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文檔簡介

DVB非開發(fā)技術(shù)人員培訓(xùn)一:衛(wèi)星介紹衛(wèi)星從用途上可以分為:資源探測衛(wèi)星,氣象衛(wèi)星,軍事衛(wèi)星,通信衛(wèi)星,直播衛(wèi)星等。從理論上講,如果在地球赤道上空相對于地球靜止的衛(wèi)星軌道上放置三顆間隔各120度的衛(wèi)星,就可以實(shí)現(xiàn)全球通信或全球廣播。如圖(1):衛(wèi)星電視傳輸是在衛(wèi)星通信的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它是在地球赤道上空35800km處靜止衛(wèi)星上,裝載轉(zhuǎn)發(fā)器和天線系統(tǒng)向地面轉(zhuǎn)發(fā)廣播電視信號,直接進(jìn)行大面積廣播電視覆蓋的一項(xiàng)技術(shù)。它能覆蓋區(qū)內(nèi)的廣大用戶直接收看千百里之外乃至地球另一面廣播電視節(jié)目。我國幅員遼闊,地形復(fù)雜,人口眾多,而且分布又很不均勻,如果完全依賴傳統(tǒng)的地面無線傳輸方式解決廣播電視覆蓋率是極其困難的。利用衛(wèi)星傳輸廣播和電視節(jié)目,作為一種提高廣播電視人口覆蓋率,改進(jìn)傳輸質(zhì)量的最有效、最經(jīng)濟(jì)、最先進(jìn)的手段,在過去的十幾年里它得到了蓬勃的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。二:DVB簡介DVB組織是一個(gè)來自33個(gè)國家、230個(gè)組織參加的國際機(jī)構(gòu),國家廣電總局廣科院于1999年4月13日作為協(xié)會(huì)會(huì)員加入了DVB組織。同時(shí)DVB(DigitalVideoBroadcasting)也是歐洲數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn),主要的標(biāo)準(zhǔn)包括了衛(wèi)星電視DVB-S(satellite)、電纜電視DVB-C(cable)、地面廣播普通電視的DVB-T(Terrestrial)和高清晰度電視(HDTV)的廣播與傳輸。DVB-S數(shù)字衛(wèi)星電視技術(shù):DVB標(biāo)準(zhǔn)提供了-套完整的,適用于不同媒介的數(shù)字電視廣播系統(tǒng)規(guī)范,其周全的計(jì)劃及廣范的共識是其成

功的關(guān)鍵。從一開始,大家就選定ISO/IEC

MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)作為音頻及視頻的編碼壓縮方式,對信源編碼進(jìn)行了統(tǒng)一,隨后對

MPEG-2碼流進(jìn)行打包形成傳輸流(TS),進(jìn)行多個(gè)傳輸流復(fù)用,最后通過衛(wèi)星、有線電視及開路電視等不同媒介傳輸方式進(jìn)行傳輸。1.

DVB標(biāo)準(zhǔn)的核心

●系統(tǒng)采用

MPEG壓縮的音頻,視頻及數(shù)據(jù)格式作為數(shù)據(jù)源

●系統(tǒng)采用公共

MPEG-2傳輸流(TS)復(fù)用方式

●系統(tǒng)采用公共的用于描述廣播節(jié)目的系統(tǒng)服務(wù)信息(SI)

●系統(tǒng)的第一級信道編碼采用

R-S前向糾錯(cuò)編碼保護(hù)

●調(diào)制與其它附屬的信道編碼方式,由不同的傳輸媒介來確定

●使用通用的加擾方式以及條件接收界面DVB-S標(biāo)準(zhǔn)提供了-套完整的適用于衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)字電視系統(tǒng)規(guī)范,選定ISO/IECMPEG-2標(biāo)準(zhǔn)作為音頻及視頻的編碼壓縮方式,對信源編碼進(jìn)行了統(tǒng)一;隨后對MPEG-2碼流進(jìn)行打包形成傳輸流(TS),進(jìn)行多個(gè)傳輸流復(fù)用,然后進(jìn)行信道編碼和數(shù)字調(diào)制,最后通過衛(wèi)星進(jìn)行傳輸。1)DVB音頻特點(diǎn)DVB-S系統(tǒng)的音頻編碼使用MPEG-2LayerII笫二層音頻編碼,也稱MUSICAM。音頻的MPEG-2LayerII編碼壓縮系統(tǒng)利用了聲音的低聲音頻譜掩蔽效應(yīng),這一人體生理學(xué)效應(yīng)允許我們對于人耳不太敏感的頻率進(jìn)行低碼率編碼,此技術(shù)的采用可以大大地降低音頻編碼速率。MPEG-2LayerII音頻編碼可用于單音,立體聲,環(huán)繞聲和多路多語言聲音的編碼。2)DVB視頻特點(diǎn)DVB-S系統(tǒng)的視頻采用標(biāo)準(zhǔn)的MPEG-2壓縮編碼,MPEG-2視頻編碼系統(tǒng)由一個(gè)大家族構(gòu)成,每一個(gè)子系統(tǒng)之間都有兼容性和共同性,根據(jù)圖像清晰度的不同,它分成四種信源格式或稱“等級”(Level),從錄像帶(VCR)的低圖像清晰度,到高清晰度電視。除了根據(jù)圖像清晰度定義的“等級”以外,DVB-S視頻標(biāo)準(zhǔn)還定義了“檔次”(Profile)的概念,每一個(gè)不同的“檔次”(Profile)能夠提供構(gòu)成編碼系統(tǒng)的壓縮工具和壓縮算法。a)“檔次”(Profile)目前在MPEG-2系統(tǒng)中存在5個(gè)“檔次”(Profile),每一個(gè)“檔次”(Profile)都會(huì)比它的前一個(gè)“檔次”更加復(fù)雜,更加完善,提供更多的工具,同時(shí)其相對應(yīng)的設(shè)備的價(jià)格也更高。“檔次”的最初級叫做簡單檔次(SimpleProfile),隨后是主檔次(MainProfile),它比簡單檔次(SimpleProfile)增加了編碼雙向預(yù)測的功能,即:B-FRAMES,在使用同樣的碼流的情況下,它的質(zhì)量會(huì)更好,但算法更加復(fù)雜,使用的芯片更多。主檔次(MainProfile)的解碼芯片,可以兼容解碼簡單檔次(SimpleProfile)的編碼,這種向下兼容性貫穿整個(gè)系列的“檔次”?!谥鳈n次(MainProfile)之后,是信噪比可分級檔次(SNRScalable)及空間頻譜可分級檔次(SpacilityScalableProfile),這兩種"檔次"可以調(diào)整信噪比與碼流率關(guān)系以及圖像清晰度與碼流率之間的關(guān)系,出于其編碼的復(fù)雜性以及接收設(shè)備價(jià)格昂貴問題,DVB-S標(biāo)準(zhǔn)目前不支持這兩種“檔次”。最高級的“檔次”是HighProfile,它不僅兼容前面的低極“檔次”,兼?zhèn)渌械墓δ埽铱梢赃M(jìn)行多行同時(shí)編碼,而前面的“檔次”則是逐行編碼?!凇皺n次”中存在兩種圖像采樣方式,即:4:2:2和4:2:0格式。我們知道電視復(fù)合信號可以分成亮度信號分量(Y)和色度信號分量(R-Y,B-Y),4:2:2格式是對亮度信號進(jìn)行4個(gè)采樣,對色度信號(R-Y,B-Y)進(jìn)行2個(gè)采樣,見圖1;4:2:0格式的色度信號(R-Y,B-Y)只做隔行采樣,如果使用8比特采樣,我們可以算出對標(biāo)準(zhǔn)PAL制電視信號進(jìn)行采樣后的4:2:2格式圖像碼流率如下:亮度信號碼流率為:720×576×25幀/秒×8bit=82.944Mb/s色度信號碼流率為:2×1/2×720×576×25幀/秒×8bit=82.944Mb/s總碼流率為:82.944Mb/s+82.944Mb/s=165.888Mb/s我們看到?jīng)]有壓縮的電視圖像碼流率非常高,占用帶寬太寬,不適用于衛(wèi)星傳輸,即使采用4:2:0格式,圖像碼流率也高達(dá)124.416Mb/s。MPEG-2的壓縮算法采用除去電視視頻信號的時(shí)間冗余和空間冗余的算法,使碼流率降到3~8Mb/s仍然獲得質(zhì)量清晰的圖象,使數(shù)字電視的傳輸成為可能。壓縮算法的核心主要包含有離散余弦變換、之型掃描與游程編碼、熵編碼、信道緩存、運(yùn)動(dòng)估計(jì)、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)纫恍╆P(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)b)“等級”(Level)根據(jù)圖像節(jié)目源的清晰度由低到高的不同,MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)分成許多“等級”,最低的LowLevel的清晰度是IU-R-BT.601建議的四分之一,即:352×288×25幀/秒;MainLevel是完全符合IU-R-BT.601建議的標(biāo)準(zhǔn),即:720×576×25幀/秒;High-1440Level采用了每行1440個(gè)采樣的方法;HighLevel采用了更高的每行1920的采樣方法?!壳霸谑澜缟献畛S玫腗PEG-2標(biāo)準(zhǔn)是MP@ML,即:MainProfile@MainLevel,它是第一代數(shù)字衛(wèi)星電視的基礎(chǔ),節(jié)目提供者可以提供625線質(zhì)量的節(jié)目,圖像的長寬比可以是4:3或16:9;它的碼流率是由節(jié)目提供者根據(jù)節(jié)目質(zhì)量來選定的,圖像質(zhì)量越高,所需碼流率越高,反之則越低。3)MPEG-2碼流復(fù)用及服務(wù)信息音頻、視頻及數(shù)字信號首先經(jīng)過MPEG-2編碼器進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮,通過節(jié)目復(fù)用器形成基本碼流(ES),基本碼流經(jīng)過打包后形成有包頭的基本碼流(PES)。代表不同音頻、視頻信號的PES流被送人傳輸復(fù)用器進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)用,復(fù)用后的碼流叫做傳輸流(TS),傳輸流中包括多個(gè)節(jié)目源的不同信號,為了區(qū)分這些信號,在系統(tǒng)復(fù)用器上需要加入服務(wù)信息(SI),使接收端可以識別不同的節(jié)目。3DVB-S數(shù)字衛(wèi)星電視系統(tǒng)基本組成發(fā)送端分為兩部分,一部分為信號形成即信源編碼和復(fù)用部分(這里只介紹SCPC);另一部分為信號傳輸即信道編碼與數(shù)字調(diào)制部分。1)信源編碼和復(fù)用信源編碼部分主要完成模/數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)變換以及數(shù)字壓縮功能。模/數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)變換系統(tǒng)能處理多種不同格式、不同標(biāo)準(zhǔn)并將其變換為單一的、可以進(jìn)行壓縮處理的數(shù)字信號;壓縮編碼部分即是把該數(shù)字信號進(jìn)行壓縮,降低其碼率,使常規(guī)的一條模擬傳輸通道可傳輸多路數(shù)字電視信號且基本不降低信號質(zhì)量;節(jié)目復(fù)用是指視音頻相輔助數(shù)據(jù)經(jīng)節(jié)目復(fù)用器混合成一個(gè)數(shù)據(jù)流,即構(gòu)成節(jié)目數(shù)碼流,同時(shí)加入一些業(yè)務(wù)用的信息。2)信道編碼和數(shù)字調(diào)制由于衛(wèi)星信道中信號衰減很大,信噪比較低,因此必須犧牲一定的頻譜利用率以保證足夠的功率利用率,DVB-S系統(tǒng)就采取了兩種措施:一是采用級聯(lián)的信道編碼方案;二是采用QPSK調(diào)制。a)信道編碼數(shù)字信號在傳輸中最重要的是防止誤碼,因此傳輸中要在原信源編碼序列中以某種方式加入某些作為誤差控制用的數(shù)碼(即糾錯(cuò)碼),以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾錯(cuò),從而提高信號傳輸?shù)目煽啃?。DVB-S采用了前向糾錯(cuò)編碼(FEC)。級聯(lián)信道編碼由RS編碼(里德-索羅門編碼)和卷積碼組成。其中RS碼也稱為外碼,碼型為RS(204,188),其特點(diǎn)為糾正與本組(8比特為一組)有關(guān)的誤碼,對糾正突發(fā)性誤碼很有效。卷積編碼又為內(nèi)碼,碼型可于1/2,2/3,3/4,5/6和7/8中選擇,選擇的標(biāo)準(zhǔn)是在頻譜利用率和抗誤碼性能間權(quán)衡,卷積編碼除糾正本組的誤碼以外,也糾正其他組的誤碼。在RS碼與卷積碼間為一交織器,采用卷積交織方案。交織是為解決卷積編碼可能產(chǎn)生的連續(xù)誤碼,交織器可將連續(xù)誤碼分散開,使接收端能夠有效的糾錯(cuò),使連續(xù)誤碼不會(huì)超出糾錯(cuò)能力。b)數(shù)字調(diào)制四相相移鍵控(QPSK)調(diào)制的傳輸效率高,抗誤碼性能較優(yōu),其調(diào)制信號是包絡(luò)恒定信號,傳輸信道中的幅度衰減對其性能無影響,非常適合衛(wèi)星信道(因衛(wèi)星傳輸信道衰減很大)但其信道利用率不高,僅為0.5Hz/bps。接收端如圖3示,天線接收下來的衛(wèi)星信號(C頻段或Ku段)經(jīng)低噪聲放大和下變頻變成L頻段(0.9-1.4GHz)信號,進(jìn)入綜合接收解碼器(IRD),經(jīng)調(diào)諧器和QPSK解調(diào)器解調(diào)為數(shù)字信號(數(shù)字流),此數(shù)據(jù)流經(jīng)維特比解碼(Viterby)、去交織及R-S解碼,對傳輸中引入的誤碼進(jìn)行糾錯(cuò),然后對此數(shù)字流進(jìn)行去復(fù)用,解出的數(shù)據(jù)流送到MPEG-2視頻、音頻解碼器,經(jīng)過解壓縮、數(shù)模變換等處理后輸出模擬信號,輸出的模擬視頻信號可以是分量信號也可以是復(fù)合信號。衛(wèi)星發(fā)送、接收工作過程作一簡要的敘述。1.衛(wèi)星電視節(jié)目源衛(wèi)星電視節(jié)目源通常是由電視中心提供,當(dāng)上行站與電視中心距離較近時(shí),電視中心以視頻方式直接把節(jié)目送至上行站;當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí),則以微波或光纜(或兩者皆用,互為備份)方式送至上行站,(參見圖1)。2.上行發(fā)送站上行站作用是將欲傳送的電視及附加信號(如廣播圖文等)通過上行信道送往赤道上空同步地球衛(wèi)星,現(xiàn)以接收C波段(下行頻率為3.7~4.2GHz)加以說明。地球站將電視中心送來的光纜和微波信號解調(diào),得到多路視頻和音頻信號,經(jīng)過視、音頻切換器選出一路優(yōu)質(zhì)信號送往視、音頻分配器,其輸出分成兩路相同的信號,分別送往各自的小信號處理單元,對信號進(jìn)行調(diào)制、均衡、變頻處理,將基帶信號變?yōu)椋叮牵龋母哳l信號,經(jīng)高功率放大后送至饋源,并由上行天線發(fā)送至衛(wèi)星,小信號和高功率放大器一般為兩套,經(jīng)波導(dǎo)開關(guān)切換互為備份,這樣可提高可靠性。3.衛(wèi)星蔬辯星上但一般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