浅谈卫星数字广播电视
衡阳电视台 李远新
一．概述
卫星广播是广播电视的一个重要途径，具有覆盖面广、受地形条件影响小等优点。近年来，由于数字压缩技术的突破，使电视图像、声音及各种多媒体信息都采用数宇方式来处理，因为数字信号易于处理和存贮，具有信号质量好，经多代录放和多环节传输之后，仍然良好复原，从而保证了图像、声音和各种信息的高质量。随着卫星技术和功率器件的发展，卫星发射功率的进一步提高，以及Ku波段频率的使用，使得卫星地面接收的天线半径大大减少，为卫星广播的普及使用创造了有利条件。但由于卫星上转发器数目有限，对发射功率限制严，要求进一步压缩电视节目的频带宽度，同时还需进一步提高传送节目图像的质量，数字传输信号具有可再生和多重中继、信噪比高、可加密、一致性好等优点，近年来，MPEG-1、MPEG-2数据压缩编码技术的成熟及广泛应用，进一步促进了在卫星广播电视中使用压缩编码技术。
随着用户对节目图像质量要求的提高，人们一直致力于HDTV(High
Definition TV)技术的研究。从美国提出全数字的HDTV广播制式取得优势地位以来，虽然HDTV由于成本等众多因素至今尚未进入大规模的商业化阶段，但它却极大地推动了数字技术在电视图像领域的应用。各国均采取了一种广播清晰度介于普通模拟电视与HDTV广播图像质量之间的数字广播电视系统，采用数字压缩编码技术降低信号的带宽，我们称之为:"先进电视"，目前在美国推出的DirecTV系统、日本推出了PerfecTV系统，但最成功的是欧洲的DVB-S(Digital
VideoBroadcast-Satellite)广播系统。数字压缩的先进广播电视在短短的几年时间内取得了很大的成功。在我国，继中央电视台数字卫星广播成功后，又有10多个省电视台开播数字卫星广播电视成功。在国内掀起了在广播电视领域广泛应用数字压缩技术的高潮。
过去，卫星电视转发器的常规使用方法是一路模拟电视信号一般占用一个转发器带宽，采用数字压缩技术后，在一个转发器内可传送多套数字电视节目(4-10套)，这是因为一路普通的数字电视信号，根据ITU-R601建议，码率一般压缩到5Mbps即可达到PAL/SECAM广播级质量标准，若采用级连的3/4卷积编码和RS编码、升余弦平方根滤波和QPSK调制后，则占用带宽约为5.1MHz，约占1/7转发器带宽(如转发器带宽为36MHZ)，这就大大节省了转发器带宽资源。
二．多套数字广播电视的卫星传输系统
由于卫星技术的发展及数字压缩技术的突破，国外使用直播卫星进行卫星电视直播到家庭(DTH)已逐渐普及，采用这种方式，除家庭可直接接收外，有线电视台、地面电视发射网也可以将其作为丰富的电视节目源，进行接收后再转出去，数字压缩技术的突破，可使一个卫星转发器传送多套电视节目，图1示出这样一个系统目前的主要功能。
由图1可见，在发送端，多路视、音频信号及附加数据送到上行编码系统，经过模/数转换、压缩编码、复用、信道编码、调制等一系列处理后送上卫星。在接收端，一种是用户直收，此时用户只要装备一台家用综合接收解码器(IRD)，将解码后的信号送入电视机即可接收卫星播送的节目;第二种情况是由有线电视台转播，即用专业级IRD将接收信号还原成模拟电视信号，再以常规方式送人有线电视网(当然，这里也可以对信号进行加扰后再送入有线电视网)。
三．卫星数字广播电视发送端信号处理系统
按国家规定，新上星的卫星数字电视系统要符合DVB书标准。按DVB书进行的卫星数字电视发送端信号处理流程框图见图2。
由图2可知，发送端可分为两部分，一部分为信号形成即信源编码(包括MPEG-2编码与复用)部分;另一部分为信号传输即信道编码与调制部分。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，由于输入信号不仅制式不同，而且既有模拟信号也有一般的数字信号，既有复合信号，又有分量信号，因此模/数和标准变换系统应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由于经模/数变换后的数字信号其数码率很高，所占有的频带太宽，无法在现有的一条模拟信号传输通道中来传输，压缩编码部分即是把该数字信号的码率进行压缩，降低其码率，使常规的一条模拟传输通道可传输多路数字广播电视且基本不降低信号质量。因此信源编码起到充分有效地利用信号频谱，经信号处理后使一个传输通道可传送多路数字电视信号。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码流，即构成一套节目数码流，在这里也可以加入一些业务用的信息。
图2中信道编码又叫纠错编码，由于数字信号在传输中受到衰减、杂波、干扰等所造成的质量劣化是突变性的(模拟信号质量的劣化是渐变的)。也就是说，数字信号在衰减、杂波或干扰没有达到某一门限之前，只要接收设备能判别出0码和1码，质量就不会受到大的影响，而一旦超过此门限，接收设备判别不出0码和1码，信号就会丢失。因此，在数字信号传输中最重要的是防止误码，也就是要尽力降低误码率。因此，在数字信号传输中要在信号源的原数码序列中以某种方式加入某些作为误差控制用的数码(即纠检错码)，以实现自动纠错或检错的目的，这就是信道编码或纠错编码。由此可见，信道编码目的是为了降低数字信号的误码率，提高信号传输的可靠性。图2中数字信号传输中控制误差是采用前向误差校正(FEc)方法，即在发送端按照一定规则，在信号数码中加入一定的控制误差用数码以组成具有纠错能力的码，接收端收到后，按预先规定的规则进行解码，确定信息中有无错误，若有错误，确定其位置并进行纠正。图2中实际使用两级编码(即级联编码)，其中一级采用Reed-Solomon编码(简称R-S)，其特点是主要只纠正与本组有关的误码，且对纠正突出性误码很有效。另一级采用卷积编码，其特点是除能纠正本组的误码外，也纠正其它组的误码，卷积码可以采用不同的速率(FEC Rate)，在DVB标准中，规定5种速率(即1/2、2/3、3/4、4/5、5/6、6/7、7/8)。在R-S码与卷积码之间，有一个交织器，其主要是完成信号数码序列的交织作用。因为当信号受到突发性干扰时，不仅干扰个别字节，而且会干扰一串字节，造成一片数码都出错，错误集中在一起，可能会超出纠错码的纠错能力，交织作用要能将错误分散开，目的是使解码器能够有效地纠错，由于在发送端进行了数码交织，接收端就要相应地进行去交织，恢复其本来的数码顺序。在卫星数字电视传输中。一般使用四相相移键控(QPSK)调制，因为这种调制方式其传输效率高，其实现电路实际上就是平衡正交双边带调幅器。
四．数字卫星广播电视接收系统
由地面接收天线接收下来的卫星信号(C频段或Ku段)经低噪声放大相下变频成0.9-1.4GHz的L频段信号，进入综合接收解码器(IRD)图3，经调谐器和QPSK解调器解调为数字信号(数字流)，此数字流经维特比解码(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，解出多套节目的数码送到MPEG-2视、音频解码器，经解压缩、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，如是后者，许多厂家的设备输出可以有多种制式(如PAL、SECAM、NTSC)信号。
来源：广电在线