卫星电视与有线数字电视信号的要点差异与检测

理论上，从声像的摄取经信道传输到接收端解码的整个过程均为数字化的信号处理过程，即称为数字电视或石子电视系统。由于在实际中有卫星、地面和有线三种信道传输方式，所以就出现了对应的数字电视传输与接收标准，既DVB-S,DVB-C的形式。就我国目前而言，地面采用自主知识产权的单多载波传输标准（GB20600-2006）,使得在信号构成上与采纳欧洲传输标准的卫星DVB-C差异较大，所以本文着重在 DVB-S 和DVB-C的信号或码流构成的异同性作一个较为深入的分析研究与实际测试。这些工作对于读者深刻了解数字电视码流构成特点特别是指导数字电视的终端服务具有很强的针对性。

码流构成上的相同之处
经过符合MPEG标准的视音频压缩，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PES流中，3字节用来表示包开始前缀，1字节用来表示包标识，2字节用来表示 PES包长度，剩下的是实时压缩的活动图像和声音等可变PES包PID就在传送包的包头中，它的作用就好比是一份文件的文件名，有了标识码的传输包，会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，已经打好了固定长度的用于传输的188字节的TP包中，这个固定长度为188Byte的TP包有固定的一个字节的同步字节（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――对应以确认该流是“何物”，最后将与该线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即节目关联表PAT,PAT中包含的是与每路节目传送流相对应的PID信息，通过对它译码，就可以对单个节目传送进行译码了，这也是PID变化的核心所在，传送 PAT的传送包有其独特的PID号，即 PAT PID=0，一个TS流下的任何其他的比特不得再使用这个号，最后再把同类型的其他节目或传送信息复接起来，形成一个系统级的传送流级的传送流的一部分，再调制到某一载频上或者说某一点上（DVB-C收发载频一样，而DVB-S则是上行频率）。表1所示的就是数字电视系统复用后相关信息或表格的PID号使用规律。
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其自己的PID号即各自的TSID。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，为了保证收发端的正常工作，接收端与发射端的频率和相位必须一致，必须建立收发端的同步时钟，它就是PCR码，否则系统无法工作。所谓PCR就是指节目时钟参考，在发端，利用计时器对系统进行计数形成 PCR值，然后每隔一段时间将PCR值随数据一起传送给收端，收端有一个正在工作的27MHZ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与发端时钟相等，同样也有一个计数器对它计数形成一个本地时钟参考，这时发端会将PCR从传送中提取出来与音频帧、视频帧的编码信息插入PES包中，接收端将音频帧、视频帧中的PCR值放在缓存器中，等待比较发端的音视频中的值出现，然后用比较的结果控制压拧振荡器（VCXO），通过调整使收发端的频率锁相，实现收发端声音和图像完全同步。码率一般在38MBPS左右，对于DVB-C某频点上视频较少节目内容使实际数量量不大时，此时对应的空包数据量较大（最高达50%以上），SDT与BAT以及TDT与TOT具有相同的PID，但它们各自的还有不同的表标示符，与TABLE-ID不同。此外，“未知”的码流是运营商加入的不希望公众用户收看或收听的内容，也或是加入的不符合MPEG标准的信息。许多TS流中都存在一些“未知”描述的信息。
总之，DVB-S与DVB-C的相同点主要体现在给数字电视接收机提供正确解码必须的引导信息上。

码流构成上不同之处
DVB-C与DVB-S的不同之处主要体现在信息编码上，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，之后将多节目的TS流调制到某一个高频频点上。就目前各地开通的数字有线电视，其绝大多数节目都是引入能够纠错8个字节的RS（188，204）信道编码和64QAM调制技术，这种调制技术是先把3个字节的码流映射成4个6比特的符号，由6比特组成的64个符号去控制载波的幅度和相位而形成64QAM。因此，DVB-C的当前传输码率与符号率关系为：当前传输码率=符号率*LOG264*188/204，DVB-C中多数情况下的符号率为6875MS/S。此外，DVB-C系统的多数节目是加密传输的，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，这也是目前数字电视运营商重要的经济增长点，也乐意在机卡不分离即捆绑销售中分得一杯羹。
而在DVB-S的下行传输流中，面向大众的节目，特别是教育频道上的节目，都是未加密的，只是分布在不同的星上。比如，我国目前卫星电视广播的主要卫星有中星6B（115.5°E）、鑫诺3号（125°E）和亚太6号（134°E），在亚太6号上对应频点（下行频率、极化方式和符号率分别为12275，V，27500）上的为CCTV-1/2/5/10/11/12/少儿等节目是加密的（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，即没有ECM/EMM信息，等等。由于客观条件（主要是经济实力和政策因素）的限制，许多省市上星的节目数不多，多数省仅一套上星的节目。因此在DVB-S中，频带是宝贵的，每个频点上都有4~8套相当于DVD声像质量的数字电视节目，有的频点上还含有广播、数据业务等。也即DVB-C都是MCPC的。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存在极化角波，常用水平和垂直两种极化方式，而DVB-C不存在极化。又CATV网络质量明显优于卫星信道，所以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，主要是因为空间干扰大且多变性。所以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中的就是符号率（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。
接收参数依次为下行频率、极化方式（H水平，V垂直），符号率，且均为C波束。此外，鑫诺3号、中星6B上还有许多省市的免费节目，如6B上的福建、浙江、山东、宁夏、重庆、江苏、江西、安徽等卫视节目。目前全国各省市开通的数字有线电视广播电视节目的频点分配有相似之处。
KU波段是指频率在12-48GHZ的电波，目前国际电信联盟将11.7~12.2GHZ的频率范围优先划分给卫星电视广播专用。从频率上看，KU波段的频率范围为C波段的3倍，而波长是C波段4GHZ对应波长的1/3左右。因此，与C波段相比，KU波段的发展空间更大，其主要优点有：
（1）接收天线的口径可以设计得较小，这是因为KU波段的波长短，在口面效率和增益相同的条件下，KU波段使用的天线口径可以是C波段天线口径的1/3，天线方面的成本就低了。
（2）KU波段的地面场强较高，由于KU波段转发器的功率比C波段转发器功率大得多，其等效全向辐射功率就大，因而覆盖率更大。
（3）可用频带较宽，C波段的频率范围是3.7-4.2GHZ，带宽是500MHZ。而KU波段的带宽达800MHZ，频率的可利用性高。
（4）由于频率高，各种电波对它的干扰较小。
当然，KU波段卫星广播也有不足之处，这就是星蚀、雨衰对它的影响较大，当电波穿过地球大气层中降雨的区域时，雨水对电波会产生吸收和散射，造成衰减。雷电、雨水越大，干扰衰减越大，当雨衰达到20DB时，就会暂时性的中断卫星广播，这种情况不多。
目前世界上卫星直播系统的传输主要DVB-S标准，2005年3月欧共体在DVB-S基础上提出更高级的DVB-S2标准，它具有低密度奇偶检测LDPC和BCH级联信道纠错方式，除使用QPSK调制外，还使用多种高阶调制方式（8PSK、16APSK、32APSK）等最新技术的成果，在相同的传输条件下比DVB-S容量提高30%。目前我国上星的绝大多数的数字电视节目仍为DVB-S标准的，而我国2008年6月发射的中星9号（满足奥运会转播标清和高清数字电视的要求）以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。它们只是信源的压缩编码不同，其他相同，比如描述各类信息的内容是完全一致的。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，都有3个声道处于闲置状态，各省市（区）的广播节目就利用这些空闲声道进行声音编码，并与电视伴音同时播出，每路数字音频信号占据的码率相比视频极小。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不同的声道上面，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通过不同的音频PID码来区分；数字广播节目的接收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，比如，有两种情况下卫星数字广播节目接收的方法与电视伴音在同一层右声道播出的，数字广播节目接收这种形式的数字广播节目，可使用任何一种卫星数字电视接收机接收时，只要在接收到相应省市的电视节目后，将伴音切换到右声道就可以，收听数字广播节目与电视伴音不在同一层的声道播出的数字广播节目。接收这种形式的数字广播节目，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接收。须指出，卫星数字广播节目的下行频率、符号率、极化方式、极化电压等参数同步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）。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，在接收卫星数字电视节目的同时，可以接收卫星数字广播节目。同样，在DVB-C中除了某些频点也传输数字广播节目外，有的频点还传输数据、NVOD等信息，更为丰富。

接收机制
此外，DVB-S与DVB-C在搜索节目上有相似之处，卫星接收机（即综合业务解码器IRD）除了厂家在出厂前设置一些卫星及其节目（用户可以重新设置）正是当前接收的且还在服役的卫星外，不牵涉到转星或节目调整，否则均需要将接收的节目设置到对应频点（TP）上的接收参数即“下行频率、极化方式、符号率”，也可以在知道该节目的视音频PID的情况下，对此进行搜索，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可以一次性地搜索完全网络上的数字广播电视节目，但DVB-S必须每个频点逐一设置且存储下来。先前知道需要接收的卫星及其频点（下行频率、极化方式、符号率）和较为复杂的操作机操作，也即稍微内行者方可实现。QPSK星座图离散度大于QAM星座图的离散度，是因为空间传输的干扰远大于有线信道的缘故，接收的杂散波太多，但由于采用复杂的纠错编码措施，一般情况下不影响收视，在个体卫星接收的实际天线调整中，信号质量达到45%就可以了，达到85%以上未必是必须的，但对准卫星特别是方位角是必要的。因为数字电视的收视质量是一个矩形图，在此矩形图的范围内均是一个相当于或高于DVD质量的视音频，超出范围即出现“峭壁效应”。

结语
DVB-C与DVB-S在压缩编码阶段的码流表示是一致的，但在用于纠错编码的信道编码阶段差异较大，从而导致组成的传输码流形式之差异也大，这样一来，在接收端的节目管理或频道管理、以及搜索节目的形式也不一样，通过全文的分析有助于我们在DVB-C和DVB-S中实践中减少盲目，提高工作效率。