高清接收机的最新进展——索尼DST-HD100C国标地面波高清机

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  15年前玩过模拟机的人都知道,顶级的接收机是东芝C4。可是到了10年前的DVB-S数码时代,日本NHK海外广播的指定接收机,却是美国亚特兰大和韩国现代,日产的机器竟然没有一个型号可用。
  日本厂商认为海外的卫星接收受到各个国家的政策限制。虽然日本几乎所有的电子厂商都生产数字机,但全部是本土的专用插卡机。频段、本振、符码率等关键参数都不可调,因此不能在我国使用。
  发烧友在摆弄那些洋相百出的国产机的时候,迫切希望有一款日本的接收机来弥补机柜中的空缺。自从去年松下发布符合我国DVB-C标准的高清机之后,今年索尼也开始跟进,推出一款符合我国DMB-TH标准的高清机。
  
  再谈单载波和多载波
  
  这款索尼机的最大特点,它不采用当前流行的融合解调芯片,而是采用“双模”解调芯片,一片专职单载波,另一片负责多载波。要搞明白这个问题,还是要从国标中两个方案的当家人谈起。
  无线电技术在数字信号处理上,有二种成熟的方法,即时域处理和频域处理。时域处理本质上是宽带一维处理方法,频域处理则是将一个宽带切割为若干个窄带的多维处理方法。早在上世纪60年代,香农定理就预言这两种方法都能够达到香农容量,关键在于实现方法。目前世界上各种主要的通信和广播系统的核心技术,如ATSC、GSM、DVB-C、DVB-S、3G等,都采用单载波时域处理技术,具有实现简单、峰均比低、抗各类干扰能力强的优势。
  从这点出发,上海交大与上海高清数字科技产业有限公司提出了“高级数字地面广播技术”,简称ADTB-T,或称单载波。并开发出相应的解调芯片HD2812,应用于机顶盒、数字电视一体机、移动和便携式地面数字接收机等多个领域,支持高清及标清电视以及其它多媒体广播。该芯片内部集成A/D转换器和锁相环,还能支持模拟中频输入,有效降低了成本(图1)。
  
  另一个方案的倡导者是凌讯科技,它由清华大学留美学者于1999年创立,并在美国硅谷设立了分支机构。次年,凌讯科技与清华大学共同组建了数字电视技术研究中心,创造出一种新的时域处理技术,即“时域同步正交频分复用”技术,简称TDS-OFDM,或称多载波。在这一基础上,提出了地面数字多媒体和电视广播的DMB-T方案。根据国家标准化委员会数字电视工作组的测试结果,各项指标和整体性能全面优于欧洲和美国的同类标准。
  LGS8913就是在这样的背景下产生的第一枚DMB-T解调芯片,并率先成功量产。8913采用外置的A/D模数转换器,虽然功耗大,但精度高。2008年元旦,香港地面数码广播作为世界上第一家DMB-T多载波的用户,启动了13个频道的播出,当时市面上的接收机,清一色采用8913芯片(图2)。
  由于交大的单载波方案(时域法)和清华的多载波方案(频域法)互不兼容,两家斗得不可开交,对统一的国标制订带来很大的难度。拖到了2006年8月,已经不能再等下去了。于是国家标准化委员会批准了中国数字电视地面广播传输标准,实际上是把上述两个方案都纳入了文件,一块蛋糕两家吃,这就是所谓的GB20600-2006国家融合标准,统称为DMB-TH。
  到了2008年8月,乘奥运的东风,国内8个举办城市开始了DMB-TH的高清广播,不过采用的是单载波。为了通吃单载波、多载波两个不同的方案,一种办法就是采用“双模”设计,使用一个HD2812单载波解调芯片,一个LGS8913多载波解调芯片,各司其职。
  不过问题来了。本来国标的意图是尽可能采用自主知识产权,少付甚至不付专利费给老外。现在用户却要支付两份专利费用,一份给上海高清,一份给清华凌讯,而且天知道有些钱最终会不会落到外国人的腰包,这正是DMB-TH的悲哀。从这一点上看,索尼DST-HD100C就贵得有理了。
  
  直到奥运前,两家才正式搞出了所谓的“融合”芯片,也就是把两个方案封装在一个芯片上。例如上海高清的HD2910,凌讯的LGS8G52、8G72等,并把A/D也集成在一个芯片上。奇怪的是,对于多载波的抗同频干扰方面,融合芯片并不比“双模”芯片优秀。看来独立封装,外置A/D,对提高多载波的精度方面,还是至关重要的。结果又再回头,重新设计“双模”机型,本机就是在这样的背景下推出的。
  
  影响接收品质的诸多因素
  
  上期谈到,DMB-TH发射站的功率一般只有模拟站的十分之一,因此数字信号不会比模拟信号更好收。在距离发射站较远、信号品质较差的情况下,如果改善天线和放大器,增加了滤波措施之后,图像依然有点卡,那就应该在接收机上下功夫了。
  理想的接收机必须具备四个要素:(1)很高的灵敏度;(2)很低的相位杂音;(3)较高的解调精度;(4)较好的抗同频干扰能力。这四个要素缺一不可,前两项取决于调谐器总成,后两项取决于解调芯片。例如大多数USB类的接收棒,调谐器是用分立元件直接焊在板子上的,甚至连屏蔽外壳也没有,后面即使用最好的解调芯片,也无法提高它的接收品质。再如三合一高清机,也采用和本机相同的顶级调谐器(表1),只是立式卧式不同,但由于三合一的解调芯片并非一流,结果使整体的接收品质降低了。
  调谐器有内置的低噪声高放,在信号很强的地区并且用室内天线的情况下,单凭这内置的高放就可以满足调谐器的工作电平。随着输入信号高低变化,调谐器内部的自动增益控制开始起作用,使调谐器的输出电平保持恒定。但是当输入电平低于一定值例如表1中的-87dBm时,就超过了允许范围,这时候就需要外置放大器了,例如本机附送的室内天线,就自带了一个低噪声的放大器。如果电平还不够,可以再架设室外天线,常用的是鱼骨天线、相阵天线、网状抛物面天线等等。由此可见,接收系统的灵敏度,并非由调谐器唯一决定,它是可以用低噪声的天线放大器乃至室外天线来获得提升的。
  和卫星用的高频头一样,接收数字信号,希望调谐器本身的噪声越小越好,但这个噪声是用数字噪声或者相位的抖动来衡量的。表1的指标是-87dBc/Hz@10KHz,这个数值越小越好,-87已经是业内最高水平了。
  调谐器输出依然是模拟信号,下一步就要进行模/数转换,由一片A/D转换器来完成。LGS8913需要外置的A/D(本机采用A/D9203高级芯片),而HD2812把A/D功能集成在一个芯片上。一般认为,外置的A/D芯片是由专业的A/D芯片厂商提供的,精度较高,对数字解调有利。而内置的AD芯片功耗较小,性价比高。
  
  让我们来看看本机的调谐解调器板(图3)。这是笔者看到唯一采用独立电路板的设计,它由一个64针的插排与主板连接,将解调成功后的数字流送到主芯片去。这种设计的优点是电源回路和地线回路完全独立,防止主板上的数字脉冲(特别是贮存器泄漏的脉冲)耦合到高频电路中去,大大降低了干扰。
  本机前脸上没有信号锁定灯,这个灯在调谐解调板上(图4)。当多载波的信号被锁定时,LGS8913边上的绿色LED就常亮,如果信号不稳,左边的另一个绿色LED闪亮,表示误码率超限。同样,当单载波的信号被锁定时,HD2812边上的LED就常亮。由此可见,两个解调方案不会同时工作,即能节电,又防止了相互影响。
  我们已经知道,DVB-S2卫星接收的门限与信号类型有关,虽然8PSK的带宽利用率比QPSK高,但QPSK的门限却比8PSK的低。DMB-TH信号也是如此,它也有多种参数搭配,目前内地的单载波和多载波大都采用16QAM调制,如深圳的786MHz。而香港的多载波却采用64QAM调制,所有频点都一样。这里可以看到,单载波的门限比多载波低很多。此外,香港多载波还采用单频网(SFN),如586和602MHz,数个山头同步发射,很容易造成同频干扰,相当于进一步提高了接收机的门限,雪上加霜。
  从这一点来看,索尼DST-HD100C采用最顶级的多载波调谐器和解调器的设计,也算不上什么奢侈。当您用过任何接收机都不能获得稳定的图像,而用上本机之后马上解决问题,就知道索尼技术之先进了。
  
  数字发射站
  
  香港地面数码广播开播9个月后,已有二成以上的香港家庭在收看数码电视,折算为50万住户,这个速度非常惊人。香港目前6个主发射站中(图5至图10),除了慈云山一年前率先建成并正式投产之外,另外5个是奥运前夕才建成的,暂时采用临时的全向发射天线,今后换用定向天线之后,深圳珠海的接收还将产生变数。香港是多山的地区,为了覆盖到所有盲区,今后还将陆续建设一些小型的补充发射站,已经建成的是聂高信发射站(表2)。
  
  直到奥运前几天,深圳才开播了DMB-TH,发射站位于梧桐山的新电视塔上(图11)。目前用一个706MHz水平波传送多载波的标清节目,一个786MHz垂直波传送单载波的高清节目,功率都是3000w。这里我们看到,香港南丫岛和聂高信山,以及深圳梧桐山的786频点,采用了垂直极化,除了避开邻频干扰之外,这种做法究竟还有什么好处?
  原来,由于水平极化具有良好的远区场强分布,在同样的发射功率下可以覆盖更大的范围。但是,水平极化的近区场强分布劣于垂直极化,特别是在潮湿、多水、多树林等环境条件下,垂直极化的近地接收效果优势明显。从这一点来分析,香港南丫岛和聂高信山的任务仅仅是覆盖当地小范围的盲区,因此用垂直极化更有利。深圳786频点主要覆盖市区范围,为了防止信号泄漏到香港,也是垂直极化有利。这解释了为什么在珠海等地远程接收的情况下,深圳786比香港更难接收的原因。
  据我所知,功率最小的发射站位于澳门,目前的498多载波频点的功率只有20w。仅仅在临近澳门的珠海湾仔及南屏地区可以收到,但以后移到亚洲第四高度的旅游观光塔上,就容易接收了。
  
  索尼DST-HD100C的双片架构,可以通吃港澳和大陆所有发射站的DMB-TH国标信号。
  
  横向对比
  
  笔者用过的最顶级的多载波/单载波接收机,都是奥运前后推出的融合机型。除了本文介绍的这款索尼DST-HD100C之外,还有长虹的DMB-TH2088HD,以及同洲的N8188PVR(全白色机身)。
  这三款顶级机器的门限及抗同频干扰的性能都差不多,其他方面各有优缺点。至于究竟买哪一款,要看各人的用途及喜好而定。总体来说,索尼是大品牌,外观工艺和遥控器绝对胜出,但没有录像功能,而且必须用其他机器先调好天线,再接入索尼日后使用。长虹的售后及服务胜出,互动频道还没开播暂时无法测试(图12)。同洲可靠好用,外观很有特色,缺点是待机功耗大。
  先看看索尼的外观(题头图)。纯平的镜面前脸,全黑色造型。虽然机身的宽度比同类机器长,但要是叠放在索尼的蓝光机上,宽度一样,相得益彰。待机按钮安排在机顶,前面板左侧是VFD点阵显示(图13),右侧有十字操作键(图14)。上盖的镶嵌工艺,天衣无缝,极其精密。后背接口有HDMI、色差、S视频以及普通AV,还有带自动门的光纤插口。那个USB说是给升级用的,但索尼的网站上从没公布过新版固件。交流电源沿用日本的习惯设计,电源线和机身可以分离(图15)。
  表3可见,本机排位节能大王,真的名不虚传。待机可以彻底关断主板电源,待机功耗小于1瓦,工作时的温度也不高,上盖是密封的,一个散热孔也没有,仅仅在两侧、后背以及底部有少许散热孔,并形成内部风道。
  本机细长的条状遥控器非常漂亮(图16),所有按键都根据人体工程学原理设计,操作非常方便,这些都是索尼的强项,表3中也得到高分。不过本机为了与索尼的平板电视配套,遥控器上的部分按键留给平板用了,包括音量、静音、静像等等,如用其他牌子的平板电视,这些功能将无法实现。
  打开上盖,机内基本看不到乱七八糟的拉线,顿时被索尼精致的工艺所折服。共有三块电路板,调谐解调板搭接在主板上,非常简洁整齐(图17)。主芯片和两个解调芯片,都有散热器,并且用铝铆钉固定,无法拆卸。根据索尼的主板一向使用自己的主芯片,以及工作时主芯片不是很烫来分析,此芯片肯定不是STi7100系列的,省电节能是它最大的亮点。
  
  图17可见,机箱与前脸的电路板之间,有金属板屏蔽隔离,同时支撑住上盖,这里往往是机箱的受力弱点。前脸搭扣的缝隙,也用金属纸密封,防止电磁泄漏,考虑非常周到。三合一运输途中,受压损坏前面板的事情经常发生,学学索尼如何,仅仅是一块铁板又能贵几个钱?
  前面谈到,索尼这款机器采用的是通用主板,可通过64针的排插,搭接其他调谐解调板,变成其他功能的高清机,如DVB-S2、DVB-T等等。甚至在主板上还预留了一个CI条件接口(图18),只是外面有个小门封住了槽口,软件也不能支持。
  本机是在深圳组装的,软件设计没有完善,主要是给各地卖索尼平板的店面提供高清节目源的,当高清码流机用。目前,仅仅是购买了索尼平板的用户才有资格购买一台,各地也没有统一的零售价,喊价从千元到几千元不等。上半年曾经在香港发售过一款DST-HD100H的机型,仅支持多载波,外形与本机完全相同。下半年升级到双模之后,型号改为100C,菜单改为简体中文,并取消了同轴和网口,还少了一组伴音输出,但软件基本没有动过,PVR还是无法实现。
  本机的HDMI接口比较特殊,含有与索尼平板通讯的指令,用其他牌子平板的时候,要把HDMI控制选项关闭。本机的HDMI含有HDCP版权保护,在有些平板电视上显示黑屏。在这种情况下,只能改用色差。不过索尼的模拟电路做得很考究,色差的效果也是很不错的。
  
  基本操作
  
  最后让我们来看看本机的操作功能。上面谈到,本机的菜单功能非常简单,操作也不方便,表3中把它列为最差,这和本机顶级的硬件设计很不协调。
  进入主菜单,一共有四个选项(图19)。进入最后一项“设定”后,打开第二层菜单(图20)。这时有五个选项,进入第一项“频道”后,打开第三层菜单(图21),这里“自动调台”相当于盲扫,它是不能用的,如果一定要用,一般搜不出什么台,还以为信号不好,应该使用第二项“手动调台”,打开最后一层菜单,也就是我们常说的寻星菜单(图22)。
  
  手动搜索时,可以选择一个频道号,例如图22中的频道35,如果第二行频率不是希望的数值,可以手工填写,例如586。要注意,新机第一次搜台,不管天线是否妥当,也不管频率填写是否正确,都看不到场强显示。必须按“启动”搜台,成功之后才有场强显示。图22就是搜索成功后的画面,其中信号品质总是100%(否则就是0%),对调整天线系统,丝毫没有帮助。所以,如果您的天线还没对好,那就要使用另一台它牌机器来调整,天线对好之后才能换索尼机搜台,这是最让人诟病的设计。
  调试中还发现,把调谐器的天线电缆拔出来,电缆不接触机器,而是相距1厘米左右,品质照样100%,图像照样流畅。不知道是本机的灵敏度确实高,还是我的天线信号特别好。
  搜好一个频点之后,再换另一个频点。这时要注意,一定要把图22的第一项频道数字换掉,不能再使用刚才搜过的35,否则新的频点将覆盖刚才已经存台的频道。例如,把频道号换成37,把频率改成602,就可以搜索第二个频点了(图23)。至于老四台要用什么频率搜索,完全由您的所在地方决定,选择表2中某个发射站的频点。例如笔者是收慈云山的,那么就选择22频道,频率填482,就可以试收了(图24)。
  最近,艺华的套餐中,高清翡翠台消失了,代之以高清本港台,引起广大翡翠粉丝的强烈不满。高清翡翠台年底搞台庆活动,好节目不断,想不依靠艺华的转播,唯一的办法是接收香港地面波。于是,香港周边地区的DMB-TH接收活动再次掀起高潮,高增益天线,低门限的接收机又开始热销了,搞到门限王3688K的库存全部卖完。表3中的三款顶级融合机,包括索尼在内,重新受到重视。远到江门、中山、顺德、番禺、石碣、惠州等,距离香港近百公里的地方,陆续有成功的报告。
  
  ATV高清每晚放二到三小时的高清,白天没节目,只是开四个小窗,播放低码流的其他ATV标清频道的动态,还煞有介事地开了幻灯片窗口,介绍亚洲小姐的选手资料(图25)。
  按一次“屏显”键,就显示当前频道的资料(图26)。“声音切换”可以选择第一或第二伴音。但字幕选择只能进菜单设定(图20),要么全部频道打开字幕,要么全关闭,不能按频道选择。
  值得一提,香港数码广播一律采用16:9的画面比例,高清和标清都是如此。不管是单机接平板电视,还是用AV输出通过调制器进入系统,都可以保持16:9的比例,适合平板电视的屏幕(图27到图31)。我们发现画面中台标的位置比较靠中,原来以这个做原版,切掉左右两边,就可以同步送到模拟发射站去了,而台标的位置,对于4:3的模拟画面来说,恰到好处(图32)。■
  
  
  参考资料
  香港电讯管理局gbcode.ofta.gov.hk/
  无线电视digitaltv.tvb.com/
  亚洲电视www.hkatv.com.cn/
  上海高清www.hdigroup.net/
  清华凌讯www.legendsilicon.com.cn/
  索尼中国service.sony.com.cn/KB/
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