（信号与信息处理专业论文）嵌入式mpeg2码流分析仪的设计.pdf

中文摘要 数字电视是一种全新的广播方式和电视未来的发展趋势，它具有图像质量 好、频带利用率高和互动性的优势，必将取代模拟电视。数字电视监测分析设备 是数字电视开发和应用中必不可少的测试和调试工具，在设备的制造、网络的安 装、广播业务的正常运行监控等领域中将有广泛的应用，因此各种数字电视监测 分析设备的研制和开发是十分必要的。 论文的主要工作是设计一种基于“c p l d + d s p ”架构的嵌入式码流分析仪。首 先，对数字电视传输流的监测标准规范和监测内容进行学习；然后对m p e g 一2 系统层标准进行了深入的研究。接着通过对a d s p b f 5 3 1 进行深入的学习，详细 了解了它的内核结构、总线结构、中断管理、外设以及开发工具等。在此基础上， 提出了一种以a d s p b f 5 31 芯片为核心的采用“c p l d + d s p ”架构的嵌入式码流 分析仪设计方案。本方案由硬件和软件两部分组成，硬件结构主要完成码流的输 入和暂存功能，软件结构负责码流的数据分析。最后，给出了代码优化后的实验 结果。 目前，本文设计的码流分析仪已具备了码流离线分析功能，能够监测的内容 包括三级监测、t s 流的基本结构信息、带宽码率、p s i s l 信息、p c r 分析、语 法分析等内容。与基于p c 架构的码流分析仪相比，本文设计的基于a d s p b f 5 3 1 的嵌入式码流分析仪具有成本低、体积小、稳定性好等优点。 关键词：数字电视传输流m p e g 2 码流分析仪a d s p b f 5 3 l a bs t r a c t d i g h a lt vi sab r a n - n e wb r o a d c a s t i n gm o d ea n dat r e n do ft vd e v e l o p m e n t 1 t w i l lr e p l a c et h ea n a l o gt vf o re x c e l l e mp i c t u r e ，l o w e rb a n d w i d t ho fap r o g r 锄a n d b i - d i r e c t i o n a it r a n s p o r t a san e c e s s a wd e b u gt o o li nt h ed e v e l o p m e ma n d 印p l i c a t i o n o fd i g i t a lt e l e v i s i o n ，d i g i t a lt vm o n t o ra n da n a l y s i sd e v i c ew i l lb eb r o a d l ya p p l e dt o d e v i c em a n u f a c t u r e ，n e t 、v o r ki n s t a l l a t i o n ，m o n i t o ro fs e r v i c er u n n i n gs t a t u sa n ds oo n s o ti sn e c e s s a r yt or e s e a r c ha n dd e v e l o pd i g i t a lt vm o n i t o ra n da n a l y s i sd e v i c e t h i st h e s i si sb a s e do nt h ed e s i g no fa “c p l d + d s p ”s t l l j c t u r eo ft h ee m b e d d e d s t r e a ma n a l y z e r f i r s t l y ，t h ea u t h o rl e a r n st h em o n i t o r i n gs t a n d a r d sa n dc o m e n t so f d i g i t a lt vt r a n s p o r ts t r e a m ，t h e ns t u d k st h es t a n d a u r d so ft h em p e g - 2s y s t e ml a y e r s e c o n d l y ，t h ea u t h o rl e a r n st h es t m c t u r eo ft h ec o r e ，i n t e r m p t i o nm a n a g e m e n t ，t h e s t r u c t u r eo ft h eb u s ，p e r i p h e r a l sa n dt o o l so ft h ea d s p b f 5 31 b a s e do na b o v ea l l ， t h et h e s i sp r o p o s ead e s i g no ft h ee m b e d d e ds t r e 锄a n a l y z e rw t ht h e “c p l d + d s p ” s t r u c t u r eu s i n ga d s p - b f 5 31a st h ec o r e t h ed e s i g ni sc o m p o s e do f h a r d w a r et oi n p u t a n ds t o r et h et r a n s p o r ts t r e a ma n ds o r w a r et oa n a l y z et h et r a n s p o r ts t r e a m f i n a l l y ， t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r eg i v e na f t e rt h ec o d eo p t i m 泣a t i o n a tp r e s e n t ，t h et r a n s p o i r ts t r e a ma n a l y z e rw 讣t h e 如n c t i o no fo 矾i n ea n a l y s i s c a nm o n i t o rt h eb a s i ci n f o r m a t i o no ft h es t r u c t u r eo ft h et r a n s p o r ts t r e a m ，t h er a t eo f t h eb a n d w i d t h ，p s i s lm f o r m a t i o n ，a n a l y s i so ft h ep c r ，t h ea n a l y s i so ft h e 扩a m m a r a n ds oo n c o m p a r e dw t ht h et r a n s p o r ts t r e a ma n a l y z eb a s e do nt h es 拓u c t u r eo ft h e p c ，t h ee m b e d d e ds t r e a ma n a l y z e rb a s e do na d s p b f 5 3lh a sal o wc o s t ，s m a l ls i z e ， g o o ds t a b i l i t y ，a n do t h e ra d v a n t a g e s k e yw o r d s ：d i g i 谢t e l e v i s i o n 订a i l s p o ns 仃e a n l ，m p e g - 2 ，t r a 肥p 酣s t r e a ma m l y z e r ， a d s p b f 5 3l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨盗盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：李廷勇 签字日期：2 。8 年6 月6 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞叁堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：辱廷勇 签字日期：2 0 0 3 年月6 日厂汐 月，汐 伙r 脚 茗勺 沙 名 期 签 日 师 字 导 签 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着社会信息化的发展，传统的模拟电视节目已不能满足人们对收视多样 化、个性化的要求，于是数字电视应运而生。1 9 9 4 年1 1 月，在新加坡召开的i t u 大会上，m p e g 2 标准正式被批准为国际标准。从此，信源处理符合m p e g 2 标 准的数字电视系统获得了飞速的发展。一些发达国家先后确立了自己的数字电视 标准。a t s c ( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e ) 是美国1 9 9 3 年制定的数 字电视标准；d v b ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ) 是欧洲的数字电视广播标准；日 本从l9 8 3 年开始研究i s d b ( i m e g r a t e ds e r v i c e sd i g t a lb r o a d c a s t i n g ) 综合业务 数字广播，1 9 9 9 年制定了i s d b 地面广播标准，用于地面数字视频、数字音频和 数据广播。我国数字电视发展现在已进入实质性阶段，2 0 1 0 年我国计划全面实 现数字广播技术，2 0 1 5 年停止模拟广播电视的播出，从而迈进数字化电视时代。 数字电视是采用数字信号广播图像和声音的电视系统，它在电视信号的获 取、产生、处理、传输、接收和存储的各个环节中都采用数字信号或对数字信号 进行处理。我国现在推广的“数字电视”主要是指在传输阶段使用数字技术。它 是一个可以承载综合业务，以视频业务为主；可以采用多种传输媒介，结合单向 广播与各种回传通道技术的数字平台。 相比传统的模拟电视，数字电视主要有以下几点优势： 1 图像质量高 数字电视采用二进制纠错编码技术，对可能出现的误码具有纠错能力，和模 拟电视相比，几乎不产生图像失真。电视用户的图象伴音质量完全取决于发送 端编码器的质量水平。即使偶尔出现了个别的错码，在接收端可采用“误码掩蔽” 技术，使图象的损坏降低到不易被察觉的程度。 2 抗干扰能力强 模拟电视信号在传输过程中，特别是地面广播情况下受外界干扰严重，因此 图象质量受时间和地势的影响比较大，效果总是不能令人满意。数字信号在传输 中也会受干扰，但由于其基本信号只有高、低两种电平，即使做长距离传输或是 多代复制，波形出现了较大失真，只需通过均衡和再生，仍可无失真地重现原来 的信号波形，图象质量不会因此而下降。 3 内容丰富 第一章绪论 电视频道数量可以在现有的基础上扩增数倍，于此同时，还有大量的互动图 文信息、声音广播节目、网络游戏等非传统电视类内容和应用加入进来，如浏览 网页、炒股、发送电子邮件、享受远程教育和电视购物等，用户将乐此不疲。 4 设备利用率高、发射功率低 数字设备同模拟设备相比较，在调整方便、运行可靠性、稳定性、平均故障 率等诸方面都有极明显的优势。 5 计费准确收费合理 数字电视可以准确地根据用户使用情况进行计费。用户将根据自己选择和制 定的节目付费。看多少节目付多少费；看什么节目付什么费，付费将更趋合理。 在席卷全球的数字化浪潮中，继黑白和彩色电视之后的第三代电视一数字电 视，必将成为2 l 世纪新的经济增长点。 1 2m p e g 标准介绍 m p e g 即活动图象专家组，它是隶属于国际标准化组织( i s o ) 和国际电工委 员会( i e c ) 的一个委员会。i e c 处理有关电学和电子学技术的国际标准；除此之 外的其它各种国际标准实际上均由i s o 处理。在信息技术的早期，i s o 和i e c 建立了联合技术委员会( j t c l ) 以从事于i t 方面的工作。j t c l 下面有一些工作组， 其中就包括印e g ( 联合图片专家组) 和w g l l ，而w g l l 就是m p e g 【n j 。 在m p e g 会议召集人意大利l e o n a r d oc h i a r i g l i o n e 博士的领导下，该委员会 于19 8 8 年成立。在正常情况下每年举行四次m p e g 会议，会议代表由19 8 8 年 的1 5 人左右发展到2 0 0 2 年约3 0 0 人。m p e g 确立了一系列标准并得到了普遍的 采纳，例如m p e g 1 、m p e g 2 和m p 3 音频压缩标准( m p e g 1 音频，层3 ) 。 这一情形在m p e g 4 时有些变化，但并非是因为标准本身有什么缺陷，而是因为 出版准许条款以及对第一条款有强烈反响致使长期延误，该条款最终于2 0 0 2 年 前期获得出版。 1 2 1m p e g 1 标准 m p e g 1 系统，即i s o i e cl l1 7 2 ，它是第一个用于运动图象的国际压缩标 准，开发于1 9 8 8 至19 9 2 年间。与j p e g 一样，它使用了d c t 变换，系数量化 和可变字长编码，但它包含了用于时间域压缩的运动补偿。 m p e g 1 由以下三部分组成： 系统i s o i e cl11 7 2 1 ，多路复用结构。 i s o i e c1 11 7 2 2 ，视频编码。 2 第一章绪论 i s o i e cl l1 7 2 3 ，音频编码。 m p e g 1 在技术上显示了巨大的成功。它设计用于s i f 图象格式，即3 5 2 2 8 8 f 2 5 h zp a l ) 或3 5 2 2 4 0 ( 3 0 h zn t s c ) 的图象码流压缩系统及其相关音频码 流，其压缩后的总数据率大约为1 5 m b i t 秒。这样的数据率适用于t l 数据电路 传送和c d r o m 重放系统，所具有的图象分辨率与家用视频录像机大致相当。 只要看一下音频c d 的数量，就知道m p e g 1 获得了多么大的成功。标准的音频 c d ，它携带有双通道音频，取样率为4 4 1 i 洫分辨率为1 6 比特。音频数据传输 率可达1 5 m b i t 秒。这样，m p e g 1 对视音频的压缩使得视频和音频都具有相同 的数据传输率。c i f 格式是欧洲和美国s i f ( 信源输入格式) 的折衷格式，它的空 间域分辨率为6 2 5 s i f ( 3 5 2 2 8 8 ) 和时间域分辨率5 2 5 s i f ( 2 9 9 7 h z ) 。这一格式是 视频会议的基础。m p e g 1 可以设计用于c i f 图象，但没有处理隔行扫描图象 的相应工具，正因为如此，它对广播电视没有造成太大的影响。在结束m p e g 1 的讨论之前，需要注意的是要看标准中所包含的实际内容以及它是如何实现互操 作性的。 m p e g 1 标准定义了一整套工具、比特流的句法以及解码器的工作方式。但 它并没有定义编码器的工作方式一它可以是能够提供有效句法比特流的任何设 备。还有，该标准既没有定义图象质量，也没有定义编码质量，从而允许开发各 种编码技术而无需改变现有的标准，也不会造成现有解码器的废弃。这种模式沿 用在整个m p e g 标准中。这种模式的采用，所带来的成功是明显的：尽管m p e g 2 是应用于视频的，但在今天的d v b 传输系统应用中，仍然将m p e g 1 中层2 音 频作为主要的音频压缩系统。 1 2 2m 咿e g 一2 标准 m p e g 一1 于1 9 9 1 年终止修订，就在这一年启动了m p e g 2 进程。m p e g 2 最 终于1 9 9 4 年成为一个标准。m p e g 2 进程中，最初的目标是很简单的，即需要 一个能够适应广播视频质量的标准。这种编码应当能够完全满足标准清晰度图象 ( 7 0 4 4 8 0 ，在2 9 9 7 时和7 0 4 5 7 6 ，在2 5 h z 时) 的需求，并能有效地用于 隔行扫描视频编码。 m p e g 2 在许多方面都代表着m p e g 时代的到来。将m p e g 的巨大灵活性 与大规模集成电路日益增长的可用性相结合，这就意味着m p e g 2 具有非常广泛 的应用。m p e g 3 的终结是m p e g 2 成功的一个精彩场面。m p e g 3 本来是用 于高清晰度电视的。m p e g 3 的夭折，是因为m p e g 一2 能够很容易地将其应用 调整到高清这一领域，这一事实而且是愈来愈明显。这样，m p e g 2 就理所当然 地成为a t s c t 和d v b 广播标准的基础，同时它也被d v d 用于压缩系统。 第一章绪论 m p e g 2 还可用于图象中的运动对象。通过对类别和等级的划分，它能够为 某一应用建立一项全面的标准，但它又以进取的姿态转向更为急需的应用。 m p e g 2 的开拓性工作一直延续到进入2 0 0 2 年。 m p e g 2 标准文件即i s 0 i e c1 3 8 18 ，目前有1 0 部分。在m p e g 2 标准中， 最重要部分是： i s o i e c1 3 8 18 1 系统( 传输流和节目流) ，p e s ，t s t d 缓存器模型和基 本p s l s i 表：c a t 、p a t 、p m t 和n i t 。 i s o i e c1 3 8 l8 2 视频编码。 i s 0 i e c1 3 8 18 3 音频编码。 i s o i e c1 3 8 1 8 4m p e g 测试和一致性。 i s 0 i e c1 3 8 l8 6 数据广播和d s m c c 。 m p e g 2 的一个主要文件是在1 3 8 1 8 1 中定义的。这一设计方案的灵活性和 可靠性使它有着广泛的应用，包括m p e g 4 和m p e g 7 数据。 1 3 数字电视系统的构成 c o f d m 似迄 信 调制 复 道 o a m 、 i 一 用 调制 叫竺编 匝 - 器 码 j q p s k 匦 数字地面有线卫星接收机 l 调制 0 图卜l 数字电视系统的基本构成 来自卫星，h f c 网 开路广播的信号 数字电视系统的基本构成如图1 1 所示。节目经过编码器压缩编码和复用后， 根据传输信道和采用标准的差异进行不同的信道编码、调制和传输。在接收端， 4 第一章绪论 用户针对不同来源的电视信号分别采用数字地面有线卫星接收机接收数字电视 信号经过解调、解复用和解码后到模拟电视机上显示。在信道解调和解码之后， 也可以通过解复用器，从含多路节目的传输流中提取并恢复出仅含单路节目 的传输流，供本地的复用器根据需要进行再复用传输【引。 由此可见，各种类型的数字接收机及传输流复用解复用器是数字电视系统 的重要组成部分。地面、有线、卫星广播方式的主要差异在于其信道部分的编码 及调制部分，因而对于不同的广播方式分别需要不同的接收机进行接收；而信源 部分都是采用m p e g 2 标准进行编码的。且复用解复用是针对传输流的，因此 数字电视中的复用解复用器即m p e g 2 传输流复用解复用器，对于不同的广播 方式均适用【4 】。 1 4 码流监视和分析的必要性 m p e g 传输流有着非常复杂的结构，它通过链接表和包识别码来分离节目以 及节目中的基本码流。在每个基本码流中，同样有着复杂的结构，需要用解码器 来区分如矢量、系数和量化表等。 传输故障可以划分为两大类。在第一类中，传输系统能够正确地将信息由某 一编码器复用器传送至解码器，既没有比特错误也没有传输中的附加抖动，但 是编码器复用器或解码器却有故障。在第二类故障中，编码器复用器和解码器 均无问题，但数据从一端至另一端的传输过程中却有问题。如果要使问题得到迅 速的解决，那么判断故障是在编码器复用器中，或是在传输过程中，或是在解 码器中，这就显得十分重要了。 传输中的同步问题如同步的丢失或其结构的破坏，均可能影响到整个传输流 的接收。传输流协议中的缺陷，可能会妨碍解码器去寻找节目中的所有数据，也 许产生只传送声音而不传送图象的故障。如果传送的数据虽然正确但抖动太大， 也会引起解码器的定时问题。 如上所述，m p e g 传输系统失效，故障可能在编码器，也可能在复用器或 解码器。那么，怎样来判断故障呢? 首先，应当检查传输流是否符合m p e g 编 码标准。如果该码流不符合标准，就不能说是解码器的问题。如果码流符合标准， 那就要怀疑解码器了。传统的视频测试工具，如信号发生器、波形监视器和矢量 仪，它们在分析m p e g 系统时并不适用，除非是将它们用来检查m p e g 系统的 输入信号或输出信号是否正常。在m p e g 系统中使用的测试工具应当是：例如 一种可靠的、能产生有效m p e g 测试信号的信号源，它是测试接收设备和解码 器的基本仪器。还应当使用合适的分析仪来评估编码器、传输系统、复用器和再 第一章绪论 复用器的性能，这样才具有较高的置信度，因此码流分析仪应运而生。 1 5 数字电视监测分析设备的开发 鉴于上节讨论可知，数字电视监测分析设备是数字电视开发和应用中必不可 少的测试和调试工具，它将广泛应用于设备的制造( 机顶盒、i l 等的生产、研 发) 、网络的安装以及广播业务的正常运行监控等领域中。 目前国外已有的这类设备包括r & s 公司的d v g m p e g 2 测试信号发生器与 d v m d m p e g 2 测试解码器；h p 公司的m p e g s c o p e d v b 及m p e g s c o p e d v b p l u s ；a c t e m a 公司的d t s g a g ，t e l ( t r o n i x 公司的m t s 1o o 、m t s 2 0 0 和m t s 3 0 0 等测试系统。国内也有一些单位开发出这类设备，如北京蓝拓公司开 发的b s a 1 2 码流分析仪，具有实时分析、离线分析、码流检测等多项功能。这 几家公司的产品各有特点，而其核心都是基于p c 硬件平台。虽然性能较稳定， 但产品价格比较昂贵，操作不便。随着应用范围和规模的扩大，在一个应用场合 下，可能会需要对较多的测试点进行长时间的实时码流分析、监控、系统信息采 集和报警管理工作，昂贵的基于p c 的测试设备显然无法满足这种要求【9 】。 为了解决这一缺陷，国内外主要生产厂商都转向选择在便携式工控机上开 发。便携式工控机虽然没有复杂的外设连线，但是存在设备体积较大和硬件成本 昂贵，功能受限于p c 硬件和操作系统平台稳定性等问题。针对中国目前的应用 现状和发展状况，各研究机构提出以通用f p g c p l d 和d s p 为基础，基于嵌 入式硬件平台的设计方法，该模块可以实现稳定和长期的可靠工作，具有良好的 性价比，可以在现实应用场合广泛应用。 1 6 论文结构 第一章介绍了数字电视和m p e g 标准的发展，阐述了设计嵌入式码流分析 仪的研究背景。 第二章介绍了数字电视传输流系统的监测点、监测标准规范以及监测内容， 并阐述了嵌入式m p e g - 2 码流分析仪的特点。 第三章介绍了m p e g 2 标准的系统层部分。 第四章介绍了a d s p b f 5 3 l 的硬件知识以及开发工具。 第五章介绍了基于a d s p b f 5 3l 的码流分析仪的硬件和软件结构，并给出了 实验结果及分析。 第六章对本文进行总结并展望未来。 6 第二章数字电视传输流监测系统 第二章数字电视传输流监测系统 2 1 数字电视传输流的监测点 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t s 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等，由播出前端的复用器对这些t s 流 进行组合、过滤，甚至再复用至1 5 5 m 群，然后对下行广播与传输。为了掌握 t s 流的工作状态，保证播放安全，在这些环节上都应该设置监测点。图2 1 显 示了数字电视监测分析设备的应用点【5 】。 视频 音频 数据 视频 音频 数据 图2 1 数字电视监测分析设备在数字电视系统中的应用 2 2 数字电视传输流的监测标准规范 d v b 标准是欧洲制定的数字电视标准，d v b 系统测量标准之一t rlo1 2 9 0 定义的三个优先级，是传输流监测的一项主要内容。通过这三个优先级的监测， 可以检验被监测的传输流是否符合m p e g 2 和d v b 标准 6 】【7 1 。 1 t r1 0 1 2 9 0 的第一优先级： 同步错误( t ss y n cl o s s ) ：同步错误是衡量传输流质量的最重要的指标。 第二章数字电视传输流监测系统 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。严重的同步丢失则反映了传输中断，同步字节出现错误； 同步字节错误( s y n cb y t ee n o r ) ：同步字节的标准值为o x 4 7 ，当出现 同步字节错误时，同步字头的值为其它数值，表明在传输过程中部分数据出现错 误： 包识别丢失( p i dm i s s i n g ) ：检测数据流中各套电视节目的图像声音数 据是否正确。p i d 丢失，将导致该节目无法正确解码； 节目相关表错误( p a te m r ) ：p a t 在d v b 标准中用于指示当前节目 及其在数据流中的位置。p a t 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p a t 超时，则解码器工作时间延长； 节目映射表错误( p m te 舯r ) ：p m t 在d v b 标准中用于指示该节目视 音频数据在传输流中的位置。如果某一节目的p m t 丢失，将导致解码器找不到 该节目视音频数据，使得接收端找不到图像或声音。p m t 传输超时，将影响解 码器切换节目时间； 连续计数错误( c o m i n u i t yc o u n te m r ) ：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错误，表明当 前传输流有丢包、错包、包重叠等现象，也将导致解码器不能正常解码，图像出 现马赛克等现象； 2 t r1 0 1 。2 9 0 的第二优先级： 数据传输错误( t r a n s p o r te n o r ) ：t s 包数据在复用传输过程中出现错 误，包头标识位置被置为l ，表明包已损坏，通过监测t s 包的错误，可以监测 传输流是否连续及稳定； 循环冗余校验( c r c ) ：节目专用信息( p s i s i ) 和服务信息( s i ) 出现 错误，可以由c r c 计算出来，以指明该包是否可用。p a t 、p m t 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( p c rd i s c o n t ) ：p c r 用于恢复2 7 m h z 系统时 钟，每4 0 m s 传输一个。p c r 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( p c rj i t t e re r i o r ) ：p c r 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( p t s ) ：在d v b 标准中规定p t s 每7 0 0 m s 传输一次， p t s 传输超时将影响图像正确显示。 3 t r1 0 1 2 9 0 的第三优先级 网络信息表( n i t ) ：n i t 标识错误或传输超时，会导致解码器无法正确 8 第二章数字电视传输流监测系统 显示网络状态信息。 业务描述表( s d t ) ：s d t 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。 事件信息表( e i t ) ：e l t 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。 缓冲器错误( b u 艉re m r ) ：传输流系统目标解码器( t s t d ) 的各个 缓冲器发生上溢错误时，会导致解码器不能及时解码，造成丢帧现象；发生下溢 错误时，会导致画面不连续。 业务信息重复错误( s ir e p l e t i o ne 丌o r ) ：业务信息表的重复速率超时规 定范围： 运行状态表错误( r s te r t o r ) ：r s t 标识错误或传输超时； t d t 错误( t d te n o r ) ：t d t 标识错误或传输超时； 空缓冲器错误( e m p t yb u 仟e re n o r ) ：传输流系统目标解码器的各个缓 冲器在规定时间内没有排空； 数据延迟错误( d a t ad e l a ye n o r ) ：数据到达传输流系统目标解码器各 缓冲器的时间超过规定延时时间。 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重要的，它 们直接关系到t s 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主要区别之一。 2 3 数字电视传输流的监测内容 除了监测t r1 0 1 2 9 0 定义的三个优先级的内容外，数字电视传输流监测还 应该包括t s 流的基本结构信息、带宽码率、p s i s i 信息、p c r 分析和语法分析 等内容8 】- 【9 1 。 1 t r1 0 1 2 9 0 中的三个优先级 t r1 0 1 2 9 0 中的三个优先级的监测包括三个优先级下的所有参数，也可以根 据实际需要监测一个或多几个参数，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、p c r 抖动错 误、p c r 传输间隔错误，还应该通过监测系统获取其出现错误的p i d 号和包序 列号，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。 2 t s 流的基本结构信息 t s 流的基本结构信息监测包括t s 流的信息构成、t s 包的包长、p s i s j 表 9 第二章数字电视传输流监测系统 的传输间隔、传输流的i d 、p l d 的数量、网络i d 和网络名称。 t s 流的信息构成是指t s 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。节目数量可以通过分析p m t 表的数量而获得；节 目号就是s e n ，i c ei d 的值，并且应该和复用器、e p g 上的配置相对应：而节目 是否被加密可以通过c a t 表和e m m 、e c m 确定。因为p s i s i 中包含了大量的 信息，因此需单独分出来，在需要的时候再进行细致的分析【引。 3 带宽码率的监测 带宽码率的监测包括整个t s 流总码率的最小值、最大值、有效值、当前值、 t s 流中每路节目的码率和所占带宽的比率、p s i s i 中每个表的码率、空包率和 其它数据的码率。 监测t s 的总码率，可以防止t s 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t s 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t s 流的节 目码率而及时掌握和处理。 4 p s i s 1 分析 数字电视业务信息由p s j 和s i 两部分构成。p s i 是m p e g 2 规定的，它由 p a t 、p m t 、c a t 和n i t 4 个表构成，其中p a t 、p m t 表最为重要。s i 是d v b 标准规定的，它由b a t 、s d t 、e i t 、r s t 、t d t 、t o t 、s t 、s i t 和d i t 9 个表 构成，其中b a t 、s d t 、e i t 和t d t 是强制性的。p s i s i 由“表”和“描述符” 构成。标识p s l s i 的基本结构，针对特定用途，p s i s i 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( p a t ) ：针对复用的每一路业务，提供相应的p m t 的位置 和n i t 的位置。 节目映射表( p m t ) ：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( p c r ) 字段的位置。 条件接收表( c a t ) ：提供复用流中条件接受系统的有关信息。这些信 息属于专用数据，并依赖于条件接收系统。当有e m m 时，它还包括e m m 流的 位置。 网络信息表( n i t ) ：提供了网络中的一组t s 流的信息及其相关的调谐 信息，同时也提供与网络自身的特性相关的信息。主要包括： ( 1 ) 网络中各个t s 流的传输流标识、原始网络标识； 1 0 第二章数字电视传输流监测系统 ( 2 ) 各个t s 流所在物理频道的调谐信息； ( 3 ) t s 流中包含的业务清单； ( 4 ) 网络的名称等。 一般n i t 主要用于接收机的自动节目搜索和初始化过程，通过获取和分析 n i t 表，接收机可以得知网络中包含的t s 流及其调谐信息，并进一步实现节目 搜索功能。这些信息使得接收机可以按照用户的选择以很少的延时或无延时地改 变频道、调谐参数，正确地解码出t s 。 业务群关联表( b a t ) ：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( s d t ) ：业务描述表中的每一个字表，都用来描述包含在 一个特定传送流的业务，该业务可能是现行传送流的一部分，也可能是其它传送 流中的一部分。节目业务描述表包括有关系统中节目业务的各种信息，主要有： ( 1 ) 业务名称； ( 2 ) 业务提供者名称； ( 3 ) 当前的运行状态( 包括：运行、未运行、几秒后开始运行、暂停等) ； ( 4 ) 业务的加扰与否； ( 5 ) 当前t s 流中是否存在与该业务对应的当前后续e i t 表； ( 6 ) 当前t s 流中是否存在与该业务对应的事件时间e i t 表等； 时间信息表( e i t ) ：节目段信息表按时间顺序提供每一个节目业务中包 含的时间的信息。e i t 表分为两种，一种是当前后续时间信息表，另一种是事件 时间信息表。当前后续时间信息表中只包含现行t s 流或其它t s 流中指定业务 的当前正在播出的时间和其后的一个事件，而时间事件信息表则包含了当前后 续事件外的，按时间顺序排列的其它事件表。为了使接收机能够方便的获取事件 时间信息表，该表可以分割成片段( s e g m e n t ) 传送。事件时间表分配了1 6 个 t a b l ei d ，每个表最多由2 5 6 个s e c t i o n ，一个子表被分成3 2 个s e g m e n t ，每个s e g m e n t 的时间跨度为三小时，包含8 个s e c t i o n ，一个s e g m e n t 中列出的应该是在一个三 小时时段中开始播出的所有事件，s e g m e n t 按照时间顺序排列，其中的事件也按 照时间先后排列。事件时间信息表不是必需的，传送时，可以分片段传送，也可 以按照时间传送，如果分片段传送，则能提供的最长的节目预告时间约为 1 6 木3 2 宰3 = 1 5 3 6 小时。e i t 表是电子节目指南的重要信息来源，它能够提供的主要 信息包括： ( 1 ) 事件标识； ( 2 ) 事件开始标识； ( 3 ) 事件持续时间长度； 第二章数字电视传输流监测系统 ( 4 ) 运行状态； ( 5 ) 条件接收模式； ( 6 ) 事件简短说明； ( 7 ) 事件扩展说明信息； ( 8 ) 条件接收标识； ( 9 ) 事件类型级别； ( 1 0 ) 家长控制级别； ( 1 1 ) 数据广播描述信息等。 运行状态表( r s t ) ：运行状态表能够准确而无误的更新一个或多个事 件的时间状态，由于时间表的变化，事件的播出时间可能提前或滞后，当播出时 间表改变时，其变化可以通过运行状态表标识出来。 时间和日期表( t d t ) ：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p s i s i ，可以了解被监测的t s 流的复用结构、每个p m t 表的p i d 、每 路节目的p c r 的p i d 、视音频的p i d 、s d t 和e i t 的详细信息。如果被监测的 是加密的t s 流，还可以通过分析p s i s i 获取相关加密信息。 5 节目详细信息 深入到e s 层分析，给出每路节目的音视频信息，音频信息包括：格式、压 缩层、比特率、采样率、音效模式等；视频信息包括：像素数、帧率、比特率、 类、级、宽高比、色度格式等。 。 6 p c r 分析 p c r 分析包括p c r 的精度分析和p c r 的间隔分析两个部分； p c r 的精度：p c r 的错误范围是由允许偏离正确p c r 值的最大值确定 的，称为p c r 精度。通常p c r 的精度设置在5 0 0 n s 之间。 p c r 的间隔：指两个连续的p c r 之间最大的间隔时间，d v b 的默认值 是4 0 m s ，m p e g 2 的默认值是l0 0 m s 。 2 4 嵌入式m p e g 2 码流分析仪的特点 嵌入式m p e g 2 码流分析仪的功能如下： 集实时分析( 在线) 和码流文件分析( 离线) 为一体，对符合m p e g 2 标准和d v b 标准的t s 流进行全面分析。 采用d v b 最新的t r1 0 1 2 9 0 测试标准对码流进行三级错误检测，可以 测量三个优先级的全部内容，显示统计结果，便于现场迅速解决问题。 1 2 第二章数字电视传输流监测系统 可以分层显示各个表中的所有信息，直到最底层的描述子信息。 从t s 流中的p s i s i 表中提取出主要参数，并进行分类，形成带宽信息、 节目信息、音视频信息和复用结构等多个独立的信息显示模块便于集中显示所有 分类后的信息，便于使用者迅速查找想理解的信息。 提供强大的语法分析功能，可以通过此模块对数字电视的传输结构进行 了解和学习。 此外，与基于p c 架构的码流分析仪相比，嵌入式m p e g 2 码流分析仪在功 能上略差一些，但它采用模块化设计，可适用于多种应用环境，移植性能优异， 具有成本低、体积小、稳定性好等优点。 第三章m p e g 2 系统层标准 第三章m p e g 2 系统层标准 3 1m p e g 一2 系统简介 m p e g 2 的结构可分为压缩层和系统层，如图3 1 所示。 压缩层 系统层 图3 一lm p e g 一2 标准简化总体框图 一套节目的视频、音频及其它辅助数据经过数字化后通过压缩层完成信源压 缩编码，分别形成视频、音频和其它辅助数据的基本流e s ( e 1 e m e n t a 叫s t r e a m ) ； 紧接着系统层给基本流加上包头，打包为p e s ( p a c k e t i z e de s ) 包。当p e s 包增加 系统级信息就形成了传输流( t s ) 或节目流( p s ) 节目流和传输流是系统编码的两种 方法，它们都是面向包的多路复用流，但分别适用于不同的应用【l 0 1 。 节目流是将一个或多个具有相同时间基点的基本数据流的p e s 包合并为一 个流。传输流是将一个或多个独立时间基点的多套节目合成一个单独的数据流， 属于同一套节目的各个基本数据流的p e s 包具有相同的时间基点。节目流的包 长度可变，且相对较长，针对错误较少的环境设计，适用于像交互式多媒体这样 的一些涉及软件处理系统信息的应用。传输流包长度固定为1 8 8 或2 0 4 个字节， 针对易发生错误的环境设计，使用于数据容易丢失或高噪音的媒体中存储和传 输。 1 4 第三章m p e g 2 系统层标准 3 2 传输流 3 2 1 传输流的语法结构 传输流的语法框图如图3 2 所示，字段的长度由比特数表示。t s 流是若干 t s 包的串联。每个t s 包都由首部和有效负载组成。其中，首部包含四个字节的 包头和长度不定的自适应字段。有效负载为p e s 包、p s i s 1 部分以及不在这些结 构中的私有数据的连续字节1 1 】。 一1 8 8 字节斗 。，- - ，_ ，_ ，_ - - ，。 同步j 传输错1 有效负载l 传输l 。，。i 传输扰j 自适应l 连续1 自适应 字节f 误指示f 起始指示f 优先级f “f 码控制f 字段控制f 计数器i 字段 鬈鏖鬻i 篙霎票 荛鎏祟l5 个标记l 可选字段l 填充