95122有线数字电视系统的参数及测量

卜瑞锋

　　有线数字电视系统包括编解码、复用和传输等多个环节，整个过程涉及的技术指标较多，其中的关键参数影响着数字信号质量和整个系统的稳定性，所以必须对关键技术参数进行了解和测试。

　　有线数字电视系统中，模拟视音频信号按照MPEG-2标准经过抽样、量化及压缩编码形成基本码流ES，基本码流ES是不分段的连续码流。把基本码流分割成段，并加上相应的头文件打包形成打包的基本码流PES，PES包和包之间可以是不连续的。在传输时将PES包再分段打成有固定长度188 B的传送包码流TS。TS流经系统复用加入PSI/SI及加密信息形成多路节目传输流，最后经过64QAM调制及上变频形成射频信号在HFC网中传输，在用户终端经解码恢复模拟音视频信号。

　　在有线数字系统中，TS码流参数和系统传输网络参数是需要了解和测试的重点内容。

　　1传输码流参数及测试

　　对MPEG-2 TS流参数的测试，主要是依据“DVB系统测试指导”文件ETR290，测试并不依赖于任何商用解码器及芯片，而使用MPEG-2 TS系统目标解码器（T-STD）的标准解码程序。
MPEG-2 TS流参数的监测和特性分析包括TR101290测试标准3级错误检测、PSI/SI信息分析、TS流语法分析、PCR分析及缓冲区分析等。一般采用码流分析仪对TS流进行检测分析。

　　1.1TR101290的3级错误分析

　　依据DVB最新的TR101290测试标准将DVB/MPEG-2 TS流的测试错误指示分为3个等级，第一等级是可正确解码所必须的几个参数；第二等级是达到同步后可连续工作必须的参数和需要周期监测的参
数；第三等级是依赖于应用的几个参数。

　　第一级共6种错误，包括：同步丢失错误、同步字节错误、PAT错误、连续计数错误、PMT错误及设置PID错误。（1）传送码流同步丢失：连续检测到连续5个正常同步视为同步，连续检测到2个以上不正确同步则为同步丢失错误。传输流失去同步，标志着传输过程中会有一部分数据丢失，直接影响解码后的画面的质量。（2）同步字节错误：同步字节值不是0X47。同步字节错误和同步丢失错误的区别在于同步字节错误传输数据仍是188或204包长，但同步字头的0X47被其他数字代替。这表明传输的部分数据有错误，严重时会导致解码器解不出信号。（3）PAT错误：标识节目相关表PAT的PID为0x0000，PAT错误包括标识PAT的PID没有至少0.5 s出现一次，或者PID为0x0000的包中无内容，或者PID为0x0000的包的包头中的加密控制段不为0。PAT丢失或被加密，则解码器无法搜索到相应节目；PAT超时，解码器工作时间延长。（4）连续计数错误：TS包头中的连续计数器是为了随着每个具有相同PID的TS包的增加而增加，为解码器确定正确的解码顺序。TS包头连续计数不正确，表明当前传输流有丢包、包重叠、包顺序错现象，会导致解码器不能正确解码。（5）PMT错误：节目映射表PMT标识并指示了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。PMT错误包括标识PMT的PID没有达到至少0.5 s出现一次，或者所有包含PMT表的PID的包的包头中的加密控制段不为0。PMT被加密，则解码器无法搜索到相应节目；PMT超时，影响解码器切换节目时间。（6）设置PID错误：检查是否每一个PID都有码流，没有PID就不能完成该路业务的解码。

　　第二级共6种错误，包括：传输错误、CRC错误、PCR间隔错误、PCR抖动错误、PTS错误及CAT错误。（1）传输错误：TS包头中的传送包错误指示为“1”，表示在相关的传送包中至少有1个不可纠正的错误位，只有在错误被纠正之后，该位才能被重新置0。而一旦有传送包错，就不再从错包中得出其他错误指示。（2）CRC错误：在PSI和SI的各种表中出现循环冗余检测码CRC出错，说明这些表中的信息有错，这时不再从出现错误的表中得出其他错误信息。（3）PCR间隔错误：PCR用于恢复接收端解码本地的27 MHz系统时钟，如果在没有特别指明的情况下，PCR不连续发送时间一次超过100 ms或PCR整个发送间隔超过40 ms，则导致接收端时钟抖动或者漂移，影响画面显示时间。（4）PCR抖动错误：PCR的精度必须高于500 ns或PCR抖动量不得大于±500 ns。PCR抖动过大，会影响到解码时钟抖动甚至失锁。（5）PTS错误：播出时间标记PTS重复发送时间大于70 ms，则对帧图像正确显示产生影响。PTS只有在TS未加扰时方能接收。（6）CAT错误：TS包头中的加密控制段不为0，但却没有相应的PID为0x0001的条件接收表CAT，或在PID为0x0001的包中发现非CAT表。CAT表将指出授权管理信息EMM包的PID并控制接收机的正确接收，如果CAT表不正确，就不能正确接收。

　　第三级共10种错误，包括：NIT错误、SI重复率错误、缓冲器错误、非指定PID错误、SDT错误、EIT错误、RST错误、TDT错误、空缓冲器错误及数据延迟错误。第三等级错误并非是TS传输流的致命错误，但会影响一些具体应用的正确实施。

　　1.2PCR分析

　　尽管PCR间隔错误和PCR抖动错误列在第二优先级中，但与第一优先级的参数有同样重要的地位。
按照GB/T 17975.1-2000第2.7.3节的规定，同一节目里两个连续PCR的时间间隔不能超过100 ms。在数字电视广播应用中，PCR的时间间隔应不大于40 ms。解码器要能够对PCR间隔在100 ms以内的节目正确操作。

　　在MPEG-2标准中，假设在传输中所有参量的延迟都是一样的，编码器和解码器之间的延迟是固定的，则解码器利用接收到的PCR值，通过锁相环PLL锁定本地系统时钟，使解码器服从于编码器，从而产生解码与播放的同步信号。但是在实际中，如果由于时钟的突然变化或再复用时对PCR的修改或传输码率的变化或传输网络抖动等原因，改变了固定的延迟，就有可能引起已有的PCR值与实际接收到的PCR应该具有的值之间的差异，这就是PCR的抖动。PCR抖动也就是PCR的不准确度，是相对于平均值的偏移。平均值有时也称为内插值，不是真正接收到的值，而是无抖动时的理想值。对于MPEG-2标准，PCR抖动量≤±4 ms，对于DVB标准，PCR抖动量≤±500 ns（即PCR的精度必须高于500 ns）。

　　1.3缓冲区（Buffer）分析

　　缓冲区分析用于分析系统和各路节目的系统目标解码器的缓冲器的存储情况，其中缓冲器容量表示该缓冲器的大小；缓冲器数据量表示某时刻在缓冲器中存在的数据的百分数；缓冲器出口速率表示不同类型的数据离开缓冲器的速度；MPEG-2规定的缓冲器错误有上溢错误、下溢错误、空缓冲器错误及数据延迟错误，描述了缓冲器出现的不同的错误的次数。

　　1.4PSI/SI分析

　　PSI/SI分析就是分析PSI/SI各个表中的所有信息，直到最底层的描述子信息，并且需要分析从PSI/SI各个表中提取的主要参数形成的带宽信息、节目信息、音视频信息、EPG信息和复用结构信息。

　　2传输网络技术参数及测试

　　经过MPEG-2信源编码和MPEG-2 TS传输流复用后生成的MPEG-2传输复用包经过扰码、RS编码及卷积交织后，进行64QAM调制形成中频调制信号，中频调制信号经过上变频转为射频信号然后送入HFC网传送到用户。

　　QAM是二维调制技术，在实现时采用正交调幅的方式，某一星座点在I坐标上的投影去调制同相载波的幅度，在Q坐标上的投影去调制正交载波的幅度，然后将两个调幅信号相加就是所需的调相信号。由于QAM是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比特，因此在最小距离相同的条件下，QAM星座图中可以容纳更多的星座点，即可实现更高的频带利用率，但QAM会受到载波幅度失真的影响，其可靠性不如PSK。

　　数字电视和模拟电视的频谱结构及能量分布完全不同。由于QAM中的调幅是平衡调幅，抑止了载波，因而从频谱分析仪上看，一个数字频道的已调信号，像一个抬高了的噪声平台，均匀地平铺于整个限定带宽内。伴音信号在MPEG-2编码时，已经与图像信号以包的形式复用到了一起，因而，一个数字电视频道，不但没有所谓图像载波，也没有伴音载波。

　　数字频道的存在，非线性产物对模拟频道的干扰明显比数字频道严重，所以应当把数字64QAM信道功率配置为比模拟信道图像载波峰值电平低至10 dB。

　　2.1数字电视的信号电平及其测量方法

　　QAM调制的数字电视信号，没有图像载波电平可取，整个限定的带宽内是平顶的，无峰值可言。所以，QAM数字频道的电平是用被测频道信号的平均功率来表达的，称为数字频道平均功率。在用户端电缆信号系统出口处要求：信号电平为47～67 dBμV（比模拟电视信号的要求低10 dB），数字相邻频道间最大电平差为≤3 dB,数字频道与相邻模拟频道间最大电平差为≤13 dB。

　　测量的方法是对整个频道进行扫描、抽样，由于每一个随机抽样点的功率也是随机分布的，所以把每一个抽样点的功率值取平均。这种测量功能是模拟电平测试仪器不具备的，所以不能用模拟电平表测量数字频道电平，把结果进行修正当作数字频道电平，而只能用数字表测量数字频道平均功率电平，测量时应当把频率设定在该频道的中心频率处。

　　2.2数字电视的噪声电平及其测量方法

　　测量模拟频道噪声时，在模拟频道取噪声测试点，只要偏离图像载频即可。而由于数字电视的类白噪声性质的频谱分布，测量数字频道噪声不能使用模拟频道的测量方法。数字频道内有用能量也像噪声，没有什么特点把它们分开，所以测量噪声，要到被测频道的邻频道去取样，并且这个邻频道应当是空闲的。

　　可以采用频谱分析仪或者矢量分析仪和误比特率（BER）分析仪测量数字信号电平和数字系统的噪声电平。

　　2.3误码率及其测量方法

　　数字电视信号是离散的信号，接收到的数字电视信号要么是稳定、清晰的图像，要么就是中断（包括马赛克、静帧），具有“断崖效应”的特点。信号的这种变化，只与传输的误码率有关，所以把误码率作为衡量系统信号质量劣变程度的最重要的指标。在RS解码前的TS流的误码率规定为不劣于10