电视台内的无压缩数字视频SDI信号,是通过对眼图的测试来评估图象质量的。很多的SDI信号测量时的眼图很差,但是误码率BER(Bit Eeror Ratio)典型的目标值为1E-09,准无误码BER为2E-04;临界BER为1E-03。实际测试结果还远远没有到1E-6的地步。这时,我们认为:系统是稳定的,图象质量没有下降。
但是随着电视台制播网络的普遍使用,网络存储的视频数据都采用了压缩,其中,最广泛使用的压缩格式就是MPEG2。这里我们假定这些信号在格式、数据包、数据流、时钟以及协议层结构上都没有错误。
较早成熟的MPEG2,以及最近出现的压缩效率更高的H.264和AVS是信源压缩编码中最普遍使用的格式。这里主要讨论的测量对象是MPEG2。根据MPEG2协议(MPEG2 Protocal),当数字视频、音频和元数据通过MPEG2编码器得到PS(Program Stream)流和TS(Transport Stream)流。而PS流和TS流就是我们对电视台内视频网络存储数据和传输信号的测量对象。
由MPEG-2数字压缩视频分为ES层、PS层、TS层,其中TS层的作用应属于数据链路层的范畴。具体内容由GB/T17975.1-2000《信息技术 运动图像及其伴音信息的通用编码 第1部分 系统》规定。
有关的测试项目和技术要求在GY/T 221-2006《有线数字电视系统技术要求和测量方法》的第6章进行了规定,其大部分内容与DVB的ETR 101 209相近,另外还根据我国的使用实际情况和DVB后来的一些相关文件,补充规定了部分表的间隔等其他内容。主要分为三级测量:
第一优先级测量项目包括:TS同步丢失、同步字节错误、连续计数错误、PID错误等共6项;
第二优先级测量项目包括:传输错误、CRC错误、PCR间隔错误、PCR不连续错误、PCR精确度错误等共7项;
第三优先级测量项目包括:SI表间隔错误、缓冲器错误、未引用PID错误、数据延时错误等共14项。
* PCR频率偏移(PCR_FO),限值?810Hz;
* PCR漂移速率(PCR_DR),限值75mHz,也可用近似值10ppm/hour;
* PCR总体抖动(PCR_OJ),限值25μs;
* PCR精确度(PCR_AC),也可称相位误差、误差,限值±500ns
如果说信源压缩编码,好比将视音频信号打包装了车,那么信道编码呢?按照地面广播标准、电视网络传输标准、卫星传输标准所规范的信道编码,就好比标准清晰度/高清晰度电视信号传输的高速公路。在无线地面广播和卫星传输使用的DVB-T、DVB-S、ATSC/8-VSB、ISBTT/BST-COFDM以及我国的DMB-T及ADTB-T都是信道编码标准(详见我国于2007年8月1日强制执行的国家标准BG19800-2007)。由于对电视台内的编辑、新闻和播出等数字网络的传输信号符合FC和ISCSI协议。PS和TS流的包的数据也是按照MPEG2、H264或者AVS等信源压缩标准打包的。在有线电视用户网是信道编码正交相移调制(QPSK)信号和互联网中的ASI和SPI传输信号。我们感兴趣的、要测量的是这些信号所携带的数字电视图象信号的质量,以及寻找更合理的检测方法。
下面具体介绍数字网络的图像质量测试、数字网络的码流分析测试、传输带宽的压力测试和数字网络的基本功能测试。
数字网络的图像质量测试
随着数字电视的出现,模拟信号根据如Rec.601标准转换为数字信号。数字化信号的格式化和数字演播室互联也产生了相关的标准Rec.656,产生了许多新的检测工作。对一般运行而言,监视模拟视频信号特性仍然很重要。
模拟信号的检测仅需要对单个测试图形的不同参数进行测量;而数字检测则需要分析数字波形即眼图、数字数据格式和数字信号编码。检测需要一组检测信号。可以用泰克WFM601或者VM700T这样的单个仪器就可以完成所有的测量任务,但对格式、误码等检测有大量的数据处理。在数字压缩技术出现之前,许多较高质量信号的传输仍通过变换回到模拟复合信号的方式来完成。当然,通过模拟/数字和数字/模拟的变换,导致与原模拟信号相比有明显的信号质量下降。在数字时代,常常采用以计算机为基础的专业测量仪器作为数字网络图像质量的测试工具。
数字网络的码流分析测试
但是实际应用中由于制播网络的构架、存储量、传输压力、操作软件系统的局限,都有可能使图象数据丢失、误码、丢帧甚至出现黑场。测量对象就从模拟指标测试、数字眼图指标测试、压缩画质损失测试扩展到对网络的物理层、链路层、协议层、应用层的测试直到网络的基本功能测试了。网络的基本功能测试包括:编解码系统、操作系统、存储系统、传输系统、管理安全等。
为了测试制播网络的传输码流误码率和分析协议层的误差,我们需要了解实用的分析工具。作为一种实用的网络码流分析仪器,MTS400系列是一种新型的分析工具,是采用CaptureVuTM技术的压缩数字视频分析仪/故障排查仪。它能够实时地捕获和分析系统中的码流事件,解决系统中所存在的间断性故障和各种复杂的问题,而这正是传统分析仪所无能为力的。MTS400系列是以工业计算机为基础的压缩数字视频分析仪和故障排查仪。在产品功能上,MTS400系列超过了传统的MPEG分析仪,它既可以实时运行(分析在线码流),也可以延时工作(分析存储码流)。MTS400 系列把实时的对错误的捕获能力、创新的高速分析引擎以及仪器本身的智能性结合在一起,使它能够以特别快的速度查寻并排除MPEG传送流中的间断性故障。MTS400测试仪的界面非常人性化。它采用了新型的以节目为中心的用户界面,为普通的初级使用者提供了专家级的功能,并且配备了各种大家关心的功能以直观有效的形式显示出来。
传输带宽的压力测试
目前,各电视台投入运行的制播网络大多是所谓双网结构,即前期投入的以太网传输控制信号,大量的视频数据通过光纤网传输。制播网络的链路层传输协议符合FC/SCSI协议。视频数据的传输流则是按照MPEG2格式的PES包传输的。
当新闻编辑或者制作网络的工作站同时启动时,常常会发现视频数据丢失现象,具体表现为个别工作站档机、下载的图象文件夹黑场,更严重的是整个系统传输数据堵塞而崩溃。这是由于网络的传输带宽限制而引起的。为了测试网络的传输压力,常常是同时开通多各工作站达到临界的数据堵塞状况,这时的开通工作站数乘以每台工作站数据码率,就是网络的传输带宽。这里介绍一种测试网络数据传输带宽的软件SANergy。
SANergy是一种基于共享硬盘中文件一级权限控制的管理软件,即在同一时刻,多个工作站可以往同一个逻辑卷中进行读写操作。但同一个文件在同一时刻只能被一个工作站修改,其他工作站对该文件只读。当一个工作站向某个卷中写入或删除文件时,其他工作站会自动同步整个卷的文件和目录信息。使用SANergy的优点是,工作站不用切换卷的写权限,不用进行刷新操作便可同步所有共享硬盘的文件和目录信息。但使用SANergy管理软件要求系统必须是双网结构,即FC网和以太网并存的网络。
SANergy管理软件对网络系统的数据传输压力测试不能完全代表实际工作站读写操作的数据传输量。2003年,笔者做过一个测试,是70个工作站同时运行操作SANergy管理软件方才使系统数据堵塞,但是实际同时运行48个工作站就使系统数据堵塞了!但是不管怎样,SANergy管理软件是测试系统传输压力的很好的软件,方便而且直观。测试得出的结论是:工作站数量要乘以70%的系数,才能代表网络实际运行状况。
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