扬州电视台高标清同播播出系统硬件测试
本文主要从测试依据和思路、视频通道特性测试、音频通道特性测试、图像质量客观测试、二级存储系统读写性能测试、SDI信号监测与报警测试、关键设备及服务冗余可靠性测试等方面，对扬州电视台高标清同播播出系统硬件测试情况进行总结和介绍。
【摘要】 本文主要从测试依据和思路、视频通道特性测试、音频通道特性测试、图像质量客观测试、二级存储系统读写性能测试、SDI信号监测与报警测试、关键设备及服务冗余可靠性测试等方面，对扬州电视台高标清同播播出系统硬件测试情况进行总结和介绍。
【关键词】 高标清同播播出系统 视频通道特性 音频通道特性 图像质量 二级存储系统读写性能
扬州电视台遵循广电总局《广播电视安全播出管理规定》（62号令）及其实施细则，基于全台网环境，采用先进的高清化、文件化、网络化、自动化技术，选用技术指标符合国标和广电行业标准的高性价比、高安全可靠的设备，于2013年12月26日设计建成了高效实用、功能完备的江苏省内第一家城市台新闻综合频道高标清同播播出系统，该系统以主备高清播出视频服务器、高清总控矩阵和主备高清切换器为核心，由主备播控工作站控制主备高清播出视频服务器、主备高清P2卡放像机、主备高清切换器等完成在线播出。
一．测试依据和思路
我们主要依据GY/T155-2000《高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值》、GY/T157-2000《演播室高清晰度电视数字视频信号接口》、GB/T14857-1993《演播室数字电视编码参数规范》、GB/T17953-2000《标准清晰度电视4:2:2数字分量视频信号接口》、GY/T243-2010《标准清晰度电视数字视频通道技术要求和测量方法》、GY/165-2000《电视中心播控系统数字播出通道技术指标和测量方法》、GB/T22150-2008《电视广播声音和图像的相对定时》、GB3174-1995《PAL-D制电视广播技术规范》等技术标准和规范以及《扬州电视台高标清同播播出系统技术要求》，采用高清SDI数字视频（嵌入音频）信号发生器TEK TG8000、数字视频波形监视器TEK WFM700和TEK WFM7200、视频综合测试仪TEK VM700T、图像质量分析仪PQA500等测试仪器和存储性能测试软件等，对新闻综合频道高标清同播播出系统的视频通道特性、音频通道特性、图像质量、二级存储系统读写性能、SDI信号监测与报警、关键设备与服务冗余可靠性等技术指标进行测试。
根据已有的认知和经验，我们将我台高标清同播播出系统的数字视频通道按照通道特性和测试要求的不同，划分为A、B两种类型。
A类通道为不经过任何视频信号处理的通道，图像质量应没有任何损伤，通道输出端与通道输入端的所有图像有效数据区的数据应完全一致。对于A类通道，只需要进行SDI接口特性测试、SDI信号格式测试、误码秒测试、增强性测试、SDI嵌入音频特性测试等，无需进行SDI通道模拟分量视频特性测试、图像质量客观测试、色域误差测试等。
B类通道为带复杂视频信号处理（如上下变换、压缩编解码、色域变换等）的通道，图像质量会受到损伤。对于B类通道，需要进行SDI接口特性测试、SDI信号格式测试、增强性测试、SDI通道模拟分量视频特性测试、图像质量客观测试、色域误差测试、SDI嵌入音频特性测试等，无需进行误码秒的测试。
限于篇幅，笔者仅仅列出高标清同播播出系统主通道的测试结果。
二．视频通道特性测试
2．1HD-SDI主通道特性
HD-SDI信号由HD-SDI分配器-1输入分配后，经HD主切换器、HD主键控器、HD-SDI分配器-2、HD主3×1切换开关，由HD-SDI分配器-3输出，该通道属于A类通道。
2．1．1HDTV节目图像特性（如表1）
表1 HDTV节目图像特性测试结果
|
测试项目 |
技术要求 |
测试结果 |
结果判定 |
|
行有效取样数 |
1920 |
1920 |
合格 |
|
帧有效行数 |
1080 |
1080 |
合格 |
2．1．2HDTV节目图像扫描特性（如表2）
表2 HDTV节目图像扫描特性测试结果
|
监测项目 |
技术要求 |
测试结果 |
结果判定 |
|
帧总行数 |
1125 |
1125 |
合格 |
|
隔行比 |
2:1（隔行） |
2:1（隔行） |
合格 |
|
帧频（Hz） |
25 |
25 |
合格 |
|
每行总取样点数 |
|
|
合格 |
2．1．3隔行扫描系统场周期定时规范（如表3）
表3 隔行扫描系统场周期定时规范测试结果
|
监测项目 |
技术要求 |
测试结果 |
结果判定 |
|
第一场的第一行 |
1 |
1 |
合格 |
|
第一场数字场消隐的最后一行 |
20 |
20 |
合格 |
|
第一场有效视频的第一行 |
21 |
21 |
合格 |
|
第一场有效视频的最后一行 |
560 |
560 |
合格 |
|
第二场数字场消隐的第一行 |
561 |
561 |
合格 |
|
第一场的最后一行 |
563 |
563 |
合格 |
|
第二场的第一行 |
564 |
564 |
合格 |
|
第二场数字场消隐的最后一行 |
583 |
583 |
合格 |
|
第二场有效视频的第一行 |
584 |
584 |
合格 |
|
第二场有效视频的最后一行 |
1123 |
1123 |
合格 |
|
第一场数字场消隐的第一行 |
1124 |
1124 |
合格 |
|
第二场的最后一行 |
1125 |
1125 |
合格 |
2．1．4HD-SDI定时参考信号
这里介绍的是对HD-SDI信号的定时参考信号（用于高清数字视频同步的定时基准信号）TRS数据格式进行的检查测试。TRS数据嵌入在扫描逆程中，TRS数据包括SAV和EAV两种定时基准码，SAV表示每个视频数据块的开始，EAV表示每个视频数据块的结束，SAV和EAV中的F、V、H各位的取值表示场识别（F）、场/帧消隐期（V）、行消隐期（H）的状态，TRS数据能够纠正1个比特错、检测2个比特错，SAV和EAV看似简单，但往往由于串接在系统视频通道中的某些设备会引入错误，如果TRS数据格式不对，就会导致HD-SDI信号难以正确同步，TRS数据字在全场中每一行的SAV和EAV必须符合表4中的位置和数值（16进制）。
对TRS数据的测试可以理解为是检查HD-SDI信号通道中各级设备在数据层的同步、成帧和误码性能，也即检查HD-SDI信号通道和收发两端是否符合约定的标准和协议。在实际测试中，对1125/50i标准格式的HD-SDI信号的SAV和EAV测试，一般使用符合GY/T 157-2000《演播室高清晰度电视数字视频信号接口》要求的表4来进行。
表4 HD-SDI定时参考信号测试结果
|
样点号 |
技术要求 |
测试结果 |
技术要求 |
测试结果 |
技术要求 |
测试结果 |
技术要求 |
测试结果 |
|
1到20行 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 2D8 2D8 |
合格 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 2AC2AC |
合格 |
|
21到560行 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 274 274 |
合格 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 200 200 |
合格 |
|
561到563行 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 2D8 2D8 |
合格 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 2AC2AC |
合格 |
|
564到583行 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 3C4 3C4 |
合格 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 3B0 3B0 |
合格 |
|
584到1123行 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 368 368 |
合格 |
3FF3FF 000 000 |
合格 |
000 000 31C 31C |
合格 |
|
1124到1125行 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 3C4 3C4 |
合格 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 3B0 3B0 |
合格 |
2．1．5HD-SDI接口特性（见表5）
表5 HD-SDI接口特性测试结果
|
监测项目 |
单位 |
技术要求 |
测试结果 |
结果判定 |
|
|
信号幅度 |
mV |
800±80 |
737 |
合格 |
|
|
上升时间 |
ps |
＜270 |
156 |
合格 |
|
|
下降时间 |
ps |
＜270 |
148 |
合格 |
|
|
上升和下降时间的偏差 |
ps |
＜100 |
8 |
合格 |
|
|
上冲 |
% |
＜10 |
1.0 |
合格 |
|
|
下冲 |
% |
＜10 |
1.6 |
合格 |
|
|
直流电平偏移 |
mV |
±500 |
8.1 |
合格 |
|
|
抖动 |
100kHz高通滤波 |
UI |
＜0.2 |
0.06 |
合格 |
|
10Hz高通滤波 |
UI |
＜1 |
0.8 |
合格 |
|
|
CRC误码秒数 |
--- |
0 |
0 |
合格 |
|
2．2HD-SDI上载→播出主通道特性
HD-SDI信号由高清主上载工作站控制高清主视频服务器编码通道采集为MPEG-2IBP/50Mbps素材文件，再由高清主视频服务器解码通道输出HD-SDI信号，该通道属于B类通道。
2．2．1HDTV节目图像特性（见表6）
表6 HDTV节目图像特性测试结果
|
监测项目 |
技术要求 |
测试结果 |
结果判定 |
|
行有效取样数 |
1920 |
1920 |
合格 |
|
帧有效行数 |
1080 |
1080 |
合格 |
2．2．2HDTV节目图像扫描特性（见表7）
表7 HDTV节目图像扫描特性测试结果
|
监测项目 |
技术要求 |
测试结果 |
结果判定 |
|
帧总行数 |
1125 |
1125 |
合格 |
|
隔行比 |
2:1（隔行） |
2:1（隔行） |
合格 |
|
帧频（Hz） |
25 |
25 |
合格 |
|
每行总取样点数 |
|
|
|
2．2．3隔行扫描系统场周期定时规范（见表8）
表8 隔行扫描系统场周期定时规范测试结果
|
监测项目 |
技术要求 |
测试结果 |
结果判定 |
|
第一场的第一行 |
1 |
1 |
合格 |
|
第一场数字场消隐的最后一行 |
20 |
20 |
合格 |
|
第一场有效视频的第一行 |
21 |
21 |
合格 |
|
第一场有效视频的最后一行 |
560 |
560 |
合格 |
|
第二场数字场消隐的第一行 |
561 |
561 |
合格 |
|
第一场的最后一行 |
563 |
563 |
合格 |
|
第二场的第一行 |
564 |
564 |
合格 |
|
第二场数字场消隐的最后一行 |
583 |
583 |
合格 |
|
第二场有效视频的第一行 |
584 |
584 |
合格 |
|
第二场有效视频的最后一行 |
1123 |
1123 |
合格 |
|
第一场数字场消隐的第一行 |
1124 |
1124 |
合格 |
|
第二场的最后一行 |
1125 |
1125 |
合格 |
2．2．4HD-SDI定时参考信号（见表9）
表9 HD-SDI定时参考信号测试结果
|
样点号 |
技术要求 |
测试结果 |
技术要求 |
测试结果 |
技术要求 |
测试结果 |
技术要求 |
测试结果 |
|
1到20行 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 2D8 2D8 |
合格 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 2AC 2AC |
合格 |
|
21到560行 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 274 274 |
合格 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 200 200 |
合格 |
|
561到563行 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 2D8 2D8 |
合格 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 2AC 2AC |
合格 |
|
564到583行 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 3C4 3C4 |
合格 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 3B0 3B0 |
合格 |
|
584到1123行 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 368 368 |
合格 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 31C 31C |
合格 |
|
1124到1125行 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 3C4 3C4 |
合格 |
3FF 3FF 000 000 |
合格 |
000 000 3B0 3B0 |
合格 |
2．2．5HD-SDI接口特性（见表10）
表10 HD-SDI接口特性测试结果
|
监测项目 |
单位 |
技术要求 |
测试结果 |
结果判定 |
|
|
信号幅度 |
mV |
800±80 |
753 |
合格 |
|
|
上升时间 |
ps |
＜270 |
187 |
合格 |
|
|
下降时间 |
ps |
＜270 |
126 |
合格 |
|
|
上升和下降时间的偏差 |
ps |
＜100 |
61 |
合格 |
|
|
上冲 |
% |
＜10 |
1.2 |
合格 |
|
|
下冲 |
% |
＜10 |
1.2 |
合格 |
|
|
直流电平偏移 |
mV |
±500 |
19.2 |
合格 |
|
|
抖动 |
100kHz高通滤波 |
UI |
＜0.2 |
0.06 |
合格 |
|
10Hz高通滤波 |
UI |
＜1 |
0.2 |
合格 |
|
|
CRC误码秒数 |
--- |
0 |
0 |
合格 |
|
|
音视频相对延时 |
ms |
-30~22.5 |
-1 |
合格 |
|
2．2．6HD-SDI通道视频特性（见表11）
表11 HD-SDI通道视频特性测试结果
|
监测项目 |
单位 |
测试结果 |
|||
|
Y |
Cb |
Cr |
|||
|
输出幅度 |
mV |
700.5 |
700.5 |
700.5 |
|
|
幅频 |
频率 |
MHz |
0~30 |
0~15 |
0~15 |
|
幅度 |
dB |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
|
|
非线性失真 |
% |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
|
|
闪电 |
--- |
未见异常 |
|||
|
矢量 |
--- |
未见异常 |
|||
2．3HD-SDI→SD-SDI主通道特性
HD-SDI信号由HD-SDI分配器-1输入分配后，经HD主切换器、HD主下变换器，由SD-SDI主分配器输出，该通道属于B类通道。
2．3．1SD-SDI接口特性（见表12）
表12 SD-SDI接口特性测试结果
|
监测项目 |
单位 |
技术要求 |
测试结果 |
结果判定 |
|
|
SDI幅度 |
mV |
800±80 |
876 |
合格 |
|
|
上升时间 |
ps |
400~1500 |
533 |
合格 |
|
|
下降时间 |
ps |
400~1500 |
523 |
合格 |
|
|
上升时间和下降时间之差 |
ps |
＜500 |
10 |
合格 |
|
|
上冲 |
% |
＜10 |
0.0 |
合格 |
|
|
下冲 |
% |
＜10 |
0.0 |
合格 |
|
|
直流电平偏移 |
mV |
±500 |
87.5 |
合格 |
|
|
抖动 |
1kHz高通滤波 |
UI |
＜0.2 |
0.07 |
合格 |
|
10Hz高通滤波 |
UI |
＜0.2 |
0.12 |
合格 |
|
|
SDI接口的数据格式 |
--- |
GY/T 243-2010 |
符合要求 |
合格 |
|
|
图像有效数据区数据的误码秒数 |
--- |
0 |
0 |
合格 |
|
|
音视频相对延时 |
ms |
-30~22.5 |
-1 |
合格 |
|
2．3．2SD-SDI通道视频特性（见表13）
表13 SD-SDI通道视频特性测试结果
|
监测项目 |
单位 |
测试结果 |
|||
|
Y |
Cb |
Cr |
|||
|
输出幅度 |
mV |
700.3 |
700.3 |
700.3 |
|
|
幅频 |
频率 |
MHz |
0~5.75 |
0~2.75 |
0~2.75 |
|
幅度 |
dB |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
|
|
非线性失真 |
% |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
|
|
闪电 |
--- |
未见异常 |
|||
|
矢量 |
--- |
未见异常 |
|||
3 音频通道特性测试
我台高标清同播播出系统采用了SDI嵌入音频方式，对系统音频通道特性所作的测试主要是：
3．1HD-SDI主通道特性（见表14）
HD-SDI嵌入音频信号由HD-SDI分配器-1输入分配后，经HD主切换器、HD主键控器、HD-SDI分配器-2、HD主3×1切换开关，由HD-SDI分配器-3输出，该通道属于A类通道。
表14 音频通道特性测试结果
|
监测项目 |
单位 |
测试结果 |
||
|
CH1 |
CH2 |
|||
|
幅频 |
频率 |
Hz |
50~20k |
50~20k |
|
幅度 |
dB |
0.0 |
0.0 |
|
|
谐波失真 |
% |
0.003 |
0.003 |
|
|
最大输入电平 |
dBFS |
0 |
0 |
|
|
电平差 |
dB |
0.0 |
||
|
相位差 |
° |
0.0 |
||
3．2HD-SDI上载→播出主通道特性（见表15）
HD-SDI嵌入音频信号由高清主上载工作站控制高清主视频服务器编码通道采集为MPEG-2IBP/50Mbps素材文件，再由高清主视频服务器解码通道输出HD-SDI信号，该通道属于B类通道。
表15 音频通道特性测试结果
|
监测项目 |
单位 |
测试结果 |
||
|
CH1 |
CH2 |
|||
|
幅频 |
频率 |
Hz |
50~20k |
50~20k |
|
幅度 |
dB |
0.0 |
0.0 |
|
|
谐波失真 |
% |
0.001 |
0.001 |
|
|
最大输入电平 |
dBFS |
0 |
0 |
|
|
电平差 |
dB |
0.0 |
||
|
相位差 |
° |
0.0 |
||
3．3HD-SDI→SD-SDI主通道特性（见表16）
HD-SDI嵌入音频信号由HD-SDI分配器-1输入分配后，经HD主切换器、HD主下变换器，由SD-SDI主分配器输出，该通道属于B类通道。
表16 音频通道特性测试结果
|
监测项目 |
单位 |
测试结果 |
||
|
CH1 |
CH2 |
|||
|
幅频 |
频率 |
Hz |
50~20k |
50~20k |
|
幅度 |
dB |
0.0 |
0.0 |
|
|
谐波失真 |
% |
0.003 |
0.003 |
|
|
最大输入电平 |
dBFS |
0 |
0 |
|
|
电平差 |
dB |
0.0 |
||
|
相位差 |
° |
0.0 |
||
4 图像质量客观测试（见表17）
在对HD-SDI上载→播出主通道的图像质量进行客观测试时，我们让高清主上载工作站控制高清主视频服务器编码通道以MPEG-2IBP/50Mbps码率将高清测试图像采集为素材文件，再由高清主视频服务器解码通道输出HD-SDI信号，测试其客观图像质量，该通道属于B类通道。在图像质量客观测试结果中，PQR值越小，图像质量越好；PQR值=1，图像质量基本没有损伤；PQR值=3，图像质量损伤可察觉但不明显；PQR值=10，图像质量损伤明显。
PSNR值越大，图像质量越好。
表17 图像质量客观测试结果
|
测试项目测试图像序列 |
PQR |
DMOS |
PSNR |
|
花坛 |
1.6 |
3.3 |
34.6 |
|
转盘 |
1.1 |
1.2 |
38.2 |
|
男篮 |
1.4 |
2.1 |
36.8 |
|
秋叶 |
2.6 |
6.7 |
30.8 |
|
旋转的鸟笼 |
1.9 |
3.6 |
35.6 |
|
演播室访谈 |
1.6 |
2.7 |
36.7 |
|
平均值 |
1.7 |
3.3 |
35.5 |
5 二级存储系统读写性能测试
我们采用专业级存储性能测试软件PStoreConsole_2.8.5.2_analyse.exe，并选择系统中10台工作站参与测试二级存储系统的读写性能。主二级存储系统的单纯读性能测试结果为689.1MB/s。主二级存储系统的单纯写性能测试结果为297.6MB/s。主二级存储系统在混合读写时所测的读性能为22.5MB/s、写性能为295.7MB/s，总的混合读写性能为318.2MB/s。
6 SDI信号监测与报警测试（见表18）
系统配置了1台高清、1台标清SDI信号自动监测报警器和1台两路HD-SDI信号一致性监测与报警服务器。
表18 SDI信号监测与报警测试结果
|
测试项目 |
预期结果 |
测试结果 |
|
主备路PGM/ HD-SDI信号一致性监测与报警 |
可实时监测主备高清PGM信号同步状态，当主备高清PGM信号不一致时，会提供声光报警提示 |
通过 |
|
PGM/ HD-SDI监测与报警 |
可监测PGM/HD-SDI信号故障，如出现彩条、静帧、静音等故障时，提供声光报警，并可在监测报警系统界面查询和显示报警记录 |
通过 |
|
PGM/ SD-SDI监测与报警 |
可监测PGM/SD-SDI信号故障，如出现彩条、静帧、静音等故障时，提供声光报警，并可在监测报警系统界面查询和显示报警记录 |
通过 |
7 关键设备及服务冗余可靠性测试（见表19）
主要是测试播出视频服务器、播控工作站、数据库和二级存储系统、切换器的冗余备份功能。
表19 关键设备及服务冗余可靠性测试结果
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测试项目 |
预期结果 |
测试结果 |
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播出视频服务器 |
系统具备主备两台高清播出视频服务器，同时分别受控于主备播控工作站，两台播出视频服务器输出的信号可通过切换器手动切换为频道主输出 |
通过 |
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播控工作站 |
系统具备主备两台播控工作站，主备播控工作站之间可通过软件界面按钮手动倒换 |
通过 |
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数据库 |
系统具备主备两台数据库服务器，备数据库每天定时从主数据库同步数据，在客户端通过手动修改数据库服务器的IP地址可进行数据库倒换 |
通过 |
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二级存储系统 |
系统具备主备两套二级存储系统，主备二级存储系统之间实时同步数据，在客户端通过手动修改二级存储系统的域名或IP地址可进行二级存储系统倒换 |
通过 |
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切换器 |
系统具备主备两只切换器，主备切换器之间可采用自动和手动（手动优先）进行倒换 |
通过 |
8 结语
为了动态掌控、全面验证和正确评估我台新闻综合频道高标清同播播出系统的各项技术性能和功能，确保高标清同播的安全可靠性和广播级技术质量，我们对高标清同播播出系统硬件进行了每半年一次的定期客观测试，测试结果表明，系统的视频通道特性、音频通道特性、图像质量、二级存储系统读写性能、SDI信号监测与报警、关键设备及服务冗余可靠性等全部指标均符合系统设计要求。
