DVB开发技术基础培训

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一：卫星介绍

卫星从用途上可以分为：资源探测卫星，气象卫星，军事卫星，通信卫星，直播卫星等。从理论上讲，如果在地球赤道上空相对于地球静止的卫星轨道上放置三颗间隔各１２０度的卫星，就可以实现全球通信或全球广播。如图（１）：

卫星电视传输是在卫星通信的基础上发展起来的，它是在地球赤道上空３５８００ｋｍ处静止卫星上，装载转发器和天线系统向地面转发广播电视信号，直接进行大面积广播电视覆盖的一项技术。它能覆盖区内的广大用户直接收看千百里之外乃至地球另一面广播电视节目。我国幅员辽阔，地形复杂，人口众多，而且分布又很不均匀，如果完全依赖传统的地面无线传输方式解决广播电视覆盖率是极其困难的。利用卫星传输广播和电视节目，作为一种提高广播电视人口覆盖率，改进传输质量的最有效、最经济、最先进的手段，在过去的十几年里它得到了蓬勃的发展和广泛应用。

二：DVB简介

ＤＶＢ组织是一个来自３３个国家、２３０个组织参加的国际机构，国家广电总局广科院于１９９９年４月１３日作为协会会员加入了ＤＶＢ组织。同时ＤＶＢ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）也是欧洲数字视频广播标准，主要的标准包括了卫星电视ＤＶＢ－Ｓ(satellite)、电缆电视ＤＶＢ－Ｃ(cable)、地面广播普通电视的ＤＶＢ－Ｔ(Terrestrial)和高清晰度电视（ＨＤＴＶ）的广播与传输。

DVB-S数字卫星电视技术：

DVB标准提供了-套完整的，适用于不同媒介的数字电视广播系统规范，其周全的计划及广范的共识是其成 功的关键。从一开始，大家就选定ISO/IEC MPEG-2标准作为音频及视频的编码压缩方式，对信源编码进行了统一，随后对 MPEG-2***进行打包形成传输流(TS)，进行多个传输流复用，最后通过卫星、有线电视及开路电视等不同媒介传输方式进行传输。

1. DVB标准的核心 
●系统采用 MPEG压缩的音频，视频及数据格式作为数据源 
●系统采用公共 MPEG-2传输流(TS)复用方式 
●系统采用公共的用于描述广播节目的系统服务信息(SI) 
●系统的第一级信道编码采用 R-S前向纠错编码保护 
●调制与其它附属的信道编码方式，由不同的传输媒介来确定 
●使用通用的加扰方式以及条件接收界面

DVB-S标准提供了-套完整的适用于卫星传输的数字电视系统规范，选定ISO/IEC MPEG-2标准作为音频及视频的编码压缩方式，对信源编码进行了统一；随后对 MPEG-2***进行打包形成传输流(TS)，进行多个传输流复用，然后进行信道编码和数字调制，最后通过卫星进行传输。

1) DVB音频特点

　　DVB-S系统的音频编码使用 MPEG-2 LayerII笫二层音频编码，也称MUSICAM。音频的 MPEG-2 Layer II编码压缩系统利用了声音的低声音频谱掩蔽效应，这一人体生理学效应允许我们对于人耳不太敏感的频率进行低码率编码，此技术的采用可以大大地降低音频编码速率。 MPEG-2 Layer II 音频编码可用于单音，立体声，环绕声和多路多语言声音的编码。

2) DVB视频特点

　　DVB-S系统的视频采用标准的 MPEG-2压缩编码，MPEG-2视频编码系统由一个大家族构成，每一个子系统之间都有兼容性和共同性，根据图像清晰度的不同，它分成四种信源格式或称“等级” (Level)，从录像带(VCR)的低图像清晰度，到高清晰度电视。除了根据图像清晰度定义的“等级”以外， DVB-S视频标准还定义了“档次”(Profile)的概念，每一个不同的“档次”(Profile)能够提供构成编码系统的压缩工具和压缩算法。

　　a) “档次”（Profile）

　　目前在 MPEG-2系统中存在 5个“档次” (Profile)，每一个“档次” (Profile)都会比它的前一个“档次”更加复杂，更加完善，提供更多的工具,同时其相对应的设备的价格也更高。“档次”的最初级叫做简单档次(Simple Profile)，随后是主档次(Main Profile)，它比简单档次(Simple Profile)增加了编码双向预测的功能，即：B-FRAMES，在使用同样的***的情况下，它的质量会更好，但算法更加复杂，使用的芯片更多。主档次(Main Profile)的解码芯片,可以兼容解码简单档次(Simple Profile)的编码，这种向下兼容性贯穿整个系列的“档次”。

　　——在主档次(Main Profile)之后,是信噪比可分级档次(SNR Scalable)及空间频谱可分级档次(Spacility Scalable Profile)，这两种"档次"可以调整信噪比与***率关系以及图像清晰度与***率之间的关系，出于其编码的复杂性以及接收设备价格昂贵问题， DVB-S标准目前不支持这两种“档次”。最高级的“档次”是 High Profile，它不仅兼容前面的低极“档次”，兼备所有的功能，而且可以进行多行同时编码，而前面的“档次”则是逐行编码。

　　——在“档次”中存在两种图像采样方式，即：4:2:2和4:2:0格式。我们知道电视复合信号可以分成亮度信号分量(Y)和色度信号分量(R-Y,B-Y)，4:2:2格式是对亮度信号进行4个采样，对色度信号(R-Y，B-Y)进行 2个采样，见图1； 4:2:0格式的色度信号(R-Y,B-Y)只做隔行采样，如果使用8比特采样,我们可以算出对标准 PAL制电视信号进行采样后的 4:2:2格式图像***率如下：

亮度信号***率为： 720× 576× 25帧／秒× 8bit=82.944Mb/s

　　色度信号***率为： 2×1/2× 720× 576× 25帧／秒×8bit=82.944Mb/s

　　总***率为： 82.944Mb/s +82.944Mb/s =165.888Mb/s

　　我们看到没有压缩的电视图像***率非常高，占用带宽太宽，不适用于卫星传输，即使采用 4:2:0格式,图像***率也高达 124.416Mb/s。 MPEG-2的压缩算法采用除去电视视频信号的时间冗余和空间冗余的算法，使***率降到 3～8Mb/s仍然获得质量清晰的图象，使数字电视的传输成为可能。压缩算法的核心主要包含有离散余弦变换、之型扫描与游程编码、熵编码、信道缓存、运动估计、运动补偿等一些关键技术环节

　　b) “等级”(Level)

　　根据图像节目源的清晰度由低到高的不同， MPEG-2标准分成许多“等级”,最低的 Low Level的清晰度是IU-R-BT.601建议的四分之一，即： 352×288×25帧／秒； Main Level是完全符合IU-R-BT.601建议的标准，即：720×576×25帧／秒；High-1440 Level采用了每行 1440个采样的方法；High Level采用了更高的每行1920的采样方法。

　　——目前在世界上最常用的 MPEG-2标准是 MP＠ML，即： Main Profile＠Main Level,它是第一代数字卫星电视的基础，节目提供者可以提供 625线质量的节目，图像的长宽比可以是4:3或 16:9; 它的***率是由节目提供者根据节目质量来选定的，图像质量越高，所需***率越高，反之则越低。

　　3) MPEG-2***复用及服务信息

　　音频、视频及数字信号首先经过 MPEG-2编码器进行数据压缩，通过节目复用器形成基本***(ES)，基本***经过打包后形成有包头的基本***(PES)。代表不同音频、视频信号的 PES流被送人传输复用器进行系统复用，复用后的***叫做传输流(TS)，传输流中包括多个节目源的不同信号，为了区分这些信号，在系统复用器上需要加入服务信息(SI)，使接收端可以识别不同的节目。

　　3 DVB-S数字卫星电视系统基本组成

　　发送端分为两部分，一部分为信号形成即信源编码和复用部分（这里只介绍SCPC）；另一部分为信号传输即信道编码与数字调制部分。

　　1) 信源编码和复用

　　信源编码部分主要完成模/数和标准变换以及数字压缩功能。模/数和标准变换系统能处理多种不同格式、不同标准并将其变换为单一的、可以进行压缩处理的数字信号；压缩编码部分即是把该数字信号进行压缩，降低其码率，使常规的一条模拟传输通道可传输多路数字电视信号且基本不降低信号质量；节目复用是指视音频相辅助数据经节目复用器混合成一个数据流，即构成节目数***，同时加入一些业务用的信息。

　　2) 信道编码和数字调制

　　由于卫星信道中信号衰减很大，信噪比较低，因此必须牺牲一定的频谱利用率以保证足够的功率利用率，DVB-S系统就采取了两种措施：一是采用级联的信道编码方案；二是采用QPSK调制。

　　a) 信道编码

　　数字信号在传输中最重要的是防止误码，因此传输中要在原信源编码序列中以某种方式加入某些作为误差控制用的数码（即纠错码），以实现自动纠错，从而提高信号传输的可靠性。DVB-S采用了前向纠错编码（FEC）。

　　级联信道编码由RS编码（里德-索罗门编码）和卷积码组成。其中RS码也称为外码，码型为RS（204，188），其特点为纠正与本组（8比特为一组）有关的误码，对纠正突发性误码很有效。卷积编码又为内码，码型可于1/2，2/3，3/4，5/6和7/8中选择，选择的标准是在频谱利用率和抗误码性能间权衡，卷积编码除纠正本组的误码以外，也纠正其他组的误码。

　　在RS码与卷积码间为一交织器，采用卷积交织方案。交织是为解决卷积编码可能产生的连续误码，交织器可将连续误码分散开，使接收端能够有效的纠错，使连续误码不会超出纠错能力。

　　b) 数字调制

　　四相相移键控（QPSK）调制的传输效率高，抗误码性能较优，其调制信号是包络恒定信号，传输信道中的幅度衰减对其性能无影响，非常适合卫星信道（因卫星传输信道衰减很大）但其信道利用率不高，仅为0.5Hz/bps。接收端如图3示，天线接收下来的卫星信号(C频段或Ku段)经低噪声放大和下变频变成L频段（0.9-1.4GHz）信号，进入综合接收解码器(IRD)，经调谐器和QPSK解调器解调为数字信号(数字流)，此数据流经维特比解码(Viterby)、去交织及R-S解码，对传输中引入的误码进行纠错，然后对此数字流进行去复用，解出的数据流送到MPEG-2视频、音频解码器，经过解压缩、数模变换等处理后输出模拟信号，输出的模拟视频信号可以是分量信号也可以是复合信号。

卫星发送、接收工作过程作一简要的叙述。

１.卫星电视节目源

卫星电视节目源通常是由电视中心提供，当上行站与电视中心距离较近时，电视中心以视频方式直接把节目送至上行站；当距离较远时，则以微波或光缆（或两者皆用，互为备份）方式送至上行站，(参见图１)。

２．上行发送站

上行站作用是将欲传送的电视及附加信号（如广播图文等）通过上行信道送往赤道上空同步地球卫星，现以接收Ｃ波段（下行频率为３．７～４．２ＧＨｚ）加以说明。地球站将电视中心送来的光缆和微波信号解调，得到多路视频和音频信号，经过视、音频切换器选出一路优质信号送往视、音频分配器，其输出分成两路相同的信号，分别送往各自的小信号处理单元，对信号进行调制、均衡、变频处理，将基带信号变为６ＧＨｚ的高频信号，经高功率放大后送至馈源，并由上行天线发送至卫星，小信号和高功率放大器一般为两套，经波导开关切换互为备份，这样可提高可靠性。
３．卫星

 星上一般备有多个转发器，它将接收到的上行信号６ＧＨｚ变为４ＧＨｚ左右的下行频率信号，并进行极化变换，即上行信号如是垂直极化，则下行信号则为水平极化信号，反之一样。再经功率放大之后，由卫星上的天线发送到地球上指定的服务地区。例如山东卫视台，它由亚太地区位于赤道上空东径１３４°角（１３４°Ｅ）的亚太１Ａ号（ＡＰＳＴＡＲ－１Ａ）电视卫星进行转发的，其转发器型号为１０Ｂ，转发下行频率为４．１ＧＨｚ，极化方式为线性垂直极化（Ｖ），卫星服务地区主要为中国各地。

４．下行地面接收站

下行站可以是大型集体站或个人直接接收简易站，一般作为电视接收，只需单向接收即可。其设备较简单，由三部分组成：天线系统、高频头（室外单元）和接收机（室内单元）。天线由反射面、馈源、极化器、天线指向调整机构及天线基座组成。高频头包括低噪声放大器和下变频器，它将下行接收频率４．１ＧＨｚ（山东卫视台）变为９５０～１４５０ＭＨｚ的频率信号（第一中频）输入到接收机，接收机再将第一中频信号处理，转变为视、音频信号输出，供用户使用。当电视信号不理想时，还可通过天线控制单元及驱动控制电路调整天线方位角和仰角等，使图声达到满意的效果，实现对卫星跟踪遥测的目的（见图２）。

 还应补充说明，地面接收可以有多种方式：如直接用同轴电缆接收，一般家用卫星电视直接接收多采用这方式；另外，还可把有线电视增补台和无线电视台及卫视台合并，一起用有线电视转送；如距离较远时，也可用微波天线（发送和接收）传送卫视信号，(见图３)。

DVB-S现状与展望
在不久的将来，您可以随意选择角度观看比赛，甚至能将镜头始终锁定在自己喜欢的运动员身上。在数字电视与社会信息化发展论坛上，可以获悉这样振奋人心的好消息，到２００５年光是中央台，至少就能看到３０套左右的付费电视，其中包括各种专业频道、交互电视和高清晰度电视，另外我国将在２０１５年全部采用收费的数字电视。

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