，可以有效地避免此类不良现象。其中DX状态为常态，放大电路正常工作；当信号比较强时转换到LOCAL状态，放大电路降低放大倍数。LOC状态的停台灵敏度比DX状态的停台灵敏度低22±5dB。有些低端产品为降低成本会省去该功能，在外销产品中一般都要有此功能。
远近程控制可以通过面板按键、触摸按键人工控制，也可以由软件设计实现自动控制。
软件自动控制实现方法，对中频信号、信号电表（S-meter）等信号设定一个阈值，实际信号强度比阈值大时，软件自动控制有DX状态转换到LOC状态。
4）调谐电压
调谐电压（VT）通过对高频头模块中的压控振荡器的控制，完成调谐功能。锁相环的参考计数器输出的参考频率和可编程计数器分频后的输出比较后，相位比较器输出相位误差，这两个信号的频率和相位差通过低通滤波器平滑后去控制压控振荡器（见图1-19）。
R208/470Ω电阻是AM波段的控制端，C205正极输出的是AM波段的VT电压，串接一个330Ω电阻连接到高频头的VT电压输入引脚上。R213/3.3kΩ是FM波段的控制端，C207正极输出的是FM波段的VT电压，串接一个330Ω电阻连接到高频头的VT电压输入引脚上。R214/100Ω电阻与C208组成供电电压的阻容滤波器，供电电压为+9V。
该电路一般放置在锁相环和高频头之间中间靠近锁相环的位置，同一电路的元器件尽量靠近放置并且在PCB的同一面以减少线路长度和过孔，保证地平面的一致性。不要和其他电路混杂在一起。VT电压的走线尽量避开高频信号线，VT线路两侧并有地线包围。
为了防止干扰造成停台错误，有必要在VT电压靠近高频头的相应的引脚处放置一个电容，容量一般在0.022μF以下，过大的电容会引起VT电压跟随速度变慢，造成输出波形振荡，引起失真、自激。适当调整电容数值，可以避开某些干扰引起的错误停台。C207和C205在高端产品中建议使用钽电容，电路中的电阻、电容建议采用高精度的阻容器件。图1-19 FM波段/AM波段低通滤波器典型电路
5）本地振荡信号和中频信号
早期的收音机是将接收到的高频信号经过多级放大，然后直接检波（检波器需要足够大的输入信号才能正常工作）获取音频信号，再将音频信号放大，这种电路结构的接收机叫直放式接收机。这种接收机工作频率很高，高频放大器很难做到全频段的一致的高放大倍数，高低端灵敏度不一致，容易产生自激。
在超外差式接收机中，通过频率变换的方式将高频变成一个频率较低的中间频率，然后将中间频率放大，经过检波获得音频，再经过低频放大输出声音。
超外差式接收机中为了得到一个中间频率，必须先产生一个和整个频段各个频率点（接收到的信号）相差一个固定中间频率的信号，这个信号就是本地振荡信号，将接收到的信号和本振信号处理得到中间频率的电路叫做混频电路。中间频率即常说的中频信号（IF）。
因为采用了中频，放大电路的工作频率降低，动态范围增大，信噪比提高，提高电路的稳定性，提高高低端灵敏度的一致性，提高邻频道选择性。但因为存在中频，所以带来和中频有关的干扰，如镜像干扰和中频干扰，需要邻频道滤波器和中频滤波器电路降低干扰。
因为集成电路的发展，现在很多收音电路采用二次变频的技术，逐步降低工作频率，进一步提高收音性能。
处理中频信号和本振信号时，需要工程师注意本振信号和中频信号从高频头到锁相环之间的耦合电容的选择和PCB线路的布局（见图1-20）。图1-20 二次变频超外差式接收机（低中频接收机）
耦合电容会影响传输信号的幅度，同时还会改变对干扰信号的抑制能力。建议在高频头端预留一个对地的电容和电阻的位置；在信号传输线路中除了耦合电容外，预留串接一个电阻的位置。这几个元件在需要减轻干扰和改善EMC测试方面会有很大的帮助。
在PCB布局时，耦合电容尽量靠近锁相环，串接的电阻位于线路的中间位置，接地的电阻电容位于高频头IF引脚位置。在本振信号和中频信号线路两边有地线跟随，注意与输入信号地线的隔离，注意与其他数字信号、高频信号的位置关系，尽量避免相互之间的干扰（见图1-21）。图1-21 锁相环本振信号和中频信号输入
6）停台检测
电子调谐收音机中，引入两个用于是否结束扫描的判断信号：S电表和停台检测信号，这两个信号送到MCU中，与设定的阈值比较，当达到阈值时则可以停台。
在设计良好的接收机中，还对中频信号的幅度、保持时间或者有效中频脉冲个数进行识别，进一步减少干扰引起的错误停台。
一般情况下停台灵敏度指标为FM：22dB±5dB,AM：33dB±5dB。高低端停台灵敏度要保持一定的一致性，相差不大于3dB。在设计阶段，一定要按照步进逐个测试每一个频率点的停台参数，在装车测试状态，要测试多个地点、多个时段实际的停台数量和收音效果。
7）立体声分离度、声道平衡度和SNC、HCC
立体声分离度表示左右两个声道相互串扰的程度。立体声信号如果没有足够的分离度，输出的声音会模糊不清、立体感效果减弱或者失去立体感。
立体声分离度用一个通道的信号电平与泄露到另一个声道中的电平的差表示。国际电工委员会规定的立体声分离度最低指标为1kHz时分离度大于等于40dB；欧洲广播联盟规定的调频立体声广播立体声分离度大于25dB。
声道平衡度指两个声道电平的差别。如果平衡度指标差，立体声声像位置将产生偏离，该指标应小于1dB。
SNC，立体声噪声控制，为了消除弱信号时的噪声，要求当信号弱到一定程度时仍能够保持一定的分离度，通过SNC的测量来确定性能。一般情况下，当输入立体声信号电平为46dBμ时，立体声分离度一般要大于15dB。
利用对中频信号的幅度或者S电表的识别，当中频幅度或者S电表电压低于某一个阈值时，自动关闭立体声功能，输出转为单声道，这样可以有效避免弱信号时立体声的噪声。一般情况下，可以设定立体声信号强度低至15dB以下后转到单声道。
弱信号的立体声信号，还有一个问题，就是高频噪声。在立体声解码电路中，为了解决这个问题，使用一个HCC（高频切割）功能，即当信号比较弱时，自动对高频成分衰减。一般情况下，可以设定立体声信号低至15dB以下时，高频信号频率响应范围降低。
8）RDS解码电路
DET_OUT，是一个立体声复合信号。在原理设计和PCB布局时要处理干净电源、避免信号干扰，以防止解码错误，出现不停台的情况。
数据总线布局要尽量保持平行，不靠近其他电路的高频信号线、数字信号线。在线路中预留串接电阻和接地电容以防止EMC测试不合格（见图1-22）。图1-22 RDS解码电路
9）电源电路
收音机电路中往往存在不同的电源，上电时间也不一样。所以在设计收音机电源电路时，除了考虑功率、带载能力、纹波系数等常见参数以外，还要考虑电源电压之间的数值转换关系和时间关系。例如，数字电路和模拟电路电源的分离，FM/AM供电电压的分离，FM/AM供电电压只在各自的模式下存在，非收音模式下收音电路的电源需要关闭等。
当有RDS功能时，POWER关机状态下或其他模式时需要给收音电路供电，以保证当收到TA信号时能够自动开机。
10）收音机系统PCB线路布局（1）按照结构要求布置有位置限制的元器件，如天线插座、高频头。
天线插座尽量远离有可能干扰收音信号的电路、输入输出端子和连接线，如CDC的数据线、摄像头的电源线、伺服解码电路的连接线；天线插座位置要便于拆装天线插头，并保证天线插头能够插到位；天线插头在机器内部不能够与其他部件短路；天线插座与音响外壳接地良好可靠，接地点不易氧化；要有足够大的天线插座地线与PCB连接的安装孔，并尽量保证天线插座下有完整的地平面；收音地线、视频地线、数字地线要有所区分，模拟地线与数字地线、大信号与小信号地线要有所区分，并且尽量按照一定的方向布线，减少线路混乱或者走“回头线”，避免高频信号和地线出现环路现象产生“天线效应”。
高频头的布局要注意避开伺服解码板上Flash的时钟数据线、马达线路、晶振位置、解码板和主板的连接线位置；高频头贴近机器左右两侧摆放时，注意距离五金外壳至少8mm以避免安装支架的固定螺钉碰撞高频头；注意高频头与机芯之间的距离，避免机芯两侧的动作结构接触到高频头；尽量避免高频头与五金外壳连接并要远离发热器件，在高频头内部的IC、晶振、变容二极管、滤波器等器件对温度都比较敏感，温度变化时技术参数会变差。（2）合理布局锁相环集成电路和RDS解码电路。
一般情况下，锁相环电路和RDS解码电路在MCU和高频头之间。要注意晶振的位置靠近IC的引脚摆放，负载电容靠近晶振引脚摆放；要远离高频头小信号端口，并且在晶振两脚之间预留并接一个电阻的位置，用来调整晶振的波形的幅度，在适当的时候可以减小干扰；在晶振激励源输入端口预留串接一个电阻的位置，在适当时候可以减小干扰带来不良影响；晶振下面要有完整的地平面。
注意MCU各功能电路的地线、锁相环模拟地线、数字地线之间要有所区分，在MCU和锁相环之间最好用一片完整的地线加以隔离，当电源线和信号线不能穿过这个地线，即电源线路、信号线和地线不在同一平面，不破坏地平面线的完整性；必要时在地线的两侧都采用滤波，并且使用大封装的磁珠、电感或者限流电阻跨越地线。（3）注意信号的走向和电源的走向。
选择合适的电源电路，保证有足够大的输出电压、电流、足够小的纹波系数和较强的抗扰能力；数字电路和模拟电路电源的划分明确，布局分开，不平行走线避免相互干扰。
一般电路信号方向都是按照从小信号往大信号的方向布局，而同一功能电路的电源走向则从大信号、大电流走向小信号、小电流，同时注意各级电路之间的地线连接、电源滤波。在设计过程中，多预留串接的磁珠、滤波电容的位置，以便于调试时加以改善；注意收音电源和其他功能电路电源的区分，避免近距离的平行走线，尽可能贴近地线，与其他信号远离或者垂直布局。
注意高频信号和低频信号、模拟信号和数字信号、小信号和大信号的电源、地线的区分，不能相互干扰。第2章 数字音视频与数字音响技术2.1 数字音响基础技术
数字音响技术，包括取样、量化、编码等数字化技术。数字化音响彻底解决了模拟音响中存在的失真度大、信噪比低、动态范围小、容易被干扰等问题。
数字化音视频信号具有高保真度、抗干扰能力强、动态范围大、信噪比高、重放信号流畅稳定、无抖晃的特点，数字音响信号在加工处理、传输、存储、编辑过程中灵活方便，稳定可靠。2.1.1 CD激光唱盘多媒体播放技术
1.多彩的CD激光唱盘标准
20世纪70年代初以前，图像和声音信号的记录播放都是采用模拟技术，如录像机、电唱机和录音机等。20世纪70年代以后，数字音视频技术得到长足发展，其中以CD为数字化技术之先河。
CD原先指激光唱盘，即CD-DA，用于存放数字化的音乐节目。实际上激光唱盘可以按照不同的应用目的存放不同类型的数据而有不同的名称、标准，但它们的大小、重量、制造工艺、材料、制造设备等方面都相同（见表2-1）。
2.声音的数字化
声音信号的转换
声音是幅度随时间变化的模拟量，数字化就是把声音用0和1来表示的过程，即模数转换（Analog-to-Digital Converter,ADC）。在需要收听时，采用DAC（Digital-to-Analog Converter）技术即数模转换，将数字信号转成模拟信号。
声音模拟信号变成数字信号需要两个过程，首先对模拟的声音信号进行取样（Sampling），然后将得到的连续幅度值进行量化（Quantization），变成不连续的数值。图2-1 数字信号的取样与量化
取样（采样）
取样时有两个基本参数，采样频率（fs：每秒钟采集多少个声音样本）和比特率（BPS：Bit Per Sample，每个声音样本的比特数）。对振幅随时间连续变化的信号波形按一定的时间间隔取出样值，形成在时间上不连续的脉冲序列，称之为取样。
采样频率一般为声音频率范围的2倍以上。比特率反映度量声音波形的精度，比特数越大将来恢复的声音质量越好，音乐动态范围越大，需要的存储空间越大。
人耳朵能听到声音频率范围在20Hz～20kHz之间，而且这样的带通滤波器在20kHz上已经开始有将近10%的衰减，所以可以用22kHz的两倍频率作为取样频率。但是为了能够和电视信号同步，PAL电视的场扫描频率为50Hz,NTSC电视的场扫描频率为60Hz，取50和60的整数倍，所以采用44.1kHz作为CD唱盘声音的采样频率（见图2-1a）。
量化
将模拟信号的幅度动态范围划分为相等间隔的若干层次，把取样输出的信号电平按照四舍五入的原则归入最靠近的量值，称之为量化。如果采用相等的量化间隔对采样得到的信号进行量化，这种量化叫做均匀量化。当输入信号的动态范围很大时，均匀量化的效率不高，此时可以采用非均匀量化（见图2-1b）。
编码与纠错编码
把量化所得的量值变换为二进制数码的过程称为编码。激光唱片在制作和使用过程中会发生超过容许范围的损伤，使所读出的数字信号与原来所记录的信号有所差别，因此，必须采取纠正错码的措施。
动态范围与存储空间
激光唱盘音乐信号的样本位数为16比特（2字节），1位（bit）的动态范围为20log102≈6.02dB，16bit的样本动态范围就要大于90dB。在激光唱盘上1秒时间的声音在唱盘上占用的存储空间为1秒×44100（取样频率）×2字节×2声道=176.4千字节。
EFM调制
模拟信号转换成由1和0表示的数字信号后，还要进行通道编码才能够刻录到光盘上。模拟音频信号经取样、量化、编码和CIRC纠错编码后形成的数字信号，还不宜直接记录在唱片上。CD激光唱盘采用8到14比特调制，即EFM（Eight to Fourteen Modulation）。
在数字记录中需要通道编码的主要原因有两个，一是为了改善读出信号的质量，二是为了记录信号中提取的同步信号。例如，数字化的信号是16位连续的0或1，电子线路就无法区分而读出一条直线；读出的没规律的数字信号幅度和频率变化很大，电子线路难以区分0和1，因此读出信息不可靠。所以需要在连续的0之间加入1或连续1之间加入0，并对0和1的连续长度数目“行程长度（游程长度）”加以限制。根据20世纪70年代的技术水平，要求两个1之间至少有两个0，最多不超过十个0才能可靠读出光盘信号（见图2-2）。图2-2 EFM调制与凹坑长度
数字信号是以字符为单位的，若偏移1位，就会使该字符代表的信号电平发生变化。为此，必须把记录信号分割成很小的字组，并设法判断出各字组之间的分界线，这样的字组称为帧。帧是激光唱盘存放声音数据的基本单元，1秒钟需要的帧数为176400÷24=7350帧/秒，1秒钟需要的扇区为7350÷98=75扇区/秒。
在激光唱盘上有许多歌曲，一首歌安排一条光道，一个光道有许多节（也叫扇区，Section）组成，一节包含98帧（Frame，1帧存放24个字节的声音数据）。
3.CD唱盘的物理结构与数据刻录
物理结构（见图2-3、图2-4）图2-3 CD唱盘的物理结构
数据刻录
CD唱盘上刻录的数据是沿着圆心方向螺旋线刻录的，螺旋线型刻录提高了存储空间利用率，但是控制复杂，随机存储特性变差，伺服机构采用恒线性速度技术读取光盘。图2-4 CD唱盘物理结构尺寸
CD唱盘上的数据采用在盘上压制凹坑的机械方法实现，凹坑的边缘为1，凹坑和非凹坑的平坦部分为0，用激光来读取。批量制作唱盘之前，要先制作母盘。即在制作原版盘的玻璃盘上涂上感光材料，然后用编码后的数据调制激光发生器，数据为1时通过激光，数据为0时不通过激光，或者相反。在原版盘上就形成了具有二进制信息的凹坑，再经过化学处理并镀上一层金属，用这种盘即父盘（Father Disc）去制作母盘（Mother Disc），然后用母盘制作子盘（Son Disc），子盘就是批量压制的模具即压模（Stamper），用压模就可以大批量复制唱盘了（见图2-5）。图2-5 激光唱盘声音数据的基本结构
4.CD唱盘的数据读取
激光束照射到光盘上时会遇到凹坑、非凹坑和凹坑边缘，照到凹坑和非凹坑的平坦部分时的反射光的强度比凹坑边缘的反射光强度弱，凹坑和非凹坑的平坦部分则相当于0，凹坑的前后边沿位置则为1。
在激光头读出过程中，是一个光电信号转换的过程。从激光头组件输出的信号是经过调制的原始的数字信号，然后通过对这些数字信号进行解调得到模拟信号。激光头在读取数据时，激光头部件和CD唱盘是没有接触的，这点不像磁带读取时磁头存在磨损的问题，但是激光头工作过程中存在会因为污染和长时间工作的老化导致激光强度减弱而发生数据读出困难。另外，振动等原因造成激光头和唱盘之间对位过度不准，也会引起数据读出困难（见图2-6、图2-7）。图2-6 CD读盘时的光电转换图2-7 CD唱盘读出原理2.1.2 声音压缩技术基础
数据压缩分为有损压缩和无损压缩。无损压缩要求重构的信号和原始的信号完全一致，目前一般无损压缩算法可以将数据压缩到原来的1/2到1/4。有损压缩适用于重构的信号不一定要和原有信号完全一致，可以将一些不必要的信息丢弃而不影响对原始数据的判断。
可以通过客观质量度量和主观质量度量来判定声音质量的好坏。声音质量客户质量的度量就是对声音信号的参数进行测量，例如测试声音的信噪比、失真度等。主观质量度量就是通过听觉对声音质量进行评估（见表2-2）。
1.常见的音频压缩方法
脉冲编码调制（Pulse Code Modulation,PCM）是概念上最简单、理论上最完善、最早研制成功、使用最为广泛的、数据流最大的编码系统。PCM方式是法国人A.H.里福斯于1937年发明的，最早广泛应用于通信之中。随着半导体技术的进步，特别是发展到超大规模集成电路阶段后，PCM方式应用于音响领域成为现实（见图2-8）。图2-8 PCM为基本技术的数字音响设备的原理方框图
PCM就是将连续的模拟信号经过取样和量化。PCM分为DPCM（差分脉冲编码调制，Differential Pulse Code Modulation）和ADPCM（自适应差分脉冲编码调制，Adaptive Differential Pulse Code Modulation）。DPCM只对实际采样值和预测采样值之间的差值进行编码，这样可以减少表示每个样本的位数。ADPCM在DPCM基础上加上自适应特性，根据样本自动地改变量化阶的大小（见图2-9）。图2-9 PCM方式数字音响设备各阶段波形图
2.声音的感知特性
声音感知有三个主要特性：响度、音调和掩蔽效应。
响度就是声音的强弱，也就是声压或者声强，人们将刚好能够被听到的1kHz的声音信号的强度定义为0dB声强级。当声音刚刚能够被人的耳朵听到，这时的声音强度为“听阈”，听阈是随着声音的频率变化而变化的。当声音强到使人的耳朵感到疼痛时，这时的声音强度为“痛阈”，1kHz信号声音强度达到120dB左右时，人的耳朵就会感觉疼痛。在听阈和痛阈之间的范围就是人耳的听觉范围。
音调也叫音高，用频率来度量。人耳在频率感觉上也有一个范围，测量音高是用1kHz的信号40dB声强为基准。主观测试时，固定的基准声强，用1kHz先听音，然后调节频率使听音者感觉频率变化。音高和频率之间不是线性关系（见图2-10）。图2-10 音高-频率曲线
掩蔽效应是指一个声音A的听觉感受受到另一个声音B的影响。A称为被掩蔽音，B被称为掩蔽音。A单独存在时的听阈强度为绝对听阈，在掩蔽效应下，必须加大A的强度刚刚被听到时的声音强度为相对听阈。掩蔽效应分为频域掩蔽和时域掩蔽，时域掩蔽又分为超前掩蔽和滞后掩蔽。
频域掩蔽，是指人耳在一定的频率范围内，对同时发出的声音，一个声音很容易就能够掩盖另一声音，而且频率越接近越容易掩盖，频率向着高频方向越高越不容易掩蔽。
在时间上相邻的声音之间也会发生掩蔽，即时域掩蔽。这是因为人的大脑在处理信息时需要时间的原因，一般来说超前掩蔽需要2ms～5ms，滞后掩蔽可能持续100ms。
3.MPEG音频编码与解码（见图2-11、图2-12、表2-3、表2-4、表2-5）图2-11 MPEG音频编码器基本结构图2-12 MPEG音频解码器结构图2.1.3 图像数字化处理原理与压缩技术
1.颜色的模型
在自然界中，有些物体是不发光的，有些物体是发光的。不发光的物体称为无源物体，它的颜色由该物体吸收哪些波长的光波来决定，它的亮度由该物体没有吸收的光波即反射光来决定。例如印在纸上的彩色图，彩色印刷和打印的彩色图像采用相减混色的方式产生。发光的物体称为有源物体，可以发出不同波长的光波到达人们的眼睛，就可以看到彩色图像，例如显示器的射线管，电视机和显示器显示的彩色图像是用相加混色的方法产生的。
RGB模型
彩色电视机和显示器中就是利用这种三基色构成彩色图像的，因为是将RGB三种颜色按照不同比例相加构成其他的颜色，所以属于相加混色（见表2-6）。
YUV与YIQ模型
YUV模型是PAL制式彩色电视使用的颜色模型，YIQ是NTSC制式彩色电视机使用的颜色模型，这是一种基于色差信号组合的模型。
RGB和YUV的对应关系的近似方程式如下：
RGB和YIQ的对应关系的近似方程式如下：
2.图像分辨率
图像分辨率是度量像素密度的一种方法。对同样尺寸的一幅图像，图像密度和图像质量、存储图像所需要的存储空间以及在显示器上显示的图像大小有一定的关系。
像素密度越高，组成这幅图像的像素就越多，图像看起来就显得越清晰。相反，图像看起来就显得粗糙；像素密度越高，组成这幅图
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]