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)字地面開路電視，我國的數(shù)字電視使用歐洲的DVB標(biāo)準(zhǔn)(digitalvideobroadcast)標(biāo)準(zhǔn)。在我國數(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，因為調(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處理技術(shù)，三個標(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一般通過三種途徑獲取：一是省網(wǎng)絡(luò)傳輸公司通過SDH光纖電路下傳的節(jié)目信號，經(jīng)過適配器進(jìn)行本地接收；二是通過衛(wèi)星接收機接收衛(wèi)星上的節(jié)目信號；三是本地編碼器產(chǎn)生的節(jié)目信號；通過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)就是把從信號源送來的信號進(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，對于當(dāng)?shù)貜娦盘栯娨暸_發(fā)出的信號，一般要經(jīng)過頻率變換，把該頻道的節(jié)目轉(zhuǎn)換成其它頻道，在線路中傳輸，以避免空中強信號直接竄入用戶電視機而出現(xiàn)重影干擾；在VHF系統(tǒng)中，也需要把天線上接收到的UHF信號轉(zhuǎn)換成VHF的標(biāo)準(zhǔn)頻道或增補頻道，以免傳輸時信號損失太大。從衛(wèi)星接收機、微波接收機輸出的視頻、音頻信號，以及自辦廣播電視節(jié)目中產(chǎn)生的視頻、音頻信號，還需要進(jìn)行調(diào)制，使其變?yōu)楦哳l信號，才能進(jìn)入混合器，使各個不同的節(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)量的頻道處理器來處理要傳輸?shù)男盘?，以避免相鄰頻道的干擾等等。因此，TS流需要通過前端的復(fù)用器、加擾機、QAM調(diào)制器、混頻器后交給傳輸干路。在整個過程中TS流的產(chǎn)生和傳輸會受到硬件和環(huán)境多種因素的影響產(chǎn)生錯誤，最終造成用戶接收不正常，例如部分節(jié)目信號丟失、畫面出現(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。為了避免錯誤的產(chǎn)生，最好的辦法就是在前端機房通過碼流分析來檢查TS流中存在的錯誤，通過不同監(jiān)測點的分析和反饋來判斷問題產(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，但出現(xiàn)問題時很難排查尤其是在頻點比較多的情況下。設(shè)置碼流分析則方便很多，既可以通過混頻器的射頻信號對任意頻點進(jìn)行解調(diào)后檢查也可以直接對某個調(diào)制器或復(fù)用器進(jìn)行單個傳輸流的檢查，這樣可以大大提高前端工作人員的效率，用最短的時間排除系統(tǒng)故障。盡快解決問題保證輸出高質(zhì)量的數(shù)字電視信號也是每一個網(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整個系統(tǒng)的驗收測試，可以在系統(tǒng)建成的初期為系統(tǒng)的驗收提供可靠的保障，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，往往沒有一個實物參照，而且細(xì)節(jié)部分沒有明確講解，在學(xué)習(xí)時很難理解，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)的良好運行提供保證。碼流分析的方法：TS流由定長的TS包（188字節(jié)）以及填充數(shù)據(jù)組成，而TS包是對PES包的一個重新封裝。包頭提供關(guān)于傳輸方面的信息，例如包標(biāo)識符9ID），用來標(biāo)識數(shù)據(jù)包是屬于哪一個節(jié)目流的視頻、音頻或輔助數(shù)據(jù)。節(jié)目時鐘參考（PCR）是時間標(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流也可以說是由多種數(shù)據(jù)組合而成，一個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，TS流實際上是有視音頻數(shù)據(jù)以及其他輔助數(shù)據(jù)復(fù)用而來，這就是節(jié)目復(fù)用。MPEG-2對這部分的復(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，一個頻道往往能夠傳輸多個電視節(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）、運行狀態(tài)表（RST）、時間和日期表（TDT）、時間偏移表（TOT）、填充表（ST）、選擇信息表（STT）與間斷信息表（DIT）9個表構(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流的句法和語義規(guī)定了每個參數(shù)對應(yīng)的字段值，如果編碼不正確或者接收有誤碼，就無法對TS流進(jìn)行解碼。因此，碼流分析可以通過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，獲得所相對應(yīng)位置的參數(shù)的比特值（同時按照標(biāo)準(zhǔn)來判斷該值所表示的含義），再對兩者進(jìn)行比較，分析錯誤。根據(jù)實際應(yīng)用需求，可對分析條目及分析結(jié)果做各種處理。因此，完整的分析方法應(yīng)該包括幾個過程：（1）碼流采集；（2）錯誤分析;（3）結(jié)果處理。對于碼流采集，可以通過專門的碼流采集卡完成。圖7碼流分析過程其中，最重要的是錯誤分析，分析內(nèi)容主要是DVB系統(tǒng)測量標(biāo)準(zhǔn)之一TRlO1.290定義的三個優(yōu)先級。一級錯誤：解碼器所必需。（1） 同步錯誤，連續(xù)檢測到連續(xù)5個正常同步視為同步，連續(xù)檢測到2個以上不正確同步則為同步丟失錯誤。傳輸流失去同步，標(biāo)志著傳輸過程中會有一部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失，直接影響解碼后的畫面的質(zhì)量。（2） 同步字節(jié)錯誤，同步字節(jié)值不是0X47。同步字節(jié)錯誤和同步丟失錯誤的區(qū)別在于同步字節(jié)錯誤傳輸數(shù)據(jù)仍是188或204包長，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)有錯誤，嚴(yán)重時會導(dǎo)致解碼器解不出信號。（3） PAT（節(jié)目關(guān)聯(lián)表）錯誤，標(biāo)識節(jié)目相關(guān)表PAT的PID為0x0000，PAT錯誤包括標(biāo)識PAT的PID沒有至少0.5s出現(xiàn)一次，或者PID為0x0000的包中無內(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，則解碼器無法搜索到相應(yīng)節(jié)目；PAT超時，解碼器工作時間延長。（4）PMT（節(jié)目對照表）錯誤，節(jié)目映射表PMT標(biāo)識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)目時鐘參考（PCR）字段的位置。PMT錯誤包括標(biāo)識PMT的PID沒有達(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，則解碼器無法搜索到相應(yīng)節(jié)目；PMT超時，影響解碼器切換節(jié)目時間。（5） PID（包識別符）錯誤，檢查是否每一個PID都有碼流，沒有PID就不能完成該路業(yè)務(wù)的解碼。（6） 連續(xù)計數(shù)錯誤，TS包頭中的連續(xù)計數(shù)器是為了隨著每個具有相同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)計數(shù)不正確，表明當(dāng)前傳輸流有丟包、包重疊、包順序錯現(xiàn)象，會導(dǎo)致解碼器不能正確解碼。二級錯誤：解碼器需要監(jiān)控。（1） 數(shù)據(jù)傳輸錯誤：TS包頭中的傳輸包錯誤指示為“1”，表示包己損壞。通過監(jiān)測該包的錯誤，可以檢測到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）錯誤：PSI和SI出現(xiàn)錯誤，可以由CRC計算出來。以指明該包是否可用。PAT、PMT出現(xiàn)CRC錯誤，而且錯誤持續(xù)出現(xiàn)，將影響解碼器對某一套節(jié)目的正確解碼。（3） PCR（節(jié)目時鐘基準(zhǔn)）間隔錯誤：PCR用于恢復(fù)接收端解碼本地的27MHz系統(tǒng)時鐘，如果在沒有特別指明的情況下，PCR不連續(xù)發(fā)送時間一次超過10ms或PCR整個發(fā)送間隔超過40ms，則導(dǎo)致接收端時鐘抖動或者漂移，影響畫面顯示時間。（4） PCR抖動錯誤：PCR的精度必須高于500ns或PCR抖動量不得大于土500ns。PCR抖動過大，會影響到解碼時鐘抖動甚至失鎖。（5） PTS（播出時間標(biāo)記）錯誤:播出時間標(biāo)記PTS重復(fù)發(fā)送時間大于700ms，則對幀圖像正確顯示產(chǎn)生影響。PTS只有在TS未加擾時方能接收。（6） CAT錯誤:TS包頭中的加密控制段不為0，但卻沒有相應(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并控制接收機的正確接收，如果CAT表不正確，就不能正確接收。三級錯誤：取決于應(yīng)用需要。第三級相關(guān)數(shù)據(jù)的錯誤對接收端的解碼以及圖像質(zhì)量影響較小，并非是TS傳輸流的致命錯誤，但會影響一些具體應(yīng)用的正確實施。包括NIT錯誤、SI重復(fù)率錯誤、緩沖器錯誤、非指定PID錯誤、SDT錯誤、EIT錯誤、RST錯誤、TDT錯誤、空緩沖器錯誤及數(shù)據(jù)延遲錯誤。這三個優(yōu)先級是碼流質(zhì)量的客觀技術(shù)指標(biāo)，此外，監(jiān)測內(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)行二次開發(fā)的碼流分析儀需要借助計算機的CPU和硬盤，共有兩種分析模式：在線分析和離線分析。在線分析也就是實時分析，離線分析需要硬盤空間來記錄碼流。兩種分析均可以通過數(shù)據(jù)接口把信息傳入監(jiān)控平臺，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：這就正如網(wǎng)站的主頁，必須在獲取這些信息后直觀的顯示出來。包括TS流信息構(gòu)成，TS包的包長、節(jié)目列表、PID的數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)ID和網(wǎng)絡(luò)名稱等。對于擁有眾多節(jié)目來源的前端，掌握這些信息非常重要。（2） 帶寬碼率監(jiān)測：包括整個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中每個表的碼率、空包率和數(shù)據(jù)的碼率。監(jiān)測TS流的總碼率，可以防止TS流瞬間超過帶寬而影響傳輸和接收，同時也為一個通道的節(jié)目規(guī)劃設(shè)置提供了重要的參考。監(jiān)測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)計復(fù)用的情況下，當(dāng)不同優(yōu)先級別的節(jié)目因瞬間碼率過高而使預(yù)先設(shè)置的總帶寬溢出時，可能會為了保證優(yōu)先級高的節(jié)目的效果而強行對優(yōu)先級低的節(jié)目降碼率，結(jié)果影響優(yōu)先級低的節(jié)目在接收端的效果。這些都可以通過監(jiān)測TS流的節(jié)目碼率而及時掌握和處理。（3） 能顯示PSI和SI信息，對節(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。對加擾信息進(jìn)行查看：判斷CA系統(tǒng)運行是否正常。流中是否有ECM信息和EMM信息。分析PSI/SI，可以了解被監(jiān)測的TS流的復(fù)用結(jié)構(gòu)、每個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)測的是加密的TS流，還可以通過分析PSI/SI獲取相關(guān)加密信息。（4）單獨的PCR分析：在TR101-290第二優(yōu)先級中，只是給出PCR的錯誤個數(shù)和出錯PCR的PID。單獨的PCR分析包括PCR的精度分析和PCR的間隔分析。PCR的錯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抖動錯誤將影響接收端系統(tǒng)時鐘恢復(fù)的正確性，解碼時出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象。PCR間隔指兩個連續(xù)的PCR之間最大的間隔時間，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)置會直接影響TR101-290第二優(yōu)先級中對PCR的監(jiān)測，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設(shè)置。PCR間隔錯誤將導(dǎo)致接收端的時鐘抖動或漂移，影響畫面顯示時間。因此對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)量問題。三級報錯：根據(jù)DVB的ETR290標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行錯誤檢查，對290所提及的三級碼流錯誤進(jìn)行檢查并統(tǒng)計顯示。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報警信息顯示(可以清晰的發(fā)現(xiàn)錯誤產(chǎn)生的原因，也可以根據(jù)自行設(shè)定報警門限)、數(shù)據(jù)狀態(tài)顯示和查詢等。這部分的擴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輸入，例如標(biāo)準(zhǔn)測試信號、影音資料、數(shù)字碼流、射頻信號等?？蛇M(jìn)行實時分析和