DK8000/F3-ASI工程数字机

什么是工程机?除了外形是标准的19英寸机架外,还应该具有业务用机的功能及品质。使用上等的元器件,能连续不停电工作,还具有远程网络管理的功能,甚至内置仪器设备。

不过,国内常见的所谓“工程机”,却是将家用机的小内芯,搬到19英寸工程机的大壳子里,仅仅换了外包装,实质上还是家用机。虽然接收的信号是数字的,但输出却是AV模拟的。后面的调制器,以及输送到系统里的信号,都是模拟的。

真正的工程数字机,应该具备ASI数字TS流输出,后级的调制器也是数字的。常见的有DVB-C(QAM)数字调制器、IP网络数字调制器,等等,能把数字信号送给用户终端。

ASI工程机简介

去年在《魔幻F3》一文中,已经初步介绍过F3工程机的雏形,那是利用早年三合一的主板架构和软件菜单,采用STi7100主芯片。而ASI编码芯片及接口,都安装在调谐板上,在使用方面有一定的限制。经过小量试制,最终没有量产。因此,原先命名的工程机型号被废除了。

现在,F306型号已经重新定义为DVB-T的调谐板。F307型号刚刚用于高拓8846解调芯片的DMB-TH调谐板。F308暂空。

今年初,新的F3工程机定型(题头图),升级为STi7101主芯片,主板架构参照F3的布局,采用F3的菜单界面,前面板采用液晶中文显示器(图1和图2)。ASI编码芯片和接口被移到主板上(图3),这样ASI就跟调谐板分离,能兼容所有F3家用机的活动调谐板了。

为了区别F3家用机和工程机,在工程机的型号末尾,加后缀ASI,表示具有TS流输出。例如DK8000/F302-ASI工程机,具有ASI数字流输出,是采用国芯1501B解调芯片的DMB-TH地面波接收机。

图4是带卫星接收功能的工程机,相当于F300B-ASI。如果加上一块F304活动调谐板,就变成F304-ASI工程机了(图5),具有更大的方便性及灵活性。一般来说,工程机只需要单一的接收功能,可以按用户需要,定制单DVB-S2,或者单DVB-C,或者单DMB-TH的接收模块。当然也可以做成通吃的多用途机型,上面说到的F304-ASI就是其中一个搭配(图6)。根据F3小锅菜的理念,你可以自己造一个型号出来要求定制,例如F307-ASI。

在前面板上,有一个管理锁(图7)。用钥匙锁上之后,面板按钮和遥控器都不起作用,防止误操作。在背面,有一个12V的散热小风扇(图8),通过机箱左右和顶上特别设计的进风口,在机内形成风道,保证可以24小时不间断工作。

ASI接口

在电视广播领域,设备之间常用的信号传输方案,有11位的同步并行传输(SPI)和异步串行传输(ASI)。两种接口之间,可以通过专门设备互相转换。

ASI异步串行接口(Asynchronous Serial Interface)只需一条同轴电缆,就能单向传输宽带数字信号。具有连线简单、接触可靠、传输距离长、使用方便等特点,被广泛应用于当今的数字广播设备中。ASI其实就是将普通的DVB码流重新编码为ASI协议,但它比DVB有更大的带宽,能以高达270Mbps的恒定码流传输,而有效码流能随意设定。用于高清电视传输,可以绰绰有余。ASI的物理接口是常见的BNC(图9),阻抗为75欧姆。

ASI的工作原理是这样的。首先将MPEG-TS传送包的8比特码转换成10比特码。接着在并/串转换时,当要求输入一个新字,而源码还没有准备好时,就插入一个K28.5的同步字,以满足固定的270Mbps传输速率。所形成的串行比特流将通过缓冲/驱动电路和耦合网络,送到同轴电缆连接器上。

当通过同轴电缆到达接收端,在接收数据时,首先要经过连接器和耦合网络,耦合到恢复时钟和数据的电路上,然后进行串/并变换。为了恢复字节同步,ASI解码器必须先搜寻到K28.5同步字,一旦搜索到同步字,即为随后接收的数据标定了边界,从而建立了解码器输出字节的正确排列。最后进行10/8比特变换,恢复出包同步的MPEG-TS码流数据。但K28.5同步字不是有效数据,因此解码时必须删除。

由于ASI的单向性传输特点,ASI设备有发送(输出)和接收(输入)之分。F3工程机属于发送者,是靠安装在主板上的调制芯片GS9092A(图10)来实现的,该芯片由FIFO、串行器、驱动器等几部分组成。Gennum是加拿大的一家半导体公司,位于安大略省,在音频和视频接口芯片方面,具有一定的专长。

在F3工程机中,GS9092A紧连着调谐器的解调输出,免费频道的数据包直接从ASI接口丢出去,并且依然保持着该频点原来的打包状态。例如接收香港地面波,586频点一共有高清翡翠台、互动新闻台、J2台,那么F3工程机ASI的输出同样包含这三个台,所有频道参数都保持不变,包括EPG、字幕文件、伴音格式等等,是彻彻底底源码的TS流。如果遇到加密频道,则将整个TS流送到CI模块去过滤一遍,把加密频道变成清流之后从ASI输出,但依然保持这个频点中的所有频道的其他属性。

在没有专业仪器的情况下,检测ASI是否有信号发送,可以用0-1000MHz模拟频谱仪查看。如果发现从13MHz开始,第一个波峰的电平高达100dBuV或以上,后面每隔27MHz就有一个波峰,并且高次谐波的波峰电平依次减弱,就说明ASI工作正常(图11和图12)。注意,依次减弱的波峰,纯粹是谐波成分,有人误以为它们是一个个小载波,调制着有效数字信号,那是错误的。

操作要领

F3工程机和家用机在操作上没有太多分别,菜单也相同,只是出厂默认需要密码才能进入(图13),当然你也可以关闭密码功能。用过F3家用机再用工程机,不会有任何困难(图14)。

工程机的底层升级,也是包括三个文件:0507的bin文件、0507的ub文件、0517的img文件,升级方法跟家用机一样,需要通过232刷机线完成。最新的out高层升级版本是0930,菜单上的中文字体换成幼圆(图15),分辨率也有所提高,字体更漂亮了(图16)。

后背的接线方面,为了配合工程机标准机箱的高度,DVB-S2调谐器改用卧式安装,因此主板也做了相应的调整(图17),接口方面,除了取消eSATA硬盘接口、同轴音频接口和CA卡座之外,其他都和家用机一样。如HDMI、色差、AV、光纤、网口、232串口、USB、双CI卡座,等等,应有尽有。

不过,这些接口都是给机房监视器使用的,对ASI不起任何作用。在监视器上看到的操作结果,不会影响到ASI的输出。例如,以下这些内容不会通过ASI传出去:菜单、画面比例、伴音选择、EPG、寻星界面,等等。

虽然没有eSATA,但可以通过USB硬盘进行录像,录像中途如发生误操作,会有提示(图18)。放像的时候,除了硬盘进程之外(图19),还有当前录像文件的属性显示(图20)。以上这些操作界面,说明F3工程机依然保留了家用机的影子。

正如上面谈到的,F3工程机只能把调谐器提供的TS流转到ASI输出,免费或加密的都可以。但不能将共享频道和硬盘播放的节目内容转到ASI。当然,如果遇到艺华的加密频道,也可以定制数字太和的解密系统,但每台F3工程机只能转一个频道输出到ASI,而且必须获得艺华的授权。

想让解密频道从ASI输出,主要通过CI模块来实现。例如,对于中星6B卫星上的4100V27500一组,打包了两个高清频道,一个是免费的CCTV-HD,一个是NDS加密的CCTV1-HD,这时,就需要一张CCTV1-HD正版卡,以及与之相应的NDS模块(图21)。和家用机一样,把模块插入面板右侧的CI卡座(图22),进入条件接收菜单(图23),显示当前智能卡正常(图24),CCTV1-HD就被解密了。

现在要提醒两点。第一,上述关于模块的操作界面,并不会通过ASI传出去。第二,4100V27500频点中打包的两个高清频道,依然打包在一起,从ASI发送出去。所不同的是,ASI输出的TS流中,CCTV-HD和CCTV1-HD都是清流的免费频道。

想查看当前频点的信号属性及质量,可以用遥控器上的信号键。图25是刚才4100V27500频点的界面。图26是香港地面波的586界面。当然,它们只有机房管理人员可以从监视器上看到,外面的终端用户是看不到这些界面的。

上面谈到的NDS模块,只能解一路加密频道。如果一个频点中有多套加密频道怎么办?这时需要借助深圳国微的工程模块帮忙,下面以爱迪德模块为例说明这种模块的用法。该模块的封面上印有PROFESSIONAL字样(图27),表示工程专用。背面的序列号HAK8……中,第一位数字8,表示该模块可以同时解8个加密频道(图28)。如果是HAK4……,就表示最多能同时解4路加密频道。当然,路数越多,价格越贵。国微表示,他们最多能生产16路的CI模块,但我用过最大的只是8路。

例如,欲解中星6B卫星上的3880H27500频点,有CCTV3568等四个加密频道及免费的CCTV新闻频道,共打包五个频道。可以选用爱迪德HAK4……四路工程模块,再购买全开的正版卡。

F3工程机不能设置喜爱频道,此功能已经变为加密频道选择(图29),在光标处按确定键,当前频道的钱币符号出现,表示此频道选择解密输出,图示表示选择了三个频道解密输出。

对于没有选到的加密频道,是否不输出了呢?不是的。上面谈到,一个频点中所有打包在一起的频道,都原原本本从ASI输出,不同的只是ASI中的频道变成清流了。在图29的例子中,CCTV6虽然并没被选中,但它一样是从ASI打包输出的,仅仅是依然加密。如果终端上没有相应的智能卡,CCTV6只能黑屏。而CCTV358被工程模块解密成清流,终端上可以当成免费频道对待,无卡也能收看到。

假设工程模块是8路的,但频点中有10个加密频道怎么办?这时只能选择其中8个频道解密成清流,剩下2个无解。结果,ASI输出的10个频道中,8个是清流的,2个依然加密,直到用户终端也同样如此。

网络管理

F3工程机除了用遥控器叫出菜单,进行一些常规调整之外,还能用面板按钮进行基本操作,达到普通工程机的使用需要。如果系统中有多台F3工程机,为了防止遥控器互相影响,可以用钥匙将其他工程机关闭,只打开一台需要操作的工程机。

面板按钮有局限性,没有数字键,没有彩色多功能键,很多功能无能为力。实际上,用遥控器或面板按钮操控工程机的时代已经过去了,遥控器的操作过程不能存档,容易发生差错,难以规范化。

现代的工程机都是数字型的,内含CPU。通过网线来监视和操控工程机,是一种流行的趋势。通过网络远程操控工程机,可以满足远端启停、随时监视、故障报警、集中管理、参数存档等各种便利需要。这个功能,就是网络管理,简称网管。

目前,F3工程机的网管功能还是很薄弱的,除了F3家用机上的一些网络功能之外,没有特别为工程机开发的网管软件。而家用机的这些网络功能,如远程登录、网络录像、频道共享、台名编辑等等,都对ASI输出不起作用,还不能算真正的网管功能。这是亟待开发并完善的。

应用举例

F3工程机的主要用途是数字前端广播系统。F3利用卫星、地面、有线广播的信号,接收到各种格式的数字频道后,解密,然后转到ASI输出。之后究竟怎么处理,要看业务的类型和需要。

最常用的,是将ASI输出喂给后级的DVB-C数字调制器,又叫QAM调制器。图30是一款国产的QAM调制器,它接收到ASI来的数字信号之后,重新打包成DVB-C格式,但不能转码,也就是说它没有二次压缩音视频信号的能力。

在QAM调制器上,可以设定QAM大小(图31),一般有16、32、63、128、256五个等级,究竟选用多大,下面还要讨论。还能设定符码率,国内的数字有线大都采用6875或6900Kbps(图32)。QAM调制器内含捷变式RF调制单元,可以在UHF波段中任意设定射频输出频率(图33)。

QAM调制器的后背非常简单,只有一个ASI输入,一个RF射频输出,最多还有一个-20dB的射频测试输出(图34)。调制器的射频输出虽然是模拟的,但调制在载波上的有效信号是数字的。选择一个当地数字有线中的空余频道位置,和有线信号混合之后,终端用户就可以用普通数字机顶盒接收了。如果你愿意,拉条光纤到上海,牛逼哄哄的大腕们就可以看到原汁原味的高清翡翠台了。

要注意,各地有线台配送的机顶盒是标清的,如果ASI中有高清频道,用户盒子必须换成高清,建议选择F3家用机。有人从当地有线台采购了高清机顶盒,结果大呼上当。这种盒子除了不能录像,还无法兼容AC3等音频格式,例如从ASI转发香港高清翡翠台,没有伴音,不能选择并显示繁体中文字幕,EPG也不兼容,等等一大堆问题。这时除了换F3家用机,没有其他解决办法。

QAM数究竟调多大为好?有一个参考依据。例如,PBI出品的DCH-3000TM调制器,可以监看当前ASI来的数字码率,并且和当前设定的QAM数的最大包容码率(带宽)进行比较。只有当后者大于前者,调制才会成功,反之图像会很卡。

图35表示接收澳门地面DMB-TH的498MHz频点,ASI传输的有效码率是23.66Mbps以下,当QAM设定为16时,调制器能容纳的最大带宽是25.34Mbps,正好合适,两个码率的差值部分25.34-23.66=1.68Mbps,是不能让它空着的,调制器会自动插入无效字,填补到全码。如果改为32QAM,带宽增加到31.68Mbps,那就太大了(图36)。当然,64QAM或128QAM就更不合适(图37、38)。最大可以调到256QAM,容量将高达50.69Mbps(图39)。

由此可知,QAM越高,带宽就越大(表1)。但也不是越高越好。QAM其实代表了信号中相互正交的信息量,可以用星座图来表示。QAM越高,星座越密,信号就越不稳定,稍有差错,很容易导致误码,最终影响画质。这等效于终端接收机的门限提高,是大家不愿意看到的。

对于一般的城市有线台来说,大都采用64QAM,这是一个折中的选择。如果是内部小网,线路不长,线材质量较好的情况下,可以选择128QAM甚至256QAM。不过,根据ASI中有效的信号码率,QAM只要能用,合适就行了,没必要设得太高。QAM越低,接收机的门限也越低,有利于终端接收。

ASI输出也可以喂给IP调制器,把节目送到网络上(图40)。但囿于网络带宽的限制,一般不能源码调制,需要先将ASI的TS流解复用,把打包在一起的频道一个个分开。然后分别进行转码。对视频来说,就是把MPEG2转成MPEG4,提高效率,如果本来就是MPEG4的则不必转码。接着对每个频道进行二次压缩,不管原来的频道码流是多大,一律压缩到4Mbps(酒店等局域网),或者400Kbps(高画质IP电视),甚至100Kbps(普通IP电视),最后再把所有经过上述处理过的频道送进复用器打包。这里,还要考虑字幕是否要刻在画面上,以及其他一些和打包有关的问题。复用之后,再进IP调制器,它的输出端就是网口,最后转成光纤就可以输送出去了。总之,IP调制要比QAM调制复杂得多。

实际使用中发现,F3工程机把卫星频道或有线频道转成ASI是没问题的。但DMB-TH地面频道转成ASI之后,再经过QAM调制器或IP调制器,出来的频道会卡。原来,地面接收其实属于调幅类型,受天气环境影响很大。在接收机中,解调出来的TS流虽然经过几道纠错,表面看上去没有误码,但实际上依然存在误码,它是靠后级MPEG解压缩环节最后修补的。但现在,解调器输出的TS流还没经过修补,就由ASI输送出去,如果后面的QAM调制器没有修补能力,就会在终端上出现问题。例如,F3工程机接收香港地面波中的586频点,F3的C/N显示已经高达24dB,远远高过门限值17.5dB,由HDMI输出,图像稳定无马,但ASI输出,却是有马的。

这一事实说明一个问题。平时我们使用家用机,只求信号过门限就满足了,以为图像无马就好。实际上,很多时候看到的无马图像,是靠MPEG解压芯片修补上去的,并非原始图像上的真实像素。说到底,会对画质造成损伤,这个问题往往被大家忽视了。

要解决这个问题,一是提高接收天线的增益,放大天线尺寸和规格,让系统的载噪比C/N留有充分的余量。二是换用本身具备修补能力的QAM调制器或IP调制器,至少不要让数字断流,在码流断挡时自动插播蓝屏,等等。

以上仅列举了F3工程机ASI输出之后的两种用途。实际上,根据业务需要,还可以调制成DMB-TH格式,通过地面无线发射机发射出去。或者调制到DVB-S2格式,通过卫星上行站由卫星覆盖到更广大的服务范围。这一切,技术上已经没有障碍,仅仅取决于您的能耐和决心了。■