谈DVB-S_及DVB-S2

谈DVB-S及DVB-S22020/3/1021.DVB-S标准1.1概述1.2DVB-S的核心技术1.3DVB-S系统2020/3/1031.1概述•数字卫星电视标准的始于上个世纪90年代初，应用较多主要有两种，即欧洲的DVB-S标准和美国GI公司自己开发的Digicipher标准，两种模式互不兼容。主要差别在于数字信号的信道编码不同。•DVB-S模式已经成为当今广播电视领域的主流卫星传输标准，在世界范围内得到广泛应用。而美国GI的Digicipher系统因只能使用GI的解码器才可以接收，逐渐淡出市场，成就了DVB-S一统江湖的“霸业”。2020/3/104•从1993年起，欧洲数字电视广播集团陆续制定了一系列数字电视标准，即DVB(DigitalVideoBroadcasting)。•DVB包括了卫星电视DVB-S、电缆电视DVB-C、地面广播普通电视的DVB-T和高清晰度电视（HDTV）等的广播与传输标准。2020/3/105•欧洲的DVB-S标准在亚洲、澳洲、美国都得到了响应，我国在1996年颁布了广播电视数字传输技术体制、决定采用符合DVB-S标准的数字电视卫星广播系统。•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。2020/3/106•DVB主要要求是：⑴能灵活传送MPEG-2视频、音频和其它数据信号。⑵使用统一的MPEG-2传送比特流复用。⑶使用统一的服务信息系统提供广播节目的细节等信息。⑷使用统一的里德－所罗门前向纠错系统。2020/3/107⑸使用统一的加扰系统，但可有不同的加密方式。⑹选择适用于不同传输媒体的调制方式和信道编码方法以及任何必须的附加纠错方法。⑺鼓励欧洲以外的地区使用DVB标准，推动建立世界范围的数字视频广播标准。⑻支持数字系统中的图文电视系统2020/3/108•目前世界上许多国家都在发展数字卫星电视系统，原因在于其独特的优点：一、采用了数字传输和误码保护技术通过卫星传输后，接收端的信号质量可与发送端的相比拟，而普通模拟电视信号采用的是模拟处理和传输方式，接收质量容易受噪声及干扰的影响；二、采用数字压缩技术及数字调制技术，在只能传1路模拟电视节目的一个36MHz卫星转发器上，可传输5-6路数字电视节目，从而大大的节约了空间频率资源；三、采用大规模集成电路，使设备功耗降低、体积减小、可靠性提高并易于与计算机联网。2020/3/109•DVB系统的核心技术是MPEG-2视频和音频编码，目前主要应用于数字卫星和电视广播的是MP＠ML。第一代的欧洲DVB接收机将提供直到625行演播室质量ITU-Rec，BT601的图像，可以是4:3或16:9的宽高比。还可以根据业务要求确定所用码率。一般来讲，所选码率越高，图像的质量越好，但占用频带越宽。对于运动较多的图像如体育节目可采用较高的码率，对于卡通片等节目可以采用较低的码率。因此，目前在把多个节目比特流复合成一个比特流的情况下，都采用统计复用的方法，能在不同码率的节目间灵活地分配总码率数。2020/3/1010•为了满足各类素材的要求ITU-Rec，BT601演播室质量所需数码率为9Mbit/s，PAL/SECAM，播出质量所需数码率为5Mbit/s，由于用MPEG-2传输比特流是一种数据包结构，所以可以很方便地加入适当信息，把各种不同的业务，如图像、声音和数据业务合在一起，并对服务信息的格式作详细的规定，所形成的标准就是服务信息标准ETS300468。DVB系统采用低数据率的MPEG-2层Ⅱ音频标准作为其通用的音频压缩编码标准，以获得接近于CD质量的声音。2020/3/10111.2DVB-S核心技术•DVB-S标准提供了一套完整的适用于卫星传输的数字电视系统规范，选定ISO/IECMPEG-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码流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。2020/3/1012•DVB-S音频特点DVB-S系统的音频编码使用MPEG-2LayerII笫二层音频编码，也称MUSICAM。音频的MPEG-2LayerII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-2LayerII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2020/3/1013•DVB-S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。•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。2020/3/1014•“档次”（Profile）目前在MPEG-2系统中存在5个“档次”：•最初级叫做简单档次,随后是主档次(MainProfile),在主档次之后,是信噪比可分级档次(SNRScalable)，空间频谱可分级档次(SpacilityScalableProfile)和最高级的“档次”HighProfile。•每一个“档次”都会兼容前一个“档次”也更加复杂，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。•DVB-S标准目前支持前两种“档次”。2020/3/1015•“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LowLevel清晰度是ITU-R-BT.601建议的四分之一，即352×288×25帧／秒；•MainLevel是完全符合ITU-R-BT.601建议的标准，即：720×56×25帧／秒；•High-1440Level采用了每行1440个采样的方法；•HighLevel采用了每行1920的采样方法。2020/3/1016•目前在世界上最常用的MPEG-2标准是MP＠ML（主类@主级），即：MainProfile＠MainLevel,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;•它的码流率是由节目提供者根据节目质量来选定的，图像质量越高，所需码流率越高，反之则越低。2020/3/10171.3DVB-S系统•DVB-S传输系统是用于固定卫星服务和广播卫星服务上，传输多路SDTV或HDTV的信道编码和调制系统。•DVB-S应用广泛，可通过标准的DVB-S用户综合接收机解码器（IRD）直接向用户提供数字电视或HDTV业务，也就是所谓的“直接到户（DTH）服务；又可用于二次节目分配，即再次调制，进入共用天线电视系统（SMATV）或CATV前端向用户传输数字电视或HDTV业务。2020/3/1018•DVB-S既可用于SDTV又可用于HDTV。无论SDTV还是HDTV经压缩编码和复用后，变成了二元比特流，只是比特率有所不同对传输系统是没有区别的。适用于不同带宽卫星转发器。•凡符合MPEG-2码和复用标准的数字电视业务都可进入DVB-S传输系统，因为传输系统的信道帧格式是与MPEG-2的TS包格式相匹配的。允许用户传送不同电视业务结构的节目，其中可包括多路不同的声音和数据业务，所有业务码流通过时分复用最终都在一路数字载波上传输。2020/3/1019•DVB-S标准中主要规范的是发送端的系统结构和信号处理方式，对接收端则是开放的，各厂商可以开发各自的DVB-S接收设备，只要该设备能正确接收和处理发射信号，并满足DVB-S所规定的性能指标2020/3/1020•DVB-S标准提供了一套完整的适用于卫星传输的数字电视系统规范，选定ISO/IECMPEG-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；•对MPEG-2码流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。•DVB-S系统在卫星传输系统中上行信号的组织流程和框图如下：2020/3/1021图1DVB-S系统的上行传输方框图音视频编码器数据编码器传输复用器能量扩散信道编码和交织QPSK调制信源编码和复用卫星信道适配输出输入基带成形节目复用器2020/3/10221.3.1DVB-S数字卫星电视系统基本组成发送端分为两部分，一部分为信源编码和复用部分；另一部分为信道编码与数字调制部分。2020/3/1023⑴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，即构成节目数码流，同时加入一些业务用的信息。2020/3/1024•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码流（ES）；•基本码流经过打包后形成有包头的基本码流（PES）；•代表不同音频、视频信号的基本码流被送入传输复用器进行系统复用，复用后的码流叫做传输流(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。2020/3/1025•在数字电视领域中，复用可分为一般复用和统计复用。•一般复用即将输入的多个TS流的信息汇总成一个比特率更高的TS流输出，不改变各TS流中所含节目信息的比特率。•而统计复用则可分析各输入节目的具体情况，按需分配，使有限的比特率能尽可能合理的在所有的节目间进行动态分配，以达到压缩总比特率而尽量不影响节目质量的目的。2020/3/1026⑵扰码和能量扩散TS码流可能会出现连续的“0”或连续的“1”。一方面破坏了系统设计的前提，使系统达不到设计的指标，另一方面接收端信道解码前比特时钟的提取是利用传输码流中“0”与“1”之间的波形跳变实现的，连续的“0”或连续的“1”给比特时钟的提取带来了困难。2020/3/1027•为了保证在任何情况下进入DVB传输系统的数据码流中“0”与“1”的概率都能基本相等，传输系统首先用一个伪随机序列对输入的TS码流进行扰乱处理。•扰乱后TS码流中的“0”与“1”的概率都接近50%。改变了原TS码流，因此在接收端对传输码流纠错解码后，还需按逆过程对其进行解扰处理，以恢复原TS码流。2020/3/1028•从信号功率谱的角度看，扰乱过程相当于将数字信号的功率谱拓展了，使其分散开了，因此扰乱过程又被称为“能量扩散”。2020/3/1029⑶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。2020/3/1030•信道编码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。2020/3/1031•卷积编码又称为内码，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，也纠正其它组的误码。•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。2020/3/1032•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