上海廣播電視衛(wèi)星地球站 金 勇 武維青

隨著新的衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)DVB-S2以及信源編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)H.264頒布，使得低碼率、高畫質(zhì)、窄帶寬衛(wèi)星傳輸?shù)玫綉?yīng)用。

H.264是一種高性能的視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)，它是由聯(lián)合視頻組（JVT）共同制定的新數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。我們常見到的不論是MPEG-4 AVC，MPEG-4 Part 10，還是ISO/IEC 14496-10，都是指H.264。H.264最大的優(yōu)勢(shì)是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率，在同等圖像質(zhì)量的條件下，H.264的數(shù)據(jù)壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。傳輸所需碼率約為MPEG-2的36%，MPEG-4的61%。在較低帶寬上提供高質(zhì)量的圖像傳輸是H.264的應(yīng)用亮點(diǎn)。

信道編碼就是在信源編碼的基礎(chǔ)上，按一定規(guī)律加入一些新的監(jiān)督碼元，以實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)的編碼。信道編碼的本質(zhì)是增加通信的可靠性，提高數(shù)據(jù)傳輸效率，降低誤碼率。DVB-S2是衛(wèi)星數(shù)字化視頻廣播的第二代標(biāo)準(zhǔn)，它最引人注目的革新在于信道編碼方式，包括糾錯(cuò)編碼和調(diào)制。DVB-S2采用的是功能更強(qiáng)大的前向糾錯(cuò)系統(tǒng)，即BCH和LDPC（低密度奇偶校驗(yàn)碼）級(jí)聯(lián)的信道編碼方式，能有效降低系統(tǒng)解調(diào)門限，距離理論的香農(nóng)極限只有0.7～1dB的差距。調(diào)制則以多種高階調(diào)制方式（8PSK，16APSK，32APSK）取代QPSK。DVB-S2在設(shè)計(jì)中充分考慮了業(yè)務(wù)多樣性需求，具有很好的適應(yīng)性。如DVB-S2支持多種內(nèi)碼碼型，包括1/4，1/3，2/5，1/2，3/5，2/3，3/4，4/5，5/6，8/9，9/10等；頻譜成形中的升余弦滾降系數(shù)α可在0.35，0.25，0.2三種中選擇，而不是DVB-S固定的0.35，而α越小，頻譜利用率越高。新的編碼調(diào)制方案8PSK&LDPC已經(jīng)十分接近香農(nóng)極限，可得到QEF（準(zhǔn)無誤碼）的接收（DVB-S2的QEF標(biāo)準(zhǔn)為：在解碼器接收5Mb/s的單路電視節(jié)目時(shí)，每傳輸1小時(shí)產(chǎn)生少于一次無法校正的錯(cuò)誤，近似相當(dāng)于解復(fù)用前TS流PER＜10－7），比DVB-S標(biāo)準(zhǔn)提高了3dB。

可見，DVB-S2代表著更高的頻帶利用率、更先進(jìn)的編碼方式和接近香農(nóng)極限的系統(tǒng)性能。在同樣的傳輸條件下，DVB-S2的性能比DVB-S至少提高了30%，大大提高了衛(wèi)星的帶寬利用率。另一方面，相比DVB-S對(duì)信源的格式有嚴(yán)格的規(guī)定（即MPEG TS流），DVB-S2則靈活得多，支持包括MPEG-2，MPEG-4，MPEG-4AVC（H.264），WM9在內(nèi)的多格式信源編碼格式及IP，ATM在內(nèi)的多種輸入流格式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種數(shù)據(jù)輸入格式的支持，這也為DVB-S2結(jié)合H.264技術(shù)使用提供了基礎(chǔ)。

作為當(dāng)前信道編碼和信源編碼的最新成果，DVB-S2和MPEG-4AVC（H.264）的結(jié)合可謂強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手。在衛(wèi)星傳輸市場(chǎng)，如果使用新的衛(wèi)星傳輸標(biāo)準(zhǔn)DVB-S2和H.264，理論上一臺(tái)36MHz的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器可以傳輸高達(dá)20～25路標(biāo)清電視或5～6路高清電視，數(shù)倍于現(xiàn)有的DVB-S+MPEG-2方案的傳輸能力。美國及歐洲的衛(wèi)星運(yùn)營商從2004年起相繼采用H.264解碼芯片來配備衛(wèi)星高清機(jī)頂盒，直播衛(wèi)星節(jié)目采用H.264編碼方式。在國際賽事及大型活動(dòng)電視轉(zhuǎn)播中，EBU，Globcast也廣泛采用此種方式進(jìn)行衛(wèi)星節(jié)目傳輸。

但是另外一方面，由于當(dāng)前DVB-S在全世界范圍內(nèi)的廣泛應(yīng)用，而技術(shù)的更新必然也要求設(shè)備（包括編碼、調(diào)制設(shè)備、解調(diào)、解碼設(shè)備）進(jìn)行更新?lián)Q代。如H.264的高效率壓縮技術(shù)依賴于更加復(fù)雜的計(jì)算方式，這必然對(duì)硬件設(shè)備提出了更高的要求。目前，在我國上行的各地衛(wèi)星電視節(jié)目都是標(biāo)清信號(hào)，采用DVB-S標(biāo)準(zhǔn)，即DVB-S＋MPEG-2傳輸方式，這幾年上行的東方衛(wèi)視、江蘇、浙江等高清衛(wèi)視節(jié)目包括央視高清頻道也是此種方式。如果上星衛(wèi)視更新技術(shù)，那么必然要求全國各地上行站及地球站更新大量的編解碼和調(diào)制設(shè)備以及解調(diào)、解碼設(shè)備。這也就決定了在國內(nèi)直播衛(wèi)星上不可能完全放棄MPEG-2已成熟的技術(shù)體系，實(shí)行新技術(shù)，這種技術(shù)體系的改變不會(huì)一蹴而就，將是一個(gè)比較漫長的過程。

那么，在臨時(shí)傳輸業(yè)務(wù)方面呢？我們可以充分利用新技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)提高傳輸效率，節(jié)約成本的目標(biāo)。上海衛(wèi)星地球站目前每日需接收深圳、北京演播室上行的電視節(jié)目并上行節(jié)目給這兩地接收，此外還要利用衛(wèi)星車和Flyaway通過衛(wèi)星通道傳輸大型活動(dòng)和各種賽事。衛(wèi)星資源需求量很大，平時(shí)一直采用傳統(tǒng)的DVB-S＋MPEG-2傳輸方式，在衛(wèi)星資源緊張的時(shí)段必須不停地協(xié)調(diào)、調(diào)度各上行方，有時(shí)還需臨時(shí)申請(qǐng)新的頻點(diǎn)，以保證節(jié)目傳輸?shù)恼?。為此，上海衛(wèi)星地球站積極利用新技術(shù)，在保證節(jié)目傳輸質(zhì)量的前提下，利用站內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備通過DVB-S2和H.264的結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)在2M帶寬下傳輸電視節(jié)目和素材，極大地提高了衛(wèi)星帶寬利用率。

上海衛(wèi)星地球站負(fù)責(zé)集團(tuán)內(nèi)各頻道賽事、新聞等節(jié)目傳輸任務(wù)，為接收國外足球、網(wǎng)球等賽事活動(dòng)，已更新了一批Tandberg1290接收機(jī)，可以解調(diào)、解碼8PSK和H.264信號(hào)。目前，國內(nèi)的H.264編解碼器廠商可以在1.2Mb/s的編碼碼率下實(shí)現(xiàn)D1（720×576）分辨率的連續(xù)清晰圖像。我們選用Ericsson編碼器、DM2120調(diào)制器、Tandberg1290接收機(jī)搭建測(cè)試系統(tǒng)，標(biāo)清、高清數(shù)據(jù)傳輸所需帶寬如表1。

表1 標(biāo)清、高清數(shù)據(jù)傳輸所需帶寬

通過表1可以看到，原來需要6M衛(wèi)星帶寬的標(biāo)清節(jié)目，現(xiàn)在只要2M即可傳輸。那么，原來需要不停調(diào)度上行的情況將不復(fù)存在，北京、深圳都采用2M帶寬上行，可在原衛(wèi)星資源下同時(shí)上行，還節(jié)約了2M帶寬，同時(shí)也避免了兩家節(jié)目同時(shí)需要上星時(shí)必須要協(xié)調(diào)或另外申請(qǐng)衛(wèi)星通道的情況。

在表1中帶寬的基礎(chǔ)上，我們對(duì)系統(tǒng)圖像質(zhì)量還原進(jìn)行測(cè)試，影響還原圖像質(zhì)量的因素主要兩方面：一是硬件因素；二是圖像內(nèi)容，它是由圖像的亮度和色度以及空間和時(shí)間的各種復(fù)雜性組合體現(xiàn)的。我們利用某公司的PQA600圖像質(zhì)量分析儀對(duì)不同的信源在系統(tǒng)中運(yùn)行進(jìn)行客觀圖像質(zhì)量測(cè)量，PQA600存儲(chǔ)被測(cè)系統(tǒng)的輸出并進(jìn)行分析，圖像質(zhì)量用單一數(shù)值表示，該數(shù)值稱為圖像質(zhì)量率（PQR）。PQR值越小表示還原圖像質(zhì)量越高，測(cè)量時(shí)記錄最高、最低值并以平均值為標(biāo)準(zhǔn)，分別采用相對(duì)靜止圖像、色彩艷麗圖像、運(yùn)動(dòng)圖像進(jìn)行測(cè)試，具體結(jié)果如表2。

表2 測(cè)試結(jié)果

在做完圖像還原測(cè)試后，利用某公司的WFM7120視音頻時(shí)延測(cè)試功能，檢測(cè)同一信源通過不同中頻系統(tǒng)后，信號(hào)還原的時(shí)間比對(duì)。通過測(cè)試得出H.264與DVB-S2系統(tǒng)帶寬為2M時(shí)，時(shí)延為0.933s；同樣設(shè)備配置為MPEG-2與DVB-S系統(tǒng)帶寬為6M時(shí)，時(shí)延為0.929s，兩者相差不大。

通過上面測(cè)試數(shù)據(jù)的比較，可以看出H.264與DVBS2相結(jié)合在保證了廣播電視質(zhì)量的前提下，極大提高了衛(wèi)星傳輸效率，也降低了運(yùn)營成本。上海衛(wèi)星地球站目前對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)傳輸電視節(jié)目素材已全部采用H.264與DVB-S2相結(jié)合技術(shù)，在傳輸標(biāo)清節(jié)目時(shí)采用2M衛(wèi)星帶寬，高清節(jié)目時(shí)采用8M衛(wèi)星帶寬，極大節(jié)約了運(yùn)營成本。目前，已成功傳送北京、深圳演播室連線以及“旅游節(jié)”、“龍舟賽”、“女足”等各類大型活動(dòng)及賽事。相信隨著硬件設(shè)備的推廣，硬件價(jià)格的普及，H.264結(jié)合DVBS-2的衛(wèi)星傳輸方式在國內(nèi)也將越來越廣泛的運(yùn)用。