12-DVB-S、DVB-S2标准-李广侠

全国广播电视卫星通信工程师培训班2006年9月南京国家广播电视安全播出调度中心南京通信工程学院1DVB－S、DVB－S2标准李广侠教授南京通信工程学院2006卫星通信工程师培训2卫星广播标准DVB概述DVB(digitalvideobroadcast)是ETSI(欧洲电信标准化协会)提出的数字视频广播标准。目前，DVB系列标准成为领导全球数字电视技术的世界标准体系。它为数字电视广播系统提供了一个广义的技术解决方案，其核心系统可以简单概括为：系统运载MPEG－2音频、视频和数据的灵活的组合使用通用的MPEG－2传送流复用有一个通用的业务信息系统来提供节目的详细内容选择调制与信道编码系统来满足不同的传输媒介的需要可使用通用的加扰系统和通用的条件接收接口2006卫星通信工程师培训3卫星广播标准DVB概述在DVB规范确定后，依据不同的传输媒体和不同的应用领域，DVB组织又将其划分为几个系统：卫星数字电视广播系统（DVB－S于1995年确定，新标准DVB－S2于2005年发布）有线数字电视广播系统（DVB－C）地面开路数字电视广播系统（DVB－T）微波数字电视广播系统（DVB－M）交互式数字电视广播系统（DVB－I）数字电视加扰系统（DVB－CA）2006卫星通信工程师培训4卫星广播标准采用Ku频段数字视频压缩进行卫星电视直播。每个卫星转发器可向装有约为0.5～0.8m左右的小口径卫星接收天线的家庭直播5～8路电视节目，一颗卫星可以直播100多路电视信号。这种业务一般采用DVB－S（或DVB－S2的标准）卫星电视广播概述通过通信卫星将模拟或数字电视信号转发到本地电视台再转发到千家万户采用模拟技术，使用大功率电视直播卫星直接向家庭广播电视信号，由于这种电视信号未经数字压缩处理，每个转发器只能直播一路电视节目信号，每颗卫星一般只能直播几路电视节目目前，卫星电视广播采用了三种方式：2006卫星通信工程师培训5卫星广播标准－DVB－S标准概述DVB-S(ETSIEN300421)为数字卫星广播系统标准。数据流的调制采用四相相移键控调制(QPSK)方式，工作频率为11/12GHz。在使用MPEG-2MP@ML格式时，用户端若达到CCIR601演播室质量，码率为9Mb/s；达到PAL质量，码率为5Mb/s。一个54MHz转发器传送速率可达68Mb/s，可用于多套节目的复用。DVB-S标准几乎为所有的卫星广播数字电视系统所采用。我国也选用了DVB-S标准。2006卫星通信工程师培训6卫星广播标准－DVB－S标准概述我国从1997年起研究制订了卫星数字视频广播传输的标准，1998年10月形成报批的国标“卫星数字电视广播信道编码和调制标准”，该标淮等效采用1995年7月国际电联ITU—RBO.1211建议书：《用于11／12Hz卫星业务中的电视、声音和数据业务的数字多节目发射系统》。其差异是：①根据我国应用情况，使用范围也可用于4—6GHz的c频段固定卫星业务②增加了在特定条件下系统使用BPSK调制方式，系统适于不同带宽的卫星转发器。1999年3月23日颁布国标（GB/T17700-1999）《卫星数字电视广播信道编码和调制标准》，于1999年10月1日起开始实施。2006卫星通信工程师培训7卫星广播标准－DVB－S标准概述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/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。2006卫星通信工程师培训8卫星广播标准－DVB－SDVB-S传输系统用在11/12GHZ的固定卫星业务（FSS）和广播卫星业务（BSS）的波段上，它是传输多路标准清晰度数字电视（SDTV）或高清晰度数字电视（HDTV）的信道编码和调制系统。DVB－S传输系统的应用范围很广泛，既适用于一次节目分配，即可通过标准的DVB－S用户综合接收机解码器（IRD）直接向用户家中提供标准清晰度数字电视（SDTV）或高清晰度数字电视（HDTV），也就是所谓的“直接到户”（DTH）业务；又适用于二次节目分配，即通过再次调制，进入共用天线电视系统（SMATV）或CATV前端向用户中传输标准清晰度数字电视（SDTV）或高清晰度数字电视（HDTV）业务。标准概述2006卫星通信工程师培训9卫星广播标准－DVB－S系统主要特点DVB－S传输系统既可用于标准清晰度数字电视（SDTV）也可用于高清晰度数字电视（HDTV）DVB－S传输系统适用于不同带宽的卫星转发器。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2006卫星通信工程师培训10卫星广播标准－DVB－S系统主要特点DVB－S传输系统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，所有业务码通过时分复用最终都在一路数字载波上传输。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，对于接收端是开放的，各厂商可以开发各自的DVB－S接收设备，只要该设备能够正确接收和发射信号，并满足DVB－S中所规定的性能指标2006卫星通信工程师培训11卫星广播标准－DVB－SDVB－S音频特点DVB-S系统的音频编码使用MPEG-2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。2006卫星通信工程师培训12卫星广播标准－DVB－SDVB－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)LowLevel352×288×25帧／秒MainLevel720×576×25帧／秒High-1440Level每行1440个采样HighLevel每行1920个采样2006卫星通信工程师培训13卫星广播标准－DVB－SDVB－S视频特点目前在世界上最常用的MPEG-2标准是MP＠ML，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。2006卫星通信工程师培训14卫星广播标准－DVB－SDVB－S视频特点简单档次(SimpleProfile)主档次(MainProfile)信噪比可分级档次(SNRScalable)空间频谱可分级档次(SpacilityScalableProfile)高档次(highProfile)DVB-S视频标准还定义了5个“档次”(Profile)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。2006卫星通信工程师培训15卫星广播标准－DVB－S系统组成信号传输即信道编码与数字调制部分DVB－S卫星数字传输系统分为两部分组成：信号形成即信源编码和复用部分2006卫星通信工程师培训16卫星广播标准－DVB－S系统流程信号形成MPEG-2的信源编码和复用，将输入的视频信号，音频信号和数据进行MPEG-2格式编码，再经节目复用和传输复用、复用适配形成有用的数据包格式，包长188拜特，包括1同步拜特。2006卫星通信工程师培训17卫星广播标准－DVB－S系统流程信号形成信号传输MPEG-2的信源编码和复用，将输入的视频信号，音频信号和数据进行MPEG-2格式编码，再经节目复用和传输复用、复用适配形成有用的数据包格式，包长188拜特，包括1同步拜特。将此数据码流经多项处理。其目的是用来增加信号对误码的抵抗能力并使其适应信道传输特性。这些处理包括:用伪随机序列使数据随机化，使用RS编码(204,188T=8)及卷积交织编码技术以提高对误码的抵抗能力。最后以QPSK调制方式发送至转发器。2006卫星通信工程师培训18卫星广播标准－DVB－SDVB－S帧结构2006卫星通信工程师培训19卫星广播标准－DVB－S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及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。2006卫星通信工程师培训20卫星广播标准－DVB－S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2006卫星通信工程师培训21卫星广播标准－DVB－S信道编码编码目的：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）。2006卫星通信工程师培训22卫星广播标准－DVB－S信道编码具体实现：级联信道编码由RS码和卷积码组成。RS码为外码，码型为RS（204，188，t=8），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。表示包总长204字节，188为数据包长，t=8表示可纠错8个离散性差错。卷积编码为内码，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。RS码与卷积码之间为交织器，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。2006卫星通信工程师培训23卫星广播标准－DVB－S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，其调制信号是恒包络信号，传输信道中的幅度衰减对其性能无影响，非常适合卫星信道的传输，但其信道利用率不高，仅为0.5Hz/bps。2006卫星通信工程师培训24视频编码符合ISO/IEC13818一2第二部分视频MPEG一2DVB标准。音频编码符合ISO/IEC13818-2第三部分音频MPEG-2标准。卫星发射机组成数字化电视卫星发射系统卫星广播标准－DVB－S2006卫星通信工程师培训25视频压缩采用MPEG一2技术，在不对称压缩算法矩阵中，分三个层次完成压缩:即带宽压缩、匹配主观有损失压缩和无损失压缩。第一层:主要是源分解力和目标比特率匹配以及降低色度的分解力;第二层:是利用波形分析和主观适配的量化来去掉空间冗余和时间冗余，这个层次的压缩是有损失的;第三层:把固定长度和可变长度编码进行句法组合，无损失地把信息变换到比特流中去。压缩算法依赖于两种基本方法:一是以像块为基础的运动补偿，用于减少时间冗余，二是以变换(离散余弦变换一DCT)为基础的压缩，用于减少空间冗余。经过视频压缩运算后，信号形成新的数据帧格式，它符合CCIR601,4:2:2规范。卫星发射机组成卫星广播标准－DVB－S2006卫星通信工程师培训26卫星发射机组成输人的数据流经QPSK调制产生70MHz/140MHz中频输出至上变频器.QPSK调制器技术指标及不同码率的解调门限如下图所示：调制器技术指标不同码率的解调门限卫星广播标准－DVB－S2006卫星通信工程师培训27卫星接收机组成QPSK解调器把宽带调谐器送来的信号变换成包含有视频、音频、数据、控制比特、同