（信号与信息处理专业论文）数字电视评测技术研究.pdf

中文摘要 数字化是一场世界范围的新技术革命，也是广播电视发展的必然趋势。随着 电子、微电子、计算机和通信技术的发展，近年来，图像和声音信息的数字化处 理与传输技术取得了长足进步，数字视频系统已进入实用化阶段，数字音视频产 品大量进入了家庭。随着s d t v ( 标准清晰度电视) 、h d t v ( 高清晰度电视) 系统 的试播或开播，模拟电视系统正在向数字电视( d t v ) 系统过渡，不久，数字电视 必将取代模拟电视。 数字电视节目的开播，使得选用什么样的终端显示器成为目前倍受关注的话 题。目前市场上除了传统的c r t ( 阴极射线管) ，l c d ( 液晶显示器) 、p d p ( 等离子 体显示器) 、d l p ( 数字光学处理器) 和l c o s ( 硅基液晶显示器) 等固有分辨率显示 器件的生产技术已日趋成熟，特别是l c d 和p d p 已逐渐成为显示器主流产品。作 为终端，显示器( 屏) 的质量极大地影响着最终观看效果，其成本也占接收和显示 设备的绝大份额。 肝e g ( 运动图像专家组) 制定的m p e g - 2 标准是s d t v 、h d t v 系统遵循的通用 国际规范。s d t v 、h d t v 信号以码流形式传送，数字电视系统投入使用前和运行 中，均需监测其不同层次码流是否符合m p e g - 2 和各国或地区的具体标准。数字 电视产品的研制、生产、验收、销售和维修等，也都需要内容不同、参数不一、 符合标准的测试码流，对新型显示器，还需研究和提供相应信号，这些需求是开 展和推动本项研究的原动力。 本课题主要是对数字电视系统质量评价技术的研究。论文工作主要包括两个 部分，一部分是对数字电视信号特别是传输流的标准符合性评价和检测方法研 究，另一部分是对数字电视显示终端质量的评价技术研究。 在数字电视码流质量评价部分，通过对数字电视信源编解码原理、传输流复 用和相关标准等较为深入的学习，对传输流系统层结构、语法、语义做了较为深 入的解析。通过对单节目、多节目t s 的音视频信息进行分析，根据i s o i e c 1 3 8 1 8 4 和d v bt r l 0 12 9 0 规范和所设定的项目，研究了按不同优先级，提供码 流评估报告应涉及的项目和主要质量参数。论文除按这些规范和课题组对d t v 信 号的研究基础，完成或拓宽了t s 流分析、评测算法研究外，还结合t s 复用算法， 基本实现了对m p e g 一2 传送流系统目标解码器( t - s t d ) 工作状态的分析，重点对其 溢出问题给出了分析，并编制了检测t - s t d 工作状态的核心软件。但由于这一问 题涉及的问题较广，其算法研究还待深入，适用范围还待扩展，并编制便于应用 的界面。 根据传输d t v 码流经常遇到的问题，本文按m p e g - 2 标准的语法和语义，针 对接收机可否正确解码，定义了丢包和丢包率，并对这两个指标编制了分析和统 计软件。根据目前掌握的资料，业界对丢包和丢包率尚无确切的定义，也没有推 荐的测试和统计方法。通过用多种传输流检验，本文对所编制的软件进行了不断 改进，目前已具备一定实用性。 在对数字电视终端显示器或显示屏质量评测方面，通过对数字图像重显原理 和固有分辨率显示器件( 屏) 工作机理的了解，以及多次参加实测中提出的问题， 本文针对固有分辨率显示器( 屏) 与基于电子束扫描的c r t 显像管的区别，就不同 类型显示器( 屏) 的对比度、灰度级和彩色色域重显等指标进行了分析和评价，重 点对目前最为关注的图像清晰度问题，进行了较为深入地分析，设计了多种不同 标准，不同格式，面向的检测重点不一的数字电视图像清晰度测试图。这些评价 方法和设计、生成的信号，有的已在全国规模的测试工作中使用，有的已申报发 明专利，有的已被信息产业部部标采用。 面对数字视频技术实用化大潮的到来，在论文工作中深入学习和进行的一些 研究工作，加深和拓宽了专业知识，为今后从事数字电子技术工作打下了较好的 基础。论文期间所做的工作，若能对促进我国数字音视频技术实用化起到微薄作 用，本人将深感欣慰，而这首先要归功于数字视频技术的发展、协作单位的支持、 导师的严格要求和深入指导、课题组的研究工作积累以及同学们的合作。 关键词：数字电视 i p e gd v b 传输流图像清晰度 a b s t r a c t d i g i t a li san e wt e c h n o l o g yr e v o l u t i o na n da ni n e v i t a b l et r e n do fb r o a d c a s t i n g t vt e c h n o l o g y i nr e c 圮n t y e a r s ，a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ee l e c t r o n i c s ， m i c r o - e l e c t r o n i c s ，c o m p u t e ra n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , d i g i t a lp r o c e s s i n ga n d t r a n s m i s s i o no fi m a g ea n ds o u n di n f o r m a t i o nh a v eb e e ni m p r o v e d t h ed i g i t a lv i d e o s y s t e mh a sa l r e a d ye n t e r e dp r a c t i c a ls t a g e t h ed i 垂t a la u d i oa n dv i d e op r o d u c t sh a v e a l r e a d ye n t e r e dt h ed a i l yl i f e w i t hs d t v ( s t a n d a r dd e f m i t i o nt 、，) ，h d t v ( h i g h - d e f i n i t i o nt v ls t a r t sb r o a d c a s t i n gs y s t e m a t i c a l l y , t h es y s t e mo f t h ea n a l o g u et v i st r a n s f o r m e dt ot h es y s t e mo ft h ed i g i t a lt vi nt h en e a rf u t u r e , t h ed i g i t a lt v n e c e s s a r i l yr e p l a c e st h ea n a l o g u et v w i t ht h ed t vs t a r t sb r o a d c a s t i n g , i ti sg r e a t l yc o n c e r n e dt h a tw h i c ht e r m i n a lt v d i s p l a yd e v i c e so rs c r e e n ss h o u l db es e l e c t e d e x c e p tf o rt r m i t i o n a ld i s p l a yd e v i c e s s u c ha 8c r t ( c a t h o d er a yt u b e ) ，t h ep r o d u c t i v et e c h n o l o g yf o rt h o s et vd i s p l a y d e v i c e so rs o r l l s 谢mi n t r i n s i cr e s o l u t i o ns u c ha sl c d i ( 1 i q u i dc r y s t a ld i s p l a y ) p d p ( p l a s m ad i s p l a yp a n e l ) ，d l p ( d i g i t a ll i g h tp r o c e s s i n g ) a n dl c o s ( 1 i q u i dc r y s t a l o ns i l i c o n ) h a sb e c o m en 珀l u l eg r a d u a l l y , l c da n dd l pb e c o m et h em a i np r o d u c t s a st e r m i n a l ，q u a l i t yo ft vd i s p l a yd e v i c e so rs c r c c u sg r e a t l yi n f l u e n c e st h ee f f e c to f b e i n gv i e w e d , a n di t sc o s to c c u p i e sm o s to f e q u i p m e n ti n c l u d i n gr e c e i v e ra n dd i s p l a y m p e g - 2s t a n d a r de s t a b l i s h e db ym p e g ( m o v i n gp i c t u r ee x p e r tg r o u p ) i st h e g e n e r a li n t e r n a t i o n a lc r i t e r i o nf o l l o w e db yb o t hs d t va n dh d t vs y s t e m s d t va n d h d t vs i g n a la l et r a n s m i t t e di nt h ef o r m a to ft r a n s p o r ts 恤n f r s ) b e f o r ea n d d u r i n gt h eu s eo f d t vs y s t e m , i ts h o u l db et e s t e dt h a tw h e t h e rd i f f e r e n tk i n d so f t si s a c c o r d e dw i t hm p e g 一2o fi d i o g r a p h i cs t a n d a r do f d i f f e r e n tc o u n t r i e s ag r e a td e a lo f t e s ts i g n a lw i t l lv a r i o u sp a r a m e t e r si sr e q u i r e db ys y s t e md e s i g n , m a n u f a c t u r e , t e s t i n g a n ds e r v i c e t ot h o s e1 1 0 wt y p e so f d i s p l a yd e v i c e s ，r e l e v a n ts i g n a ls h o u l db es t u d i e d a n ds u p p l i e d a l lo f t h er e q u i r e m e n t sa b o v ea r et h eg r e a ti m p e t u st ot h i sr e s e a r c h t h i st h e s i si sf o c u s e do nq u a l i t ye v a l u a t i o no f d t v s y s t e m i ti sd i v i d e di n t ot w o p a r t s o n ei st h es t u d yo f c o n f o r m a n c ee v a l u a t i o na n dt e s t sm e t h o df o rd t vs i g n a l a n dt s ，t h eo t h e ri sm a i n l yf o re v a l u a t i n gt h eq u a i l t yo f d t vt e r m i n a ld i s p l a y e q u i p m e n t i ne v a l u a t i n gq u a l i t yo fd t v t s ，s t r u c t u r ea n ds y n t a xo ft ss y s t e mh a v eb e e n d o e p l yp a r s e da c c o r d i n gt os t u d yo nc o d i n ga n dd e c o d ep r i n c i p l eo fd t vs i g n a l r e s o u r c e , m u l t i p l e xo f t sa n dr e l a t e ds t a n d a r d ，a u d i oa n dv i d e oi n f o r m a t i o no f s i n g e o rm u l t i - p r o g r a mt sa g ea n a l y z e d , a c c o r d i n gt oi s o h e c1 3 8 1 8 - 4a n dt h ei t e m s d e f i n e db yd v bt r l 0 12 9 0i nd i f f e r e n tp f i 嘶t y , i t e m sa n dq u a l i t yp a r a m e t e r s r e f e r r i n gt oe v a l u a t i n gt sh a v e b e e ns u p p l i e d b a s e d0 1 1t h ec r i t e r i o na n dr e s e a r c ho f d t a n a l y s i sa n de v a l u a t i o nh a v eb e e nf i n i s h e do ra d d e d t - s d tm o d a lo f m p e g - 2 t sh a sb e e nb a s i c a l l ya n a l y z e de m p h a s i z e do no v e r f l o wq u e s t i o n , a n dc o r ed e s i g no n t e s t i n gw o r k i n gs t a t eo ft - s t dh a sb e e nf i n i s h e d i n t e r f a c ew i l lb ed e s i g n e dl a t e r b e c a u s ea ni n - d e p t hs t u d yo na r i t h m e t i ci se s s e n t i a l ，a n ds o m ed i f f i c u l t yq u 嚣t i o n sa r e c o m p r e h e n s i v e , a tt h es a l t l et i m ep r a c t i c a b i l i t yo ft h ea n a l y s i s0 1 1t - s t ds h o u l db e e ) 【p a n d e d a sm a n yq u e s t i o n so c c u rd u r i n gt r a n s m i t t i n gd t vt s ，p a c k e tl o s sa n dp a c k e t l o s sr a t ea r ed e f i n e di nt h i sp a p e ra c c o r d i n gt om p e g - 2 ，t h ek e yi sw h e t h e rt sc a n b ec o r r e c t l yd e c o d e do rn o t a sf a ra st h ed a t aih a v er e f e r r e dt o ，t h e r ei sn o tc e r t a i n d e f i n i t i o na n dt e s tm e t h o dr e c o m m e n d e dt op a c k e tl o s sa n dp a c k e tl o s sr a t ey e t i n t h i sp a p e r , a n a l y z i n ga n ds t a t i s t i c a ls o f l - w a l ei sd e s i g n e d , t e s t e da n dm e n d e d ，a n di t a l s oh a ss o m ep r a c t i c a b i l i t y i ne v a l u a t i n gq u a l i t yo fd t vt e r m i n a ld i s p l a yd e v i c e so rs e r e e r s ，c o n t r a s t ， g r a y s c a l ea n dr e p r o d u c i n gc o l o rg a m u te s p e c i a l l yp i c t u r ed e f i n i t i o no f c r t a n dt h o s e t vd i s p l a yd e v i c e so rs g r n sw i t hi n t r i n s i cr e s o l u t i o nh a sb e e na n a l y z e da n d e v a l u a t e dc o n t r a s t i v e l y i ti sf i n i s h e da f t e rn o to n l yw o r k i n gm e c h a n i s mo ft h e s e d i s p l a ye q u i p m e n ta n dr e p r o d u c i n gd i g i t , a lp i c t u r ei sa c q u a i n t e d b u ta l s o s o m e q u e s t i o n sa r ep u tf o r w a r dd u r i n gp r a c t i c a lt e s t d t vp i c t u r ed e f i n i t i o nt e s tp a t t e r n f a c i n gd i f f e r e n ts t a n d a r do fd i f f e r e n tf o r m a ta r ed e s i g n e d , u s e di nc o u n t r y w i d et e s t a n da d o p t e db yc h i n ae l e c t r o n i cp r o d u c tr e l i a b i l i t y , a n ds o m ea l ep u ti nf o rn a t i o n a l i n v e n t i v ep a t e n t d u r i n gt h et i m ep r a c t i c i n gd i g i t a lv i d e ot e c h n o l o g y , s t u d yw o r kh a v i n gb e e n d o n e i nw r i t i n ga n dr e s e a r c h i n gp a p e rm a k em ew o r k i n gi nd i g i t a le l e c t r o n i ct e c h n i c a lf i e l d m o r es m o o t h l y i ti sm yg r e a tp l e a s u r et h a ti f t h ew o r kih a v ed o n ec o u l dc o n 仃i b u t et o p r a c t i c i n gd i g i t a la u d i oa n dv i d e ot e c h n o l o g y , w h i c hi sa t t r i b u t e dt ot h ed e v e l o p m e n t o f d i g i t a lv i d e ot e c h n o l o g y , s u p p o r tb yc o o p e r a t i v ec o m p a n y , g u i d a n c eo f m e n t o rf i r s t , s t u d ya c c o m p l i s h m e n ta c c u m u l a t i o no ft h ep r o g r a mo r g a n i z ea n dc o o p e r a t i o na n d h e l po f c l a s s m a t e s k e yw o r d s ：d i g i t a lt e l e v i s i o n , m p e gd v b ，t s ，p i c t u r ed e f i n i t i o n 独创性声明 本人声明所里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茎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。 学位论文作者签名鹅敏 签字日期训年z 月诈日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫生态堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫鲞盘茎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) 学位论文作者签名夸毒破 签字日期：知砚年月叶日翁 天津大学硕士学位论文第一章前言 1 1 数字电视 第一章前言 数字化、信息化是当今时代的主题，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。数字电视系统是音频、视 频和数据信号从信源编码、调制、接收和处理均采用数字技术的电视系统。数字 电视系统首先将模拟电视信号通过抽样和量化，将模拟电视信号在时间和幅度上 离散化，然后通过编码，将离散的数字量，转换成用二进制数代表的数字信号形 式。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。数字化的结果，不仅利于进行各种 处理，而且便于传输、存储和记录，特别是可以充分利用计算机的软硬件资源。 数字电视信号抗干扰能力强、频谱利用率高、可提供优质的电视图像和伴音、实 现双向交互业务以及开辟交互电视、远程教育、会议电视、电视商务、影视点播 等更多视音频业务。数字电视的实用化，会产生良好的社会效益和巨大的经济效 益。 1 1 1 数字电视标准的发展 二十世纪九十年代以来，世界许多国家不仅相继投入大量人力物力进行研 究、试验，先后制定了自己的数字电视标准，而且在大力推进数字电视的实用化。 1 9 9 4 年1 1 月，在新加坡召开的r r u ( 国际电信联盟) 大会上，图像及其伴音通用 压缩编码标准( m p e g - 2 ) 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。 a t s c ( a d v a n c e dt c l v v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e ) 是美国的数字电视标准，它是 1 9 9 3 年制定的，描述了视频信号格式、音频预处理和压缩参数、复用和传送层 特性、残留边带调制f v s b ) 、射频传输子系统等一系列系统参数。a t s c 系统能 在6 m h z 地面电视广播频道内、以约1 9 m b p s 码率提供一套h d t v 节目或多套 s d t v 节目。改变调制方式，a t s c 还能在6 m h z 有线电视频道内传送码率为 3 8 m b p s 的码流。a t s c 伴音采用d o l b y a c 3 标准。 d v b ( d i g i t a l v i d e o b r o a d c a s t i n g ) 是欧洲的数字电视广播标准，伴音信号压缩 采用i s o ( 国际标准化组织m e c ( 国际电工委员会) 1 3 8 1 8 3 ( m p e g 2 第三部分) 或 天津大学硕士学位论文 第一章前言 1 1 1 7 2 3 ( m p e g - 1 第三部分) 标准。视频信号压缩采用i s o i e c1 3 8 1 8 2 标准 ( m p e g - 2 第二部分) 。系统层以i s o i e c1 3 8 1 8 1 标准( m p e g - 2 第一部分) 的传输 流( t s ) 为基础，针对不同应用，增加了一些具体规定，包括卫星( d v b - s ) 、有线 ( d v b c ) 和地面( d v s - t ) 电视广播以及网络传输、分配等。 日本从1 9 8 3 年即开始研究i s d b ( i n t c g r a t e ds e r v i c e sd i s 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。 1 1 2 我国数字电视的发展 我国的数字电视系统分为标准清晰度电视s d t v ( 图像有效像素数为7 2 0 5 7 6 ) 和 高清晰度电视h d t v ( 1 9 2 0 1 0 8 0 ) 两大体系。 数字电视显示屏的宽高比( 幅型比) 有4 ：3 和1 6 ：9 两种。目前，阴极射线管 ( c r t ) 显示器大多为4 ：3 幅型比，价格相对便宜，但1 6 ：9 幅型比更符合人类视 觉要求，新型液晶显示器( l c d ) 、等离子体显示器( p d p ) 、数字光学处理显示器 ( d l p ) 和硅基液晶显示器( l c o s ) 等，大多为1 6 ：9 幅型比，计算机也制定了宽幅 型比w v g a 显示模式。1 6 ：9 幅型比显示器目前虽价格较贵，但生产无特殊困难， 成本有望迅速下降，与已标准化的1 6 ：9h d t v 显示格式一样，1 6 ：9s d t v 显 示器，也必将成为主流产品。 数字电视系统按扫描方式，又可分为1 0 8 0 i 、7 2 0 p 、5 7 6 i 、4 8 0 i 等。i 、p 分 别表示隔行、逐行扫描，前面的数字，表示正程扫描行数。 数字电视的传输途径可分为三种：数字卫星电视、数字有线电视和数字地面 电视。由于传输途径不同，信道编码和调制采用了不同方式。例如，欧洲d v b 数字电视系统中，数字卫星电视系统( d v a s ) 采用四相相移键控调$ # j ( q p s k ) ；数 字有线电视系统( d v a c ) 采用正交幅度调制( q a m ) ；数字地面电视系统( d v a d 采用编码的正交频分复用调制( c o f d m ) 。我国卫星数字电视传输采用欧洲 d v b s 标准。有线数字电视标准的报批稿也是参照欧洲d v b c 标准编制的。地 面数字电视传输标准目前尚未确定。 我国数字电视发展现在己进入实质性阶段，具体到有线电视的数字化，广电 总局己制定具体计划，即分东部、中部、西部三个区域、四个阶段实施数字化。 从区域来说，数字电视将先从直辖市、省会城市，计划单列市采取整体转化方式 过渡。第一阶段大约到2 0 0 5 年底，直辖市、东部地区的地市以上的城市，中部 地区省会城市和地区地市级城市，以及西部地区的省会城市开始向数字化过渡， 目前已经实现。2 0 0 5 年9 月1 日起，中央电视台开办了高清晰度电视频道，并 率先在青岛、杭州有线数字电视中播出，使两城市居民在全国率先享受到高清频 天津大学硕士学位论文 第一章前言 道服务。第二阶段，到2 0 0 8 年，中东部地区的地市级城市和西部地区的少数城 市要普及数字化。第三阶段，到2 0 1 0 年东部县以上城市，中部地区大部分县以 上的城市基本上完成数字化。第四阶段，到2 0 1 5 年西部地区的有线电视基本完 成向数字化过渡。采取分区、分片整体转换的方式，力争到2 0 1 5 年完成整个的 过渡。上述时间表，执行中虽可能调整，但无容置疑，我国将在不太长时期内， 实现广播电视由模拟向数字方式的过渡。 1 2 数字电视系统性能分析与评价 尽管各国数字电视系统执行的标准有所不同，但信源编码都遵循m p e g 2 标准，传送复用的数据包。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制造( 机项盒、i r d 等的研发、生 产) 、布网( 有线、卫星、地面) 以及广播业务的正常运行监控等。 目前国内外一些单位开发出这类设备，国外的数字电视监测分析设备不容易 完全符合我国国情，价格昂贵，难以满足国内需求量日渐增长的要求。因此研制 适合我国国情、价格相对低廉、使用方便的监测分析设备，是十分必要的。 随着数字电视的开播，数字音视频及其相关产品将逐步进入市场，数字电视 机及其相关产品将构成家庭综合信息终端。为了充分享受数字电视带来的高质量 的音画效果，l c d 、p d p 、d l p 和l _ , c o s 技术己逐渐成熟，l c d ，p d p 即将成为 主流显示器。此外，还有许多新技术正在逐步走出开发实验室，占据可观的市场 份额。 当前，正处于显示技术变革时期。这些显示器件的工作机理不尽相同，各有 优缺点。例如c r t 具有技术成熟、色还原好、成本低等优点，但受显像管最小 点距和尺寸、重量的限制，提高清晰度和加大尺寸比较困难，而i , c d 、p d p 、 d l p 等固有分辨力显示器件( 屏) ，只要像素数足够，经数字信号接口激励，不 进行图像格式变换，在保证信号带宽的情况下，有利于重建的清晰的图像，但存 在或功耗大、或响应时间长和价格高等缺点。各种显示器件在黑色电平、峰值亮 度、动态范围、对比度、基色色度和彩色色域等主要技术参数上各有自己的优势 和劣势。因此，数字电视设备和系统的评测不仅应包括对编码端的t s 质量进行 分析与监测，还要对数字电视接收终端特别是其显示性能做出客观评价。 1 。3 论文研究内容 本文主要研究数字电视系统和设备的质量评测技术。主要包括两方面内容： 天津大学硕士学位论文第一章前言 一方面基于对m p e g - 2 标准的深入理解，对数字电视传输流( t s ) 中的节目管理信 息及音视频编码参数进行了分析，并对传输流与相关标准的符合性进行评估；另 一方面分析和比较了当前流行的几种显示器( 屏) ，特别是固有分辨率显示器( 屏) 的显示机理和特性，并就图像清晰度、对比度、灰度级和彩色色域等数字电视系 统和接收设备显示性能的评测技术，进行了研究。 第一部分工作面向数字电视实用化开拓的巨大需求，也是为本实验室相关研 究提供功能强大、便于升级和扩展功能的工具。软件包集成了课题组相关研究成 果，对m p e g - 2 传输流系统层结构、语法、语义做了较为深入的解析；对单节目、 多节目t s 的音视频信息进行分析；按i s 0 n e c1 3 8 1 8 - 4 和d v bt r l 0 12 9 0 规范 和所设定的项目，按不同优先级，提供码流评估报告应涉及的项目和主要质量参 数；结合t s 复用算法，基本实现了对m p e g - 2 传送流系统目标解码器( t - s t d ) 工作状态的分析；对数字电视传输流丢包及丢包率给出了定义并编制了评测程 序。 第二部分工作面向数字电视系统监测和接收设备性能测试，设计和生成了多 种测试信号和图卡。为此，首先建立这些信号和图卡的数学模型，再按数学方程 编程计算生成。这种方法灵活而方便，可适应不同标准，不同格式要求，满足准 确、定量测试的需要。这部分工作配合了广电系统和信息产业部相关标准的制订。 通过计算机仿真，解决了期间遇到并产生争论的一些问题。所设计的信号和测试 图卡，在中央电视台开播h d t v 节目，信息产业部组织的全国数字电视接收设 备性能摸底测试中，发挥了作用。 论文共分六章。第一章阐述了课题的研究背景和本论文的主要研究内容。第 二章概要介绍了m p e g - 2 系统层语法、节目专用信息( p s i ) 和d v b 业务信息( s i ) ， 并对m p e g 2t s 的基本信息进行提取。第三章依据d v b 的t r l 0 12 9 0 标准， 按不同级别，对t s 进行了错误检测，并就t s 包丢失及丢包率进行了分析。第 四章针对t s 系统目标解码器( t - s t d ) 缓冲区模型，给出了监测其各缓冲区的实现 方案。第五章为m p e g - 2t s 分析评价的软件设计及试验结果。第六章通过对几种 显示器( 屏) 特点分析和优缺点对比，着重针对c r t 、l c d 、p d p 等显示器( 屏) ， 设计、建模和编程生成了多种评测信号，特别是对数字电视图像清晰度及其测定， 进行了研蟊 天津大学硕士学位论文第二章l v l p e g - 2 码流分析及其实现 第二章m p e g - 2 码流分析及其实现 2 1m p e g - 2 系统层概述 i v l p e g 2 数据流形成过程示于图2 1 。其左部属压缩层，右部为系统层。压 缩层编码包括视频、音频两部分，分别对应i s o i e c1 3 8 1 8 - 2 、i s o i e c1 3 8 1 8 3 ， 得到基本流( e s ) 。系统层又可分为将视频e s 、音频e s 打包的p e s 编码和传输 流( t s ) 、节目流( p s ) 编码等部分，执行i s o i e c1 3 8 1 8 - 1 标准。 概青频压缩编码部夯累 t 屡部分 图2 - 1 肝f , g - 2 码流形成过程示意图 t s 和p s 分别适用于不同的应用，均能保证同步解码和同步显示音视频信息， 并使解码缓冲区既不上溢也不下溢。p s 和i s o i e c111 7 2 的系统层相似，它将一 个或多个具有相同时间基点的p e s 包合为单个流。这些原始数据流可以是一个节 目的独立的且非多路复用的数据流，也可以来自不同的节目流。p s 是针对错误相 对较少的信道设计的，适用于d v d 、交互式多媒体和一些涉及软件处理的系统 应用。p s 包长度可变且相对较长。 t s 是将具相同时基的一套节目的e s 复用成t s 或将具多个独立时基的多套节 目的t s 再复用成单- - t s 。t s 针对那些容易发生错误的信道设计，譬如数字电视 和高噪声多媒体存储及传输环境。t s 以长度固定为1 8 8 字节的打包形式传送，速 天津大学硕士学位论文 第二章i v i p e g 2 码流分析及其实现 率可变或固定，其中e s 的速率可以固定也可变化。对t s 进行语法分析和检错是 本课题的主要内容之一， 按形成过程和格式，m p e g - 2 码流可分为基本流( e s ) 、打包的基本流( p e s ) 和 传输流( t s ) 。t s 为m p e g - 2 系统层码流，由几种码流复用而成。这些码流按内容 可分为三类：视频流，载有视频数据；音频流，载有音频数据；辅助数据流，是 满足信道传输速率要求的填充数据，或给解码器提供同步或其他信息的数据，也 可以是字幕数据等。 在e s 、p e s 、t s 这三种码流中，t s 是由p e s 按相应语法添加包头构筑， 面向应用的数据流；p e s 是由e s 按照一定的语法规则形成的中间层码流。e s 含有压缩的音视频数据或辅助数据。 2 2t s 语法结构 t s 语法示意图如图2 2 所示。以下说明相关的语法字段。 同步字：值为0 1 0 00 1 1 1 ( 0 x 4 7 ) 的固定8 比特字段。 i _ 一1 b 巾_ 瞎。b 传e g 输1 流3 8 1 8 陋蘸i 卜r 慝鞫净荷隧萋乳净荷 同步l 传送错误 量蔓i塑重 81 净荷 传送ip i di 传送加l 适配域i 连续 始指示l 优先级li 密控制_ 上整趔主l ：| 塑矍 适配域 长度 不连续 指示磊i 罴k 隧| i 嚣 耳邛萃i 篡 罴卜志隧蕤 嚼1 偏巍目纂l 冀l 。- s - n 一 标志 1 偏移量阵 码率 类型 u 。t 川卧l 。 11 522 2w 图2 - 2 i s 语法结构示意图 净荷开始指示：1 比特标志位。用来指示t s 包中带有p e s 包或节目专用信息 ( p s i ) 数据的情况。 当t s 包的有效载荷( 净荷) 带有p e s 包头部时，该标志位为1 ，表明t s 包 的有效载荷从p e s 包的第一个字节开始，且在此t s 包中有且只有一个p e s 包的 天津大学硕士学位论文第二章m p e g 2 码流分析及其实现 开始。当该标志置0 时，这个t s 包中没有p e s 包的起始部分。可以通过对这 个字段的判断来确定是否是新的p e s 包的起始点，主要是应用于解复用的时候定 位每个p e s 包的起始位置。 当t s 包的有效载荷是p s i 数据时，该标志位具有以下性质：如果t s 包带有 一个p s l 分段数据的第一个字节，该标志应置l ，这时t s 包载荷的第一个字 节是p o i n t e r _ f i e l d 。如果t s 包不带有p s i 的第一个字节，标志位应置0 ， 有效载荷中没有p o i n t e r f i e l d 。 p i d ：1 3 位字段。指示t s 包有效载荷数据类型。p i d 值0 x 0 0 0 0 为节目关联 表( p a t ) ，0 x l f f f 为空包。 适配域控制：2 位字段。用于指示本t s 包头部是否跟随有适配域和或有效 载荷。取值如表2 - 1 所示。i t u - tr e c h 2 2 2 0 i e c1 3 8 1 8 - 1 解码器应丢弃此 字段为。0 0 的t s 包。空包中该字段是0 1 。 表2 - l 适配域控制 取值描述 0 0 为i s o i e c 未来使用保留 0 1无适配域，仅含有效载荷 1 0仅含适配域，无有效载荷 l l 适配域之后为有效载荷 2 2 1 节目时钟基准( p c r ) 作为t s 码流系统层上的唯一的时间基准，p c r 成为t s 流是否能在目标 解码器上正确恢复系统时基的关键字段之一。 p c r 字段存在于t s 包有两个条件：其一是该传输包是一个具有p c rp i d 包 识别号的传输包；其二是传输包的p c rn a g 标志位为l 。p c rp i d 在p m t 表中设定，一般情况下，p c rp i d 指定为和视频传输包的p i d 相同，但也有可 能存在于音频p i d 和其它的非视音频传输包中。p c rn a g 标志应根据发送p c r 的时间间隔计算哪些t s 包应该有p c r 字段来设定。 设传输流码率为t s b i t r a t e ( 比特秒) ，p c r 出现的时间间隔为i n m r w l ( 毫秒) ， 应置p c rn a g 标志位的传输包包号为n ，那么一个t s 包的传输时间( 秒) ： d e l t a t ：型! ! f 2 1 1 则： ( 2 2 ) 等弘 觑一 天津大学硕士学位论文 第二章m p e g 2 码流分析及其实现 式中的方括号表示取整。p c r 字段可理解为对传输流的传输时间抽样值的记录。 因而，p c r 的计算和传输流的码率密切相关。设i 为当前传输包的包号，f 为上 一个含p c r 的传输包的包号，p c r ( f ) 为第i 个传输包的p c r 字段的值，p c r ( i ) 为第f 个传输包的p c r 字段的值，厶为系统时钟频率，t s b i t r a t e ( i ) 为传输流的分 段速率，则： p c r ( f ) ：e c r ( i ) + 堕堕塑墼堂。厶( 2 - 3 ) 77 t s b i t r a t e ( i ) 。9 每个含p c r 字段的传输包，p c r 字段结尾距传输包头部之始均为1 2 个字节。 因此，相邻p c r 字段间的间隔必为1 8 8 字节的整数倍( t s 包出现非整包丢失的 情况除外) ，p c r 字段的初始值p c r ( i o ) ： p c r ( i o ) ：型坠娑譬厶 (2qtsbi t r a t e ( i n 、 。” 、 p c r 字段被编码为厶的抽样值，共4 2 位。由两部分组成：3 3 位的基本部 分p c r _ b a s e ，它以矗0 0 时钟周期为单位，2