DSNG

DSNG（精选4篇）

DSNG 篇1

1 引言

高清电视在城市台开播已是大势所趋, 福州电视台于2010年配置了高清转播车, 走出了福州高清电视的第一步。然而, 原DSNG车的整体系统依然采用标清格式, 为了实现高清标清电视节目制作与现场直播, 福州电视台需要引进一辆高标清数字卫星新闻采集 (DSNG) 车。

该DSNG车应该满足以下四个方面要求。

(1) 承载车辆要具备足够安装系统设备的内部空间, 并拥有一定的复杂道路通过能力。

(2) 保证在全天候 (99.9﹪) 条件下卫星上行直播安全, 关键设备要有热备份。

(3) 车载EFP视音频制作系统要具有完成多机位 (包含移动微波) 大型新闻报道活动的现场直播与录制能力, 具有可靠性高、对环境适应性强、便于移动和操作等特点。

(4) 整车节目制作与卫星传输系统为高清/标清兼容, 并为以后的升级换代预留足够的空间。

2 车体选择与布局

承载车体是整个DSNG系统的运输工具和搭载平台, 车辆的性能决定了DSNG车的地域适应性, 内部空间的大小限制了节目制作、传输系统设备的安放空间以及操作人员的活动空间, 对DSNG车的总体设计有着很重要的影响。因此, 我们选用了奔驰515CDI作为整个系统的承载车体。

3 卫星传输系统

卫星传输系统是DSNG车的核心系统之一, 主要由上行链路和下行链路组成。DSNG车的主要任务是制作高标清节目, 并传送回电视台或相关单位, 因此我们在卫星上行链路采用全热备份二级倒换设计, 其主要由卫星天线、高功率放大器和编码调制器等组成。

3.1 卫星天线

考虑到车体大小、湿热多雨天气以及为切换区提供最大空间等因素, 车顶卫星天线选用密闭舱体设计, 能将2台上变频器、2台高功放以及相关的自动倒换开关和波导开关等放置于设备舱内。因此, 我们选用Advent Newswift 150km A 1.5m Ku波段天线, 天线方位角的调整范围为±180°, 俯仰角调整范围为6°至91°, 天线Ku波段发射增益/接收为45.2/43.1d Bi。

3.2 高功率放大器

作为暴雨、台风多发地区, 使用Ku波段卫星进行传输要非常认真地考虑雨衰对传输的影响。为此, 在选择高功放前我们要准确计算出满足全天候直播条件的高功放最大输出功率值。考虑到与外台高标清电视节目传输的通用性, 我们采用MPEG-2/DVB-S标准对节目进行编码调制。以常用的18M高清视频与8M标清视频为例, 可以推算出传输高清/标清节目占用卫星转发器带宽分别为19.41/8.78 MHz。接着, 以鑫诺一号卫星Ku波段转发器 (带宽54 MHz, 饱和磁通量密度SFD=-90d BW/㎡) 为例, 福州地区传输高清节目所需的等效全向辐射功率EIRP=70.23d BW, 标清节目的等效全向辐射功率EIRP=66.73d BW;可以推算高功放最大输出功率为70.23-45.12=25.11d BW, 即324.34W。故此, 高功放的最大输出功率选定为400W。

高功放有行波管高功放 (TWTA) 和固态高功放 (SSPA) 两类, 固态高功放具备工作电压低、体积小、可靠性高、工作带宽宽、非线性失真较小等优点, 但在实际应用中较适合中小功率的功率放大使用。我们选用Xicom XTD-400K行波管功率放大器, 采用了高效率、双级集电极的行波管, 在线性与饱和状态具有减少电源消耗、降低内部工作温度及高可靠性的优点。

3.3 编码调制器

编码调制器是卫星上行链路的最重要节点, 主、备设备都选用TANDBERG VOYAGER II编码调制一体机。

3.4 卫星下行链路

卫星天线从卫星接收到的微弱信号通过LNB转换为L-Band信号, 进入1:4L波段功率分配器, L-Band信号被分配到TANDBERG RX8200卫星接收解码器和RF跳线板上。进入卫星接收解码器的L-Band信号根据不同的国内或国际标准 (DVB-S或DVB-S2信道编码, MPEG-2或H.264 AVC信源编码) 进行解调、译码后分别形成SD-SDI、HD-SDI和模拟立体声音频进入车载EFP系统和监看监听设备。

4 车载EFP系统

随着新闻实效性增强, 简单的ENG系统已经无法很好地完成多机位的大型新闻报道的现场直播。尤其在台风、暴雨等突发性直播过程中, 必须拥有满足前方摄像、现场拾音者与现场切换导播的实时通讯以及视频反送 (回看) 、播出 (PGM) 等的制作平台, EFP节目制作系统由此成为DSNG车不可缺少的组成部分。EFP系统主要由同步系统、视频系统、音频系统 (立体声) 、通话系统这四大系统构成。

4.1 同步系统

同步信号发生器是同步系统的核心。考虑到福州电视台正处于标清向高清过渡的阶段, EFP系统存在高、标清设备共存的情况, 我们选用数字黑场 (B.B) 信号进行同步更适宜于现有的EFP视频系统。我们选用的Tektronix SPG300具备支持多种数字视频格式的能力, 且在基准输入锁定时丢失同步信号, 也能一直保持丢失之前的同步状态, 能够最大限度地保证系统的安全性和稳定性。

4.2 视频系统

视频系统主要由切换台、矩阵、摄像机及录像机等设备组成。考虑到大型新闻报道活动录制与现场直播的安全, 视频系统使用了标准的主、备配置方案。主通路以Panasonic AV-HS450MC数字高标清多格式切换台为核心, AV-HS450MC的输入端有16路HD/SD-SDI接口、4路上转换器以及1个用于处理所有输入信号的10bit帧同步器;输出端有4路HD/SD-SDI接口, 并可以通过添加SDI输出板 (选购件AV-HS04M7MC) 使切换台具备下变换能力。这些功能让我们能够在切换台上实现高清/标清视频信号的兼容与上/下变换, 免去了帧同步机、高清/标清上下变换器等设备的投入, 节约了设备成本。而备通路选用HARRIS P16×4SO数字标清矩阵, 其拥有16路SD-SDI输入, 4路SD-SDI输出, 能处理好系统应急切换和标清视频信号调用的任务, 提高了视频系统的安全性和可靠性。

基于高标清兼容, 摄像机为2台SONY HSC-E80高清/标清演播室摄像机和2台SONY BVP-E30P标清演播室摄像机, 1台SONY PDW-700高清/标清摄录一体机作为无线讯道和临时外采。移动微波为LINK公司L1500摄像机微波发射单元和LYNX分集式信号接收机组成的高清摄像机传输系统。录像机为2台记录格式为HD/SD XDCAM的SONY PDW-HD1500录像机, 支持高清1080i和标清720p等记录格式的转换。

4.3 音频系统

电视是视听技术的结合体, 对于高清新闻类直播节目, 根据标准需采用立体声音频系统, 调音台是音频系统的核心, 我们采用两级调音台联动的方式来实现新闻直播与节目录制, 配置了2台Alesis Multi Mix 12R模拟调音台 (车内) 和Soundcraft EPM8模拟调音台 (车外) 。考虑到高标清信号传输过程中视音频协调一致及简化音频系统设计的目的, 我们采用模拟音频加嵌模块来实现模拟立体声信号的音频加嵌。Gigatec HMX-3004支持4路模拟音频经24bit量化后嵌入到输入的1路HD/SD-SDI视频信号中, 并输出3路加嵌音频的HD/SD-SDI视频信号。

4.4 通话系统

本车通话系统如图1所示, 现场切换导播可以使用Clear-Com MS-702通话主站和Clear-Com RM-702通话分站通过SONY BVP-E30P与HSC-E80等4台摄像机上的Intercom系统与摄像师进行全双工通话, 也可以通过车后接口箱连接至无线IFB设备对现场人员下达指令, 实现导播与现场的实时通讯。此外, 为了方便现场灯光、音响、技术等部门之间的协调, 车上还配备了4部Motorola GP328手持式对讲机。

4.5 车后接口箱

EFP系统除了有4+1讯道的视音频信号外, 还要为外部系统预留接口, 实现以下功能:与车内EFP各子系统进行级联, 在内外系统地电位不同时保证系统运行正常, 为车内安装电话、网络、光纤等通信设备预留接口。因此, 我们在DSNG车后部设计了一个接口箱, 它主要包括三大部分。

(1) 视频部分

包括2路带视频隔离变压器的HD/SD-SDI视频输入 (隔离变压器能够在一定程度上防止地电位不同导致的问题) , 2路复合模拟视频输入, 1路数字黑场 (B.B) 输入, 4路PGM信号HD/SD-SDI视频输出, 4路复合模拟视频输出以及1路数字黑场 (B.B) 输入。

(2) 音频部分

包括4路带音频隔离变压器的模拟音频输入, 5路模拟音频输出。

(3) 其他部分

包括1路TALLY输入, 1路通话输入, 2路光纤发射接口, 1路光纤接收接口, 2路RJ-45网络接口, 2路RJ-11电话线接口。

车后接口箱的设置使DSNG车扩充到9个视频讯道, 并具有高清立体声综合制作能力, 基本上满足大型新闻报道活动的录制与现场直播能力。通过与外部系统的级联, 高标清DSNG车的节目制作能力踏上了一个新的台阶, 尤其便于与台内已配置的高清转播车拼车进行大型新闻报道活动、晚会节目及体育赛事的节目录制和直播。

5 高标清视频系统测试

高标清DSNG车的集成是一项系统工程, 需要对各子系统设备的参数进行调整, 以达到整个子系统运行各项技术指标。完成上述工作后, 对整车系统进行48小时的试运行压力测试, 以保证整车系统在高强度运行过程中的安全和稳定。本文仅对视频系统的测试做详细介绍。

高清数字视频系统通路技术指标应该满足SMPTE 292M标准中的相关要求。而标清数字视频系统通路技术指标应该满足GY/T 243-2010的要求。本车视频系统采用高清与标清兼容模式, 需要对视频系统的技术质量指标进行测试, 其结果是衡量系统是否成功建立的一个重要依据。

对高标清视频系统测试, 我们采用TEK TG700同步信号发生器、TEK VM700T电视信号检测仪和TEK WFM 7120示波器。高清/标清视频测试流程如图2所示。高清信号与标清信号通道指标不同, 共有4种测试链路。

(1) 高清测试信号由外来SDI 1输入, 经视频分配、切换台、2×1开关、主加嵌器、视频分配输出。

(2) 高清测试信号由外来SDI 2输入, 经视频分配、切换台、备加嵌器、视频分配输出。

(3) 标清测试信号由外来SDI 1输入, 经视频分配、切换台、备加嵌器、视频分配输出。

(4) 标清测试信号由外来SDI 2输入, 经视频分配、应急矩阵、键混器、2×1开关、主加嵌器、视频分配输出。

测试方法:信号输入端用TG700发送标准高清或标清彩条信号, 高清信号输出端接WFM7120, 而标清信号输入端接VM700T。

6 结束语

目前, 高清电视技术已经成为各电视台的核心竞争力, 新引进的高标清DSNG车是福州电视台实现标清向高清升级的重要组成部分, 实现了电视节目从制作到传输的全高清化。高标清DSNG车已经圆满完成了抗击台风、暴雨等突发事件的现场直播报道以及大型户外访谈节目、体育比赛的录播工作, 标志着福州广电离全高清时代更近了一步。

摘要：本文介绍了福州电视台高标清DSNG卫星车的设计与实践情况, 并对车体选型改造、卫星传输系统设计、车载EFP系统设计以及视频系统测试进行了分析说明。

关键词：高标清卫星车,DSNG,卫星上下行系统,EFP

DSNG 篇2

卫星微波新闻采集直播车是新一代的电子新闻采集系统 (ENG) , 它可以卫星为传输平台, 电视台在新闻现场所采集到的视频及音频信号, 通过DSNG系统处理后, 发射到同步卫星中继站, 再转送回电视台, 可以直接转播或经过编辑后播出。同传统的有线传输和微波发射相比, DSNG完全打破了新闻采集的区域性限制, 能够更快、更方便、更经济地采集和转播突发性及重要新闻事件。扬州卫星微波直播车投入使用以来, 成功的转播了党的十七大、2008全国两会, 并多次和省级以上电视台联动, 为地方台节目扩展提供了强有力的技术保证。

2 整体设计

目前国内组装卫星车主要分:简易制作+传输功能为一体的卫星车;完全制作+传输功能为一体的卫星车;纯传输功能卫星车配制飞行箱等。各种设计各有优劣, 本台车体选用IVECO都灵E, 实行第一种方案, 其特点是灵活、机动、经济。简易的制作系统, 中心设备为Sony产AWS-G500切换台, 6路视频输入, 内带8路输入的调音台, 可输出模拟视音频信号和嵌入音频的SDI信号, 为DSNG系统提供了丰富的信号选择。

3 DSNG系统的设计

由于Ku波段DSNG系统体积较小, 运输较为方便的特点, 所以车载式DSNG系统往往选用Ku波段作为发射频率。DSNG系统的信号处理和传送流程如图1所示。

来自制作系统的视音频信号输入至编码器, 由编码器对该音频及视频信号进行MPEG-2压缩编码, 编码器则输出MPEG-2 DVB码流信号。较常见的两种MPEG-2压缩编码方式为4∶2∶2和4∶2∶0。如果信号回传至电视台经解码后直接播出, 4∶2∶0已经可以满足播出图像质量的要求。4∶2∶2压缩编码相对增加码率, 但具有较佳的图像质量。如果信号须经过多次解码和编码处理, 那么在反复处理的过程中, 图像清晰度会有所下降, 在此情况下, 则可使用4∶2∶2的压缩编码以补偿图像清晰度的下降, 但发射传输的成本将增大。如果不清楚对方接收机的指标, 建议使用4∶2∶0编码, 以减少故障发生概率。来自编码器的MPEG-2 DVB传输码流送到DVB调制解调器进行一系列扰码和调制变成70 MHz或140 MHz卫星中频信号后送入上变频单元, 变换为Ku波段的射频信号, 经高功率放大器和天线发射至卫星转发器, 电视台接收到由卫星转发器转发的信号后, 将该信号解码还原为视音频信号并进行实时转播或其他处理。

本车DSNG系统最大特点是SE4000编码器和Ku波段室外型200 W功率放大器。SE4000编码器把MPEG-2编码和DVB调制集成于一个1U的机箱内, L波段输出可选, 经带上变频功能的室外型高功放后, 直接输出Ku波段至天线发射, 既节省了车内有限的空间, 又节约了系统设备成本。具体链路如图2所示。

由视音频系统送来的加嵌的SDI信号送到编码调制器, 通过设置编码调制器选择正确的视音频源 (数字、模拟、嵌入等) 和传输音频的数量。视频编码采用MPEG-2标准, 总压缩码率可调。视音频信号经过数字压缩编码通过编码器形成ASI流, 然后通过编码调制器内置的调制器进行QPSK调制, 以L波段信号输出到综合跳线板上。

通过跳线将L波段信号送到1∶1室外型Ku频段200 W功率放大器中, 功率放大器含有L波段~Ku波段的上变频器模块 (BUC) , 将L波段变频后放大通过波导倒换开关输出至车载天线, 发送电视信号到卫星。

经天线接收, 低噪声锁相环下变频器LNB变频输出L频段信号, 再经1∶4功分器将2路信号分别送入综合跳线板供接收机和频谱仪使用。

在波导倒换开关的输出端, 接入了一个40 dB的定向耦合器, 将上行射频信号耦合出来, 通过测试转发器变频到L波段, 最终接入综合跳线板。这样就可采用L波段的频谱分析仪检测射频输出, 大大提高了故障诊断效率。

4 关于业务卫星的选择

从物理位置上讲, 应该尽量选择和卫星车所在经度相近的卫星:首先, 与卫星车所在经度相近的卫星使通信波束穿越大气层的距离变短, 减少了由自由空间、雨衰、沙尘吸收、电离层和对流层的闪烁和折射等引起的各种空间损耗;其次, 增加了天线的仰角, 较大的仰角可减少天线的噪声温度, 从而使G/T值上升, 优化整个系统的指标。当然, 较高仰角的天线也可使天线不受建筑物和树木的阻挡, 避免不必要的麻烦。

从转发器的性能讲, 应尽量选择高功率, 带线性器的转发器。功率高, 可降低对高功放功率输出的要求。线性器可提高转发器分配功率的效率, 在相同有效全向发射功率 (EIRP) 下, 带线性器转发器可比不带线性器的转发器多提供2 dB的功率。当然随着卫星的老化, 转发器的功放也逐渐老化, 其输出功率也随之降低。另外卫星上的太阳能电池板的蓄电池的老化也使系统供电不足, 影响功放的输出。因此选用新的卫星对保证系统的良好运行也是有好处的。

5 DSNG系统的一般性操作

作为DSNG系统的实际操作者, 一方面确保上行信号准确高效地传送到卫星接收天线, 同时地面接收设施准确无误地接收来自卫星的数据信息, 实现卫星通信链路的连通;另一方面确保自身的上行信号不会对其他网络造成干扰或影响, 因此和卫星公司进行正确有效的上星标定是非常重要的。上星标定通常包括天线指向和极化角调整、载波功率和频率标定以及载波带宽的调整等。

1) 工作前的准备工作: (1) 根据实际需要, 提前填写使用申请表; (2) 卫星车停放车头尽量向南, 以减少天线寻星路径和避免天线内部各类电缆发生绞线;确保前方仰角45°以上无明显遮挡;避免强磁场干扰;确保天线展开运动路径无任何障碍。

2) 标定前的准备工作: (1) 确保设备及连接电缆处于正常状态, 未被改动; (2) 正确设置天线控制器 (ACU) , 展开对准卫星后, 通过ACU面板选单检查方位角, 极化角, 仰角的数值, 和以前的值比较, 或通过频谱仪测量目标卫星信标, 初步确认天线的工作指向正确; (3) 检查频率设置, 确保正确的射频发射频率; (4) 做好发射CW载波 (未调制载波) 的准备。

DSNG 篇3

随着数字电视和互联网技术的发展与融合, 当今人们获取信息的渠道越来越多, 接收信息的速度越来越快。对于类似突发事件的新闻采集与报道, 因其社会关注度高, 成为各类媒体争先抢报的重点。同时也是媒体自身新闻报道能力和快速反应能力的充分展现, 是提升其社会影响力的最佳时机。对于突发性社会焦点事件, 电视媒体由于采集、制作、传输等程序复杂, 涉及采访和后勤保障的人员众多。那么, 如何有序、有效、及时地报道, 对于电视媒体提出了更高的要求和严峻的考验。

1 需求分析

由于突发事件发生的场所往往受到严重破坏, 通信、网络严重受阻。在这种特殊的情况下, 唯一可依赖的通信、电视传输仅有卫星。在通常情况下, 有关突发事件的新闻报道的图像、声音通过卫星传输可到电视台, 而前方记者的文稿无法传过来。例如在舟曲特大泥石流灾害新闻报道工作中, 由于通信、传输网络的中断, 记者只有到离事发地的较远的地方去上传文稿、这样费时、费力, 对突发事件新闻采集与报道的时效性大打折扣。基于上述原因, 构建具备移动性双向数据业务DSNG (Digital Satellite News Gather) 系统, 在突发事件新闻采集与报道中非常有必要。双向数据业务DSNG系统是指在传统的数字卫星新闻采集 (DSNG) 传输系统的基础上, 即基于电视卫星传输增加了电话、传真、视频会议和互联网访问等双向业务功能。通常电视台新闻采集考虑到节目交换、实际需求、成本等因素, 采用基于DVB-S/S2[1,2,3]方式下的点对面的单向传输方案。而数据业务的介入, 考虑到点对点通信握手, 通过IP传输协议实行数据业务的双向传输。因此双向数据业务DSNG系统就是在传统的DVB-S基础上增加双向IP通信。这样可以有效、全面地解决突发事件发生地的通信、传输受阻问题, 实现突发事件新闻采集与报道有效、快速地呈现给受众。在这种环境下, 该系统还可作为前方新闻采集与报道的应急指挥中心, 能够完成前方与后方进行视频会议、新闻采集与报道及时沟通、采访方案确定、主题研讨等。

2 双向数据业务在DSNG系统中的建立与实现

2.1 具备双向数据业务DSNG系统优势

1) 提供视频、音频以外, 满足电话、传真、IP网络等多种通信业务。

2) 接入全台网与互联网中, 可以获得全台网中所有的资源, 实现资源共享。

3) 在卫星覆盖有效区域内, 不受其他环境等因素的影响, 实现电视广播与数据通信无缝链接。

4) 在突发事件情况下, 可以迅速建立起前方与后方的传输、通信网络, 并作为二者间的应急指挥平台。

5) 在野外电视片拍摄中, 作为电视采集、编辑、传输、联络等处理中心, 有效提高制作效率, 缩短制作周期, 节约制作成本。

通常情况下, 为了便于新闻采集的快速反应与提升新闻实效价值, 一般的DSNG系统都集成于卫星车上, 以便于快速移动。同样具备双向数据传输的DSNG仍以车为载体。

2.2 双向数据业务的DSNG系统传输方式建立与实现

2.2.1 双载波方式

采用这种方式实际上就是在单向DVB-S传输系统中增加一个独立的双向IP系统, 如图1所示。

视音频信号编码后通过DVB-S调制器输出载波、语音等IP数据业务, 通过IP调制解调器输出载波, 然后通过合路器将两路信号合成为一路, 使用同一个功放和天线将信号发射出去。在电视台分别使用DVB-S接收机和IP调制解调器, 解调相应的信号加以利用。由于IP数据业务是双向传输, 所以, 在电视台地面站需增加小功率的功放 (40 W左右) , 并用地面站IP调制解调器将这一端IP数据业务传回卫星车。那么, 过去电视台所用的单收天线需要改成双向天线。

2.2.2 IP数据业务与DVB-S复用方式

从该系统构成 (见图2) 可知, 这种方式的核心就是封装和复用。首先通过DVB-MPE (多协议封装) 封装器将IP数据包封装成符合MPEG-2 TS标准的传输流, 然后使用MPEG复用器与视频编码器输出的视频流复用成一路TS流, 经过DVB-S调制器发射上行。在接收端不同的是, 配置DVB-IP接收机方可解调数据业务信息。对于这种方式, Newtec公司最新推出了调制解调器M6100, 它集合封装、复用和调制、解调等所有功能, 并且还针对卫星链路传输IP数据进行优化和TCP加速。从而大大简化了系统, 降低了成本, 如图3所示。

2.2.3 IP数据业务与DVB-S2复用方式

1) DVB-S2的3种传输模式

CCM (Constant Coding&Modulation) 固定编码调制模式, 所传输的所有数据都采用同一种调制和纠错方式。这就是日常使用最多的传输方式。

VCM (Variable Coding&Modulation) 可变编码调制模式, 采用不同的调制和纠错方法来传输不同数据, 并且调制和纠错可以逐帧改变。这是DVB-S2新增的传输方式。

在已往的卫星应用中, 为满足QEF (准无误码) 的传输效果, 必须有一定的功率冗余, 通常冗余是以覆盖区域内产生的最大雨衰为标准计算, 显然这部分冗余对于天气绝大部分地区是不必要的, 即便是雨衰最严重的地区, 天气较好时也承受着不必要的能量浪费。而在IP数据业务中, 可随时根据接收地点的情况变化调整传输参数, 因而对于功率冗余的计算可以重新精细调整。因此使卫星带宽的利用率大大提高, 相对减少了租星费用。根据接收端的实际接收情况实时调整调制纠错方式, 这种方式就是ACM (Adaptive Coding&Modulation) 自适应编码调制模式。

2) IP数据业务与DVB-S2 ACM方式

DVB-S2 ACM模式 (见图2) 采用将一路ASI输入和一路IP输入进行双码流调制解调。即将IP数据包封装成TS流, 并将视频流和IP数据流作为两个独立的流进行传输。当视频和IP为不同用户时, 两个流可以采用不同的调制纠错方式;而当视频和IP为用一个用户时, 两个流采用相同的调制纠错方式。这两种情况中调制和纠错方式都可以根据链路状况实时进行改变, 使得传输速率始终保持在最大。例如, 一路12 Mbit/s高清H.264视频, 加上最低64 kbit/s的IP数据通道 (可传输两路电话) , 保障调制纠错方式为8PSK 2/3, 则在90%以上的时间里IP数据的速率可以达到10 Mbit/s (32APSK 5/6) 。IP数据业务与DVB-S2 ACM方式对比图如图4所示。

3 几种系统方式的特点分析

3.1 双载波方式

由图1可知, 采用这种方式系统比较简单, 容易实现。但由于卫星车上行信号包含有两个载波, 这将导致功放的利用率大大降低。

通常功放在工作时需要一定的功率回退来保证功放的线性。对于单载波, 这种回退比较小, 固态功放通常为0.5~1 d B, 而行波管功放通常为1~1.5 dB。对于多载波, 固态功放通常需要回退4 dB, 而没有安装线性器的行波管功放通常需要回退7 d B。这意味着200 W的行波管功放或100 W的固态功放在多载波状态下, 其最大的输出功率只能达到40 W。

所以, 这种方式功率效率大大降低, 在卫星功率覆盖较弱 (如西部) 的地区和恶虐天气 (如大雨等) 环境下, 很难保证正常卫星传输。若要进行传输, 必须增大功放功率和加大天线口径尺寸, 以提高有效功率和接收信号的增益。这样势必增加成本, 对于端到端地面站系统还可以接收, 而对于移动DSNG系统实现起来就比较困难, 比如要考虑车体的空间、车体的承重、系统设备散热等因素。

3.2 IP数据业务与DVB-S复用方式

从该系统组成可知, 在卫星车上只传输了一个MCPC (Multiple Channel Per Carrier, 多路单载波系统) 载波, 功放的回退就可以大大降低, 而且该载波是符合DVB-S标准, 任何一款DVB-S接收机都可以正确接收其中的视音频节目信息, 对于电视台之间的节目交换、信息共享完全没有障碍。与此同时, 电视台还可以通过DVB IP接收机接收IP数据包, 实现语音、传真、文稿等IP数据业务的双向通信与信息资源的利用。由此可见, 系统解决了功率回退问题, 系统兼容性好, 适应范围广。

3.3 IP数据业务与DVB-S2复用方式

采用VCM技术, 针对不同的业务类型和接收用户, 允许不同的业务类型 (如SDTV、HDTV、音频、IP数据等) 在同一个载波中以不同的流的方式存在, 及多流 (MultiStream) 方式, 并且每个流可以选择不同的调制纠错方式分级传输, 使传输效率得以提高。

ACM可以针对每一种应用每个时刻路径条件使传输参数得到优化, 能够最大限度地利用载波能量, 提供最高的传输效率。

针对双向数据业务的DSNG系统应用特点, 视音频必须是恒定速率, 而IP传输可以是可变速率, 可以将视音频业务作为一个流, IP业务作为一个流, 在ACM模式下保持视音频的传输速率不变, 而IP业务的速率则随着Eb/N0的变化而变化, 如图5所示。

只需要设计一个保障速率, 即视频速率加上一个最低的IP传输速率。根据保障速率去申请转发器带宽, 这样在天气良好的情况下, 将获得比最低IP速率高得多的传输速率, 如图6所示。

采用DVB-S2 ACM方式可以最大限度地利用卫星资源, 但这也要求接收机必须支持DVB-S2 VCM模式, 而目前国内电视台配置的DVB-S2接收机绝大多数都只支持CCM模式。因此这种方案在向兄弟电视台传输节目时, 只能改回DVB-S或DVB-S2 CCM模式, 这样就无法进行IP通信。尽管这种方案在目前还有较大的局限性, 但作为一种具有很高效率的传输方式, 随着DVB-S2的广泛应用, 在未来一定会被广泛采用。

4 双向数据业务的DSNG系统构建

DSNG目前不仅用于电视新闻采集领域, 而更广泛地用于公安、气象等诸多相关领域的信息采集与传输。不单纯用于信息的采集, 在大型野外考察和记录片的拍摄, 考虑行程跟踪、光线环境等因素需求, 经常需要就地宿营和采集素材加工、整理等, 将粗加工的素材及时传回台里进行精编, 很快安排播出。这样使整个野外中拍摄、制作周期大大缩短, 同时充分展示现代电视媒体节目系统制作特点与优势。基于这种需求的考虑, 构建一个集食宿、素材编辑、数据交换、卫星传输于一体的DSNG系统, 能够满足各种不同需求。同时功能的延伸与扩展, 使系统的利用率大大提高, 相对节约了系统构建成本。所以DSNG系统的构建, 必须从自身实际需求出发, 追求应用的最大化, 满足良好的兼容性, 具备数据交换与共享。

从已上几种系统的组成与其技术特性可知, 对于具备双向数据业务DSNG系统构建。就技术层面而言, 尽管DVB-S2较DVB-S有诸多系统技术优化和改进, 具备诸多技术优势。对于新建独立运行的双向数据业务DSNG系统, 信号的接收只考虑具备接收条件的固定用户, 采用DVB-S2 ACM方式不失为最佳选择。由于电视媒体本身是一个开放的系统, 考虑到系统资源的共享, 新闻采集到的信息往往需要多平台媒体利用, 即需要点对面覆盖传输, 提高信息利用率。由于目前国内很多系统都是DVB-S系统, 这样考虑到系统的兼容, 保证传输视音频信息在卫星覆盖的有效区域都能接收到。采用IP数据业务与DVB-S复用方式, 能够兼顾旧系统信号的接收, 实现视音频资源共享。同时也避免了系统的重复建设。

5 结束语

双向数据业务的DSNG系统在广电领域尚属一个新的系统, 不仅仅作为新闻采集与应急指挥系统。随着系统应用的逐渐延伸与扩展, 优势将进一步全面展现, 也将具有广阔的前景。

参考文献

[1]李杰, 马建国.基于DVB-S的IP数据业务的实现机制的研究[J].西南科技大学学报, 2003, 18 (1) :1-6.

[2]林英姿, 梁坚, 徐元欣, 等.第二代数字电视卫星传播标准DVB-S2概述[J].电视技术, 2004, 28 (9) :85-86.

[3]李胜利, 汪洋溢.DVB-S2及其相关技术[J].无线电通信技术, 2009, 36 (2) :9-11.

DSNG 篇4

1998年,DVB组织发布第二个卫星广播标准DVB-DSNG,该标准是DVB-S系统的延伸,在QPSK调制方式的基础上增加了高阶调制(8PSK,16QAM),纠错编码方案仍然采用RS码加卷积码的级联码。旨在以通信卫星为传输平台,采用车载地面终端等便捷方式进行图像和声音信号的传输采集,提供高时效性、低成本的新闻采集解决方案[1,2]。

笔者设计的硬件为基带视频信号设备的功能块,其发射机和接收机原理如图1所示。DVB(DVB-compliant)数字卫星新闻采集(DSNG)标准EN 301 210中规定了信道传输的帧结构、信道编码和调制方式。本设计中采用缩短RS码和实用网格编码(P-TCM)分别作为外码和内码,调制方式则采用16QAM调制。

硬件电路方面选用Xilinx公司的Virtex-Ⅱ开发平台,能够对DSP和数据通信系统进行开发。平台选用XC2V4000-6BF957作为处理核心,拥有400万系统门(system gates)可用,120个嵌入式乘法单元(embedded multipliers),120个块RAM(每个块RAM容量为18 kbyte)和23 040个片,内部时钟频率最高达420 MHz,可以满足调制解调器的要求[3]。

系统的FPGA实现采用VHDL语言,利用Xilinx的ISE进行编程。HDL模型由XST进行综合,创建的逻辑映射到目标芯片的资源中,布线后仿真。当时序验证完成且时序约束满足后,完成硬件实现。

2 发射机和接收机

图1为发射机和接收机的原理图,从MPEG-2传输复用器来的输入码流是固定数据包格式,包长188 byte,包括1 byte的同步字节,即0x47。用伪随机序列使数据随机化后,外码使用缩短的RS码(204,188)加到经扰码后的每个数据包,包括同步字节。缩短的RS码(204,188)作为调制解调器的外码,该纠错码每204 byte具有(204-188)/2=8 byte的校正能力。

随后进行卷积交织处理,深度为I=12,加到每个误码保护数据包上(204 byte),内码使用(2,1,7)卷积编码,约束长度k=7,每输入1 bit输出2 bit,而信道译码则是此过程的反过程。图2为信道编码各阶段码字帧结构。

3 P-TCM编解码器

P-TCM编码器的原理实现如图3所示。64状态最佳半速率卷积交织编码器由多项式G1=(133)和G2=(171)生成。从交织器流出的平行位数据流进入P/P模块,该模块将输入字节分成编码和非编码2个部分。卷积编码器输出的编码数据经过删余后,与非编码数据按照一定的组合方式组成符号序列,然后通过星座映射实现16QAM调制,信号序列每一个符号需要4位,每个符号由2个编码位和2个非编码位组成。这一特殊的映射不仅可以最大化非编码之间的欧氏距离(即编码网格平行变化的最大值),而且实现简单。即发射机的I和Q都映射到相同的映射器中,为了使符号能量归一化,每个星座点都除以姨10。这样星座点就可以被表示成12位的有符号定点数。

图4是P-TCM解码器的结构图,每个符号的编码位用8级均匀量化的3位软判决软维特比解码器解码。在加性高斯白噪声(AWGN)信道中,这个8级软判决分配与对应的硬判决相比,解码器的性能提高。该软判决输出第一个软判决权值需要3个时钟周期。

4 脉冲成型滤波器和匹配滤波器

图1中,脉冲成型滤波器和匹配滤波器这2个滤波器由2个平方根升余弦滚降(SQRC)滤波器实现,为有限冲激响应滤波器。频率响应和滚降系数(α=0.35)由2个因素决定,一个是采样速率,另一个是滤波器冲激响应的时间跨度。脉冲成型滤波器的作用相当于一个内插滤波器,匹配滤波器功能类似一个抽取滤波器。滤波器脉冲响应的预期时间跨度由滤波器响应所占的信号间隔数所决定,过采样可以产生更加精确的频率响应,但是同时在给定的时间跨度下,需要更高的滤波系数。在不同的参数下进行计算机模拟,发现在当前硬件复杂度下,当采样速率L=4且信号时间跨度S=7时,可以得到最佳性能,因此可以确定滤波阶数N=28。这2个有限冲激响应滤波器可以用精度为12位定点数的多相分解的方法来实现。

5 时钟产生和数据同步

在设计中,由于P-TCM码和数字滤波器的特殊结构,不同的构建模块需要不同的时钟频率。当XSG生成HDL网表后,系统时钟(SYS_CLK)和多时钟使能(CE)信号可以为设计提供不同频率的时钟信号。换言之,为了减少时钟偏移只用一个系统时钟,可以将一个伴随时钟使能信号联合到每一个设计部分的时钟信号输入中,并使多时钟使能CE信号周期是系统时钟的整数倍。

在FPGA中,数字时钟管理(DCM)模块是一个嵌入在FPGA中的功能模块,可以提供频率范围较广泛的时钟管理功能,本设计中,DCM模块可以提供完全对称的系统时钟信号。如图5所示,时钟产生分为3个模块,由晶振产生信号经过DCM模块产生系统时钟,系统时钟进入到CLK_driver模块产生设计所需要的各种时钟信号。

2个信号控制同步工作,即有效输入(Vin)和有效输出(Vout)。Vin和Vout信号都可以被置高,当Vin被置高时,只有每个组件的输入端数据有效。此外,Vout被置高,此时组件的输出端数据有效,每个模块也产生有效输出状态信号。Vin和Vout信号与每个组件的固定时钟信号的下降沿同步。

6 验证仿真

鉴于DVB标准,调制解调器的误差性能要求说明,以及在有效带宽下,所需的P-TCM解码器输出的信噪比如表1所示。由于RS外部码和调制解调器的执行边际,噪声带宽增加了10lg(188/244)≈0.36 d B。设计采用调制解调器执行边际联合指定的调制方案来对抗更高的灵敏度,而调制解调器执行边际会因为频谱效应而增加。例如当调制解调器的P-TCM解码器解码率为3/4时,在尚可接受的误码率BER=2×10-4之下,信噪比不能大于9-0.36-1.5=7.14 d B。在加性高斯白噪声(AWGN)信道中的仿真结果为7.07 d B,即整个系统满足所需性能。在不同内码率3/4和7/8之下,调制解调器的浮点和定点模型RS解码器输出的误码率(BER)曲线如图6所示。

虽然通过在XSG平台上验证了设计的功能性和该调制解调器在AWGN信道中的性能,并得到仿真结果,但是这并不能保证在综合后仿真调制解调器的性能。综合后仿真目的在于设计下载到目标FPGA芯片之前,验证门级设计的性能。为了模拟综合后设计,可以使用IEEE库包中的“uniform”程序来生成随机测试向量。该程序能够生成0.0~1.0的连续值。随机生成的实数可以转化成0.0~(28-1)之间的自然数。最后这些自然数都转化成为向量值,输入到发射机中。在接收端,将RS解码器的输出与生成字节(generated bytes)的缓冲器(delayed version)中的字节作比较,如果发现错误,那么发出错误信号。为了验证调制解调器性能,生成了100 000个连续随机测试向量,并输送到调制解调器。该模拟结果证实了调制解调器综合后的性能,完全验证调制解调器后,可以用ISE将顶层级设计下载到目标FPGA芯片。

7 小结

对DVB-DSNG系统中解码算法进行了讨论,并通过建模和FPGA[3,4]验证设计并仿真了一个基于DVB-DSNG标准的无线调制解调器。该电路占用了目标芯片中近150万个门资源,约占资源总数的38%。仿真结果表明本设计方案芯片能够以27.778 Mbit/s的速度发射/接收数字视频和音频信号,完全满足DVB数字卫星信号采集应用的要求。

参考文献

[1]ETSI.EN 301 210 V1.1.1(1999-03),European TelecommunicationsStandards Institute(ETSI)documents[S].1999.

[2]喻希.DVBDSNG系统中PTCM解码器的设计[J].中国集成电路,2006(12):32-35.

[3]田耘,胡彬,徐文波.Xilinx ISE Design Suite 10.x FPGA开发指南[M].北京:人民邮电出版社,2008.