DVB-S数字卫星电视技术

DVB-S数字卫星电视技术
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。

1)DVB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。

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(SimpleProfile)，随后是主档次
(MainProfile)，它比简单档次 (SimpleProfile)增加了编码双向预测的功能，
即：B-FRAMES，在使用同样的码流的情况下，它的质量会更好，但算法更加复杂，
使用的芯 片更多。主档次(MainProfile)的解码芯片,可以兼容解码简单档次
(SimpleProfile)的编码，这种向下兼容性贯穿整个系列的“档 次”。

——在主档次(MainProfile)之后,是信噪比可分级档次(SNRScalable)及空间频
谱可分级档次 (SpacilityScalableProfile)，这两种"档次"可以调整信噪比与
码流率关系以及图像清晰度与码流率之间的关系，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HighProfile，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格式图像码流率如下：

亮度信号码流率为：720×576×25帧／秒×8bit=82.944Mb/s
色度信号码流率为：2×1/2×720×576×25帧／秒×8bit=82.944Mb/s
总码流率为：82.944Mb/s+82.944Mb/s=165.888Mb/s
我们看到没有压缩的电视图像码流率非常高，占用带宽太宽，不适用于卫星传输，
即使采用4:2:0格式,图像码流率也高达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，使码流率降到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LowLevel的清晰度是IU-R-BT.601建议的四分之一，即：352×288×25帧／
秒；MainLevel是 完全符合IU-R-BT.601建议的标准，即：720×576×25帧／
秒；High-1440Level采用了每行1440个采样的方 法；HighLevel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：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。

3)MPEG-2码流复用及服务信息
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PES流被送人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。

3DVB-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，即构成节目数码流，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。