數字信號衛星傳輸技術研究

吳 洋

（中央廣播電視發射二臺，北京 100032）

0 引 言

電視機是人們在20世紀的杰出發明，它的出現實現了人們可以見到千里之外的事情、聽見千里之外的聲音的愿望。隨著人們科技進步的發展，數字電視產生與以往不一樣的仿真模擬衛星信號[1]。2004年，我國基本掌握了數字電視從演播室到發射、傳輸、用戶端接收所有環節的關鍵技術。2001年3月，國家廣播電視總局就指出了我國電視廣播數字化的發展前景，包含2005年前全面深化推廣數字化過程。2010年，基本完成全國各地電視廣播數字化，普及化數字電視。2015年前，全面落實數字化，圓滿完成仿真模擬向數字化的轉換，逐漸停止播放模擬電視。

1 數字電視技術的發展

數字電視技術是近20年里發展最快的新技術之一。總體來說，數字電視技術發展經歷了3個關鍵環節。

第一階段：20世紀80年代之前，以科學研究和開發設計某些地區機器設備為主導，資金投入數字時基校正器、數字幀同步器、數字特技器等。

第二階段：從20個世紀80年代到90年代，該環節的特點是成功開發設計了數字整機電視設備，如數字攝錄機、數字信號分析監控攝像頭等。

第三階段：20世紀90年代之后，目前數字電視技術逐漸從單一機器設備向全部系統發展，一些科學研究提出了數字電視廣播節目標準，數字電視慢慢超清化，一些西方國家早已開播超清數字電視系統。

現階段數字電視是大家討論較多的話題之一。隨著社會的發展，對數字電視的距離感也越來越弱，我國也在“十四五”規劃中提出重點推動數字電視。數字電視是在電視信號的發送、傳輸、以及用戶端接收全過程中應用數字數據信號的電視系統或電視機器設備。數字電視傳輸全過程與傳統電視數字信號傳輸對比，關鍵差別為電視臺節目推送的信息在通過衛星和地面無線廣播接收時，根據數字調制解調和數字視音解碼處理修復初始圖像和伴音。初始圖像和伴音就更加清晰和明朗，觀眾在家里就可以獲得更清晰的界面和音色，提高電視機畫面的品質[2-5]。

2 數字電視信號衛星傳輸技術

電視衛星的傳輸系統包含地球站、有線網絡、通信衛星以及移動基站等，在全部工作中共同完成節目信號井然有序的推送、傳送和接收。與傳統的通信方式對比，衛星通信具有傳輸距離較遠、傳輸容積大、通信品質高等特點，在信號傳輸全過程中實現了上空和地面的傳輸，因此可以合理地控制成本。其中，地面鄰近電路的有效布局和地球站的解決能力對信號品質的確保起著非常重要的功效。電視臺節目主要根據音頻、數字化數據解決和分配。傳輸全過程中，包含地球站和電視臺等單側直接聯接，有很多種方法，如光纜、同步數字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）等將利用智能化散播技術制做的節目發送至地球站。地球站再次加工信號，轉化成放大的高頻信號，利用無線天線發送至通信衛星。此傳輸全過程鏈接數小、損害少、操作靈活性高、抗干擾性也很強，使信號損害在限定區域內。此外，通信衛星在接收到數據信號以前，會解決工作頻率、抗壓強度等問題，盡量使其理想化。下行信號根據無線天線在有線電視前面重新處理后發送至有線網絡，進行空地對接的全過程，完成范圍內覆蓋。剖析了數據衛星電視傳輸過程，結果顯示，這類傳輸方法比別的傳輸方法的成本低得多，在確保信號傳輸品質層面競爭優勢顯著[6]。

全球通信和現代信息技術的飛速發展將導致整體廣播電視產業鏈的轉變，數字電視將變成這類變動的重要階段。隨著廣播電視的全方位智能化，傳統互聯網媒體將在技術層面、功能層面與信息內容、通信行業領域其他方式相結合，產生新的、巨大的數字電視產業鏈。這一新型產業已經引發了普遍的關注，各國依據自身的基本國情，建立了從模擬電視向數字電視變化的方法和產業鏈總體目標。數字電視不但是在規范、設備和節目源等互相搭配的工藝系統，還將影響到有關領域，推動其穩定發展[7-9]。

3 數字電視信號衛星傳輸過程和傳輸方式

3.1 數字電視信號衛星傳輸過程

廣播電視、電視臺、數據傳輸衛星、衛星監控站、有線電視前端以及有線網絡都是數字電視信號衛星系統的主要構成部分。其中，廣播電視、電視臺根據節目處理傳輸、綜藝節目智能化、光纜以及微波等同步數據傳輸系統發送至地球上站，進一步處理電視節目信號，將其變換為70 MHz或140 nHz的中頻信號，并通過上行站向數據傳輸衛星推送信號。最終，數字電視信號衛星運用無線天線將信號發送至有線電視前面，處理后發送至有線網絡，使廣播節目信號的范圍覆蓋變大。衛星監測中心承擔電視信號傳輸全過程中產生的信號影響問題、信號解決頻率、抗壓強度以及噪聲等。

3.2 數字電視信號衛星傳輸方式

目前通信衛星電視廣播節目的傳輸方法關鍵有視頻壓縮電視直播、分配式衛星電視、模擬電視信號等3種。分配式衛星電視是依據一般通信衛星（而非專用型數字衛星）將電視綜藝節目信號發送至電視信號控制器，以達到電視客戶的需求。視頻壓縮電視直播是運用直播衛星將電視信號散播到調節器上，進行電視調節器的電視界面和傳輸段調整，以達到電視顧客對電視頻道的相關要求。模擬電視信號是由模擬數據信號轉化成圖像。圖像信號的形成、傳輸、修復到信號接收器幾乎所有過程在模擬體系下開展。具有時間軸取樣的特點，每一個幀都垂直取樣，根據幅度調制推送電視圖像信號[10]。

3.3 數字電視信號衛星傳輸技術質量控制

危害數字衛星廣播節目信號的要素有許多，其中噪聲對數字衛星廣播節目信號傳輸品質危害較大。數據信號對接收機靈敏度較敏感，對別的噪聲的反應相對比較慢，因此在設計方案數字衛星信號傳輸系統時要重視接收機靈敏度。現階段，在信號傳輸檢驗水準上已取得了一定的成果。一般來說，信道層、碼流層和視頻層監管較為集中化。

4 監控信道層

信道層做為傳輸系統微波射頻構造的關鍵構成部分，其可靠性較強。如果信道內信號出現異常散播狀況，信道層會馬上作出反應，將縮短散播信號的傳遞時長，信號傳輸能力得以提升。因此，可以直接監測信道層的異常，并制訂恰當的防范措施，保證信號安全、高品質地傳送。監控信道層時，要注意2個數據轉變，即比特出錯概率（Bit Error Ratio，BER）和通信系統傳輸1 bit信息所需要的能量和噪聲功率譜密度的比值。這是由于信號是信道傳輸中最多見的異常轉變。前者電子器件遭受的影響會增大，信號正常的傳送時BER的值會很小，信號異態散播時，BER會在很短的時間內到0，進而造成電視端沒法正常工作。后面一種體現了微波射頻接收能力，與前面一種息息相關，受BER標值變動的影響。當C波段應用口接受無線天線時，接受噪聲和熱量的正常標準為0～10 dB，當噪聲和發熱量超出10 dB時，會產生信號異態散播。在Ku波段運用小口徑無線天線時，接受噪聲和發熱量的正常的范疇在20 dB之內。產生信號傳輸出現異常時，應立即更改有關主要參數，保證在容許區域內長期保持。

5 監控碼流層

碼流層檢測在信號傳輸全過程檢測中占據主要地位。碼流解析器是一種常見的碼流層監控儀器設備，根據自我分析作用，非常好地表述碼流的流程層級圖，根據3個優先級剖析，分辨碼流是不是適合，即是不是合乎數據視頻節目和活動圖像專家團制訂的規范。此外，碼流解析器可以追蹤碼流的情況，可以有效地監控各種主要參數，包含聲頻、視頻和TS流的信息內容。

6 監控視頻層

視頻層監控也是信號傳輸全過程監控中不可忽視的部分。視頻層監控主要2個層面。一是全自動音頻系統，可以警示檢查員盡早處理馬塞克、死機等狀況的問題。二是用戶對電視畫面的客觀分辨，規定有關工作人員嚴格執行規章制度巡查，可以及早發現問題，快速解決問題，確保電視信號傳輸的品質。現階段，視頻監控主要采取2種融合的方式，依據等級監控法即我國廣播電視視頻信號損傷的等級分成5個級別，等級監控法提升了監控的及時性和合理性。

7 數字電視信號衛星傳輸未來發展趨勢

數字電視發展的趨勢是整體趨于智能化、高像素、數字化、人性化以及互動交流。未來，新技術應用將使家中的電視終端設備變成家居智能化和信息管理服務平臺，使用戶現階段純粹地看電視變為真正意義上的利用電視。另一方面，移動數字電視技術的發展趨勢，使用戶不僅可以在家里固定不動觀看電視節目，而且可以隨時按照自身的所需定制電視節目，手機屏也將變成繼廣播電視以后要角逐的新陣營。要完成我國數字電視產業鏈的發展，務必加強知識產權管理，創建和健全地面國家規范以及其現階段已經編寫的智能化電視和3D電視規范等有著獨立IP的質量標準體系。同時，國家將提升在這方面的投資。尤其是國家對電子器件和服務外包產業的全力支持，數字電視全產業鏈的重要創新技術起源于“芯”，包含直播衛星、地面國家標準、中國移動多媒體廣播、三網融合等頻道欄目調制解調處理芯片、信源編程（Audio Video Coding，AVC）以及H.264等規范和超清編解碼處理芯片。芯片現階段在單模式適用下支持多模式或全模式集成化，最終實現終端產品需要的單芯片解決方案。

雙向HD是初期高端電視機頂盒的主要規定，須適用各種模式，包含DVB-C、地面和直播衛星傳輸技術。中低端電視機頂盒主要有成本低、規范、操作步驟靈便、安全性、經久耐用等特點，以鄉村為關鍵銷售市場。這類電視機頂盒以營運商定制或國家集中化采購招標為主導。隨著國家智能化更新的實施和新一代數字電視更新換代的普及化，所有的機頂盒需求增長都會減緩，并開始下降，這個轉折點可能到2025年將不再存在這種產品，而被新的綜合接收終端產品所代替。

將來數字電視將向2個方位變化。一個方位是簡化為一個單純的顯示屏，具備豐富多彩的頁面及端口。如類似計算機顯示器，其他作用將由更強有力的終端設備(如今高清播放機的更新商品)來完成。另一個方位是全部功能模塊都集合在電視內部結構，如智能化電視、開源項目服務平臺和智能化電視，用戶可以按自己需要定制相應的功能。

8 結 論

數字電視的轉變改變了大家之前對電視欄目的觀看習慣，互動式電視機觀看方式也從大家看電視時之前的處于被動接收完全轉化為積極主動交互。只有確保數字電視信號的信息內容傳輸完好性和傳輸效果的持續改進，才可以為觀眾提供更清晰的觀看效果和更清晰的音色。