DVB-S卫星基本原理及组成

DVB-S卫星基本原理及组成

增加应急通信的手段和能力，我局于1998年引进NDS公司的两套数字电视编码器（DVB-S标准），配合原有的C波段和KU波段车载卫星地球站，用于在应急通信和重大国务活动时数字电视信号的卫星传输，为我局赢得了巨大的社会效益和经济效益。

1 DVB-S数字卫星电视系统概述

目前世界上许多国家都在发展数字卫星电视系统，原因在于其独特的优点：首先，数字电视通过卫星传输后，接收端的信号质量可与发送端的相比拟，这是因为它采用了数字传输和误码保护技术，而普通模拟电视信号采用的是模拟处理和传输方式，接收质量容易受噪声及干扰的影响；第二，数字卫星电视系统由于采用数字压缩技术及数字调制技术，在只能传1路模拟电视节的一个36MHz卫星转发器上，可传输5—6路数字电视节日，从而大大的节约了空间频率资源；第三，采用大规模集成电路，使设备功耗降低、体积减小、可靠性提高并易于与计算机联网。介于数字卫星电视具有上述突出的优点，再加上近年来高速信号处理技术和超大规模集成电路技术的发展，为实现数字卫星电视系统提供了基础。从1993年起，欧洲数字电视广播集团陆续制定了一系列数字电视标准，即DVB（Digital Video Broadcast），其中包括适用于卫星链路的DVB-S标准。欧洲的DVB-S标准在亚洲、

澳洲、美国都得到了响应，我国在1996年颁布广播电视数字传输技术体制、决定采用符合DVB-S标准的数字电视卫星广播系统。

2 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/IEC MPEG-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-2 LayerII笫二层音频编码，也称MUSICAM。音频的MPEG-2 Layer II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-2 Layer II 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(Simple Profile)，随后是主档次(Main Profile)，它比简单档次(Simple Profile)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(Main Profile)的解码芯片,可以兼容解码简单档次(Simple Profile)的编码，这种向下兼容性贯穿整个系列的“档次”。

——在主档次(Main Profile)之后,是信噪比可分级档次(SNR

Scalable)及空间频谱可分级档次(Spacility Scalable Profile)，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High Profile，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Low Level的清晰度是IU-R-BT.601建议的四分之一，即：352×288×25帧／秒；Main Level是完全符合IU-R-BT.601建议的标准，即：720×576×25帧／秒；High-1440 Level采用了每行1440个采样的方法；High Level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：Main Profile＠Main Level,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