论文部分内容阅读
一个典型的DTH系统由五个部分构成:前端系统、传输和上行系统、条件接收系统、卫星转发系统、用户接收系统。按照国际标准建设的CBTV平台就是由以上五部分构成。由于卫星转发系统属于空间段,本文不作阐述。
CBTV平台传输系统采用DVB-S标准,图1为平台的信号流程示意图。
前端系统
前端系统主要由射频分配系统、节目调度系统、视音频压缩编码系统、复用和调制系统组成。由于卫星转发器的租金非常昂贵,因此前端系统最重要的任务是提高压缩倍数,在有限的转发器带宽上尽可能地传送更多的节目。
1、平台信号源
CBTV平台的信号源的来自两方面,其中CCTV电视节目及CNR、CRI广播节目直接来自CCTV主控机房,而省台和境外节目均是通过卫星接收,再由解码器解出来。
省台的10套电视节目和6套广播节目,境外平台的31套电视节目,虽然信号源均来自卫星,但不同的节目对应的卫星不尽相同。目前平台共接收亚洲3S、亚洲2号、亚太6号、亚太2R、泛美8号五颗C波段卫星及亚太2R一颗Ku波段卫星。
CBTV平台节目源情况见表1。
2、射频分配系统
射频分配系统指L波段平台节目源卫星信号的分配和调度系统。为保证节目源接收的安全可靠,平台对每颗卫星均配备主、备两套天线接收,共有6颗卫星12套接收天线,每套接收天线又包含水平及垂直两种极化,所以共有24路卫星信号进入机房,信号经射频矩阵调度后,再被分配到各卫星接收机解出节目, 卫星接收机也由主、备两台组成。
平台射频信号分配系统如图2所示。
卫星L波段信号进入机房后,先接一个高频头(LNB)集中供电电源,选用的是美国昆泰公司的RPS 24/4.8F,它是先进的具有双电源备份的LNB中央电源供应器,该设备除有双电源互为备份外,还带有每一路独立显示发光二极管及保险丝作为第一线LNB的稳定供电及监控,也可再进一步连接其内置综合报警系统作为缺少值班人员时的额外警报之用,而且其电源模块可以做热插拔更换。因CBTV平台的天线较多,所以共选用两台16路通道的中央电源供电器对高频头集中供电。然后,每路L波段信号接到一个无源二功分器上,进行一分二处理,其中一路输出信号进二选一切换开关,另一路信号接到一个射频跳线板上。射频跳线板的输入端接24路L波段信号,输出端共有三路信号,其中两路接到射频矩阵的输入端,第三路信号可接到一个频谱仪上。这样接法有两个好处,一是如果某个二选一开关(最多允许两个)故障,还可通过跳线将相应信号引到射频矩阵,再由矩阵切换到播出;二是通过跳线可将所有24路L波段信号接到频谱仪,可随时了解每路信号的状况及天线的工作情况,并打印出相应的图表进行定期比较,这对系统的维护提供了很大的方便。
如果24路L波段信号直接接到射频矩阵上,则需要两台16×16的矩阵,成本相对较高,且当主、备信号需要调度时,要频繁地对矩阵进行切换,会增加误操作的可能性。因此,信号在进入射频矩阵之前,先经过一个射频二选一切换开关进行切换,即将同一极化的主、备两个信号经二选一切换,其输出再接到射频矩阵。24路L波段输入信号经二选一后变成了12路,只需使用一台16×16的射频矩阵,大大降低了改造成本,且操作方便。射频矩阵选用的是昆泰公司的SRM 2150系列的16×16矩阵。射频矩阵的输出信号接到有源功分器上进行信号分配,然后再接到相应的卫星接收机上,解出节目。
3、节目调度系统
节目调度系统是指对模拟的音视频信号进行分配和调度的系统,CBTV平台主要通过模拟矩阵和音视分来进行节目调度,但境内平台和境外平台略有不同。
?誗境内平台
卫星接收机输出的各节目的音视频信号,接到一个64x64的模拟矩阵上,以便对信号进行调度及切换。模拟矩阵的输出信号接到一个音视频分配放大器上,对信号进行一分三处理,第一路接主用编码器,第二路接16选1切换开关,然后再接备用编码器,第三路接到播出控制室对信号进行监看(入监看)。
?誗境外平台
卫星接收机输出的各节目的音视频信号,首先接到一个音视频分配放大器上,对信号进行一分二处理,其中一路进入播出系统,另一路进入境外监看系统,对境外节目进行监管。
进入播出系统的信号,接到一个64×64的模拟矩阵上,对信号进行调度及监管切换。模拟矩阵的输出信号接到一个音视频分配放大器上,对信号进行一分三处理,一路进入主用编码器,另一路进入备用编码器,第三路接到播出控制室对信号进行监看(入监看)。
4、节目处理系统(压缩编码、复用、调制)
节目处理系统是指对信源及信道进行编码处理的系统。
利用卫星传送多套节目有两种方式:单路单载波(SCPC)方式和多路单载波(MCPC) 方式,DTH采用MCPC方式。在MCPC方式中,除按MPEG-2对视频、音频信号进行压缩,动态统计复用这一新技术的作用显得尤为重要。动态统计复用是一种可实时在多套节目间根据需要分配带宽的技术,对提高带宽利用率具有很大作用,因此各编码器厂商都将相当大的力量投入到开发动态统计复用的技术中。动态统计复用算法目前尚无国际标准,各厂商均有各自的独到技术。
CBTV平台采用的是美国Divicom公司最新推出的MV40、MV50编码器和MN20复用器,统计复用采用的“前瞻”方式,即采用二次编码方式。编码器中使用了3个C-Cube的E4编码芯片,进行二次编码,第一次编码过程用于预测最佳编码码率,第二次编码过程根据第一次的预测结果调整编码时的量化步长。
根据我们的调研:英国的NDS公司最新型的E5610编码器和Reflex复用器,统计复用采用一次编码的方式,通过前一帧或前一个“Slice”图像的码率变化来调整后续图像编码时的量化步长,即采用跟踪方式来预测码率的变化。
上述两种形态统计复用技术的性能有所差异,从统计的准确性上看,一次编码方式需要进行预测,不可避免将存在一定的预测误差,而“前瞻”方式不存在这种预测误差,统计的准确性较高;从编码延时看,一次编码方式的延时较短,“前瞻”方式则要长的多。另外,一次编码方式有一个重要的性能指标,就是一帧之间编码码率的最大可变范围,而NDS编码系统中的此项指标为0.7Mbit/s~2.0Mbit/s。
目前,国际上最先进的统计复用技术已可将十套标准电视节目压缩至2.0Mbit/s以内,这意味着可在一个27MHz的卫星转发器上转发多达10套电视节目,大大节省了转发器的资源,具有显著的实用价值。
编码器将普通的音、视频信号转变成数字信号,然后使用MPEG-2编码方式对音、视频信号进行压缩编码。各编码器的输出信号接到一台复用器上,将多路节目复用成一个传输流的码流信号,并对各节目进行动态统计复用。动态统计复用是一种可实时在多套节目间根据需要分配带宽的技术,对提高带宽利用率具有很大作用。
平台选用的编码器和复用器均为哈雷公司的产品,编码器为MV40,MV50,复用器为MN20。
复用器输出的码流信号再接到一台加扰器上,对节目进行加扰,平台的CA系统也是通过将加密信息和控制信息注入到加扰器来达到条件接收的目的,平台使用的CA系统是爱迪德的PISYS系统。
加密后的信号进入调制器,首先对码流信号进行纠错处理,包括RS纠错和维特比纠错,然后进行QPSK调制,输出70MHz的中频信号,以便进行信号传输。
调制完成后,各传输流的系统参数见表2。
5、信号监看系统
平台的监看系统包括播出信号监看和境外监看两部分,境外监看见下一节。播出信号监看包括三部分,一是信号源监看(入监看),二是信号经编码、复用、调制处理后的监看(出监看),三是播出信号的监看(下行监看),这三部分信号均接到值班控制室显示屏进行监看,出监看及部分下行信号还进行自动报警。监看系统流程图如图3所示。
入监看的信号来自矩阵之后的视音分,经分割器接到值班室大屏幕上进行监看。
出监看的信号取自光端机的监看端口,此信号为70MHz中频信号,经上变频器进行1GHz上变频,变为1070MHz的L波段信号,再通过功分器分别接到各监看解码器上,解码器输出的视音频信号接到一个视音分上进行一分二处理,一路经分割器接到值班室大屏幕上进行监看(出监看),另一路接自动报警系统。
下行监看的信号为卫星下行信号,接收天线接收鑫诺1号卫星的信号,通过功分器分别接到各监看解码器上,其输出的视音频信号,一部分直接接到值班室控制台上的监视器进行监看,另一部分接到一个视音分上进行一分二处理,一路经分割器接到值班室大屏幕上进行监看(出监看),另一路接自动报警系统。
信号传输和上行系统
传输和上行系统包括从前端到上行站的通信线路以及上行设备。从前端到上行站的节目传送方式有两种:中频传送方式和数字基带传送方式。采用中频传送方式时调制器放在前端,便于监看和集中管理;而采用数字基带传送方式则有可能在一路光纤中传送多个转发器上的节目,两种方式各有优缺点,需根据实际应用情况选择,目前我们两种传输方式均有。
传输到上行站的信号在上行站进行上变频和功率放大之后再发射到鑫诺1号卫星。
条件接收系统(CA系统)
平台采用符合DVB-S标准的CA系统,选用的是爱迪德的PISYS系统,加扰器也选用爱迪德的独立扰码器(SAS)。CA系统的组成如图4所示,它包括一台应用服务器(PISYSAPP),一台数据库服务器(PISYSDB)及两台加密机。两台服务器均为HP服务器,操作系统为WINDOWS2000,加密机为爱迪德专用加密机,两台平衡工作,互为备用,任一台故障均不影响系统正常工作。
CA系统产生SI信息,并生成ECM及EMM信息,进行节目控制和授权管理。
目前平台的境内节目共有两个CA产品包,分别是基本包(BASIC)和付费包(PAY),付费包对应CCTV-5,6,8,基本包对应其它节目。境外节目每套节目均对应一个CA产品包,即每套节目均可单独授权,便于节目的管理。
用户接收系统
用户接收系统由一个小型卫星接收天线和综合接收解码器(IRD)及智能卡(Smart Card)组成,如为多用户接收,还需要有功分器。用户接收系统流程图见图5。
1、卫星和接收天线
CBTV平台使用的卫星为鑫诺1号卫星,其轨位为110.5°E,转发器为Ku波段。用户的接收天线必须选用Ku波段的天线,天线一般不超过1米,通常在0.5~0.6米左右,高频头也必须使用Ku波段的高频头。
2、接收参数(见表3)
因平台前端系统已将各转发器接收参数捆绑在一起,所以只要调好任一转发器的接收参数,都能接收到平台所有转发器的信号。
3、功分器及解码器(IRD)
如果是单用户接收,则无需使用功分器,若是多用户接收或用户同时接收多套节目,则要采用功分器,对卫星信号分配后再接到各解码器。功分器分有源和无源两种,理论上都可采用,取决于信号质量和信号强度大小,但功分器频率必须是L波段(950~2150MHz)频率。
IRD主要有四项功能:
解码节目码流,并输出到电视机上。
利用智能卡中的密钥进行解密。
接收并处理各种用户命令。
下载并运行各种应用软件。
目前IRD已不仅是一个硬件设备,它还包括了大量的操作系统和应用软件。随着卫星直播平台的业务和功能扩展,IRD软件系统的作用越来越显著,如通过卫星系统开展的数据业务等。
要接收CBTV平台的节目,除必须选用专用的DVB-S接收机(能接收爱迪德加密系统)外,还需配备专用的智能卡,经平台用户管理系统授权后,才能正常接收。
目前平台使用的接收机包括NOKIA、UEC、同洲及九洲等品牌,这些接收机都具有屏蔽功能,确保用户只能接收CBTV平台的节目,而不能接收其它卫星的节目(包括免费节目),可以有效防止用户非法接收其它卫星信号。
CBTV平台传输系统采用DVB-S标准,图1为平台的信号流程示意图。
前端系统
前端系统主要由射频分配系统、节目调度系统、视音频压缩编码系统、复用和调制系统组成。由于卫星转发器的租金非常昂贵,因此前端系统最重要的任务是提高压缩倍数,在有限的转发器带宽上尽可能地传送更多的节目。
1、平台信号源
CBTV平台的信号源的来自两方面,其中CCTV电视节目及CNR、CRI广播节目直接来自CCTV主控机房,而省台和境外节目均是通过卫星接收,再由解码器解出来。
省台的10套电视节目和6套广播节目,境外平台的31套电视节目,虽然信号源均来自卫星,但不同的节目对应的卫星不尽相同。目前平台共接收亚洲3S、亚洲2号、亚太6号、亚太2R、泛美8号五颗C波段卫星及亚太2R一颗Ku波段卫星。
CBTV平台节目源情况见表1。
2、射频分配系统
射频分配系统指L波段平台节目源卫星信号的分配和调度系统。为保证节目源接收的安全可靠,平台对每颗卫星均配备主、备两套天线接收,共有6颗卫星12套接收天线,每套接收天线又包含水平及垂直两种极化,所以共有24路卫星信号进入机房,信号经射频矩阵调度后,再被分配到各卫星接收机解出节目, 卫星接收机也由主、备两台组成。
平台射频信号分配系统如图2所示。
卫星L波段信号进入机房后,先接一个高频头(LNB)集中供电电源,选用的是美国昆泰公司的RPS 24/4.8F,它是先进的具有双电源备份的LNB中央电源供应器,该设备除有双电源互为备份外,还带有每一路独立显示发光二极管及保险丝作为第一线LNB的稳定供电及监控,也可再进一步连接其内置综合报警系统作为缺少值班人员时的额外警报之用,而且其电源模块可以做热插拔更换。因CBTV平台的天线较多,所以共选用两台16路通道的中央电源供电器对高频头集中供电。然后,每路L波段信号接到一个无源二功分器上,进行一分二处理,其中一路输出信号进二选一切换开关,另一路信号接到一个射频跳线板上。射频跳线板的输入端接24路L波段信号,输出端共有三路信号,其中两路接到射频矩阵的输入端,第三路信号可接到一个频谱仪上。这样接法有两个好处,一是如果某个二选一开关(最多允许两个)故障,还可通过跳线将相应信号引到射频矩阵,再由矩阵切换到播出;二是通过跳线可将所有24路L波段信号接到频谱仪,可随时了解每路信号的状况及天线的工作情况,并打印出相应的图表进行定期比较,这对系统的维护提供了很大的方便。
如果24路L波段信号直接接到射频矩阵上,则需要两台16×16的矩阵,成本相对较高,且当主、备信号需要调度时,要频繁地对矩阵进行切换,会增加误操作的可能性。因此,信号在进入射频矩阵之前,先经过一个射频二选一切换开关进行切换,即将同一极化的主、备两个信号经二选一切换,其输出再接到射频矩阵。24路L波段输入信号经二选一后变成了12路,只需使用一台16×16的射频矩阵,大大降低了改造成本,且操作方便。射频矩阵选用的是昆泰公司的SRM 2150系列的16×16矩阵。射频矩阵的输出信号接到有源功分器上进行信号分配,然后再接到相应的卫星接收机上,解出节目。
3、节目调度系统
节目调度系统是指对模拟的音视频信号进行分配和调度的系统,CBTV平台主要通过模拟矩阵和音视分来进行节目调度,但境内平台和境外平台略有不同。
?誗境内平台
卫星接收机输出的各节目的音视频信号,接到一个64x64的模拟矩阵上,以便对信号进行调度及切换。模拟矩阵的输出信号接到一个音视频分配放大器上,对信号进行一分三处理,第一路接主用编码器,第二路接16选1切换开关,然后再接备用编码器,第三路接到播出控制室对信号进行监看(入监看)。
?誗境外平台
卫星接收机输出的各节目的音视频信号,首先接到一个音视频分配放大器上,对信号进行一分二处理,其中一路进入播出系统,另一路进入境外监看系统,对境外节目进行监管。
进入播出系统的信号,接到一个64×64的模拟矩阵上,对信号进行调度及监管切换。模拟矩阵的输出信号接到一个音视频分配放大器上,对信号进行一分三处理,一路进入主用编码器,另一路进入备用编码器,第三路接到播出控制室对信号进行监看(入监看)。
4、节目处理系统(压缩编码、复用、调制)
节目处理系统是指对信源及信道进行编码处理的系统。
利用卫星传送多套节目有两种方式:单路单载波(SCPC)方式和多路单载波(MCPC) 方式,DTH采用MCPC方式。在MCPC方式中,除按MPEG-2对视频、音频信号进行压缩,动态统计复用这一新技术的作用显得尤为重要。动态统计复用是一种可实时在多套节目间根据需要分配带宽的技术,对提高带宽利用率具有很大作用,因此各编码器厂商都将相当大的力量投入到开发动态统计复用的技术中。动态统计复用算法目前尚无国际标准,各厂商均有各自的独到技术。
CBTV平台采用的是美国Divicom公司最新推出的MV40、MV50编码器和MN20复用器,统计复用采用的“前瞻”方式,即采用二次编码方式。编码器中使用了3个C-Cube的E4编码芯片,进行二次编码,第一次编码过程用于预测最佳编码码率,第二次编码过程根据第一次的预测结果调整编码时的量化步长。
根据我们的调研:英国的NDS公司最新型的E5610编码器和Reflex复用器,统计复用采用一次编码的方式,通过前一帧或前一个“Slice”图像的码率变化来调整后续图像编码时的量化步长,即采用跟踪方式来预测码率的变化。
上述两种形态统计复用技术的性能有所差异,从统计的准确性上看,一次编码方式需要进行预测,不可避免将存在一定的预测误差,而“前瞻”方式不存在这种预测误差,统计的准确性较高;从编码延时看,一次编码方式的延时较短,“前瞻”方式则要长的多。另外,一次编码方式有一个重要的性能指标,就是一帧之间编码码率的最大可变范围,而NDS编码系统中的此项指标为0.7Mbit/s~2.0Mbit/s。
目前,国际上最先进的统计复用技术已可将十套标准电视节目压缩至2.0Mbit/s以内,这意味着可在一个27MHz的卫星转发器上转发多达10套电视节目,大大节省了转发器的资源,具有显著的实用价值。
编码器将普通的音、视频信号转变成数字信号,然后使用MPEG-2编码方式对音、视频信号进行压缩编码。各编码器的输出信号接到一台复用器上,将多路节目复用成一个传输流的码流信号,并对各节目进行动态统计复用。动态统计复用是一种可实时在多套节目间根据需要分配带宽的技术,对提高带宽利用率具有很大作用。
平台选用的编码器和复用器均为哈雷公司的产品,编码器为MV40,MV50,复用器为MN20。
复用器输出的码流信号再接到一台加扰器上,对节目进行加扰,平台的CA系统也是通过将加密信息和控制信息注入到加扰器来达到条件接收的目的,平台使用的CA系统是爱迪德的PISYS系统。
加密后的信号进入调制器,首先对码流信号进行纠错处理,包括RS纠错和维特比纠错,然后进行QPSK调制,输出70MHz的中频信号,以便进行信号传输。
调制完成后,各传输流的系统参数见表2。
5、信号监看系统
平台的监看系统包括播出信号监看和境外监看两部分,境外监看见下一节。播出信号监看包括三部分,一是信号源监看(入监看),二是信号经编码、复用、调制处理后的监看(出监看),三是播出信号的监看(下行监看),这三部分信号均接到值班控制室显示屏进行监看,出监看及部分下行信号还进行自动报警。监看系统流程图如图3所示。
入监看的信号来自矩阵之后的视音分,经分割器接到值班室大屏幕上进行监看。
出监看的信号取自光端机的监看端口,此信号为70MHz中频信号,经上变频器进行1GHz上变频,变为1070MHz的L波段信号,再通过功分器分别接到各监看解码器上,解码器输出的视音频信号接到一个视音分上进行一分二处理,一路经分割器接到值班室大屏幕上进行监看(出监看),另一路接自动报警系统。
下行监看的信号为卫星下行信号,接收天线接收鑫诺1号卫星的信号,通过功分器分别接到各监看解码器上,其输出的视音频信号,一部分直接接到值班室控制台上的监视器进行监看,另一部分接到一个视音分上进行一分二处理,一路经分割器接到值班室大屏幕上进行监看(出监看),另一路接自动报警系统。
信号传输和上行系统
传输和上行系统包括从前端到上行站的通信线路以及上行设备。从前端到上行站的节目传送方式有两种:中频传送方式和数字基带传送方式。采用中频传送方式时调制器放在前端,便于监看和集中管理;而采用数字基带传送方式则有可能在一路光纤中传送多个转发器上的节目,两种方式各有优缺点,需根据实际应用情况选择,目前我们两种传输方式均有。
传输到上行站的信号在上行站进行上变频和功率放大之后再发射到鑫诺1号卫星。
条件接收系统(CA系统)
平台采用符合DVB-S标准的CA系统,选用的是爱迪德的PISYS系统,加扰器也选用爱迪德的独立扰码器(SAS)。CA系统的组成如图4所示,它包括一台应用服务器(PISYSAPP),一台数据库服务器(PISYSDB)及两台加密机。两台服务器均为HP服务器,操作系统为WINDOWS2000,加密机为爱迪德专用加密机,两台平衡工作,互为备用,任一台故障均不影响系统正常工作。
CA系统产生SI信息,并生成ECM及EMM信息,进行节目控制和授权管理。
目前平台的境内节目共有两个CA产品包,分别是基本包(BASIC)和付费包(PAY),付费包对应CCTV-5,6,8,基本包对应其它节目。境外节目每套节目均对应一个CA产品包,即每套节目均可单独授权,便于节目的管理。
用户接收系统
用户接收系统由一个小型卫星接收天线和综合接收解码器(IRD)及智能卡(Smart Card)组成,如为多用户接收,还需要有功分器。用户接收系统流程图见图5。
1、卫星和接收天线
CBTV平台使用的卫星为鑫诺1号卫星,其轨位为110.5°E,转发器为Ku波段。用户的接收天线必须选用Ku波段的天线,天线一般不超过1米,通常在0.5~0.6米左右,高频头也必须使用Ku波段的高频头。
2、接收参数(见表3)
因平台前端系统已将各转发器接收参数捆绑在一起,所以只要调好任一转发器的接收参数,都能接收到平台所有转发器的信号。
3、功分器及解码器(IRD)
如果是单用户接收,则无需使用功分器,若是多用户接收或用户同时接收多套节目,则要采用功分器,对卫星信号分配后再接到各解码器。功分器分有源和无源两种,理论上都可采用,取决于信号质量和信号强度大小,但功分器频率必须是L波段(950~2150MHz)频率。
IRD主要有四项功能:
解码节目码流,并输出到电视机上。
利用智能卡中的密钥进行解密。
接收并处理各种用户命令。
下载并运行各种应用软件。
目前IRD已不仅是一个硬件设备,它还包括了大量的操作系统和应用软件。随着卫星直播平台的业务和功能扩展,IRD软件系统的作用越来越显著,如通过卫星系统开展的数据业务等。
要接收CBTV平台的节目,除必须选用专用的DVB-S接收机(能接收爱迪德加密系统)外,还需配备专用的智能卡,经平台用户管理系统授权后,才能正常接收。
目前平台使用的接收机包括NOKIA、UEC、同洲及九洲等品牌,这些接收机都具有屏蔽功能,确保用户只能接收CBTV平台的节目,而不能接收其它卫星的节目(包括免费节目),可以有效防止用户非法接收其它卫星信号。