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全面考虑信号分析

2009-03-04 Doug Iles Broadcast Australia公司系统开发经理 依马狮广电资讯网


    大量补充的数据服务开启了数字广播的新时代,也给网络管理带来了相关的挑战。本文探讨全面的信号监测最新发展趋势。
    在数字广播的新时代,电视服务绝非仅仅包括视频和音频的传输。如辅助数据服务、交互和多频道广播这样的创新服务随之带来了很多需要得到广播网络支持的崭新和先进的技术。
    广播网络运行和管理内最重要的发展之一是数字服务的警戒性监测需求。错误机会存在于数字信号整个生命周期,从内容源基本编码、传输流编码和复用,一直到射频(RF)信号的传输和接收。全面的服务监测对保证任何错误在达到一个临界水平前得到检测和纠正极为重要。
    此外,从诊断的观点来看,现在越来越强调隔离一个复用信号内个别节目的能力。在共享数字网络环境内,每个内容提供商都需要其节目得到正确播出的保证,而且很可能只关心复用信号内某一个码流。独立的传输服务提供商因此必须表明对个别码流上一致同意的规范的依从。
    为支持这些信号监测的大需求,必须有一种尖端的网管系统(NMS)。此NMS集合和分析单独的告警信号和测试结果,使支持员工能以增大的速度和精确性跟踪故障的根本原因。

RF质量
    数字传输由于其固有特性,允许监测和评估一批不同的参数。不过,在可能性和实用,经济之间找到平衡是非常重要的。
    首先考虑RF信号。例行测量如误码率(BER)、信号电平和载噪比这样的基本参数。但是,信号质量的最佳指示也许是调制误差率(MER)。这种方式测量被传输的噪声和失真量,并作为服务提供商的一种“品质因数”。它往往被用作一种两级告警:第一级出现于MER降至某一值时,第二级发生于信号完全丢失时。
    MER规格根据广播目的不同而不同。固定接收的DVB-T服务在MER低至20dB时也能满意地运行,但以一个单频网(SFN)运行时,此数字必须接近30dB。在手机电视情况下,MER必须超过30dB,原因是手持装置面对的是复杂的接收环境。
    由于对每个站点,数据、码率和频率都必须完全相同,工作于单频网模式的网络要求一大批额外的检查及实施精确的时间补偿。因此在SFN站点监测发射信号定时和频率是必要的。由于信号强度小小的下降可能潜在地影响很大部分的观众,因此发射功率监测对SFN网同样重要。

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    对SFN网定时的其中一种基本测试是关于频道脉冲响应(CIR)测量。CIR描述频道性能,为在给定位置接收到的信号提供信号强度对时延的图形显示。

控制MPEG码流
    发射机的上行信号是DVB-T MPEG传输流。不同来源的个别服务用数字复用器(MUX)聚集,结果是需要监测一个极其复杂的数据流的完整性,因为任何故障或错误都可能使服务失效且可能干扰复用内的其它服务。
    例如,用于DVB服务的MPEG传输流由包含一个“报头”和一个“净荷”的传输包组成。报头包含如传输误差指示、传输加扰协议及必不可少的“包标识符”(PID)等的关键信息。
    PID与一批对DVB-T成功播出非常重要的索引表协同使用。它们提供允许节目内容被接收机重新装配的重要信息。这些表及其它许多表和数据(包括确定杜比(Dolby)、MPEG-1、MPEG-2等的编码结构的服务描述符)对确保服务质量都非常之关键。

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专门服务和专门检查
    除了上述的对DVB-T的基本的传输流检查,还存在许多对“专门”服务的附加检查,这些专门服务如多媒体家庭平台(MHP)交互数据轮播(或信息广播)和手机电视。
    MHP是一种DVB交互数据广播规范,在MHP规范内内容在传输流上周期性地传输。用户然后询问他们的MHP机顶盒(STB),在选择的数据围绕着传输流循环时,此机顶盒把它检索出来。相同的系统也可用于像软件文件这样的对象下载。除了监测MHP轮播的PID和DVB-T要求的MPEG表,监测决定此信息下载到机顶盒所花费的时间的适当的数据率和周期时间也很重要。
    手机电视技术也产生独有的监测和分析问题,如确保内容保护和加密系统正确运行等。DVB-H另一大要求是在电池供电的手持接收器内省电,这使信号定时很重要。DVB-H采用“时间分片”结构解决此问题,在此结构中传输的是短信息脉冲,而不是连续的信号,这使得接收器能省下短脉冲之间的电力。
    测量传输短脉冲的长度很重要,测量传输短脉冲间的时间漂移也很有必要。此测定量“ΔT抖动(delta-tjitter)”指示下一个短脉冲信息是否在正确时间被传输。
    还有一个额外的纠错层——“多协议封装—前向纠错”(MPE-FEC)作用于DVB-H信号。因此,必须确定发生的错误在MPE-FEC施加前是否要得到这样的纠错,或它们对其的施加是否适当。此外,传输到手持装置的电子服务指南(ESG)监测对手机电视特别重要。ESG内的文件定义源IP地址和编码信息,这使接收器能解码接收的信号。

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回到信源
    在某电视信号被编码和复用在进入MPEG传输流之前,信号整体分析方案扩展到监测此信号的信源编码。这包括监测内容连续性以便确保任何信号或信号定时损失得到即时告警。
    为测量信源编码质量,常使用两个参数:平均意见得分(MOS)和图像信噪比(PSNR)。MOS从由一组培训过的人员进行的音频质量主观测量,发展到也用于视频测量的实时、基于机器的测试。此测试包含标准化的数字表达的质量指示器,提供很好的视频质量测量,但相当独立于实际视频内容。
    PSNR是一种功率测量,较易定义,但不一定提供与观众满意度的很好的相关。镜头可能是嘈杂的,导致PSNR数值很差,可按照人类感觉,讨厌程度可能相当低。此外,虽然PSNR比MOS更易于测量,但由于视频图像的常变特性,重复性较差。因此,MOS常常被视为更可靠的图像质量测量方式。
    在部署了统计复用时,视频质量测量能力变得很重要。这种情况下,由于在统计复用中带宽是可变的,分配给内容提供商的带宽是不固定的。服务提供商要保证服务指定的质量水平,很可能由MOS测量。
    一个受青睐的经验性测量是“置信度监测”,在这种测量中实时输送的信号允许网络运行中心(NOC)操作员和内容提供商等广播节目是可接受的。更进一步的措施是“符合性监测”,在这种监测中内容流被记录和存储以便在发生争论的情况下确切显示播出的内容,或保证广告或监管承诺得以实现。

保持完整性
    保证数字电视广播服务的完整性显然比对模拟电视的要复杂得多。不仅要测量的参数数量极多,而且在服务层提供分析的要求也日益增加,导致能提供此数据的先进技术的开发。这突出显示完善的网络运行中心以及一个能把全部这些监测技术和服务集成到一个公共平台的先进NMS的重要性。收集和监测大量数据流与按照此信息修复出现的任何故障是两码事。
    然而,为了维持商业可行性,网络运营商依然面对确定哪些是关键测量,哪些只是理想的测量的挑战。独立的广播服务提供商将特别关注证明对一致同意的规范的符合性。因此,在数字广播时代,保持信号的完整性及全面检查网络的能力是新基本要素,这比以往任何时候都更要求数字信号的全面的核查。

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