СИСТЕМА, ДЕКОДЕР И СПОСОБ СПУТНИКОВОЙ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ
SYSTEM, DECODER AND METHOD OF SATELLITE SIGNAL TRANSMISSION

Изобретение относится к передающей системе, приемнику и способу спутниковой передачи сигналов.
Как известно, DVB-S2 является стандартом второго поколения для спутниковых передач, который был определен DVB в 2003 г. Этот стандарт был разработан для различных широкополосных приложений спутниковой передачи, таких как широковещательное телевидение со стандартной разрешающей способностью (Standard Definition TeleVision, SDTV) и телевидение высокой четкости (High Definition TeleVision, HDTV), интерактивные приложения для бытовых и профессиональных пользователей (например, доступ к Интернету), профессиональное телевизионное сотрудничество и спутниковые службы сбора новостей (Satellite News Gathering, SNG), распределение телевизионных сигналов по цифровым наземным УКВ/УВЧ-передатчикам, распространение сайтов данные и Интернета (Интернет-транкинг) и так далее.
Передающая система на основе стандарта DVB-S2 может принимать любой формат потоковых входных данных (пока они являются цифровыми), таких как, например, цифровые потоки типа транспортного потока MPEG (MPEG Transport Stream, MPEG-TS).
Цифровые потоки MPEG-TS могут быть одиночного или множественного типа, то есть они могут, например, транспортировать одну или более телевизионных/радиопрограмм, интерактивный контент и т.п. Каждому потоку MPEG-TS могут быть назначены конкретные параметры модуляции, например, используя технологию переменного кодирования и модуляции (Variable Coding & Modulation, VCM) или, в приложениях "точка-точка", технологию адаптивного кодирования и модуляции (Adaptive Coding & Modulation, ACM). Для каждого нового элементарного блока данных последняя позволяет изменять схему модуляции и, следовательно, уровни защиты от ошибок, оптимизируя, таким образом, передающую систему в соответствии с условиями приема у пользователя; такие условия, на деле, могут изменяться в зависимости от погодных условий.
Когда модулятор использует технологию ACM, задержки передачи могут изменяться в зависимости от схемы адаптивной модуляции/кодирования. Чтобы решить эту проблему стандарт DVB-S2 предусматривает использование подсистемы синхронизации потока входных данных (как вариант и не применяется к одиночным потокам MPEG-TS), которая посредством передачи временного параметра от модулятора гарантирует постоянную битовую скорость передачи и задержку в приемнике пакетных передач (как это требуется, например, для потоков MPEG-TS).
В соответствии со стандартом DVB-S2, когда значение бита ISSYI в поле MATYPE равно 1, в модуляторе активируется 22-разрядный счетчик, который ведет счет с частотой, равной частоте Rs символов модулятора. В модуляторе поле ISSY синхронизатора входного потока (Input Stream Synchronizer) добавляется к концу каждого пакета, имеет длину 2 или 3 байта и содержит субполе ISCR опорной тактовой частоты входного потока (Input Stream Clock Reference, опорной тактовой частоты входного потока), содержащее значение счетчика в тот момент, когда пакет поступает в модулятор. ISCR может быть длинным (22 бита) или коротким (15 битов); в последнем случае ISCR будет содержать 15 младших значащих разрядов счетчика.
Используемые в настоящее время спутники работают в полосах, имеющих типичную ширину 33-36 МГц, которая при широковещательных приложениях позволяет передавать данные через спутниковый транспондер с битовой скоростью передачи порядка, например, 60 Мбит/с.
Введение телевидения ультравысокой четкости (Ultra High Definition TeleVision, UHDTV), также называемого телевидением 4K или 8K, потребовало иметь битовую скорость передачи в диапазоне 17-20 Мбит/с для каждой передаваемой телевизионной службы. Это заставляет улучшать использование пропускной способности передачи/приема, обеспечиваемых существующими спутниками, минимизируя неиспользуемую пропускную способность передачи/приема каждого отдельного транспондера.
В настоящее время технология DVB-S2 позволяет передавать по спутниковому каналу с шириной полосы 33-36 МГц поток MPEG-TS, содержащий 3 программы UHDTV при использовании "статистического мультиплексирования". Поток MPEG-TS, содержащий многочисленные программы, также известен как "мультиплекс".
Статистическое мультиплексирование телевизионных программ является технологией, позволяющей разделять доступную битовую скорость передачи между различными программами, которые должны передаваться, в соответствии с мгновенными требованиям видеокодирования для каждой из них. При использовании переменной битовой скорости кодирования (VBR) и учитывая, что битовая скорость передачи, требуемая для получения заданного качества телевизионной программы, не является постоянной во времени, а изменяется в соответствии с типом изображения, которое должно кодироваться, для программ, содержащихся в мультиплексе статистически, пики потребности в полосе пропускания не одновременны. Поэтому статистическое мультиплексирование позволяет увеличить количество передаваемых широковещательных программ при одной и той же общей битовой скорости передачи MPEG-TS. Фактически, выигрыш, предлагаемый статистическим мультиплексированием, выраженный в виде количества программ (или услуг), которые могут быть введены в мультиплекс, увеличивается в соответствии с отношением между глобальной битовой скоростью передачи потока MPEG-TS и средней битовой скоростью передачи, требующейся для одиночной программы. По этой причине, чем ниже глобальная битовая скорость передачи потока MPEG-TS, тем больше неиспользуемая пропускная способность внутри спутникового мультиплекса.
Настоящее изобретение направлено на решение этих и других проблем, обеспечивая передающую систему, приемник и способ спутниковой передачи сигналов.
В частности, настоящее изобретение обеспечивает способ спутниковой передачи сигналов, который минимизирует неиспользуемую пропускную способность передачи/приема внутри канала спутниковой связи.
Основная идея настоящего изобретении состоит в передаче сигналов, содержащихся в потоке данных, который содержит первый пакет и один или более вторых пакетов, причем первый пакет передается через первый передающий канал, тогда как упомянутые один или более вторых пакетов передаются по одному или более вторым передающим каналам, причем упомянутый один или более вторые передающие каналы отличаются от первого передающего канала и друг от друга.
Со ссылкой на упомянутый выше пример, если формируется поток данных MPEG-TS 120 Мбит/с, можно обоснованно считать, что при использовании статистического мультиплексирования в пределах одного и того же мультиплекса могут передаваться 7 или 8 программ UHDTV, то есть почти в два раза больше программ, чем можно передавать с двумя потоками MPEG-TS на скорости 60 Мбит/с.
Предшествующий уровень техники не позволяет, однако, при передаче разделять поток MPEG-TS на несколько отдельных потоков, которые будут передаваться по различным спутниковым каналам, и затем реконструировать упомянутый поток MPEG-TS на стороне приемника.
Короче говоря, способ, соответствующий настоящему изобретению, позволяет разделить поток MPEG-TS на передающей стороне на N потоков, которые должны передаваться по многочисленным спутниковым передающим каналам и затем должны реконструироваться в исходный поток MPEG-TS в приемнике после того, как принятые N сигналов должным образом демодулированы. Ниже описывается вариант осуществления, в котором значение N равно 2.
Дополнительные предпочтительные признаки настоящего изобретения будут изложены в приложенной формуле изобретения.
Эти признаки, а также дополнительные преимущества настоящего изобретения станут более очевидны из последующего описания варианта его осуществления, как показано на приложенных чертежах, которые предоставляются в качестве примера, но не для создания ограничений, где
Фиг. 1 – это блок-схема спутниковой системы передачи сигналов в соответствии с изобретением;
Фиг. 2 показывает пример того, как система по фиг. 1 разделяет пакеты, передаваемые двум модуляторам;
Фиг. 3 иллюстрирует один из внутренних потоков пакетов универсального модулятора;
Фиг. 4 иллюстрирует декодер, соответствующий изобретению;
Фиг. 5 иллюстрирует второй вариант осуществления спутниковой системы передачи по фиг. 1.
Ссылаясь на фиг. 1, передающая система 1, соответствующая изобретению, предпочтительно совместимая со стандартом DVB-S2, содержит по меньшей мере первый модулятор 5 и второй модулятор 6, соответственно осуществляющие передачу по первому передающему каналу Ch#1 и по второму передающему каналу Ch#2 раздельно друг от друга, в которой упомянутые каналы Ch#1,Ch#2 предпочтительно являются спутниковыми каналами. Эти каналы, фактически, занимают разные (неперекрывающиеся) частоты и/или имеют разную поляризацию. Кроме того, сигналы, передаваемые по этим передающим каналам Ch#1, Ch#2, предпочтительно имеют одни и те же характеристики, то есть одну и ту же полосу В пропускания, одну и ту же скорость Rs передачи символов и идентичные параметры модуляции и кодирования.
Специалист в данной области техники может использовать более двух модуляторов (и, следовательно, более двух передающих каналов и соответствующих демодуляторов на стороне приемника), не отступая, однако, от принципов настоящего изобретения.
Передающая система 1 также содержит следующие элементы:
- средство 2 адаптации скорости, также упоминаемое как адаптер скорости, для обеспечения адаптации скорости по мере необходимости;
-  средство 4 разделения, также упоминаемое как делитель, расположенное после средства 2 адаптации скорости по ходу прохождения сигнала, если такое присутствует, и связанное с ним по сигналу;
-  опорный тактовый генератор 7, также называемый тактовым генератором, который задает тактовую частоту и по сигналу соединяется со средством 4 разделения и модуляторами 5, 6.
Адаптер скорости является подсистемой, обычно присутствующей в типичном цифровом модуляторе, которая, как известно специалистам в данной области техники, адаптирует битовую скорость Ri передачи входного потока 3 MPEG-TS, так чтобы выходной поток имел значение битовой скорости передачи, пригодное для использования в качестве входной битовой скорости для упомянутого модулятора, соответствующего предшествующему уровню техники, в котором эта адаптация битовой скорости передачи осуществляется вставкой нулевых пакетов. В случае MPEG2-TS адаптер скорости пересчитывает и обновляет все временные отметки, содержащиеся в аудио/телевизионных службах.
В заявке, соответствующей настоящему изобретению, адаптер 2 скорости принимает входной поток 3 MPEG-TS и выводит адаптированный поток 3b MPEG-TS, который затем вводится в делитель 4. Фактически, адаптер 2 скорости адаптирует битовую скорость Ri передачи потока 3 MPEG-TS к общей битовой скорости передачи, с которой передаются N каналов передачи Ch#1, Ch#2 (где в этом примере N=2); более конкретно, битовая скорость Ri’ передачи на выходе адаптера 2 скорости, то есть битовая скорость передачи адаптированного потока 3b MPEG-TS, будет равна N⋅Ru, где Ru - скорость передачи или битовая скорость передачи, с которой ведет передачу каждый отдельный модулятор (S2-MOD) 5,6. В соответствии с изобретением после делителя 4 по ходу прохождения сигнала не существует никаких других адаптеров скорости. Если в цепь не вставляется никакой адаптер скорости, поскольку никакая адаптация не требуется, то поток 3 MPEG-TS напрямую вводится в делитель 4 и битовая скорость Ri’ передачи будет совпадать с Ri.
Следует заметить, что модуляторы 5, 6, если они присутствуют в схеме, будут отключать функцию адаптации скорости передачи, то есть они будут отключать подсистему адаптера скорости, которая, в противном случае, могла бы выполнять описанную выше адаптацию соответствующего псевдопотока. Дополнительно, предпочтительно может также отключаться функция управления непрерывностью входных пакетов MPEG-TS (основываясь на значении поля счетчика непрерывности (Continuity Counter)), который обычно присутствует в модуляторах.
Также, со ссылкой на фиг. 2, делитель 4 разделяет адаптированный входной поток MPEG-TS по меньшей мере на два псевдопотока 3c, 3d (N псевдопотоков), так что первый поток содержит, например, пакеты 1,3,5... (1, 1+N, 1+2*N, …), i-й поток содержит пакеты (i, i+N, i+2N, …); N-й поток будет содержать пакеты 2, 4, 6 (N, 2N, 3N, …); потоки будут затем отправляться двум (N) модуляторам 5, 6, чтобы затем передаваться по передающим каналам Ch#1 и Ch#2 (Ch#1, …, Ch#N).
Дополнительно, может использоваться другое распределение пакетов по различным каналам, отличное от описанного здесь. Используя это другое распределение по каналам, предпочтительно должно быть возможным распределять более одного потока MPEG-TS в режиме мультитранспортного потока DVB-S2, минимизируя, таким образом, неиспользуемую полосу, например, когда два независимых мультиплекса MPEG-TS передаются, используя три спутниковых транспондера.
Псевдопотоки 3c, 3d MPEG-TS, выведенные делителем 4, имеют битовую скорость Ru передачи, равную N-й части битовой скорости Ri’ передачи потока MPEG-TS, то есть Ru=Ri’/N, которая в примере, показанном на фиг. 1 и 2, равна половине битовой скорости Ri' передачи. Предполагая, что i-й пакет передается на модулятор канала Ch#j в момент t, следующий пакет (i+1) будет отправляться на модулятор следующего канала Ch#(j+1) с задержкой, равной по меньшей мере одному тактовому сигналу символов.
В отличие от того, что определяется стандартом DVB-S2, который не предусматривает использование синхронизатора входного потока (ISSY) в режиме одиночного потока MPEG-TS, в настоящем изобретении модуляторы 5, 6 предпочтительно активируют функциональные возможности ISSY, устанавливая 1 в параметр ISSYI в байте MATYPE-1 заголовка основной полосы. Фактически, когда ISSYI равен 1, стандарт DVB-S2 требует, чтобы 22-разрядный счетчик был активирован в каждом модуляторе, который работает на частоте, равной частоте Rs символов модулятора.
В соответствии с приведенным выше описанием, а также со ссылкой на фиг. 3, внутри исходного модулятора DVB-S2 каждый поток MPEG-TS состоит из последовательности пакетов 81, к каждому из которого добавляется конечное поле 82. В последнее вводятся либо полностью текущее значение счетчика (в режиме длинного ISSY), либо 15 младших значащих разрядов упомянутого текущего значения (в режиме короткого ISSY).
При работе все счетчики первоначально выравниваются и модуляторы 5, 6 конфигурируются в одном и том же режиме ISSY, так чтобы все они находились в режиме длинного ISSY или в режиме короткого ISSY.
В соответствии со стандартом DVB-S2 содержание поля ISCR используется приемником для реконструкции тактового сигнала потока MPEG-TS в модуляторе, чтобы гарантировать постоянную битовую скорость передачи и постоянную задержку каждого отдельного потока.
В итоге, система 1, соответствующая изобретению, обеспечивает способ спутниковой передачи цифровых сигналов, содержащий этапы, на которых:
a. разделяют поток 3 данных на первый пакет 31 и один или более вторых пакетов 32;
b. передают первый пакет 31 через первый передающий канал Ch#1;
c. передают упомянутые один или более вторых пакетов 32 через один или более вторые передающие каналы Ch#2, причем упомянутые вторые передающие каналы Ch#2 отличаются от первого передающего канала Ch#1 и друг от друга.
Также, со ссылкой на фиг. 4, где показан случай, содержащий только два демодулятора, приемник 12, соответствующий изобретению, содержит, по меньшей мере, следующие элементы:
- первый демодулятор 10;
- один или более вторых демодуляторов 11, предпочтительно подобных или одинаковых с первым демодулятором 10;
- средство 13 объединения, также упоминаемое как объединитель, расположенное после первого демодулятора 10 и вторых демодуляторов 11 по ходу прохождения сигнала и по сигналу соединенное с ними.
Объединитель 13 выполняет функцию, обратную функции, выполняемой делителем 4. При работе объединитель 13 считывает содержание поля ISCR, добавленного к пакету 81, и, основываясь на этом, выполняет операцию пересортировки по времени для пакетов, принятых по N каналам (в этом примере по двум каналам Ch#1 и Ch#2), и демодулированных и правильно синхронизированных демодуляторами 10 и 11, так чтобы получить первоначальный поток MPEG-TS пакетов. В частности, блок 13 объединения после повторного выравнивания двух потоков MPEG-TS будет объединять их вместе, чтобы сформировать первоначальный поток MPEG-TS, предпочтительно на основе содержания поля ISCR, переданного в ISSY.
В предпочтительном варианте осуществления объединитель 13 декодера 12 содержит блок памяти для каждого из N входов, так чтобы он мог подстраивать различную задержку, которая должна компенсироваться для N передающих спутниковых каналов.
Специалист в данной области техники может также использовать другую конфигурацию блоков памяти, однако не отступая от раскрытия настоящего изобретения.
Два передающих канала не обязательно должны занимать соседние позиции по частоте, передаваться через один и тот же спутник или через спутники, занимающие одно и то же орбитальное положение.
В целом, геостационарный спутник демонстрирует малое перемещение относительно Земли в течение 24 часов, которое происходит в результате неидеального орбитального положения. Фактически, расстояние между Землей и спутником и, следовательно, задержка распространения сигнала по радиотраектории изменяется в зависимости от ежедневной периодичности. Когда используются два спутника, которые подвергаются разным ежедневным вариациям, может происходить то, что выравнивание двух сигналов на выходах демодуляторов подвергается таким вариациям, изменяя, таким образом, первоначальный порядок прибытия пакетов. Для первоначального MPEG-TS, который должен быть реконструирован, однако, необходимо, чтобы задержки между этими двумя потоками были совместимы с максимальными задержками, допустимыми блоком памяти объединителя 13.
Конечно, описанный выше пример может подвергаться многочисленным изменениям.
Первый вариант показан на фиг. 5; для простоты в последующем описании будут выделены только те части, которые делают этот и последующие варианты отличающимися от описанного выше основного варианта осуществления; по той же самой причине везде, где это возможно, для указания структурно или функционально эквивалентных элементов будут использоваться одни и те же ссылочные позиции с добавлением одного или более апострофов.
Передающая система 1', подобная передающей системе 1, описанной в первом варианте осуществления, содержит делитель 4', подобный делителю 4 из предшествующего варианта осуществления.
Делитель 4' делит пакеты MPEG-TS между двумя (или между N) каналами точно так же, как делитель 4, но битовая скорость Ru передачи двух (N) псевдопотоков с выхода каждого упомянутого делителя 4' равна битовой скорости Ri' передачи потока 3b, поступающего на вход упомянутого делителя 4', то есть Ru равна Ri'. Это возможно, вставляя в псевдопоток 3c' нулевой пакет (NP) вместо каждого пакета, приходящего из потока 3b и посылаемого в псевдопоток 3d’. Аналогично, нулевой пакет вставляется в псевдопоток 3d' вместо каждого пакета, приходящего из потока 3b и посылаемого в псевдопоток 3c’. В более общем плане, если делитель 4' должен формировать N выходных потоков, то для каждого пакета, выбранного из потока 3b и отправленного в исходный псевдопоток, будут добавляться N-1 нулевых пакетов вместо пакетов, отправляемых в другие N-1 псевдопотоки.
DVB-S2 в режимах мультитранспортного потока и одиночного исходного/мультиисходного потока содержит возможность удаления при передаче нулевых пакетов для лучшей эффективности передачи и последующего их вставления должным образом при приеме. Соответственно, стандарт DVB-S2 предлагает возможность добавления пустых кадров для решения проблемы отсутствия данных, которые должны передаваться. В настоящем изобретении, в отличие от стандарта DVB-S2, который не содержит возможности удаления нулевых пакетов в режиме одиночного транспортного потока, модуляторы 5, 6 активируют удаления нулевых пакетов DVB-S2 и соответственно демодуляторы 10,11 активируют режим повторной вставки нулевых пакетов DVB-S2 для повторной вставки нулевых пакетов в их первоначальные положения. Когда эти режимы активны, в модуляторах 5, 6 также должен быть включен режим вставки пустых кадров.
Следует указать, что стандарт DVB-S2 не позволяет удаление нулевых пакетов и использование пустых кадров при передаче, когда передается одиночный поток MPEG-TS. Поэтому реализация настоящего варианта требует выхода за пределы технических требований, содержащихся в стандарте DVB-S2.
Объединитель в этом варианте (не показан на приложенных чертежах) принимает на своем входе все псевдопотоки 3c’, 3d’ и выполняет взаимное выравнивание потоков 3c’ и 3d’ по времени посредством поля ISCR. После этого объединитель выбирает пакет из одного из псевдопотоков 3c', 3d', основываясь на той же самой логике, которая использовалась делителем 4', чтобы сформировать псевдопотоки 3c', 3d', и затем реконструирует поток 3.
В соответствии со вторым вариантом пересортировка принятых пакетов MPEG-TS выполняется на основе значения поля, предпочтительно поля Continuity Counter, содержащегося в заголовке пакета 81 MPEG-TS каждой услуги, содержащейся в потоке MPEG-TS.
В соответствии с третьим вариантом пересортировка принятых пакетов MPEG-TS выполняется на основе содержания второго поля, предпочтительно поля PCR (Program Clock Reference), заголовка пакета 81, аудио/видеопакетов MPEG-TS каждой услуги, содержащейся в потоке MPEG-TS.
В соответствии с четвертым вариантом пересортировка принятых пакетов MPEG-TS выполняется на основе любой комбинации предшествующих способов.