DVB-C与DVB-S信号要点差异与检测

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  码流构成的相同之处
  
  数字电视信号经过符合MPEG标准的视音频压缩后,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。
  


  在这个PES流中,3个字节用来表示包开始前缀,1个字节用来表示包标识,2个字节用来表示包长度,剩余字节为实时压缩的活动图像及声音。PID位于传送包的包头中,它的作用好比是一份文件的文件名,有了标识码的传输包,被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,已经被打好在固定长度的、用于传输的188字节的TP包中。TP包有+固定的同步字节(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数据一一对应以确认该流是“何物”,最后将与该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:节目关联表PAT。PAT中包含的是与每路节目传输流相对应的PMT表所在传送包的PID信息,通过对其译码,就可以对单个节目传送流进行译码。传送PAT的传送包有其独特的PID号,即PAT PID=0,最后再将同类型的其他节目或传送信息复接起来,形成一个系统级传送流的一部分,调制到某一载频或某一频点上(DVB-C收发载频一样。而DVB-S则是上行频率)。
  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自己的PID号即各自的TS ID。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,为保证收发端的正常工作,接收端与发射端的频率和相位须一致,因此必须建立收发端的同步时钟,即PCR码,否则系统无法工作。所谓PCR即节目的时钟参考,在发端,利用计数器对系统进行计数形成PCR值,每隔一段时间将PCR值随数据一起传送给收端。收端有一个27MHz的本地时钟,其额定频率与发端时钟相等,同样也有一个计数器对其计数形成一个本地时钟参考。工作时,发端将PCR从传送流中提取出来与音、视频帧的编码信息插入PES包中,接收端将音、视频帧中的PCR值放在缓存器中,等待比较发端音、视频中的PCR值出现,然后用比较的结果控制压控振荡器(VCXO),通过调整使收、发端的频率锁相,实现收、发端声音和图像的完全同步。当DVB-S中的单路单载波(SCPC)或DVB-C某频点节目内容的实际数据量不大时,对应的空包数据量会较大(最高达50%以上)。
  表1中,SDT、BAT、TDT及TOT均具有相同的PID,但它们还有各自不同的标示符,即Table-id不同。此外,“未知”码流是运营商加入的、不希望公众用户收看或收听到的内容,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”信息。
  综上,DVB-S与DVB-C的相同点主要体现在,为数字电视接收机提供正确解码所必须的引导信息。
  
  码流构成的不同之处
  
  DVB-C与DVB-S码流的不同之处主要体现在信道编码上,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,然后将多节目的TS流调制到某一个高频频点上。目前各地开通的数字有线电视,很多都引入了能够纠错的8个字节RS(188,204)信道编码及64QAM调制技术。这种调制技术先将3个字节的码流映射为4个6比特的符号,由6比特组成的64个符号控制载波的幅度和相位而形成64QAM。因此,DVB-C当前传输码率与符号率的关系为:当前传输码率=符号率×log264×188/204,在多数情况下DVB-C的符号率为6875MS/s。此外,DVB-C系统中的很多节目是加密传输的,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。
  而在DVB-S的下行传输流中,面向大众的节目,特别是教育频道中的节目,均是未加密的,只是分布在不同的卫星上。如,目前我国电视广播使用的主要卫星包括:中星6B(115.5°E)、鑫诺3号(125°E)和亚太6号(134°E)。
  在亚太6号,对应频点(下行频率、极化方式和符号率分别为12275、v、27500),其传输的CCTV-1/2/5/10/11/12/少儿等节目均是加密的(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。
  由于客观条件(主要是经济实力及政策因素)的限制,许多省市上星的节目数不多,多数地方仅有一套上星节目。因此在DVB-S中,存在单路单载波SCPC和多路单载波MCPC形式,而在DVB-C中,频带是宝贵的,每个频点均有4~8套相当于DVD声像质量的数字电视节目,有些频点还承载广播、数据业务。也即DVB-C均为MCPC形式。
  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的极化波,常用水平及垂直两种极化形式,而DVB-C不存在极化。另外,由于CATV网络质量明显优于卫星信道,因此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,还引入了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,主要用来解决信号干扰大且多变性问题。因此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。
  
  DVB-S、DVB-S2与ABS-S
  
  目前在国际上,卫星直播系统传输主要采用DVB-S标准,2005年3月,欧盟在DVB-S基础上提出更高级的DVB-S2标准。目前我国上星的绝大多数数字电视节目仍采用DVB-S标准,2008年6月发射的中星9号(满足奥运会转播标清与高清数字电视的要求)及以后发射的广播电视通信卫星,将采用与DVB-S2性能等价而具有自主知识产权的ABS-S标准。
  ABS-S和DVB-S2只是信源的压缩编码不同,描述各类信息的表1内容则完全一致。
  在DVB-S卫星数字电视信号传输中,MPEG音频编码分为第一层和第二层,在每一层中又有左右两个声 道,由于我国现行的电视伴音均为单声道,因而在每套卫星电视频道的音频编码中,均有3个声道处于闲置状态,各省市(区)的广播节目可利用这些空闲声道进行声音编码,并与电视伴音同时播出。
  卫星数字广播节目的播出,被安排在与电视伴音不同的层或同一层的不同声道上。大多数广播节目都设在音频的第一层,而且都是右声道播出,也有个别的节目设在音频的第二层播出,这些不同的广播节目可通过不同的音频PID码来区分。
  由于卫星数字广播节目被安排在与电视伴音不同的层或不同的声道上,其接收方法也不同,如,卫星数字广播节目与电视伴音在同一层右声道播出,接收时,只要在接收到相应省市电视节目后,将伴音切换到右声道就可以接收。广播节目与电视伴音不在同一层声道播出的,可采用添加PID码的方法来接收,或使用带有两层伴音的卫星数字电视接收机来接收。
  须指出,由于卫星数字广播节目的下行频率、符号率、极化方式、极化电压等参数同卫星电视节目设置一样(在我国通过卫星接收机收听广播的用户不多,尤其是在山区、农村)。而国内许多省市目前均有一套至几套广播节目与卫星电视节目同时播出,因此用户在接收卫星数字电视节目的同时,还可以接收卫星数字广播节目。同样,在DVB-C中除了某些频点可传输数字广播节目外,有的频点还可传输数据、NVOD等信息。
  
  接收机制
  
  此外,DVB-S与DVB-C在搜索节目方面也有相似之处,卫星接收机(即综合业务解码器IRD)除厂家在出厂前设置一些卫星接收参数及其节目(用户可以重新设置)外,不牵涉转星或节目调整,否则需将想接收的节目重新调到对应频点(TP)的接收参数,即“下行频率、极化方式、符号率”,也可以在知道该节目视音频PID的情况下进行搜索,但此法使用较少,因为每次只能搜索到一个节目。
  DVB-C上一般有“快速搜索、全频段搜索、手动搜索”三种形式,其手动搜索需要设置预先知道的频点,方可找到节目。DVB-C可一次性搜索完网络上的所有数字广播电视节目,DVB-S则须将每个频点逐一设置并存储下来。
  综上,DVB-C与DVB-S在压缩编码阶段的码流表示是一致的,在用于纠错编码的信道编码阶段则差异较大,从而导致传输码流形式差异较大。因此,二者在接收端的节目管理、频道管理及搜索节目的形式也会完全不同。
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