众所周知,数字电视信号的播出质量和传输质量远比模拟信号要好,但是数字信号的监测则要复杂得多。如今我国的卫星传输已经等同采用了DVB-S标准,研究和探讨DVB-S标准下的数字信号监测方法和设计一种实用手段还是很必要和及时的。
一 数字电视信号监测参数的选定
我们知道,我国数字卫星电视标准等同采用DVB-S,有线电视等同采用DVB-C,仅地面数字广播的制式还未最后确定,但从世界已发布的各主要数字制式标准中,可知信源编码无一例外地采用MPEG-2技术,信道编码上仅调制方式不同,而形成不同的广播标准。因此,下面以DVB-S标准来讨论数字电视参数的确定,对其它标准的数字电视系统也是有参考意义的。
笔者以为监测参数的确定,应符合MPEG-2、DVB标准和ETR290标准。由于数字信号传输分为三级,故监测也在这三级上分级进行,并对相关重要参数进行监测。
1. 复用多路节目传输
在这一级,要能对下列参数进行监测。下面详细描述这些参数的含义和监测的必要性。
同步错误。同步错误是判断传输流质量的最重要的指标。传输流失去同步,表明传输过程中已有一部分数据丢失,直接影响解码后的画面的质量。严重的失去同步现象则表明传输中断,同步字节完全错误。
同步字节错误。同步字节错误和同步错误的区别在于传输数据仍是188或204包长,但同步字头的标准值0X47,却为其它数值。这表明传输的部分数据有错误,可能使接收端出现马赛克,严重时会导致解码器解不出信号。
PID(包识别符)传输错误。检测数据流中各套电视节目的图像/声音数据是否正确。PID中断导致该套节目无法完成正确的数据解码。
PAT(节目相关表)传输错误。PAT在DVB中是指示当前节目及其数据流所在传输流中的位置。PAT丢失,解码器无法搜索到相应节目包,造成接收端收不到图像;如果PAT超时,则解码器工作时间延长。
PMT(节目对照表)传输错误。PMT在DVB中用于指示该套节目视频/音频数据在传输流中的位置。某一套节目的PMT丢失,将导解码器找不到该套节目的视/音频数据,造成接收端收不到图像;PMT超时传输,影响解码器切换节目时间。
连续计数错误。对于每一套节目的视频/音频数据包而言,连续计数误差是一个很重要的指标。传输流包头连续计数不正确,表明当前传输流有丢包、错包、包重叠等现象,将导致解码器不能正确解码,图像出现马赛克等现象。
2. 相关辅助数据
TS(时间标记)包数据传输错误。TS包数据在复用/传输过程出现错误,包头标识位被置1,表明包已损坏。通过监测该包的错误,可以检测到码流是否连续以及信道是否稳定。
CRC(循环冗余校验)错误。PSI(节目专用信息)和SI(服务信息)出现错误,可以由CRC计算出来。以指明该包是否可用。PAT、PMT出现CRC错误,而且错误持续出现,将影响解码器对某一套节目的正确解码。
PCR(节目时钟基准)间隔错误。PCR用于恢复27M系统时钟,PCR每40ms内传输一个。PCR间隔错误,将导致接收端时钟抖动或者漂移,影响画面显示时间。
PCR抖动错误。PCR抖动将影响接收端系统时钟的正确恢复,解码时会出现马赛克现象、严重时不能正常显示图像。
PTS(播出时间标记)错误。在DVB中规定PTS每700ms传输一次,PTS超时传输对帧图像正确显示直接产生影响。
3.相关监视数据
相对而言,第三级相关数据的错误对接收端的解码以及图像质量影响较小。
NIT(网络信息表)错误。NIT标识错误或传输超时,导致解码器无法正确显示网络状态信息。
SDT(业务描述表)错误。SDT标识错误或传输超时,导致解码器无法显示各信道节目正确信息。
EIT(每路信息表)错误。EIT标识错误或传输超时,导致解码器无法正确显示每套节目的相关服务信息。
从以上的分析中,可知在数字电视系统中选择上述参数的作为监测对象是十分必要的,因为它们对节目的解码有着直接的影响。第一级参数直接影响节目图像和伴音的内容;第二级参数直接影响传输的可靠性;第三级参数影响显示结果。它是数字电视质量的客观技术指标。但它不能直观地评价图像的质量。因此对图像等级的评价也应是数字电视监测系统所应具备的功能。
通常将数字电视信号分为5级。以对上述各级别上的监测参数的监测结果作为计算各套节目的得分依据,记分公式如下:
V=∑Fi*Ei
其中:V是图像质量的总评分值。Fi 是上述所要监测的参数出现错误对图像质量影响程度的加权系数。Ei为单位时间内的错误数目。对于第一级的6项参数,其加权系数都为5;对于第二级5项参数,其加权系数都为3;对于第三级的3项参数,其加权系数都为2。因此在加权系统一定时,V的值取决于各个所监测参数的Ei数值,即上述所有被监测参数出现错误的次数。不同的V值对应不同的数字电视信号的级别。表1是V值与5级(即5分制)之间的对应关系。一般情况下,监测系统中应能对Fi及上述信号级别标准进行重新定义,以满足变化着的要求和需要。
信号级别 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 |
得分(V) | <10 | <30 | <70 | <150 | >150 |
二 数字电视信号监测系统
现在有一种板卡可对数字信号进行解码并提供软件开发包,如蓝拓扑。适合于开发数字电视监测系统。一个监测系统不仅能对数字电视信号的上述参数进行监测统计和报警,而且还应有一定的管理功能。下面根据我们的工作需要和理解,提出下面这个方案。
1. 系统构成
监测主机是系统核心,包括硬件和软件两部分。主机硬件由工业计算机(服务器)+ 数字电视信号采集电路板,数字电视信号输入接口为ASI接口。
2. 系统原理
传输过程的数字电视质量下降是由于信号传输过程中的误码(BER)造成的。无论是采用SCPC(单载波单节目)和MCPC(单载波多节目)的方式,所有节目都是在一个数据流中传输的,另外,在卫星数字电视传输中使用了各种纠错技术,所以误码造成的影响要分析经过纠错处理后得到的该节目的数据流。监测首先应使用广播级卫星信道解调器(IRD)获得经纠错后的数据流,通过ASI接口送到监测主机以对数据流进行实时分析监测,详细分析误码对一套节目(SCPC)或各套电视节目(MCPC)的影响,按照监测要求进行显示、报警、报表等处理,监测主机内含可存储两帧数据量的缓冲存储器,实时抓取数字电视信号数据,并根据监测结果,把发生故障的现场数据保存下来。
3. 软件设计
软件可分为六个模块实现。
a.数据状态监测模块
该模块对上述各项数字传输流参数进行监测,对不正常的情况在相应的参数项目上以红色醒目报警,以提醒值班监测人员的注意;并指示各套节目的传输流带宽的分布比例;并以树状结构形式显示当前的数据间的复用关系(如共有几套节目,每套节目的数据包括视频/音频等),使值班人员对数据流结构有直观认识。
b.节目监测模块
该模块能根据使用需要调整,将需要显示的检测信息全部显示在同一屏上。也就是说可以按用户对界面进行较为灵活的界面组合。按如下原则进行设计:可将最实用、经常使用的功能,放在屏幕的最重要的位置,以让最需要监看的某套信号质量情况显现在最突出的位置; 显示模式选择高分辨率(1024×768),大信息量,值班员不必切换页面,就能看到监测到的全部数据。
该模块的界面具备如下功能:(1) 用曲线图表,呈现当前所监测节目的错误,错误超出允许范围,系统给出报警信号