有线电视系统中的码流分析

有线数字电视系统中的码流分析数字电视按信号传输方式可以分为数字卫星电视、数字有线电视和数字地面开路电视，我国的数字电视使用欧洲的DVB标准(digitalvideobroadcast)标准。在我国数字卫星电视使用DVB-S标准、数字有线电视使用DVB-C标准、数字地面广播系统使用DVB-T标准。DVB中各种传输方式的主要区别在于使用的调制方式，因为调制方式不同它们应用的频率带宽的要求不同。为照顾到三大传输系统有最大共通性德信号处理技术，三个标准都使用MPEG-2信源编码标准和TS传输流及复用方法，而DVB三个标准只规定了他们各自的信道编码和调制规范。图1有线电视系统结构有线数字电视前端的电视信号一般通过三种途径获取：一是省网络传输公司通过SDH光纤电路下传的节目信号，经过适配器进行本地接收；二是通过卫星接收机接收卫星上的节目信号；三是本地编码器产生的节目信号；通过以上三种途径获取的都是数字电视的传输流(TS流)。前端的任务就是把从信号源送来的信号进行滤波、变频、放大、调制、混合等，使其适于在干线传输系统中进行传输。例如，对于当地强信号电视台发出的信号，一般要经过频率变换，把该频道的节目转换成其它频道，在线路中传输，以避免空中强信号直接窜入用户电视机而出现重影干扰；在VHF系统中，也需要把天线上接收到的UHF信号转换成VHF的标准频道或增补频道，以免传输时信号损失太大。从卫星接收机、微波接收机输出的视频、音频信号，以及自办广播电视节目中产生的视频、音频信号，还需要进行调制，使其变为高频信号，才能进入混合器，使各个不同的节目互不干扰地在线路中传送。在邻频传输系统中，还应采用高质量的频道处理器来处理要传输的信号，以避免相邻频道的干扰等等。因此，TS流需要通过前端的复用器、加扰机、QAM调制器、混频器后交给传输干路。在整个过程中TS流的产生和传输会受到硬件和环境多种因素的影响产生错误，最终造成用户接收不正常，例如部分节目信号丢失、画面出现马赛克、节目名称不全、电子节目指南不完整等现象。为了避免错误的产生，最好的办法就是在前端机房通过码流分析来检查TS流中存在的错误，通过不同监测点的分析和反馈来判断问题产生所在的环节，从而把影响用户收看的可能性降到最低。前端设备主要功能是产生和传输数字电视信号，但出现问题时很难排查尤其是在频点比较多的情况下。设置码流分析则方便很多，既可以通过混频器的射频信号对任意频点进行解调后检查也可以直接对某个调制器或复用器进行单个传输流的检查，这样可以大大提高前端工作人员的效率，用最短的时间排除系统故障。尽快解决问题保证输出高质量的数字电视信号也是每一个网络公司所期望的。码流分析在数字前端的另一大作用是对整个系统的验收测试，可以在系统建成的初期为系统的验收提供可靠的保障，避免各设备厂商之间推卸责任。码流分析还可以对前端技术人员的技术水平提升提供极大的帮助。技术人员在参看数字电视行业标准时，往往没有一个实物参照，而且细节部分没有明确讲解，在学习时很难理解，借助码流分析可以清楚的看到标准中规定的TS流的所有细节指标内容，使技术人员真正作到有的放矢。从而使人员技术水平得到提升，为系统的良好运行提供保证。码流分析的方法：TS流由定长的TS包（188字节）以及填充数据组成，而TS包是对PES包的一个重新封装。包头提供关于传输方面的信息，例如包标识符9ID），用来标识数据包是属于哪一个节目流的视频、音频或辅助数据。节目时钟参考（PCR）是时间标记，使接收端能将视频和音频基本数据流同步成节目流。1188字节）包同步.包ID,等PCR等视频，音频w其顺据. 右泌暮 *r （4字节） ”'自适应区1图3TS包的基本. 伯双软何1翌 ■（最高18停节）丈结构图4TS流基本结构

TS流也可以说是由多种数据组合而成，一个TS包中的数据可以是视频数据，音频数据，填充数据，PSI/SI表格数据……，也就是说，TS流实际上是有视音频数据以及其他辅助数据复用而来，这就是节目复用。MPEG-2对这部分的复用标准作了具体规定。视频数据音频数据埴充数据表格信息规频数据埴充数据表格信息PID=45PID=70PID=69PID=O PID二45 PID=69PID=O图5某段TS流结构数字电视广播中，一个频道往往能够传输多个电视节目，因此需要将多套节目的TS再进行复用，用以在信道中传输，这称为传输复用。DVB-C标准对这部分作了规定。为了从客户端分离节目复用码流，并且提供解码所需的各种参数和同步信息，码流中设置了多种检测信息，如节目专用信息（PSI），由节目关联表（PAT）、条件接收表（CAT）、节目映射表（PMT）与网络信息表（NIT）4种信息表组成；图6PSI中节目与网络的映射关系业务信息（SI），由业务群关联表（BAT）、业务描述表（SDT）、事件信息表（EIT）、运行状态表（RST）、时间和日期表（TDT）、时间偏移表（TOT）、填充表（ST）、选择信息表（STT）与间断信息表（DIT）9个表构成。原理和PSI是一样的。而MPEG-2标准有明确的协议规范，其TS流的句法和语义规定了每个参数对应的字段值，如果编码不正确或者接收有误码，就无法对TS流进行解码。因此，码流分析可以通过首先提取一段码流的二进制文件，然后按照MPEG-2标准的规定，获得所相对应位置的参数的比特值（同时按照标准来判断该值所表示的含义），再对两者进行比较，分析错误。根据实际应用需求，可对分析条目及分析结果做各种处理。因此，完整的分析方法应该包括几个过程：（1）码流采集；（2）错误分析;（3）结果处理。对于码流采集，可以通过专门的码流采集卡完成。图7码流分析过程其中，最重要的是错误分析，分析内容主要是DVB系统测量标准之一TRlO1.290定义的三个优先级。一级错误：解码器所必需。（1） 同步错误，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（节目关联表）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0.5s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）PMT（节目对照表）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0.5s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。（5） PID（包识别符）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。（6） 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。二级错误：解码器需要监控。（1） 数据传输错误：TS包头中的传输包错误指示为“1”，表示包己损坏。通过监测该包的错误，可以检测到TS码流是否连续以及信道是否稳定。（2） CRC（环冗余校验）错误：PSI和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CRC错误，而且错误持续出现，将影响解码器对某一套节目的正确解码。（3） PCR（节目时钟基准）间隔错误：PCR用于恢复接收端解码本地的27MHz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10ms或PCR整个发送间隔超过40ms，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500ns或PCR抖动量不得大于土500ns。PCR抖动过大，会影响到解码时钟抖动甚至失锁。（5） PTS（播出时间标记）错误:播出时间标记PTS重复发送时间大于700ms，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。三级错误：取决于应用需要。第三级相关数据的错误对接收端的解码以及图像质量影响较小，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。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。这三个优先级是码流质量的客观技术指标，此外，监测内容还应该包括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。码流分析仪的主要功能：利用采集卡进行二次开发的码流分析仪需要借助计算机的CPU和硬盘，共有两种分析模式：在线分析和离线分析。在线分析也就是实时分析，离线分析需要硬盘空间来记录码流。两种分析均可以通过数据接口把信息传入监控平台，以进行汇总、分类、存档或者告警等。因此，码流分析的工作模块可以表示为下图：图8码流分析的工作流程为了达到码流监测的目的，码流分析需要达到以下目标：（1）基本结构信息监测：这就正如网站的主页，必须在获取这些信息后直观的显示出来。包括TS流信息构成，TS包的包长、节目列表、PID的数量、网络ID和网络名称等。对于拥有众多节目来源的前端，掌握这些信息非常重要。（2） 带宽码率监测：包括整个TS传输流总码率、每路节目的码率和其所占带宽的比率、PSI/SI中每个表的码率、空包率和数据的码率。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。（3） 能显示PSI和SI信息，对节目信息进行查看。例如节目名称、电子节目指南（EPG）进行查询。对加扰信息进行查看：判断CA系统运行是否正常。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。（4）单独的PCR分析：在TR101-290第二优先级中，只是给出PCR的错误个数和出错PCR的PID。单独的PCR分析包括PCR的精度分析和PCR的间隔分析。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+-500ns。PCR抖动错误将影响接收端系统时钟恢复的正确性，解码时出现马赛克现象。PCR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TR101-290第二优先级中对PCR的监测，因此必须严格遵循TR101-290的标准，不能随意修改这两项设置。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。因此对PCR的分析有助于解决节目复用后和解码中的音视频同步和质量问题。三级报错：根据DVB的ETR290标准进行错误检查，对290所提及的三级码流错误进行检查并统计显示。此外，码流分析仪还需要具备一些条件：显示区域：显示信息包括码流结构显示、分析结果显示、290报警信息显示(可以清晰的发现错误产生的原因，也可以根据自行设定报警门限)、数据状态显示和查询等。这部分的扩展可以是多种显示方式，以及组合显示等。支持多种途径的信号输入，例如标准测试信号、影音资料、数字码流、射频信号等。可进行实时分析和