专利名称：在卫星电视系统中传送数字化声音和数据的系统的制作方法
技术领域：
本发明是在传送电视的卫星转发器中传送数字化声音和数据的一个新的系统和方法。
目前国际上在利用卫星转发器传送电视节目和多路声音的方式很多。但适用于我国要求的，即要与原来的电视传送手段兼容，又能传送多路高质量的数字化声音和数据信息的系统在此之前尚未问世。
本发明就是为了适应这个要求而提出，并已得到实际证明了的一个系统。
本发明在于保留原来的卫星电视传送系统中的图像和电视伴音的传输方式，再增加一个经过精心选择频率参数的副载波，在此副载波上采用NICAM-728方式，用来传送二套单声广播节目、或一套立体声节目、或数据信息。
NICAM-728方式是由英国BBC研究的用以进行地面电视广播双伴音的一种编码方式，该编码方式的原理框图如
图1所示。两路声音广播信号或一套立体声节目的左、右声道信号经过J.17预加重送至A/D转换器，A/D转换输出经14/10比特压缩，并增加一个比特用于奇偶校验，在比特交织级，将数据按一定规律交织，交织后的数据与伪随机二进制序列模2加，以达到能量扩散的目的。将上述处理过程分述如下1.A/D转换为满足15KHz的声音带宽，则取样频率选为32KHz。为满足量化精度的要求，则量化采用14比特/取样。
2.准瞬时压扩为了压缩码率，采用准瞬时压扩技术将每样值由14比特压缩至10比特。其压缩方法是将相邻32个声音样值组成一个码块(时间1ms)，按照32个取样值幅度定义五个编码范围，每个取样值的最高有效位不作压缩处理，剩下的13比特根据编码范围的不同，采用丢高位或舍低位的处理压缩至9比特，再加上最高位，则被压缩后的样值为10比特。在接收端，为了恢复这些被丢舍的比特，必须依靠表征编码范围的比例因子。
对于压缩后的每一10比特样值，为提高其抗误码能力，在后面加1比特奇偶校验码，它与10比特中的前6比特(即高位比特)组成奇偶校验。这样，每一样值包含11比特，而在实际传输时，又利用该奇偶码兼起传输标度系数代码的作用，即所谓的SIP(Signalling-in-parity)技术。
3.帧结构将两路声音代码组成单独的一串数据流将其组成一个包括有帧同步字和控制码等的一组帧结构。帧结构如图2所示，其每一帧结构中包括728比特，1帧的时间为1ms。其构成如下帧同步字8比特控制信息5比特附加数据11比特声音/数据组704比特704比特声音/数据组由64个11比特声音码组成，当传送立体声时，每组A、B通道各占32个样值，交替传送，如图2(a)所示。当传送两路单声时，两个声道的各32个样值在一帧中首尾相接，如图2(b)所示。
每帧的前8比特为帧同步字，用于接收时的解码同步。其后的5比特为控制信息，其第1位为帧标志位Co，前8个连续帧Co为1，后8个连续帧Co为0，这样，16帧一循环。通道中所传信息类型若要改变(立体声、两路单声、数据等)，是以16帧为单位进行的。控制信息的第2至4位(C1、C2、C3)则表明现行704比特中声音/数据的类型，其规定如下
控制码C4的作用是当调频伴音与立体声或单声M1节目内容相同时，则C4为1，否则C4为0。这样，当数字声通道出现故障时，在C4为1，则调频伴音的输出自动取代数字声伴音。在C4为0时，则不进行这种自动切换。
附加数据AD0～AD10，尚未作具体规定，留作将来使用。
4.比特交织为减轻传输中突发误码造成的影响，而采用比特交织手段，对704比特的声音/数据进行交织处理，这里采用的比特交织的方式如下所示
5.能量扩散加扰为了频谱成形的目的，使信号能量不集中于局部频段，而采用能量扩散技术，该技术是通过将帧结构的数据流(除帧同步字以外)与伪随机二进制序列模2加来实现的。
6.调制方式调制方式采用DQPSK调制。其处理过程如下经能量扩散后的串行数据流首先进行串/并转换，变为两位并行码，并行的双码元经差分编码和成形滤波处理后对两个正交载波的相位进行调制，其正交调制信号线性相加即完成了DQPSK调制。
以上简述了NICAM-728方式的基本编码和调制过程。而此方式，目前世界上仅仅用于地面的电视广播中。即使如此，有关PAL-D/K制的地面电视广播尚无NICAM-728方式的应用标准，地面的电视广播，其图像的调制方式和伴音副载波频率的选择，以及图像和伴音发射方式等都不同于卫星的电视传送。
现有的卫星电视传送系统中，仅仅传送一路图像信号和一路伴音信号。其基带信号的频谱如图3所示，其系统框图如图4所示。
本发明的目的是在现有的卫星电视传送系统中增加一个经过精心选择频率的第二副载波，采用上述NICAM-728方式，完成二套单声广播节目或一套立体声节目或数据信息的传送。
图1为NICAM-728编码器方框图。
图2为NICAM-728编码帧结构图。
图3为现有卫星电视传送系统基带频谱图。
图4为现有卫星电视传送系统方框图。
图5为本发明卫星电视传送系统基带频谱图。
图6为本发明卫星电视传送系统方框图。
图7为本发明卫星电视传送系统中NICAM-728数字声接收机框图。
图8为本发明卫星电视传送系统中NICAM-728数字接收机控制软件流程图。
本发明的系统基带信号频谱如图5所示，其系统框图如图6所示。从系统框图中可见，与现有的系统相比，这个NICAM-728编码、调制器和NICAM-728数字声接收机是本发明所增加的部分。
这里的关键点在于整个方案的能否实现，取决于所增加的第二副载波，即NICAM-728编码、调制器所选择的副载波的频率，及其对卫星上行主载波的调制深度(即频偏)的选择。
现有的卫星电视传送的有关国家标准，其中包括图像信号和伴音副载波信号对卫星上行主载波的频偏等都不能改动。在此基础上，所选择的第二副载波的频率和第二副载波对主载波的频偏即要满足上行设备的通道带宽和卫星接收机的带宽的要求，还要保证第二副载波的信号不会影响现有的电视的图像和伴音的传送质量。现将第二副载波的频率的选择和第二副载波信号对主载波的频偏的选择关键点说明如下
1.第二副载波频率的选择在卫星电视的传输系统中，从图3中可见，图像和伴音副载波已占0～6.6MH的频带，而卫星上行的调制系统基带带宽国标定8.4MHz。第一副载波6.6MHz是一个调频信号，本身带宽约±100KHz。第二副载波的频率，我们选定为7.28MHz，其为比特率728kb/s的10倍。这个7.28MHz副载波信号是一个被728kb/s的数据流采用DQPSK方式调制的一个信号。这里的成形滤波器的滚降系数选为100%，则调制后的信号带宽约为±200KHz。从频率间隔而言，第一副载波的6.6MHz和第二副载波的7.28MHz是适当的。其中，余弦滚降系数选定的原则是，在传输带宽允许的情况下，尽可能选较大的滚降系数，这是因为大的滚降系数虽然频谱的带宽会比小的滚降系数的宽，但有利于信号传输后的接收解调。经过对频率间隔和有关信号频谱的分析计算，选择滚降系数为100%是合理的。
2.第二副载波信号对主载波调制频偏的选择该频偏选择的基本原则是由于现有的图像和第一伴音副载波对主载波的频偏，国家标准已有规定(见GB11444.3)，目前这是不能改变的，而新增加的第二副载波(7.28MHz)频偏大小的选择即要保证不得影响现有的图像和第一副载波伴音质量，又要保证第二副载波本身的信号的传送质量，即满足误码率的要求。这两者是相互矛盾的，因为，从保证第二副载波本身传送信号质量而言，希望其频偏选得较大，对第二副载波信号传输有利。而从第二副载波信号对图像信号和第一副载波伴音信号的影响而言，则希望其频偏选得较小，则影响也小。这就需要通过大量的传输试验来取得最佳频偏。
为了验证所选择的第二副载波的频率是否合理和选择第二副载波信号对主载波的最佳频偏，在实验室的卫星模拟传输系统中做了各种频偏的试验，从3MHzp-p到5.5MHzp-p之间，每间隔0.5MHzp-p做一种频偏试验。在实验室模拟传输试验的基础上，又在卫星上行站多次做实际的开路传输试验，对实验室模拟试验的数据进行验证。这些试验包括1.不同的频偏、不同的接收天线的尺寸时(2M、3.2M、4.5M、5M)，第二副载波信号对图像和第一副载波伴音的影响。
2.不同的频偏、不同的接收天线尺寸时(2M、3.2M、4.5M、5M)，图像信号和第一副载波伴音信号对第二副载波信号的影响(这里主要是对第二副载波信号的误码率的影响)。
从各种试验结果，验证了所选的第二副载波频率为7.28MHz是合理的，其调制信号成形滤波器的余弦滚降系数选定为100%是适当的，优选了第二副载波信号对主载波信号的调制频偏为4.5MHzp-p。
为了进一步验证选定的各种参数，又在全国五个省做了扩大接收试验，尤其具有突出意义的是黑龙江省的黑河地区，其地理位置正是中央电视台第一、二套节目所用的“中星五号”卫星的边界场强区，用4.5m天线接收效果良好。
在整个系统中，其中一个关键设备是在接收端，我们开发研制的专用NICAM-728数字声接收机，属实用新型专利产品。本新产品适用于特定的卫星电视信道副载波传送NICAM-728数字声系统。其特点是带通滤波器(141)从卫星电视基带信号频谱中提取NICAM-728信号，经前置放大器(142)放大后，由DQPSK解调器(143)解调出频率为7.28MHz、DQPSK调制、余弦滚降系数为100%的NICAM-728信号，NICAM-728信号经解码器(144)将其解码为数字声音信号，D/A变换器(145)将数字声音信号变换为模拟声音信号，然后，送至放大去重滤波级(146)，经J.17去重、低通滤波和不平衡到平衡变换，输出到驱动级(147)，最后输出两路声音信号。计算机及显示控制部分在特定软件支持下，完成I2C总线仿真、解码芯片初始化、误码检测以及输出告警信号。其接收机的框图如图7所示，其控制软件流程图如图8所示。
综上所述，本发明的优点在于，在现有的传送电视的卫星上行系统中，仅作很少的改动，增加不多的投资，就可更充分地利用卫星转发器的频谱资源，提高卫星转发器的频谱利用率。在接收端，在现有接收电视的卫星接收站，仅需增加一个NICAM-728数字声接收机，即可得到两路高质量的单声广播节目或一套立体声节目或数据信息。整个系统以很少的投资，可以解决广播节目高质量的传送，对于提高广播节目的覆盖，改善广播节目的传送质量，具有很实际的重要意义。
权利要求
1.一种在卫星电视系统中传送数字化声音和数据的系统，它包括由视频处理单元(1)、伴音处理单元(2)、将上述视频和伴音副载波信号(副载频为6.6MHz)混合在一起的混合器(4)、电视副载波调制器(5)、70MHz调制器(6)、上变频器(7)、功放电路(8)、双工器(9)以及发射天线(10)等组成的发射部分，以及由接收天线(11)、低噪声下变频器(12)和卫星接收机(13)组成的接收机部分，其特征在于在发射部分中增加了NICAM-728编码调制器(3)，它将两路声音信号输入进行编码调制，输出7.28MHz的信号给混合器(4)；相应地在接收部分也增加了NICAM-728数字声接收机(14)，它从卫星接收机(13)中接收基带输出信号，并解出两路声音信号。
2.按照权利要求1的在卫星电视系统中传送数字化声音和数据的系统，其特征在于由NICAM-728编码调制器(3)输出的第二副载波的频率为7.28MHz，它是比特率728kb/s的10倍，采用DQPSK方式对该第二副载波进行调制，调制后的信号带宽约为±200，其成形滤波器的滚降系数为100%。
3.按照权利要求1的在卫星电视系统中传送数字化声音和数据的系统，其特征在于所说的NICAM-728数字声接收机包括带通滤波器(141)、放置放大器(142)、DQPSK解调器(143)、NICAM-728解码器(144)、数/模转换器(145)、放大去重滤波级(146)、平衡输出驱动级(147)、CPU(148)以及显示驱动器(149)等。
全文摘要
一种在卫星电视系统中传送数字化声音和数据的系统，它包括由视频处理单元、伴音处理单元、将上述视频和伴音副载波信号混合在一起的混合器、电视副载波调制器、70MHz调制器、上变频器、功放电路、双工器以及发射天线等组成的发射部分，以及由接收天线、低噪声下变频器和卫星接收机组成的接收机部分。其特征在于在发射部分中增加了NICAM-728编码调制器，它将两路声音信号输入进行编码调制，输出7.28MHz的信号给混合器；相应地在接收部分也增加了NICAM-728数字声接收机，它从卫星接收机中接收基带输出信号，并解出两路声音信号。
文档编号H04N7/20GK1108448SQ9410220
公开日1995年9月13日 申请日期1994年3月10日 优先权日1994年3月10日
发明者章之俭, 高凤吉, 季淑芝, 高少君, 柴国理, 李锦文, 刘长占 申请人:广播电影电视部广播科学研究所电视分所