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卫星与有线数字电视信号的要点差异与检测         ★★★ 【字体:
卫星与有线数字电视信号的要点差异与检测
作者:imefan    文章来源:鲁业频 陈兆龙 任玲芝    点击数:    更新时间:2008-8-7    

  理论上,从声像的摄取经信道传输到接收端解码的整个过程均为数字化的信号处理过程,即称为数字电视或石子电视系统。由于在实际中有卫星、地面和有线三种信道传输方式,所以就出现了对应的数字电视传输与接收标准,既DVB-S,DVB-C的形式。就我国目前而言,地面采用自主知识产权的单多载波传输标准(GB20600-2006),使得在信号构成上与采纳欧洲传输标准的卫星DVB-C差异较大,所以本文着重在 DVB-S 和DVB-C的信号或码流构成的异同性作一个较为深入的分析研究与实际测试。这些工作对于读者深刻了解数字电视码流构成特点特别是指导数字电视的终端服务具有很强的针对性。

码流构成上的相同之处

  经过符合MPEG标准的视音频压缩,进入本文讨论的信道或网络(卫星、有线)传输前将该路节目流进行复用,形成一路打包的PES传输流,在这PES流中,3字节用来表示包开始前缀,1字节用来表示包标识,2字节用来表示 PES包长度,剩下的是实时压缩的活动图像和声音等可变PES包PID就在传送包的包头中,它的作用就好比是一份文件的文件名,有了标识码的传输包,会丢进一个叫节目映射表(PMT)的控制信息中,PMT本身也有一个PID号,与其他信息流一样,已经打好了固定长度的用于传输的188字节的TP包中,这个固定长度为188Byte的TP包有固定的一个字节的同步字节(47HEX),有自己的PID值(13比特),这个PID值与该路节目ES的PID音频、PID视频、PID数据――对应以确认该流是“何物”,最后将与该线路节目有关的传送包复接起来,共同形成单路节目传送流。在多路节目传送流中,还有一个特殊的控制信息即节目关联表PAT,PAT中包含的是与每路节目传送流相对应的PID信息,通过对它译码,就可以对单个节目传送进行译码了,这也是PID变化的核心所在,传送 PAT的传送包有其独特的PID号,即 PAT PID=0,一个TS流下的任何其他的比特不得再使用这个号,最后再把同类型的其他节目或传送信息复接起来,形成一个系统级的传送流级的传送流的一部分,再调制到某一载频上或者说某一点上(DVB-C收发载频一样,而DVB-S则是上行频率)。表1所示的就是数字电视系统复用后相关信息或表格的PID号使用规律。

  事实上,一个网络上承载着许多传输流,也即存在许多个频点,因此每一个传输流都有其自己的PID号即各自的TSID。这些都在网络信息表NIT中反映。

  数字电视系统是一个实时传输系统,为了保证收发端的正常工作,接收端与发射端的频率和相位必须一致,必须建立收发端的同步时钟,它就是PCR码,否则系统无法工作。所谓PCR就是指节目时钟参考,在发端,利用计时器对系统进行计数形成 PCR值,然后每隔一段时间将PCR值随数据一起传送给收端,收端有一个正在工作的27MHZ本地时钟,其额定频率与发端时钟相等,同样也有一个计数器与发端时钟相等,同样也有一个计数器对它计数形成一个本地时钟参考,这时发端会将PCR从传送中提取出来与音频帧、视频帧的编码信息插入PES包中,接收端将音频帧、视频帧中的PCR值放在缓存器中,等待比较发端的音视频中的值出现,然后用比较的结果控制压拧振荡器(VCXO),通过调整使收发端的频率锁相,实现收发端声音和图像完全同步。码率一般在38MBPS左右,对于DVB-C某频点上视频较少节目内容使实际数量量不大时,此时对应的空包数据量较大(最高达50%以上),SDT与BAT以及TDT与TOT具有相同的PID,但它们各自的还有不同的表标示符,与TABLE-ID不同。此外,“未知”的码流是运营商加入的不希望公众用户收看或收听的内容,也或是加入的不符合MPEG标准的信息。许多TS流中都存在一些“未知”描述的信息。

  总之,DVB-S与DVB-C的相同点主要体现在给数字电视接收机提供正确解码必须的引导信息上。

码流构成上不同之处

  DVB-C与DVB-S的不同之处主要体现在信息编码上,经过系统复用后的TS流还要针对传输的信道进行用于纠错、抗干扰的信道编码,之后将多节目的TS流调制到某一个高频频点上。就目前各地开通的数字有线电视,其绝大多数节目都是引入能够纠错8个字节的RS(188,204)信道编码和64QAM调制技术,这种调制技术是先把3个字节的码流映射成4个6比特的符号,由6比特组成的64个符号去控制载波的幅度和相位而形成64QAM。因此,DVB-C的当前传输码率与符号率关系为:当前传输码率=符号率*LOG264*188/204,DVB-C中多数情况下的符号率为6875MS/S。此外,DVB-C系统的多数节目是加密传输的,即几乎所有频点上的TS流都含有加密信息,即含有ECM/EMM信息,这也是目前数字电视运营商重要的经济增长点,也乐意在机卡不分离即捆绑销售中分得一杯羹。

  而在DVB-S的下行传输流中,面向大众的节目,特别是教育频道上的节目,都是未加密的,只是分布在不同的星上。比如,我国目前卫星电视广播的主要卫星有中星6B(115.5°E)、鑫诺3号(125°E)和亚太6号(134°E),在亚太6号上对应频点(下行频率、极化方式和符号率分别为12275,V,27500)上的为CCTV-1/2/5/10/11/12/少儿等节目是加密的(即有ECM/EMM信息),而在鑫诺3号(4080,H,27500)和中星6B(3840,H,27500)上这些节目是开锁的,即没有ECM/EMM信息,等等。由于客观条件(主要是经济实力和政策因素)的限制,许多省市上星的节目数不多,多数省仅一套上星的节目。因此在DVB-S中,频带是宝贵的,每个频点上都有4~8套相当于DVD声像质量的数字电视节目,有的频点上还含有广播、数据业务等。也即DVB-C都是MCPC的。为了充分利用卫星转发器的转发功能及频率资源,广播电视的卫星传输信号存在极化角波,常用水平和垂直两种极化方式,而DVB-C不存在极化。又CATV网络质量明显优于卫星信道,所以数字有线电视多数为64QAM,而DVB-S多数采用QPSK调制技术即2比特一组的相位调制技术(载频利用率不及DVB-C),调制前除了RS(188,204)外,还引入FEC前向纠错措施,即采用卷积纠错码TCM与调制相结合的形式,主要是因为空间干扰大且多变性。所以DVB-S的当前传输码率与符号率关系为:当前传输码率=符号率*LOG24*FEC*188/204,这里的符号率对应于DVB-C中的就是符号率(单位上略有差异),卫星中的信号编码,其冗余大于DVB-C,即频率利用率较低。

  我们通过北京泽华源科技有限公司研制的码流分析仪,实际测出的由安徽广播电视网络总公司传输的DVB-C所有数字广播电视信号的节目分配,与通过卫星接收天线接收的免费节目最多的且以C频段为主的鑫诺3号及中星6B的若干频点比较(亚太6号多数广播电视节目由IRDETO加密,且以KU频段为主)。

  接收参数依次为下行频率、极化方式(H水平,V垂直),符号率,且均为C波束。此外,鑫诺3号、中星6B上还有许多省市的免费节目,如6B上的福建、浙江、山东、宁夏、重庆、江苏、江西、安徽等卫视节目。目前全国各省市开通的数字有线电视广播电视节目的频点分配有相似之处。

  KU波段是指频率在12-48GHZ的电波,目前国际电信联盟将11.7~12.2GHZ的频率范围优先划分给卫星电视广播专用。从频率上看,KU波段的频率范围为C波段的3倍,而波长是C波段4GHZ对应波长的1/3左右。因此,与C波段相比,KU波段的发展空间更大,其主要优点有:

 (1)接收天线的口径可以设计得较小,这是因为KU波段的波长短,在口

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