CN105659510B - 用于传输卫星信号的系统、解码器和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于卫星信号传输的系统、接收机和方法，其中所述方法包括以下步骤：把所述信号组成数据流，把数据流分割为至少第一分组和一个或多个第二分组，经由第一传输信道(Ch#1)传送第一分组，经由一个或多个第二传输信道(Ch#2)传送所述一个或多个第二分组，其中所述一个或多个第二传输信道(Ch#2)与第一传输信道(Ch#1)不同并且彼此不同。

Description

用于传输卫星信号的系统、解码器和方法

技术领域

本发明涉及用于卫星信号传输的传输系统、接收机和方法。

背景技术

已知，DVB-S2是由DVB在2003年定义的用于卫星传输的第二代标准。此标准是为各种宽带卫星传输应用设计的，这些应用诸如标准清晰度电视(SDTV)和高清晰度电视(HDTV)广播、用于家庭和专业用户的交互式应用(例如，因特网接入)、专业电视贡献和SNG(卫星新闻收集)服务、向VHF/UHF数字地面发射机的TV信号的分布、数据和因特网站点分布(因特网中继)等。

基于DVB-S2标准的传输系统可以接受任意输入数据流格式(只要它是数字的)，诸如像MPEG传输流(MPEG-TS)类型的数字流。

MPEG-TS数字流可以或者是单类型或者是多类型的，即，它们例如可以传输一个或多个电视/无线电节目、交互式内容等等。例如通过使用可变编码&调制(VCM)技术或者在点对点应用中使用自适应编码&调制(ACM)技术，可以把特定的调制参数指定给每个MPEG-TS流。对于每个新的基本数据块，ACM技术允许改变调制方案从而改变错误保护水平，因而根据用户的接收条件来优化传输系统；事实上，这些条件会根据天气条件而改变。

当调制器正在使用ACM技术时，传输延迟会根据自适应调制/编码方案而变化。为了解决这个问题，DVB-S2标准提供了使用子系统用于同步输入数据流(可选并且不适用于单个MPEG-TS流)，其通过从调制器传输定时参数，确保在分组传输的接收机处的恒定的传输比特率和延迟(根据需要，例如对于MPEG-TS流)。

根据DVB-S2标准，当MATYPE字段的ISSYI比特的值为1时，在调制器中激活22比特计数器，其按与调制器的符号率Rs相等的频率计数。在调制器中，ISSY(输入流同步器)字段附于每个分组的末端，有2字节或3字节长，并且包括含有在分组进入调制器瞬间的计数器值的ISCR(输入流时钟基准)子字段。ISCR可以长(22比特)或者短(15比特)；在该后一种情况下，ISCR将包含计数器的15个最低有效比特。当前使用中的卫星在具有33-36MHz典型宽度的波段上操作，这些波段在广播应用中允许按例如60Mbit/s的数量级的比特率在卫星应答机上传输数据。

超高清晰度电视(UHDTV)服务(也称为4K或8K电视)的引入对于每个要传送的电视服务需要在17-20Mbit/s的范围中的传输比特率。这使得需要改进对当前卫星提供的发送/接收容量的利用，最小化每个单个应答机的未使用的发送/接收容量。

目前，DVB-S2技术允许通过使用“统计复用”在33-36MHz卫星信道上传送包含3个UHDTV节目的MPEG-TS流。包含多个节目的MPEG-TS流也称为“复用流(multiplex)”。

视频节目的统计复用是允许根据要传送的各种节目中的每一个的瞬时视频编码需求，在它们之间分割可用比特率的技术。通过使用可变比特率(VBR)编码，并且考虑到从视频节目获得给定质量所需的比特率随时间并不恒定、而是根据要编码的图像的类型而改变，以及统计而言，带宽请求峰值对于包含在复用流中的节目并不是同时的。因此，统计复用允许增大为MPEG-TS的同一总比特率传送的广播节目的数目。事实上，表示为可以包含在复用流中的节目(或服务)的数目的由统计复用提供的增益随MPEG-TS流的全局比特率和单个节目所需的平均比特率之间的比率而增大。这是由于MPEG-TS流的全局比特率越低，则卫星复用流内未使用的容量越大。

发明内容

本发明旨在通过提供用于卫星信号传输的传输系统、接收机和方法来解决这些问题和其他问题。

特别地，本发明提供用于卫星信号传输的方法，其最小化卫星通信信道内未使用的发送/接收容量。

本发明的基本思想是传送包含在包括第一分组和一个或多个第二分组的数据流中的信号，其中第一分组是经由第一传输信道传送的，而所述一个或多个第二分组是经由一个或多个第二传输信道传送的，其中所述一个或多个第二传输信道与第一传输信道不同并且彼此不同。

参考上述示例，如果生成120Mbit/s的MPEG-TS数据流，则可以合理地估计通过使用统计复用可以在同一复用流内传送7个或8个UHDTV节目，即多达比利用两个60Mbit/s的MPEG-TS流可以传送的多两个的UHDTV节目。

然而，现有技术不允许在传输中把MPEG-TS流分割为要在不同卫星信道上传送的几个不同的流并且随后在接收机侧上重构所述MPEG-TS流。

简而言之，根据本发明的方法允许在发射机侧把MPEG-TS流分离为要在很多卫星传输信道上传送的N个流，并且随后在已经适当解调了所接收的N个信号之后，在接收机中重构原始MPEG-TS流。下面将描述其中N值为2的实施例。

本发明的进一步有利特征将在权利要求中阐明。

附图说明

本发明的这些特征以及进一步的优点将根据下列如附图中示出的实施例的说明而变得更加明晰，其中附图通过非限制的示例的方式提供，其中：

图1是根据本发明的卫星信号传输系统的框图；

图2示出图1的系统如何分割要转发给两个调制器的分组的示例；

图3图解通用调制器的一个内部分组流；

图4图解根据本发明的解码器；

图5图解图1的卫星传输系统的第二实施例。

具体实施方式

参考图1，优选地与DVB-S2标准兼容的根据本发明的传输系统1包括至少第一调制器5和第二调制器6，第一调制器5和第二调制器6分别在彼此不同的第一传输信道Ch#1和第二传输信道Ch#2上进行传送，其中所述信道Ch#1、Ch#2优选地是卫星信道。事实上，这些信道占用有区别的(非重叠的)频率和/或不同的极性。此外，在这些传输信道Ch#1、Ch#2上传送的信号优选地具有相同的特性，即相同的带宽B、相同的符号率Rs和完全相同的调制和编码参数。

然而在不违背本发明的教导的情况下，本领域技术人员将能够使用多于两个的调制器(并且因此多于两个的传输信道和在接收机侧上相应的解调器)。

传输系统1还包括下列元件：

—速率适应装置2，也称为速率适配器，用于按需提供速率适应；

—分离装置4，也称为分割器，如果存在则位于速率适应装置2的下游，并且与其信号通信；

—基准时钟7，也称为时钟，其保持时间节拍(beat the time)并且与分离装置4和调制器5、6信号通信。

速率适配器是通常存在于典型数字调制器中的子系统，并且如本领域技术人员已知，其适应输入MPEG-TS流3的比特率Ri，使得输出流将具有适合于作为用于根据现有技术的所述调制器的输入而使用的比特率值，其中此比特率适应通过插入无效分组进行。在MPEG2-TS情况下，速率适配器重新计算并更新包含在音频/视频服务中的所有时间戳。

在根据本发明的应用中，速率适配器2接收输入MPEG-TS流3并且输出经适应的MPEG-TS流3b，随后该适应的MPEG-TS流3b输入给分割器4。事实上，速率适配器2使MPEG-TS流3的比特率Ri适应于由N个传输信道Ch#1、Ch#2传送的总比特率(其中在此示例中N＝2)；更具体地，在速率适配器2的输出处的比特率Ri’(即经适应的MPEG-TS流3b的比特率)将等于N*Ru，其中Ru是每个单个调制器(S2-MOD)5、6按其传送的传输速率或比特率。根据本发明，分割器4的下游没有其他速率适配器。如果由于不需要适应而不在链路中插入速率适配器，则MPEG-TS流3将直接进入分割器4，并且比特率Ri’将与Ri一致。

应当注意的是，调制器5、6会禁用传输速率适应功能(如果存在的话)，即它们会禁用速率适配器子系统，不然速率适配器子系统将对相应的伪流进行上述适应。此外，通常在调制器中存在的用于控制输入MPEG-TS分组的连续性(基于连续性计数器字段的值)的功能也可以优选地被禁用。

还参考图2，分割器4把经适应的输入MPEG-TS流分离为至少两个伪流3c、3d(N个伪流)，使得第一流将包含例如分组1、3、5、……(1、1+N、1+2*N、……)，第i个流将包含分组(i、i+N、i+2N、……)，第N个流将包含分组2、4、6(N、2N、3N、……)；随后将流发送给这两个(N个)调制器5、6，以随后在传输信道Ch#1和Ch#2(Ch#1、……、Ch#N)上传送。

此外，除此处描述的这种各个信道之间的分组分布之外，可以使用不同的分布。通过使用这种信道之间的不同的分布，将有利地可以以DVB-S2多传输流模式分配多于一个的MPEG-TS流，从而最小化未使用的波段，例如当通过使用三个卫星应答机传送两个独立的MPEG-TS复用流时。

由分割器4输出的MPEG-TS伪流3c、3d具有与MPEG-TS流的比特率Ri’的N分之一相等的比特率Ru，即Ru＝Ri’/N，其在图1和图2中示出的示例中为比特率Ri’的一半。假定在时刻t第i个分组被发送给信道Ch#j的调制器，则下一个分组(i+1)将以等于至少一个符号时钟节拍的延迟被发送给下一个信道Ch#(j+1)的调制器。

不同于DVB-S2标准所规定的——其未提供在单MPEG-TS模式中使用输入流同步器(ISSY)，在本发明中，调制器5、6将优选地通过把在基带头部的MATYPE-1字节中的ISSYI参数设置为1来激活ISSY功能。事实上，当ISSYI为1时，DVB-S2标准需要在每个调制器中激活22比特计数器，其按与调制器的符号率Rs相等的频率操作。

根据上述说明，并且还参考图3，在通用DVB-S2调制器内，每个MPEG-TS流由分组81的序列组成，最终字段82附到每个分组81。在最终字段82中，输入计数器的整体当前值(在ISSY长模式中)或者所述当前值的15个最低有效比特(在ISSY短模式中)。

在操作中，所有计数器最初被对准并且调制器5、6被配置在相同的ISSY模式中，使得它们都在ISSY长模式或ISSY短模式中。

根据DVB-S2标准，接收机使用ISCR字段的内容以在调制器处重构MPEG-TS流的时钟，以使得为每一个单个流确保恒定的比特率和恒定的延迟。

总而言之，根据本发明的系统1提供了用于数字信号的卫星传输的方法，包括下列步骤：

a.把数据流3分割为第一分组31和一个或多个第二分组32；

b.经由第一传输信道Ch#1传送第一分组31；

c.经由一个或多个第二传输信道Ch#2传送所述一个或多个第二分组32，其中所述第二传输信道Ch#2与第一传输信道Ch#1不同并且彼此不同。

还参考示出仅涉及两个解调器的情况的图4，根据本发明的接收机12至少包括下列元件：

—第一解调器10；

—一个或多个第二解调器11，优选地类似于或等同于第一解调器10；

—合并装置13，也称为合并器，被布置在第一解调器10和第二解调器11的下游，并且与它们信号通信。

合并器13执行与由分割器4执行的功能相反的功能。在操作中，合并器13读取附于分组81的ISCR字段的内容，并且基于它对经由N个信道(在此示例中，两个信道Ch#1和Ch#2)接收的并且由解调器10和11解调并准确定时的分组执行时间再分类操作，以便获得原始MPEG-TS分组流。特别地，在已经重新对准这两个MPEG-TS流之后，合并器块13将把它们结合到一起来形成原始MPEG-TS流，这优选地基于在ISSY中传送的ISCR字段的内容。

在优选的实施例中，解码器12的合并器13包括用于N个输入中的每一个的存储块，使得它可以适应在N个卫星传输信道上的要补偿的差分延迟。

然而在不脱离本发明的教导的情况下，本领域技术人员还可以使用不同配置的存储块。

两个传输信道不一定必须占用相邻的频率位置，而且也不一定必须在同一卫星上或在占用相同轨道位置的卫星上传送。

一般地，地球同步卫星在24小时内示出相对于地球的小的移动，这是由于它的不精确的轨道位置造成的。事实上，地球和卫星之间的距离、以及因此在无线电路由上的信号传播中的延迟随日周期变化。当使用经受不同的日变化的两个卫星时，可能发生的是这两个信号在解调器的输出处的对准经历这些变化，以致变更分组到达的原始顺序。然而，对于要重构的原始MPEG-TS，必要的是两个流之间的延迟与合并器13的存储块所允许的最大延迟兼容。

当然，至今描述的示例可以经受很多变型。

在图5中示出第一变型；为了简单起见，下列说明将只强调使此变型和下面的变型不同于上述主要实施例的那些部分；由于相同的原因，只要有可能，添加有一个或多个撇号的相同的附图标记将用于指示结构上或功能上等同的元件。

类似于在第一实施例中描述的传输系统1的传输系统1’包括类似于前述实施例的分割器4的分割器4’。

分割器4’就像分割器4一样在两个(或者N个)信道之间划分MPEG-TS分组，但是由所述分割器4’输出的两个(N个)伪流的比特率Ru与输入给所述分割器4’的流3b的比特率Ri’相等，即Ru等于Ri’。这通过在来自流3b并且发送给伪流3d’的每个分组的地方把无效分组(NP)插入伪流3c’而成为可能。同样，在来自流3b并且发送给伪流3c’的每个分组的地方把无效分组插入伪流3d’。更一般地，如果分割器4’必须生成N个输出流，则对于从流3b选择并且发送给通用伪流的每个分组，将在发送给其他N-1个伪流的分组的位置添加N-1个无效分组。

在多传输流和单/多通用流模式中，DVB-S2包含为了更好的传输效率在传输中去除无效分组、并且随后在接收中适当地重新插入它们的可能性。对应地，DVB-S2标准提供添加伪帧(dummy frame)用于处理缺少要传送的数据的情形的可能性。在本发明中，不同于不包括在单传输流模式中去除无效分组的可能性的DVB-S2标准，调制器5、6将激活DVB-S2无效分组删除模式，并且相应地，解调器10、11将激活DVB-S2无效分组重新插入模式，用于把无效分组重新插入它们的原始位置。当这些模式有效时，在调制器5、6中，伪帧插入模式也必须启动。

必须指出的是DVB-S2标准不允许当传送单个MPEG-TS流时在传输中去除无效分组以及使用伪帧。因此，实现本变型需要超出包含在DVB-S2标准中的规范。此变型的合并器(未在附图中示出)在它的输入处接收所有的伪流3c’、3d’，并且经由ISCR字段执行流3c’和3d’的相互时间重新对准。之后，合并器基于由分割器4’使用的用于生成伪流3c’、3d’的相同的逻辑从伪流3c’、3d’中的一个选择分组，并且随后重构流3。

根据第二变型，接收的MPEG-TS分组的再分类是基于包含在MPEG-TS流中包含的每个服务的MPEG-TS分组81的头部中的字段(优选为连续性计数器字段)的值执行的。

根据第三变型，接收的MPEG-TS分组的再分类是基于在MPEG-TS流中包含的每个服务的MPEG-TS音频/视频分组的第二字段(优选为分组81的头部的PCR(节目时钟基准)字段)的内容执行的。

根据第四变型，接收的MPEG-TS分组的再分类是基于前述方法的任意组合执行的。

Claims (18)

1.一种用于传输携带有数据流的卫星信号的方法，其特征在于包括以下步骤：

a.通过分离装置(4，4’)将数据流(3)分割为至少第一伪流(3c，3c’)和一个或多个第二伪流(3d，3d’)，第一伪流(3c，3c’)包括第一分组(31)，所述一个或多个第二伪流(3d，3d’)包括一个或多个第二分组(32)，

b.经由第一传输信道(Ch#1)传送所述第一伪流，

所述方法还包括在其期间经由一个或多个第二传输信道(Ch#2)传送所述一个或多个第二伪流(3d，3d’)的步骤，其中所述一个或多个第二传输信道(Ch#2)与所述第一传输信道(Ch#1)不同，并且所述一个或多个第二传输信道(Ch#2)彼此不同，其中所述第一传输信道(Ch#1)被分配在第一地球同步卫星应答机上，并且所述一个或多个第二传输信道(Ch#2)被分配在一个或多个第二地球同步卫星应答机上，并且其中所述一个或多个第二地球同步卫星应答机与所述第一地球同步卫星应答机不同，并且所述一个或多个第二地球同步卫星应答机彼此不同。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据流(3)是MPEG-TS类型的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一传输信道(Ch#1)使用与由所述一个或多个第二传输信道(Ch#2)使用的频率位置不同的频率位置。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一传输信道(Ch#1)被分配在第一卫星上，其中所述一个或多个第二传输信道(Ch#2)被分配在一个或多个第二卫星上，并且其中所述一个或多个第二卫星与所述第一卫星不同，并且所述一个或多个第二卫星彼此不同。

5.一种用于卫星传输携带有数据流的数字信号的系统(1，1’)，其特征在于包括：

分离装置(4，4’)，适于将数据流(3)分割为包括第一分组(31)的至少第一伪流(3c，3c’)和包括一个或多个第二分组(32)的一个或多个第二伪流(3d，3d’)，

至少一个第一调制器(5)，适于将所述第一伪流(3c，3c’)传送至第一地球同步卫星应答机，以及

至少一个或多个第二调制器(6)，适于将所述一个或多个第二伪流(3d，3d’)传送至一个或多个第二地球同步卫星应答机。

6.根据权利要求5所述的系统(1，1’)，其中所述第一伪流(3c，3c’)具有与所述一个或多个第二伪流(3d，3d’)相同的传输速率(Ru)。

7.根据权利要求5所述的系统(1，1’)，其中每个调制器(5，6)不使用速率适应功能。

8.根据权利要求7所述的系统(1，1’)，包括布置在分离装置(4，4’)的上游并且与分离装置(4，4’)信号通信的速率适应装置(2)，其中所述速率适应装置(2)通过插入无效分组(NP)增大数据流(3)的速率。

9.根据权利要求6至8的任一项所述的系统(1)，其中数据流(3)的传输速率等于所有伪流(3c，3d)的传输速率的总和。

10.根据权利要求6至8的任一项所述的系统(1’)，其中每个伪流(3c’，3d’)的传输速率等于数据流(3)的传输速率，并且其中，当流(3)的分组(31，32)中的一个被添加到伪流(3c’，3d’)中的一个时，无效分组(NP)被添加到其余伪流(3c’，3d’)中的每一个。

11.根据权利要求10所述的系统(1’)，其中在每个调制器(5，6)中启用无效分组删除模式和伪帧插入模式。

12.根据权利要求6所述的系统(1，1’)，其中所述第二分组(32)的传输相比所述第一分组(31)延迟至少调制器(5，6)的符号时间。

13.根据权利要求6所述的系统(1，1’)，其中每个分组(31，32)包括包含至少一个代表时间基准的值的ISSY(输入流同步器)字段，并且其中所述字段在每个分组(31，32)中具有相同长度。

14.根据权利要求13所述的系统(1，1’)，其中调制器(5，6)的时间基准的值能够被设置为一个相同的值。

15.根据权利要求13或14所述的系统(1，1’)，包括与分离装置(4，4’)以及与调制器(5，6)信号通信的基准时钟(7)。

16.一种接收机(12)，包括至少一个第一解调器(10)，其中所述接收机(12)能够解调包含在数据流(3)中的信号，所述数据流(3)在被传送之前被分割为第一分组(31)和一个或多个第二分组(32)，其中所述第一分组(31)通过第一解调器(10)接收，

其特征在于：

所述接收机(12)包括通过其接收一个或多个第二分组(32)的一个或多个第二解调器(11)，以及布置在第一解调器(10)和第二解调器(11)的下游的合并装置(13)，其中所述合并装置(13)与所述第一解调器(10)和一个或多个第二解调器(11)信号通信，并且其中所述合并装置(13)能够通过结合第一分组(31)和所述一个或多个第二分组(32)来输出数据流(3)。

17.根据权利要求16所述的接收机(13)，其中分组(31，32)包括包含至少一个值的ISSY(输入流同步器)字段，合并装置(13)能够通过该值对所述分组(31，32)执行时间再分类操作。

18.根据权利要求16或17所述的接收机(13)，其中分组(31，32)是MPEG-TS类型的，并且其中合并装置(13)能够基于包含在连续性计数器和/或PCR字段中的值对所述分组(31，32)执行第二时间再分类操作。