有線電視系統(tǒng)中的碼流分析

有線數(shù)字電視系統(tǒng)中的碼流分析數(shù)字電視按信號(hào)傳輸方式可以分為數(shù)字衛(wèi)星電視、數(shù)字有線電視和數(shù)字地面開(kāi)路電視，我國(guó)的數(shù)字電視使用歐洲的DVB標(biāo)準(zhǔn)(digitalvideobroadcast)標(biāo)準(zhǔn)。在我國(guó)數(shù)字衛(wèi)星電視使用DVB-S標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)字有線電視使用DVB-C標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)字地面廣播系統(tǒng)使用DVB-T標(biāo)準(zhǔn)。DVB中各種傳輸方式的主要區(qū)別在于使用的調(diào)制方式，因?yàn)檎{(diào)制方式不同它們應(yīng)用的頻率帶寬的要求不同。為照顧到三大傳輸系統(tǒng)有最大共通性德信號(hào)處理技術(shù)，三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都使用MPEG-2信源編碼標(biāo)準(zhǔn)和TS傳輸流及復(fù)用方法，而DVB三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了他們各自的信道編碼和調(diào)制規(guī)范。圖1有線電視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有線數(shù)字電視前端的電視信號(hào)一般通過(guò)三種途徑獲?。阂皇鞘【W(wǎng)絡(luò)傳輸公司通過(guò)SDH光纖電路下傳的節(jié)目信號(hào)，經(jīng)過(guò)適配器進(jìn)行本地接收；二是通過(guò)衛(wèi)星接收機(jī)接收衛(wèi)星上的節(jié)目信號(hào)；三是本地編碼器產(chǎn)生的節(jié)目信號(hào)；通過(guò)以上三種途徑獲取的都是數(shù)字電視的傳輸流(TS流)。前端的任務(wù)就是把從信號(hào)源送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行濾波、變頻、放大、調(diào)制、混合等，使其適于在干線傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。例如，對(duì)于當(dāng)?shù)貜?qiáng)信號(hào)電視臺(tái)發(fā)出的信號(hào)，一般要經(jīng)過(guò)頻率變換，把該頻道的節(jié)目轉(zhuǎn)換成其它頻道，在線路中傳輸，以避免空中強(qiáng)信號(hào)直接竄入用戶電視機(jī)而出現(xiàn)重影干擾；在VHF系統(tǒng)中，也需要把天線上接收到的UHF信號(hào)轉(zhuǎn)換成VHF的標(biāo)準(zhǔn)頻道或增補(bǔ)頻道，以免傳輸時(shí)信號(hào)損失太大。從衛(wèi)星接收機(jī)、微波接收機(jī)輸出的視頻、音頻信號(hào)，以及自辦廣播電視節(jié)目中產(chǎn)生的視頻、音頻信號(hào)，還需要進(jìn)行調(diào)制，使其變?yōu)楦哳l信號(hào)，才能進(jìn)入混合器，使各個(gè)不同的節(jié)目互不干擾地在線路中傳送。在鄰頻傳輸系統(tǒng)中，還應(yīng)采用高質(zhì)量的頻道處理器來(lái)處理要傳輸?shù)男盘?hào)，以避免相鄰頻道的干擾等等。因此，TS流需要通過(guò)前端的復(fù)用器、加擾機(jī)、QAM調(diào)制器、混頻器后交給傳輸干路。在整個(gè)過(guò)程中TS流的產(chǎn)生和傳輸會(huì)受到硬件和環(huán)境多種因素的影響產(chǎn)生錯(cuò)誤，最終造成用戶接收不正常，例如部分節(jié)目信號(hào)丟失、畫(huà)面出現(xiàn)馬賽克、節(jié)目名稱不全、電子節(jié)目指南不完整等現(xiàn)象。為了避免錯(cuò)誤的產(chǎn)生，最好的辦法就是在前端機(jī)房通過(guò)碼流分析來(lái)檢查T(mén)S流中存在的錯(cuò)誤，通過(guò)不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分析和反饋來(lái)判斷問(wèn)題產(chǎn)生所在的環(huán)節(jié)，從而把影響用戶收看的可能性降到最低。前端設(shè)備主要功能是產(chǎn)生和傳輸數(shù)字電視信號(hào)，但出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)很難排查尤其是在頻點(diǎn)比較多的情況下。設(shè)置碼流分析則方便很多，既可以通過(guò)混頻器的射頻信號(hào)對(duì)任意頻點(diǎn)進(jìn)行解調(diào)后檢查也可以直接對(duì)某個(gè)調(diào)制器或復(fù)用器進(jìn)行單個(gè)傳輸流的檢查，這樣可以大大提高前端工作人員的效率，用最短的時(shí)間排除系統(tǒng)故障。盡快解決問(wèn)題保證輸出高質(zhì)量的數(shù)字電視信號(hào)也是每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)公司所期望的。碼流分析在數(shù)字前端的另一大作用是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的驗(yàn)收測(cè)試，可以在系統(tǒng)建成的初期為系統(tǒng)的驗(yàn)收提供可靠的保障，避免各設(shè)備廠商之間推卸責(zé)任。碼流分析還可以對(duì)前端技術(shù)人員的技術(shù)水平提升提供極大的幫助。技術(shù)人員在參看數(shù)字電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，往往沒(méi)有一個(gè)實(shí)物參照，而且細(xì)節(jié)部分沒(méi)有明確講解，在學(xué)習(xí)時(shí)很難理解，借助碼流分析可以清楚的看到標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的TS流的所有細(xì)節(jié)指標(biāo)內(nèi)容，使技術(shù)人員真正作到有的放矢。從而使人員技術(shù)水平得到提升，為系統(tǒng)的良好運(yùn)行提供保證。碼流分析的方法：TS流由定長(zhǎng)的TS包（188字節(jié)）以及填充數(shù)據(jù)組成，而TS包是對(duì)PES包的一個(gè)重新封裝。包頭提供關(guān)于傳輸方面的信息，例如包標(biāo)識(shí)符9ID），用來(lái)標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)包是屬于哪一個(gè)節(jié)目流的視頻、音頻或輔助數(shù)據(jù)。節(jié)目時(shí)鐘參考（PCR）是時(shí)間標(biāo)記，使接收端能將視頻和音頻基本數(shù)據(jù)流同步成節(jié)目流。1188字節(jié)）包同步.包ID,等PCR等視頻，音頻w其順據(jù). 右泌暮 *r （4字節(jié)） ”'自適應(yīng)區(qū)1圖3TS包的基本. 伯雙軟何1翌 ■（最高18停節(jié)）丈結(jié)構(gòu)圖4TS流基本結(jié)構(gòu)

TS流也可以說(shuō)是由多種數(shù)據(jù)組合而成，一個(gè)TS包中的數(shù)據(jù)可以是視頻數(shù)據(jù)，音頻數(shù)據(jù)，填充數(shù)據(jù)，PSI/SI表格數(shù)據(jù)……，也就是說(shuō)，TS流實(shí)際上是有視音頻數(shù)據(jù)以及其他輔助數(shù)據(jù)復(fù)用而來(lái)，這就是節(jié)目復(fù)用。MPEG-2對(duì)這部分的復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)作了具體規(guī)定。視頻數(shù)據(jù)音頻數(shù)據(jù)埴充數(shù)據(jù)表格信息規(guī)頻數(shù)據(jù)埴充數(shù)據(jù)表格信息PID=45PID=70PID=69PID=O PID二45 PID=69PID=O圖5某段TS流結(jié)構(gòu)數(shù)字電視廣播中，一個(gè)頻道往往能夠傳輸多個(gè)電視節(jié)目，因此需要將多套節(jié)目的TS再進(jìn)行復(fù)用，用以在信道中傳輸，這稱為傳輸復(fù)用。DVB-C標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這部分作了規(guī)定。為了從客戶端分離節(jié)目復(fù)用碼流，并且提供解碼所需的各種參數(shù)和同步信息，碼流中設(shè)置了多種檢測(cè)信息，如節(jié)目專用信息（PSI），由節(jié)目關(guān)聯(lián)表（PAT）、條件接收表（CAT）、節(jié)目映射表（PMT）與網(wǎng)絡(luò)信息表（NIT）4種信息表組成；圖6PSI中節(jié)目與網(wǎng)絡(luò)的映射關(guān)系業(yè)務(wù)信息（SI），由業(yè)務(wù)群關(guān)聯(lián)表（BAT）、業(yè)務(wù)描述表（SDT）、事件信息表（EIT）、運(yùn)行狀態(tài)表（RST）、時(shí)間和日期表（TDT）、時(shí)間偏移表（TOT）、填充表（ST）、選擇信息表（STT）與間斷信息表（DIT）9個(gè)表構(gòu)成。原理和PSI是一樣的。而MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)有明確的協(xié)議規(guī)范，其TS流的句法和語(yǔ)義規(guī)定了每個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)的字段值，如果編碼不正確或者接收有誤碼，就無(wú)法對(duì)TS流進(jìn)行解碼。因此，碼流分析可以通過(guò)首先提取一段碼流的二進(jìn)制文件，然后按照MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，獲得所相對(duì)應(yīng)位置的參數(shù)的比特值（同時(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷該值所表示的含義），再對(duì)兩者進(jìn)行比較，分析錯(cuò)誤。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，可對(duì)分析條目及分析結(jié)果做各種處理。因此，完整的分析方法應(yīng)該包括幾個(gè)過(guò)程：（1）碼流采集；（2）錯(cuò)誤分析;（3）結(jié)果處理。對(duì)于碼流采集，可以通過(guò)專門(mén)的碼流采集卡完成。圖7碼流分析過(guò)程其中，最重要的是錯(cuò)誤分析，分析內(nèi)容主要是DVB系統(tǒng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)之一TRlO1.290定義的三個(gè)優(yōu)先級(jí)。一級(jí)錯(cuò)誤：解碼器所必需。（1） 同步錯(cuò)誤，連續(xù)檢測(cè)到連續(xù)5個(gè)正常同步視為同步，連續(xù)檢測(cè)到2個(gè)以上不正確同步則為同步丟失錯(cuò)誤。傳輸流失去同步，標(biāo)志著傳輸過(guò)程中會(huì)有一部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失，直接影響解碼后的畫(huà)面的質(zhì)量。（2） 同步字節(jié)錯(cuò)誤，同步字節(jié)值不是0X47。同步字節(jié)錯(cuò)誤和同步丟失錯(cuò)誤的區(qū)別在于同步字節(jié)錯(cuò)誤傳輸數(shù)據(jù)仍是188或204包長(zhǎng)，但同步字頭的0X47被其他數(shù)字代替。這表明傳輸?shù)牟糠謹(jǐn)?shù)據(jù)有錯(cuò)誤，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致解碼器解不出信號(hào)。（3） PAT（節(jié)目關(guān)聯(lián)表）錯(cuò)誤，標(biāo)識(shí)節(jié)目相關(guān)表PAT的PID為0x0000，PAT錯(cuò)誤包括標(biāo)識(shí)PAT的PID沒(méi)有至少0.5s出現(xiàn)一次，或者PID為0x0000的包中無(wú)內(nèi)容，或者PID為0x0000的包的包頭中的加密控制段不為0。PAT丟失或被加密，則解碼器無(wú)法搜索到相應(yīng)節(jié)目；PAT超時(shí)，解碼器工作時(shí)間延長(zhǎng)。（4）PMT（節(jié)目對(duì)照表）錯(cuò)誤，節(jié)目映射表PMT標(biāo)識(shí)并指示了組成每路業(yè)務(wù)的流的位置，及每路業(yè)務(wù)的節(jié)目時(shí)鐘參考（PCR）字段的位置。PMT錯(cuò)誤包括標(biāo)識(shí)PMT的PID沒(méi)有達(dá)到至少0.5s出現(xiàn)一次，或者所有包含PMT表的PID的包的包頭中的加密控制段不為0；PMT被加密，則解碼器無(wú)法搜索到相應(yīng)節(jié)目；PMT超時(shí)，影響解碼器切換節(jié)目時(shí)間。（5） PID（包識(shí)別符）錯(cuò)誤，檢查是否每一個(gè)PID都有碼流，沒(méi)有PID就不能完成該路業(yè)務(wù)的解碼。（6） 連續(xù)計(jì)數(shù)錯(cuò)誤，TS包頭中的連續(xù)計(jì)數(shù)器是為了隨著每個(gè)具有相同PID的TS包的增加而增加，為解碼器確定正確的解碼順序。TS包頭連續(xù)計(jì)數(shù)不正確，表明當(dāng)前傳輸流有丟包、包重疊、包順序錯(cuò)現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致解碼器不能正確解碼。二級(jí)錯(cuò)誤：解碼器需要監(jiān)控。（1） 數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤：TS包頭中的傳輸包錯(cuò)誤指示為“1”，表示包己損壞。通過(guò)監(jiān)測(cè)該包的錯(cuò)誤，可以檢測(cè)到TS碼流是否連續(xù)以及信道是否穩(wěn)定。（2） CRC（環(huán)冗余校驗(yàn)）錯(cuò)誤：PSI和SI出現(xiàn)錯(cuò)誤，可以由CRC計(jì)算出來(lái)。以指明該包是否可用。PAT、PMT出現(xiàn)CRC錯(cuò)誤，而且錯(cuò)誤持續(xù)出現(xiàn)，將影響解碼器對(duì)某一套節(jié)目的正確解碼。（3） PCR（節(jié)目時(shí)鐘基準(zhǔn)）間隔錯(cuò)誤：PCR用于恢復(fù)接收端解碼本地的27MHz系統(tǒng)時(shí)鐘，如果在沒(méi)有特別指明的情況下，PCR不連續(xù)發(fā)送時(shí)間一次超過(guò)10ms或PCR整個(gè)發(fā)送間隔超過(guò)40ms，則導(dǎo)致接收端時(shí)鐘抖動(dòng)或者漂移，影響畫(huà)面顯示時(shí)間。（4） PCR抖動(dòng)錯(cuò)誤：PCR的精度必須高于500ns或PCR抖動(dòng)量不得大于土500ns。PCR抖動(dòng)過(guò)大，會(huì)影響到解碼時(shí)鐘抖動(dòng)甚至失鎖。（5） PTS（播出時(shí)間標(biāo)記）錯(cuò)誤:播出時(shí)間標(biāo)記PTS重復(fù)發(fā)送時(shí)間大于700ms，則對(duì)幀圖像正確顯示產(chǎn)生影響。PTS只有在TS未加擾時(shí)方能接收。（6） CAT錯(cuò)誤:TS包頭中的加密控制段不為0，但卻沒(méi)有相應(yīng)的PID為0x0001的條件接收表CAT，或在PID為0x0001的包中發(fā)現(xiàn)非CAT表。CAT表將指出授權(quán)管理信息EMM包的PID并控制接收機(jī)的正確接收，如果CAT表不正確，就不能正確接收。三級(jí)錯(cuò)誤：取決于應(yīng)用需要。第三級(jí)相關(guān)數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤對(duì)接收端的解碼以及圖像質(zhì)量影響較小，并非是TS傳輸流的致命錯(cuò)誤，但會(huì)影響一些具體應(yīng)用的正確實(shí)施。包括NIT錯(cuò)誤、SI重復(fù)率錯(cuò)誤、緩沖器錯(cuò)誤、非指定PID錯(cuò)誤、SDT錯(cuò)誤、EIT錯(cuò)誤、RST錯(cuò)誤、TDT錯(cuò)誤、空緩沖器錯(cuò)誤及數(shù)據(jù)延遲錯(cuò)誤。這三個(gè)優(yōu)先級(jí)是碼流質(zhì)量的客觀技術(shù)指標(biāo)，此外，監(jiān)測(cè)內(nèi)容還應(yīng)該包括TS流的基本結(jié)構(gòu)信息、帶寬碼率、PSI/SI信息、PCR分析和語(yǔ)法分析等內(nèi)容。碼流分析儀的主要功能：利用采集卡進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的碼流分析儀需要借助計(jì)算機(jī)的CPU和硬盤(pán)，共有兩種分析模式：在線分析和離線分析。在線分析也就是實(shí)時(shí)分析，離線分析需要硬盤(pán)空間來(lái)記錄碼流。兩種分析均可以通過(guò)數(shù)據(jù)接口把信息傳入監(jiān)控平臺(tái)，以進(jìn)行匯總、分類、存檔或者告警等。因此，碼流分析的工作模塊可以表示為下圖：圖8碼流分析的工作流程為了達(dá)到碼流監(jiān)測(cè)的目的，碼流分析需要達(dá)到以下目標(biāo)：（1）基本結(jié)構(gòu)信息監(jiān)測(cè)：這就正如網(wǎng)站的主頁(yè)，必須在獲取這些信息后直觀的顯示出來(lái)。包括TS流信息構(gòu)成，TS包的包長(zhǎng)、節(jié)目列表、PID的數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)ID和網(wǎng)絡(luò)名稱等。對(duì)于擁有眾多節(jié)目來(lái)源的前端，掌握這些信息非常重要。（2） 帶寬碼率監(jiān)測(cè)：包括整個(gè)TS傳輸流總碼率、每路節(jié)目的碼率和其所占帶寬的比率、PSI/SI中每個(gè)表的碼率、空包率和數(shù)據(jù)的碼率。監(jiān)測(cè)TS流的總碼率，可以防止TS流瞬間超過(guò)帶寬而影響傳輸和接收，同時(shí)也為一個(gè)通道的節(jié)目規(guī)劃設(shè)置提供了重要的參考。監(jiān)測(cè)TS流中每路節(jié)目的碼率，可以掌握每路節(jié)目的播出狀況。尤其是在統(tǒng)計(jì)復(fù)用的情況下，當(dāng)不同優(yōu)先級(jí)別的節(jié)目因瞬間碼率過(guò)高而使預(yù)先設(shè)置的總帶寬溢出時(shí)，可能會(huì)為了保證優(yōu)先級(jí)高的節(jié)目的效果而強(qiáng)行對(duì)優(yōu)先級(jí)低的節(jié)目降碼率，結(jié)果影響優(yōu)先級(jí)低的節(jié)目在接收端的效果。這些都可以通過(guò)監(jiān)測(cè)TS流的節(jié)目碼率而及時(shí)掌握和處理。（3） 能顯示PSI和SI信息，對(duì)節(jié)目信息進(jìn)行查看。例如節(jié)目名稱、電子節(jié)目指南（EPG）進(jìn)行查詢。對(duì)加擾信息進(jìn)行查看：判斷CA系統(tǒng)運(yùn)行是否正常。流中是否有ECM信息和EMM信息。分析PSI/SI，可以了解被監(jiān)測(cè)的TS流的復(fù)用結(jié)構(gòu)、每個(gè)PMT表的PID、每路節(jié)目的PCR的PID、視/音頻的PID、SDT和EIT的詳細(xì)信息。如果被監(jiān)測(cè)的是加密的TS流，還可以通過(guò)分析PSI/SI獲取相關(guān)加密信息。（4）單獨(dú)的PCR分析：在TR101-290第二優(yōu)先級(jí)中，只是給出PCR的錯(cuò)誤個(gè)數(shù)和出錯(cuò)PCR的PID。單獨(dú)的PCR分析包括PCR的精度分析和PCR的間隔分析。PCR的錯(cuò)誤范圍是由允許偏離正確PCR值的最大值確定的，稱為PCR精度。通常PCR的精度設(shè)置在+-500ns。PCR抖動(dòng)錯(cuò)誤將影響接收端系統(tǒng)時(shí)鐘恢復(fù)的正確性，解碼時(shí)出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象。PCR間隔指兩個(gè)連續(xù)的PCR之間最大的間隔時(shí)間，DVB的默認(rèn)值是40ms，MEPG-2的默認(rèn)值是100ms。PCR的精度和間隔的設(shè)置會(huì)直接影響TR101-290第二優(yōu)先級(jí)中對(duì)PCR的監(jiān)測(cè)，因此必須嚴(yán)格遵循TR101-290的標(biāo)準(zhǔn)，不能隨意修改這兩項(xiàng)設(shè)置。PCR間隔錯(cuò)誤將導(dǎo)致接收端的時(shí)鐘抖動(dòng)或漂移，影響畫(huà)面顯示時(shí)間。因此對(duì)PCR的分析有助于解決節(jié)目復(fù)用后和解碼中的音視頻同步和質(zhì)量問(wèn)題。三級(jí)報(bào)錯(cuò)：根據(jù)DVB的ETR290標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行錯(cuò)誤檢查，對(duì)290所提及的三級(jí)碼流錯(cuò)誤進(jìn)行檢查并統(tǒng)計(jì)顯示。此外，碼流分析儀還需要具備一些條件：顯示區(qū)域：顯示信息包括碼流結(jié)構(gòu)顯示、分析結(jié)果顯示、290報(bào)警信息顯示(可以清晰的發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤產(chǎn)生的原因，也可以根據(jù)自行設(shè)定報(bào)警門(mén)限)、數(shù)據(jù)狀態(tài)顯示和查詢等。這部分的擴(kuò)展可以是多種顯示方式，以及組合顯示等。支持多種途徑的信號(hào)輸入，例如標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)、影音資料、數(shù)字碼流、射頻信號(hào)等?？蛇M(jìn)行實(shí)時(shí)分析和