浅析卫星数字电视接收中信道与信源的关系

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编者按：这是篇推荐给烧友们的一读好文章，值得烧友们学习下基本理论知识，不然就会出现信道与信源不分，造成张冠李戴的笑话。

每当提到卫星数字电视接收的时候，信道与信源这两个名词就免不了要被提到，不过在相关媒体上看到烧友们对这两个的解说常有出入。比如有的说“某调谐器支持某某信道的解码”；有的说“某寻星仪能搜索到MPEG-4的信号”；有的说“某款寻星仪支持DVB-S、DVB-S2、MPEG-4、中九ABS、122度上的Digicipher信号测试卫星定位”；还有的说DVB-S2和MPEG-4是高清节目等等，笔者认为上述的这些说法是不够正确的，至少是缺乏技术的严谨性。下面笔者就结合自己的实际玩星心得并参考相关教程谈谈自己的愚见，错误或不妥之处还望给予指正。

信道一般是用来表示向某一个方向传送信息的媒体，常分为单工、半双工和双工，对于卫星电视来说常用单工形式。说的通俗一点，卫星电视数字信道的本质就是如何把二进制的0和1由源地传（上行站）经过卫星转发器放大转发后送到目的地（接收站），把二进制0或1如何放到信道里传输就是调制，而把二进制0或1从信道里取出来就是解调，所以通常用术语“调制”和“解调”来描述信道。目前，常用的卫星信道传输标准有欧洲的DVB-S和DVB-S2、美国的DigiCipher2、中国的ABS、日本的ISDB-S和加拿大的CBS2。一般情况下，与信道密切相关的量就是符号率，它是描述数字信号在模拟载波调制过程中载波每秒变化的数值（即码元的传输速率），又叫做调制速率或波特率。符号率的单位是波特（Buad），1波特就是每秒传送1个码元。早在1924年，奈奎斯特就推导出在理想低通信道下的最高码元传输速率公式为：理想低通信道的最高码元传输速率＝2W Buad，其中W是理想低通信道的带宽，单位是赫（Hz），该公式就是著名的奈氏准则。奈氏准则的另一种表达方式就是每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元。当然奈氏准则讲的是理想信道，它与实际上所使用的信道相差很大，在卫星通信中码元速率与信道带宽的的比率约为1：1.2，比如36MHz带宽的转发器其最高的码元传输速率只有30M Buad，就是说每赫带宽的最高传输速率只有每秒5/6个码元。

信源是指信号的根源或来源，在卫星数字电视中的信源主要就是指视频和音频，人们经常用术语“编码”和“解码”来描述信源。编码就是如何把模拟视频和音频用最少量的二进制0和1表示出来，而解码就是把0和1还原成视频和音频信号的过程，卫星电视节目中常用的编码标准有MPEG-1、MPEG-2、 MPEG-4/H.264和AVS，与信源编解码相关的量就是就是数据传输速率，它是描述通信中每秒传送数据代码的比特数，又叫做码率、比特率或数据带宽，单位是比特/秒（b/s），1比特/秒就是一秒钟传送1个二进制位1或0。大多数情况下，视频码率高于音频码率，高清节目的码率高于标清节目的码率，当然，在传送的比特流中也并非全是视音频信息，还有纠错码以及各种控制信息等。那么码率与前述的符号率之间有什么关系呢？通常一个码元可以携带多个比特数，计算公式为：比特率＝符号率×log2M，对于普通的DVB-S来说M＝4，这样比特率就是符号率的2倍了，不同的调制方法就代表式中M值的不相同，例如DVB-S2中M就为8。人们总是希望公式中的M值越大越好，因为这样每个码元就可以携带更多的比特数，以期在传输信道中获得更高的数据传输速率。不过信道也有本身的极限数据传输速率，即遵循香农公式：信道的极限数据传输速率C＝W log2（1+S/N）b/s 式中W为信道的带宽，单位为Hz；S为信道内所传信号的平均功率；N为信道内部的高斯噪声功率。从香农公式中我们可以看到：当信道内数据传输速率提高时对S/N信噪比的要求就越高，这也就是DVB-S2门限高于DVB-S的原因所在，即所谓的“门限换带宽”规则。其实无论人们如何去做，最终目标只有一个：尽最大努力提高通讯信道的码率，同时尽最大努力降低信源的码率，这样就可以在信道中传输更多的电视频道。

通过对信道和信源的简单了解后，我们再来看看本文开头所提到的几种说法问题出在什么地方。对于信道而言，笔者认为用“解调”比较好；对于寻星仪来说，只存在搜索到DVB-S、DVB-S2、DigiCipher2、ABS、ISDB-S和CBS2等调制信号的说法，而不存在搜索到MPEG-4信号的说法，寻星仪的主要职责是搜索卫星调制信号，然后才是对某种信源的解码播放，有些类似TF－900的寻星仪甚至没有信源解码功能，道理很明显：寻星仪主要是用来寻找卫星，而不是用来收看电视节目，另外，“某款寻星仪支持DVB-S、DVB-S2、MPEG-4、中九ABS、122度上的Digicipher信号测试卫星定位”的说法从逻辑学上也属于分类标准不一致。目前大多数的寻星仪仅支持DVB-S调制信号的解调工作，那为什么又能找到其它格式的调制信号呢？这是因为任何一款寻星仪（或者卫星数字电视接收机，因为有不少寻星仪就是用卫星数字电视接收机改装的）主要都是由RF射频调谐器、信道解调器、信源解码器和MCU控制器等若干单元组成，虽然对DVB-S、DVB-S2、DigiCipher2、ABS、ISDB-S、CBS2的信道解调方式和对MPEG-1、MPEG-2、 MPEG-4/H.264、AVS等信源的解码方式不一样，但它们的高频调谐器都相差不大，甚至使用的高频调谐芯片完全相同（常见的芯片有M88TS2000/2020、RDA5812/5810、ZL10039及MAX2118等），比如当前市场上的双模接收机其高频调谐单元就是共用的，这样的话只要通过MCU去控制高频调谐芯片，然后再从高频调谐芯片内部寄存器中读出相关参数就能得到我们想要的结果，比如信号强度（即AGC的值）、信号质量（即信噪比S/N）等，从而达到寻星的目的。另外，信道调制标准、信源编码标准与是否为高清节目也没有必然的关系，这还要看运营商的具体做法。DVB-S2调制的信号不一定是高清节目，MPEG-4编码的信源也不一定是高清节目，从理论上信道调制方式和信源编码方式是可以任意搭配组合的，比如中星6B上的CCTV高清频道（图1），采用DVB-S的信道调制方式和MPEG-2的信源编码方式；帕拉帕D卫星4080H28125一组中的标清节目美都电视（图2），采用DVB-S信道调制方式和MPEG-4信源编码方式；在采用DVB-S2信道调制方式和MPEG-4信源编码方式的组合方案中，既有标清节目也有高清节目，例如亚太五号数码天空平台12401V22425传送的就是标清节目，而同星上艺华直播平台12472V33500转发器则全是高清节目，因此，判断是否为高清节目要看图像分辨率和码率等具体参数。对于卫星接收卡（盒）来说情况又不一样，单纯讲“某品牌接收卡（盒）支持MPEG-2或MPEG-4解码”并不确切，因为卫星接收卡（盒）只是完成信道的解调工作，而信源解码大多是交由电脑来完成的，所以能支持哪些信源的解码还得看电脑，只不过目前的电脑显卡都支持硬件加速功能，对于这些解码工作来说是易如反掌，就算显卡不支持硬件加速功能，那么依靠CPU强大的运算能力来完成软解码也是轻而易举的事。早在高清接收机还是稀罕物的年代，人们无法用卫星接收机来收看CCTV高清频道，不过使用1020双汉卡配合电脑却能正常收看到节目就说明了这个道理。■