数字电视播出前端MPEG码流监测

    　众所周知，数字电视信号的播出和传输质量远比模拟电视要好。但是，与配套完善的测试和监测设备的模拟电视系统相比，数字电视系统要复杂得多。MPEG信号与传统电视广播信号最大不同在于：MPEG存在多个信息层，MPEG系统监测必须能够快速准确地确定错误发生在哪一个信息层。通常协议分析工具都会提供诸如视/音频基本码流分析和测试、传输码流分析、等级图、结构解释图、语法和CRC循环校验分析、过滤、定时分析等功能。码流分析仪一般可以对活动传输码流进行各种实时分析，比如显示传输码流中的节目等级图等；还可以对部分传输码流记录，用于进一步分析，这种技术称为延时测试，比如可以用于检验时间标记的内容等。

　　本文结合辽宁电视台数字电视节目平台播出实践，探讨如何运用码流分析仪对数字电视播出前端进行监测。

数字电视码流的监测标准规范

　DVB系统测量标准之一TR 101-290定义的三个优先级，是码流监测的一项主要内容。通过这三个优先级的监测，可以检验被监测的码流是否符合MPEG-2和DVB标准。这三个优先级都包含许多不同的参数。

TR 101-290的第一优先级

　　同步错误(TS Sync Loss)

　　同步错误是衡量传输流质量的最重要的指标。传输流失去同步，表明传输过程中有一部分数据丢失，将直接影响解码后画面的质量。严重的同步丢失现象则表明传输中断，同步字节出现错误。

　　同步字节错误(Sync Byte Error)

　　同步字节错误和同步错误的区别在于传输数据包长为188字节或204字节，但同步字头的标准值为0×47，当出现同步字节错误时，同步字头的值为其他数值，表明在传输过程中部分数据出现错误，可能导致接收时出现马赛克，严重时导致解码器解不出信号。

　　包识别丢失(PID Mssing)

　　检测数据流中各套电视节目的图像/声音数据是否正确。PID丢失，将导致该套节目无法正确解码。

　　节目相关表(PAT)

　　PAT在DVB标准中用于指示当前节目及其在数据流中的位置。PAT丢失，将导致解码器无法搜索到相应的节目包，使得接收端收不到图像。如果PAT超时，则解码器工作时间延长。

　　节目对照表(PMT)

　　PMT在DVB标准中用于指示该套节目视/音频数据在传输流中的位置。某一套节目的PMT丢失，将导致解码器找不到该套节目视/音频数据，使得接收端收不到图像或声音。PMT传输超时，将影响解码器切换节目时间。

　　连续计数错误(Cont Count Error)

　　对于每一套节目的视/音频数据包而言，连续计数错误是一个很重要的指标。传输流包头连续计数不正确，表明当前传输流有丢包、错包、包重叠等现象，将导致解码器不能正确解码，图像出现马赛克等现象。

TR 101-290的第二优先级

　　数据传输错误(Transport Error)

　　TS包数据在复用/传输过程中出现错误，包头标识位置被置为1，表明包已损坏，通过监测TS包的错误，可以监测码流是否连续及稳定。

　　循环冗余校验(CRC)

　　节目专用信息(PSI)和服务信息(SI)出现错误，可以由CRC计算出来，以指明该包是否可用。PAT、PMT出现连续错误，将影响解码器对某一节目的正确解码。

　　节目参考时钟间隔错误(PCR Discont)

　　PCR用于恢复27MHz系统时钟，每40ms传输一个。PCR间隔错误，将导致接收端的时钟抖动或漂移，影响画面显示时间。

　　节目参考时钟抖动错误(PCR Jitter Error)

　　PCR抖动将影响接收端系统时钟的正确恢复，解码时会出现马赛克现象，严重时不能正常显示图像。

　　播出时间标记(PTS)

　　在DVB标准中规定PTS每700ms传输一次，PTS传输超时将影响图像正确显示。

TR 101-290的第三优先级

　　网络信息表(NIT)

　　NIT标识错误或传输超时，会导致解码器无法正确显示网络状态信息。

　　业务描述表(SDT)

　　SDT标识错误或传输超时，会导致解码器无法正确显示信道节目的信息。 

　　每路信息表(EIT)

　　EIT标识错误或传输超时，会导致解码器无法正确显示每套节目的相关服务信息。

　　此外，还有业务信息重复错误(SI Repletion Error)、缓冲器错误(Buffer Error)、运行状态表错误(RST Error)、TDT错误(TDT Error)、空缓冲器错误(Empty Buffer Error)和数据延迟错误(Data Delay Error)。

　　使用比较先进的监测设备，甚至可以检测NIT、SDT、EIT中具体错误的根源，例如NIT_Actual_Error、NIT_Other_ Error、SDT_Actual_Error、SDT_Other_ Error、EIT_Actual_Error、EIT_Other_Error、EIT_PF_Error等。相对而言，第三优先级相关数据的错误对接收端的解码及其图像质量产生的影响较小，因而一些监测设备对第三优先级中一些参数不做检测，或在监测设置上可以取消对其检测，例如缓冲器错误、空缓冲器错误和数据延迟错误。

　　由此可见，在数字电视系统中选择上述参数作为监测对象是十分必要的。其中第一、第二优先级中的参数直接关系到TS码流能否被正确解码，以及解码后节目图像和伴音的效果。这三个优先级是数字电视质量的客观技术指标，但它们不能直接用于图像质量的主观评价，这是数字电视监测与模拟电视监测的重要区别之一。

数字电视码流的监测点

　　目前，尽管数字电视的节目平台、传输平台和服务平台在播出前端的系统构架有所不同，但TS流主要还是来自于卫星、地面、有线及局域网传输，经编码器、视频服务器和其它一些数据发生设备(比如EPG服务器)等，由播出前端的复用器对这些TS流进行组合、过滤，甚至再复用至155M群，然后对下行广播与传输。为了掌握TS流的工作状态，保证安全播出，在这些环节上都应该设置监测点。

数字电视码流监测的内容

　　除了监测TR 101-290定义的三个优先级的内容外，数字电视码流监测还应该包括TS流的基本结构信息、带宽码率、PSI/SI信息、PCR分析和语法分析等内容。

TR 101-290的三个优先级

　　TR 101-290三个优先级的监测包括三个优先级下的所有参数。当然，也可以根据需要监测一个或几个参数，能够实时检测哪一个优先级下哪一个参数出现错误和错误的个数。特别是对于连续计数错误、传输字节错误、PCR抖动错误、PCR传输间隔错误，还应该通过监测系统获取其出现错误的PID号和包序号，以便进一步分析数字信号的错误信息与接收图像质量的对应关系。

TS流的基本结构信息

　　TS流的基本结构信息监测包括TS流的信息构成、TS包的包长、PSI/SI表的传输间隔、传输流的ID、PID的数量、网络ID和网络名称。

　　TS流的信息构成是指整个TS流所包含的节目数量、每个节目的节目号和节目名称、节目是否被加密等信息。其实，这些信息都是从PSI/SI中提取的简单信息。节目数量可以靠分析PMT表的数量而获得；节目号就是Service_ ID的值，并且应该和复用器、EPG上的配置相对应；节目名称来自SDT表下对应子表Service_Descriptor下的字段Service_ Name；而节目是否被加密可以通过CAT表和EMM、ECM确定。因为PSI/SI中包含了大量的信息，建议单独分出来，在需要的时候再进行细致的分析。

　　对于一个有众多节目来源的播出前端来说，能够掌握传输流的ID、PID的数量、网络ID和网络名称是非常重要的。

带宽码率监测

　　带宽码率监测包括整个TS流总码率的最小值、最大值、有效值、当前值、TS流中每路节目的码率和所占带宽的比率、PSI/SI中每个表的码率、空包率和其它数据的码率。

监测TS流的总码率，可以防止TS流瞬间超过带宽而影响传输和接收，同时也为一个通道的节目规划设置提供了重要的参考。

　　监测TS流中每路节目的码率，可以掌握每路节目的播出状况。尤其是在统计复用的情况下，当不同优先级别的节目因瞬间码率过高而使预先设置的总带宽溢出时，可能会为了保证优先级高的节目的效果而强行对优先级低的节目降码率，结果影响优先级低的节目在接收端的效果。这些都可以通过监测TS流的节目码率而及时掌握和处理。

PSI/SI分析 

　　数字电视业务信息由PSI和SI两部分构成。PSI是MPEG-2规定的，它由PAT、PMT、CAT和NIT 4个表构成，其中PAT、PMT表最为重要。SI是DVB标准规定的，它由BAT、SDT、EIT、RST、TDT、TOT、ST、SIT和DIT 9个表构成，其中BAT、SDT、EIT和TDT是强制性的。PSI/SI由“表”和“描述符”构成。表是PSI/SI的基本结构，针对特定用途，PSI/SI中规定了一系列表来实现它；表由变量和描述符组成。描述符提供了更多的描述功能。

　　节目关联表(PAT)——针对复用的每一路业务，提供相应的PMT的位置(TS包的包标识符的值)和NIT的位置。

　　节目映射表(PMT)——标识并指示组成每路业务的流的位置，及每路业务的节目时钟参考(PCR)字段的位置。

　　条件接收表(CAT)——提供复用流中条件接收系统的有关信息。这些信息属于专用数据，并依赖于条件接收系统。当有EMM时，它还包括EMM流的位置。

　　网络信息表(NIT)——提供有关物理网络的信息。

　　业务群关联表(BAT)——提供业务群相关的信息，包括业务群的名称及每个业务群中的业务列表。

　　业务描述表(SDT)——包含描述系统中业务的数据，例如业务名称、业务提供者等。

事件信息表(EIT)——包含与事件或节目相关的数据，例如事件名称、起始时间、持续时间等。不同的描述符用于不同类型的事件信息的传输，例如不同的业务类型。

　　时间和日期表(TDT)——给出与当前时间和日期相关的信息。由于这些信息更新频繁，所以需要使用一个单独的表。

　　分析PSI/SI，可以了解被监测的TS流的复用结构、每个PMT表的PID、每路节目的PCR的PID、视/音频的PID、SDT和EIT的详细信息。如果被监测的是加密的TS流，还可以通过分析PSI/SI获取相关加密信息。

PCR分析

　　一般的监测系统在TR 101-290第二优先级中，只是给出PCR的错误个数和出错PCR的PID，并把PCR的具体分析作为一个单独的模块。PCR分析包括PCR的精度分析和PCR的间隔分析。

　　PCR的精度

　　PCR的错误范围是由允许偏离正确PCR值的最大值确定的，称为PCR精度。通常PCR的精度设置在?00ns到?00ns。

　　PCR的间隔

　　指两个连续的PCR之间最大的间隔时间，DVB的默认值是40ms，MEPG-2的默认值是100ms。

PCR的精度和间隔的设置会直接影响TR 101-290第二优先级中对PCR的监测，因此必须严格遵循TR 101-290的标准，不要随意修改这两项设置。

数字电视信号监测系统

　　数字电视信号的监测是一项十分重要的工作，这就对监测与监控系统提出了需求。监测与监控系统的度量衡是码流分析仪。码流分析仪可分为两类：一类是指标鉴别级工具，它对应于以实时与非实时、固定点与非固定点随机检测，兼有判别性测试作用，如蓝拓扑最新产品BTA-S100就属于此类；另一类是指标鉴定级工具，它能对流测试中任何参数变异进行鉴定，并能对外围测量环境进行辅助鉴定，直至进行自动化码流监测与监控。如Thales的TNM-2312就是一套理想的数字电视信号监测系统，它的软件包配置十分灵活，既能在TS流层面进行有效监测，还能对节目播出内容进行监测，并通过网络与周边设备建立错误报警机制。理想的监测系统会令监测工作如虎添翼。