有线数字电视测量原理

有线数字电视信号及测量原理,唐明光中广协会技术研究委员会2009.6.16.,有线数字电视测量概述,一、有线数字电视测量的重要性及测量内容1、有线数字电视测量的重要性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。,2、有线数字电视系统测量的内容有线数字系统中测试的重点内容：a）TS码流参数b）系统传输网络参数,二、有线数字电视信号基本知识1、有线数字电视的主流标准与方式1)标准：DVB-C(欧洲，中国等）ATSC-16VSB，ATSC-64QAM（美国）ISDB-C（日本）,GY/T170-2001有线数字电视广播信道编码与调制规范GY/T106-1999有线电视广播系统技术规范GY/Z174-2001数字电视广播业务信息规范GY/Z175-2001数字电视广播条件接收系统规范GY/T148-2000卫星数字电视接收机技术要求GY/T158-2000演播室数字音频信号接口GY/T160-2000数字分量演播室接口中的附属数据信号格式GY/T161-2000数字电视附属数据空间内数字音频和辅助数据的传输规范GY/T163-2000数字电视附属数据空间内时间码和控制码的传输格式GY/T164-2000演播室串行数字光纤传输系统GY/T167-2000数字分量演播室的同步基准信号GY/T180-2001HFC网络上行传输物理通道技术规范GB/T16694-1996智能卡接口规范,GB/T17975.1-2000信息技术运动图像及其伴音信号的通用编码第1部分系统GB/T17975.2-2000信息技术运动图像及其伴音信号的通用编码第2部分视频GB/T17975.3-2000信息技术运动图像及其伴音信号的通用编码第3部分音频GB/T17881-1999广播电视光缆干线同步数字体系(SDH)传输接口技术规范GB/T17953-20004：2：2数字分量图像信号接口ISO7816智能卡接口规范,符合2003年4月1日国家广电总局科技司发行的有线数字电视暂行技术要求文件汇编,用户管理系统监管平台数据交换接口要求(暂行)运动图像及其伴音信号的通用编码系统、视频和音频部分的实施指南(暂行)有线数字电视条件接收系统应用指南(暂行)有线数字电视广播业务信息应用指南(暂行)有线数字电视电子节目指南指导性意见(暂行)有线数字电视中间件指导性意见(暂行)有线数字电视机顶盒和遥控器功能实施指导性意见(暂行)节目订购单和用户结账单格式基本要求(暂行)有线数字电视广播条件接收系统入网技术要求和评测方法(暂行)有线数字电视广播用户管理系统入网技术要求和评测方法(暂行)EN300429DVB系统中的帧结构、信道编码和调制(DVB-C)EN300428DVB系统中服务信息(SI)规范(DVB-SI)ETR211DVB服务信息(SI)的使用和执行指南(DVB-SI)EN300472DVB的比特流中传送图文信息和规范(DVB-TXT)EN301192数据广播的DVB规范(DVB-DATA)EN50083-9CATV/SMATV前端和DVB/MPEG-2传输流同类专业设备和接口(DVB-PI),EN50221关于条件接收和其它DVB解码器运营的通用接口规范(DVB-CI)TS102201DVBIRD的接口技术规范(DBVB-IRD)TS101197DVB系统中同时加密(simulcrypt)的技术规范(DVB-SIM)TS103197.V1.1.1同密接口ETR289通用加扰系统描述(DVB-CS)ETR154MPEG-2系统、视频和音频在卫星、有线和地面广播应用中的实现指南(DVB-MPEG)ETS300743DVB字幕系统(DVB-SUB)ETS300802DVB交互服务独立网络协议(DVB-NIP)ETS/EN300429DVB系统中的帧结构、信道编码和调制(DVB-C),2)四种方式：DVB-CATSC-64QAMATSC-16VSBISDB-C传送方式64QAM64QAM16VSB64QAM频带宽度8MHz6MHz6MHz6MHz传输速率31.64Mb/s41.34Mb/s43.05Mb/s30.31Mb/s接收滚降15%15%11.5%18%纠错方式RS(204,188)RS(128,122)RS(207,187)RS(204,188)压缩方式MPEG-2,2、有线数字电视信号的产生1）有线数字电视系统中，模拟视音频信号经A/D变换后，按照MPEG-2标准经过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。2）把基本码流分割成段，加上相应的包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。3）在传输时将PES包再分段打包成有固定长度188字节的传输码流TS。以及适用于相对无误差的环境的不定长度的节目码流PS。4）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。,MPEG-2系统传输层结构,1）传输流TSa）TS流的产生TS流是由一个或多个PES组合而成，它们可以具有相同的时间基准，也可以不同。其基本的复用方式是，先对具有相同时间基准的多个PES先进行节目复用，然后再对相互有独立时间基准的各个PES进行传输复用，最终产生出TS。b）TS流的组成TS流由一个个串接的TS数据包组成。TS包由包头和包数据两部分组成，共188字节。包头长度占4bytes，自适应区和包数据共占184bytes，整个TS包长度相当于4个ATM信元长度。TS包的包头由如下图摘录所示的同步字节、传输误码指示符、有效载荷单元起始指示符、传输优先、包标识符（PID-PacketIdentification）、传输加扰控制、自适应区控制和连续计数器8个部分组成。,c）传输流分组的结构如下图所示传输流的系统层可分作两个子层：一个是相应于特定数据流操作（PES分组层，可变长度），该层是为编解码的控制而定义的逻辑结构。PES头包括流的性质、版权说明（该节目是原始节目还是复制节目）、加入时间标签PTS和DTS、说明DSM的特殊模式等。另一个是相应于多路复用操作（TS分组层，188字节固定长度结构），该层是针对交换和互操作而定义的。在TS头中加入同步、说明有无差错、有无加扰、加入连续计数和不连续性指示（因为节目流的包相互交叉）、加入节目参考时钟PCR以及包识别PID等。,两个子层间的复用关系是，通过将PES结构切割成一个个小包，将其作为TS包的净荷嵌入到TS流结构中而建立起复用。采用这种结构的考虑是：)可以很方便地实现直接从传输流中解出原始音视频、数据；)也可从一个或多个传送流中抽取想要的基本流来进行解码或构造新的传输流再次传输；)还可以依据通信信道的质量在TS流与PS流间作切换。,一个TS包有188个字节，由分组头部、可变长度适配头和净负荷数据组成，传输流TS的结构如图示：,分组头部以固定8位字段的同步头开始，同步字为0 x47。同步头后是几个重要的标志，如“传送有误”(不可纠正错误指示)、“有效负载起始标志”、“传送优先指示”、“PID（Packetidentifier包标识符）”、“加扰控制”、“自适应区控制”、“连续计数器”等。其中的“PID”是辨别传输流分组的重要参数，PID通过节目特殊信息（PSI）表来识别传输流分组中所带的数据。一个PID值的传输流分组只带有来自一个原始流的数据。“调整字段控制”表示分组头部中是否有调整字段，调整字段中含有节目参考时钟PCR的重要信息。,分组有效负载包含有原始流分组（PES）数据，或者包含有程序特殊信息（PSI）或服务信息（SI），或者包含有私有数据。原始流数据加载在PES中，PES分组由PES分组头部及其后的分组数据组成。PES分组插在传输流分组中，每个PES分组头部的第一个字节就是传输流分组有效负载的第一个字节。也就是说，一个PES包的包头必须包含在一个新的TS包中，同时PES包数据要充满TS传输包的有效负荷区域，若PES包数据的结尾无法与TS包的结尾对齐，则需要在TS的自适应区域中插入相应数量的填充字节，使得两者的结尾对齐。,d）TS包的有效负荷数据TS包的有效负荷数据可以是PES、PSI、SI数据。）PES的组成和结构如图所示,）PSI的组成节目特定信息PSI是MPEG-2特有的说明信息，用来自动设置解码所需的参数和引导解码器进行解码，并提供音视频同步信息。PSI由4种信息表组成：节目关联表（PAT）、节目映射表（PMT）、条件接收表（CAT）、网络信息表（NIT）。这四种表都有自己的PID值。各种表和节目流的PID都是13位，其中PAT表的PID为0。将PID=0赋予PAT，可见PAT的重要性，它是所有这些信息的根。下面通过一个解码时各表调用的例子来说明它们之间的关系。,）SI的组成实际上，仅有PSI信息尚不能使综合接收解码器（IRD）自动接收某一业务并提供相应的节目的信息。因此，DVB标准提供额外的业务信息SI（ServiceInformation）作PSI的补充。它提供了整个IRD的设置信息，而不象PSI信息那样仅提供MPEG-2解码信息，从而可以使IRD自动调谐接收特定的节目并可对节目进行分组。SI中有传送的节目时间表、电子节目指南信息（ElectronicProgramGuide）等。SI信息包括节目的种类（如体育节目、新闻或电影）、节目的起始时间、节目的来源等。这些信息主要包括在4个基本表和一系列可选送的表中，4个基本的表是：NIT（网络信息表）-将属于特定节目提供所有者的所有节目集中在一起，提供调谐接收所必需的转发器频率、符号率等数据，并在节目接收参数有变化时及时更新参数使IRD自动跟踪接收；SDT（业务描述表）-给出特定复用器中与每个节目或业务有关的其他节目的名称与参数；EIT（节目信息表）给出各类节目的时间安排；TDT（时间及日期表）-提供节目开始的具体时间。由于它有具体的时钟信息，因此有时还可作为IRD解码时钟的更新。,除了这四个基本表外，DVB-SI还包括若干个可选表：BAT（节目组相关表）给不同观众提供不同节目组合信息。RST（运行状态表）快速更新某节目或某些节目的运行参数。它只有在状态或节目变更时才发送一次。ST（填充表）用来替代不传送的表。总之，PSI及其扩展SI是传送流解复用的指导性信息，IRD应首先从码流中提取这些信息，才能为后续的码流分析和数据提取提供依据。,2、MPEG-2系统的同步1）为什么需要同步在MPEG-2数字压缩系统中：a)每一帧图像所占的数据量是不同的（其依赖于图像的编码方式和图像的复杂度）；b)传输信道的时延是固定的。因而，对于活动图像而言，各帧的传输时延是可变的，于是传输和显示之间没有自然的同步概念。也就是说，数字传输系统不像模拟电视传输系统那样，图像信息以同步方式传输，接收机可以从图像同步信号中直接获得时钟信号，并由此控制显示。,2）如何实现同步MPEG-2系统建立同步，用来解决以上的不定时延的问题。它是一个以编码输入端与解码输出端（显示端）之间为一恒定时延的模型。该模型通过每个编码器、解码器缓冲区的延时是可变的方法（不仅仅是通过一原始流通道的缓冲区的延时可变，就是在音频和视频通道中单个的缓冲区延迟也是可变的）来实现恒定时延。,3）时钟信号为了实现缓冲器的延时可变，MPEG-2系统采用了在ES、PES和TS3个码流层次中设置相关的时钟信息，分别为：视频缓冲校验器时延VBV-delay（表示MPEG-2假定的目标解码器的VBV接收到图像起始码后，到当前解码帧解码开始所等待的90KHz系统时钟的周期数。用它在播放开始时设置解码器缓冲区的初始分配，以防止解码器的缓冲器出现上溢或下溢。）；显示时间标签PTS（PresentationTimeStamp）；解码时间标签DTS（DecodingTimeStamp）；节目参考时钟PCR（ProgramClockReference），并通过其联合作用达到编解码的同步和音视频显示的同步。,MPEG-2系统编解码时钟控制,a)时钟信号的产生PTS、DTS、PCR三个时钟信息，都是基于统一的27MHz系统时钟来产生，整个系统由该时钟来同步。该时钟要求有很高的频率稳定度。PTS、DTS均为33bit，编码成3个独立的字段，是保证音视频准确同步的必要信息。这些时间标签均是以此分组数据开始的第一个访问单元为基准来编码的，对TS码流而言，PTS和DTS的间隔700ms。,当实际码流合成器（PES打包器）工作时：DTS值由系统信道复用器产生，并通过串行通信方式送给码流合成模块，同时还采用同样的方式送给音视频编码器。PTS值则是利用帧同步信号对DTS计数值进行延时锁存（延时长度随图像组GOP类型和图像帧类型而定），增加音视频同步的可靠性和简易性。,b)同步信号的插入在TS形成过程中，PTS和DTS是在ES打包成PES时，根据STC的参考，将其时钟信息注入PES包中的，之后在PES切成TS时，再将PID和PCR信息注入到TS包中。当多路TS进行再复用的时候，各路TS的PCR将会被提取出来并进行分析，然后再根据统一的STC参考，将新的PCR生成并注入到TS中去。PCR为42bit值，分为33bit的基于90KHz时钟计数的PCR_base字段和9bit基于27MHz采样的PCR_ext字段。PCR在TS流中的最大间隔（从编码位插入PCR域后至到达解码器解复用时间）应小于100ms（DVB中一般为40ms）。将PCR按一定时间间隔精确插入到TS中，才可保证解码系统时钟以此做出精确重建，以保持与编码器的准确同步。最后，因为原来PAT表信息不再适用，所以需要再生成新的PAT表，并附加到新的TS流中去。经过这多层的复用之后，新的TS流即可以进行调制、传输到用户。过程可参见下图：,3、MPEG-2传送流的复用在单载波多节目（MCPC）方式下，MPEG-2传送流的复用过程可分作两个层次：打包后的音视频数据PES流合成单个节目的TS流；多个单节目的TS流合成总的TS流。MPEG-2传送流双层复用模型,在单载波单节目（SCPC）方式下，只含第一个层次的复用。不论是哪一级的复用，都要满足实时要求；不论是硬件复用还是软件复用，均要考虑速率上的实时要求。因而，目前大多数复用设备都采用了DSP实时处理技术。,a）从PES/PSI/私用数据到单节目的TS流复用思想：通过两级缓冲，对同一节目源的各个PES分组流先进行速率均衡，而后将PES流拆分为TS包净荷大小，并插入TS包头（含PCR信息），打成固定长度的传送流TS；同时定期地插入以PSI分段为净荷的TS包。处理过程如图所示。从PES码流复用到TS码流的处理框图,b）从单节目TS流到多节目TS流复用思想：在多CPU的服务器上，用软件分进程处理代替硬件复用，以降低成本、提高灵活性。其方法是，将各个单节目TS流以时分的方式复合成总的TS流，并将各节目的PSI信息经分析合成，形成总的PSI信息（构造新的PAT）。复用过程：硬盘或输入接口存储的各路单节目TS流，经复用预处理提取各自的PSI和码率信息后，分别设置到输入进程和复用进程中；启动输入进程和复用进程，输入进程把各路TS流以预置码率读到缓冲区中，并同时进行PCR修正；复用进程控制对各路TS流的选择发送。,4、有条件接收CA技术1）为什么需要CA在全数字传输平台上运行各种服务业务都离不开条件接收系统。条件接收（CA：ConditionalAccess）是电视节目商业化的需要，没有条件接收，就无从谈及增值盈利。同时，它也是应数字电视系统的交互要求而定义的，是收发两端相互配合的系统。,在发送端，对MPEG-2码流中的收费或保密部分信息用密钥进行加扰；在接收端，靠用户智能卡来解密产生密钥进行解扰。目前，CA系统已应用于视频点播等交互式业务上。DVB系统发射端的加扰是在系统打包复用过程之前发生的，即按MPEG-2标准压缩后的音视频和数据，先进行加扰后才进行系统层的复用，形成传送流（TS）。DVB定义了统一的条件接收接口，但允许不同的加密方式，以方便各种不同系统的同时采用。,2）CA系统的构成通常，一个CA系统是由工作密钥、加扰密钥和主密钥构成，用户只有得到这三个密钥才能正确的解密/解扰出相关的节目信息。如何将这三个密钥安全的传送到用户手上，是一个CA系统的关键所在。CA系统中传送的信息可分为公有信息和私有信息。公有信息是传输给所有用户的关于CA信息的，包含有节目信息（如该节目的视听费用、限制级别等）和控制节目信息，同时还包含加扰密钥；私有信息是传送给某个特定用户的关于该用户权限的信息，通过它可以更改用户的权限，同时还包含工作密钥。,3）条件接收系统的基本原理DVB的条件接收系统的结构框图如下：,上图中：CW（ControlWord）为控制字，相当于加扰密钥，通常可不断改变；ECM（EntitlementControlMessage）用户授权控制信息：相当于公有信息，提供特定的控制字或基于码流的解扰和控制参数；EMM（EntitlementControlMessage）用户授权管理信息：相当于私有信息，除了有智能卡识别符，还提供特定的用户的权限。它一般传输给特定的用户或用户群，告诉智能卡那些节目可以解扰以及实现的权限。例如，出于安全的考虑，可以发送信息给某个智能卡使其失效。EMM通常定期（如一个月）改变后传输给用户，用于更新和保持用户的权限。同时，对于某些付费业务，EMM经常传输一定数量的特性符（TOKEN）给用户，它代表用户可以购买的节目数量，智能卡可根据得到的TOKEN决定可以解扰的节目数量。在MPEG-2码流中，EMM、ECM所在的分组位置由CAT中的CA描述子（CA_descriptor）中的CA-PID字段给出。通过该PID，可以在TS包中找到EMM，在PMT表中找到ECM。,4）DVB系统解扰过程a）EMM和ECM的提取和使用EMM和ECM可以根据其对应的PID，在码流中的相应位置中提取出来。注意的是，目前有的有条件接收系统，它是由CAT表中的CA_descriptor中的CA_system_ID（有条件接收系统识别符）来标识的。每个系统有相对应的EMM形式，每一种接收系统可有多个的智能卡来解扰。在EMM中就有智能卡的识别符，它标识该EMM所适用的不同智能卡。接收端的CA模块比较该符号与当时所插入的智能卡的识别号是否相同，来决定是否将此EMM传递到该智能卡上进行解密。,b）智能卡工作过程和组成EMM的解密是唯一的，也就是说，一个智能卡只能解与其相关的EMM信息。解密后，就可以得到用于解ECM的所有信息，恢复出发送端的密钥CW。该CW就可用于对加扰的数据进行解密。可见，智能卡、ECM、EMM是解扰系统不可缺少的三要素。当智能卡插入时，接收机将读取TS中的“条件接收系统识别码（ConditionalAccessSystemID）”，并用此来找到带有EMM的正确的基本流。有的智能卡还自带一密钥，将解出的CW再度加密后送到接收机。此时智能卡与接收机是协同工作、相互配套的。这种智能卡不能用于其它的接收机，但大部分的智能卡（即不把CW重新加密的）则可同时供多个用户使用。c）智能卡的组成智能卡内部包括协处理器、ROM、EEPROM等。例如，IRDETO1.X版本的智能卡带有20kROM、2kEEPROM和一个RSA协处理器，每一部分包4对密钥，总共可产生120个分时业务和145个立即付费电视业务。它每秒能处理0.5个EMM，3个ECM，并有11个EMM的缓存能力。,5）DVB标准的CA存在的问题探讨广电所采用的DVB标准是十几年前由欧洲的DVB组织制定的，但涉及到机顶盒加密解密接口方面的标准基本上是一个空白。如有的专家所言：由于DVB标准的缺失才产生了众多私有的CA标准，而这些私有CA标准占有市场是以进入市场的时间先后论成败，而不是以技术水平论高低，最麻烦的是这些标准不公开。CA是运营商所必需的，没有公开的标准，只能用私有的标准代替，这就给后来采用DVB标准的国家和运营商留下了后患。,a)为什么DVB标准会出现这种情况了解机顶盒CA接口的工程师都知道，其核心是ISO7816智能卡通讯协议以及在这个协议之上定义各种ECM和EMM等通讯命令。这本来是一些比较简单的定义，为什么DVB组织没有定义这些接口呢？据分析，国际上著名的CA公司均是欧洲DVB组织的成员，如果对这部分接口进行详细的定义，恐怕这些靠私有标准接口生存的公司就丢掉了饭碗。不对机顶盒CA接口进行定义，留出定义私有标准的空间，进而控制采用DVB标准的国家和运营商，这样可以给这些掌握私有标准的公司带来巨大的经济利益。,b)问题的后果DVB标准进入中国后，那些掌握私有标准的CA、浏览器公司与其说推销CA产品，倒不如说是在推销私有的CA、浏览器标准，这个标准就是DVB里没有定义的那部分，而且是私有保密标准。这些私有保密标准通过各个机顶盒厂家的集成捆绑，变成了各个运营商的标准。在广电数字化的初期，运营商浑然不知，随着运营商技术水平的慢慢提高，才逐渐清楚，但已经被套牢了。虽然意识到问题的严重性，但苦于没有很好的解决办法和资金，只能继续维持现状。通过以上分析，广电运营商应该有清醒的认识。在设备及机顶盒的采购过程中，一定要避免采购隐含私有标准的产品，也就是避免将供应商私有的标准当成自己的标准，如果一定要这样做，必须要求其私有标准公开，并且做到可以在线替换，以避免将来受到牵制。,传输网络技术参数及测试,一、概述经过MPEG-2信源编码和MPEG-2TS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。扰码、RS编码、卷积交织以及64QAM调制称为信道编码。,二、信道编码和正交振幅调制QAM1信道编码为什么要进行信道编码？信源编码的码流不适合在信道中传输，必须经过某些处理，使之适合在信道中传输，这称为信道编码。否则，信道中噪声和失真的影响将导致接收信号质量劣化。,有线数字电视信号的信道编码使用的技术：为克服直流分量波动采用“能量扩散”技术，基于RS码编码的前向纠错（FEC）技术，为克服信道中的突发干扰造成的误码还采用了字节交织技术。,1）能量扩散频谱成形随机化码流随机化处理,2）RS编码码流中加入冗余纠错码，形成误码保护数据包(204,188)，以抵抗信道中的随机干扰。3）卷积交织交织深度I=12，形成相互交迭的误码保护数据包，以抵抗信道中突发的干扰。,为了简单说明交织的原理，只取交织深度=5为例来说明。,51,52,53,54,51,52,53,54,1,7,接收端去交织,4,3,发端交织,设传送的码流序列为：X=(A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9,A10,A11,A12,A13,A14,A15,A16,A17,A18,A19,A20,A21,A22,A23,A24,A25)发端交织器是码元分组交织器，25个信息码元分为5行5列，按行输入：当A1输入交织器直通至输出到第1行第1列位置；当A2输入交织器5x1=5位延迟后输出，至第2行第2列位置；当A3输入交织器5x2=10位延迟后输出，至第3行第3列位置；当A4输入交织器5x3=15位延迟后输出，至第4行第4列位置；当A5输入交织器5x4=20位延迟后输出，至第5行第5列位置。若用矩阵表示交织器的输入，它是按行写入每行5码元，即：A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10X1=A11A12A13A14A15A16A17A18A19A20A21A22A23A24A25,经过并行的5个存储器后，有A1A22A18A14A10A6A2A23A19A15X2=A11A7A3A24A20A16A12A8A4A25A21A17A13A9A5按行读出送入信道的码元序列为：X3=(A1,A22,A18,A14,A10,A6,A2,A23,A19,A15,A11,A7,A3,A24,A20,A16,A12,A8,A4,A25,A21,A17,A13,A9,A5)这个码元序列在信道中受到两个突发干扰，到达接收端的码元序列为：X4=(A1,A22,A18,A14,A10,A6,A2,A23,A19,A15,A11,A7,A3,A24,A20,A16,A12,A8,A4,A25,A21,A17,A13,A9,A5)序列中红色码元表示受到突发干扰的码元。在接收端送入去交织器，去交织器结构与发端交织器结构互补，并且同步运行，即并行寄存器自上而下延迟5x4=20,5x3=15,5x2=10,5x1=5,0（直通）。X4分5行5列，按行输入，用矩阵表示为：,A1A22A18A14A10A6A2A23A19A15X5=A11A7A3A24A20A16A12A8A4A25A21A17A13A9A5去交织器输出为A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10X6=A11A12A13A14A15A16A17A18A19A20A21A22A23A24A25按行读出并送入信道译码器的码流序列为X7=(A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9,A10,A11,A12,A13,A14,A15,A16,A17,A18,A19,A20,A21,A22,A23,A24,A25)突发干扰导致的集中差错，经过交织/去交织处理后，转换为随机独立差错。,MPEG2传输码流结构MPEG2帧结构,字节到符号的映射经信道编码后的MPEG2帧仍然是二进制码流，对于QAM调制，要将二进制码流映射成符号。即将二进制数字信号变换为多进位制数字信号。,2、QAM调制QAM是二维调制技术。其原理是：将经信道调制的传输流等分为两个并行的码流，它们分别调制由同一个信号源产生的两个相互正交载波的振幅（调幅），然后，将已调幅的两个载波相加（调相），得到中频QAM信号。再经上变频即得到RF-QAM信号。可从QAM星座图分析正交调幅的方式，星座图上某一星座点矢量在I（同相）坐标上的投影调制同相载波的振幅，在Q（正交）坐标上的投影调制正交载波的振幅，然后将两个调幅信号相加就是所需的QAM信号。由于QAM是幅度、相位联合调制的技术，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。,3、多值正交幅度调制(MQAM)QAM称为正交幅度调制或正交幅移键控QASK。正交的两个载波之和可以表示为:Si(t)=aicos(ct+Qi)+bisin(ct+Qi)(-T/2tT/2)(1)在式(1)中的ai、bi只取两个值时是QPSK。ai、bi本身取不同的值，所作的处理就是正交振幅调制(QAM)。当它们不再取两个值而分别取3、4、5、6个值时，就分别对应8QAM、16QAM、32QAM、64QAM,称为多值QAM调制方式。调制等级M=2m(m是每个符号的比特数)；(2)比特率R=mBW(BW为频道带宽)；(3)符号率BS=BW/(1+)；(4)比特率R=BS(1+)为MPEG-2的滤波器滚降系数(=0.15)；频谱利用率频率=R（传输比特率）/BW（频道带宽）=(b/s/Hz)；载噪比C/N与m有关。后面给出16QAM振幅相位坐标图(即星坐图),它是取不同振幅和相位组合而得到的不同形式的16QAM的结构。也给出了32QAM振幅相位坐标图，64QAM振幅相位坐标图，图256QAM振幅相位坐标图。,4、QAM数字电视信号的频谱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，抑制了载波，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8MHz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在一起，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10dB。,数字电视信号与模拟电视信号频谱,3、有线数字电视传输网络技术参数1）频道功率（电平）2）噪声电平3）误码率4）信噪比5）调制误差比,4、频道功率（电平）测量原理定义:8MHz带宽内的总RF功率，称为数字电视频道功率（电平）。测试点频率在被测试频道的中央。其单位为dBmV或dBV。,QAM调制的数字电视信号，没有图像载波电平可取，整个频带的带宽内是“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，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4767dBV数字相邻频道间最大电平差为3dB数字频道与相邻模拟频道间最大电平差13dB,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，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。,5、数字电视频道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。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。因为数字频道内有用信号也像噪声，没有手段能把它们与噪声分开。所以，测量数字电视频道噪声，要到被测频道的空置邻频道去取样测量。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。,6、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10E-4，其他参数（如载噪比、调制误差率、噪声容量）的限额值都是为了保证该误码率的。可用伪随机二进制序列（PRBS）发生器、带PRBS码流串行接口的QAM调制器、频谱分析仪和误比特率（BER）分析仪来测量误码率。,7、信噪比及其测量方法定义：信噪比S/N指传输信号的平均功率与噪声的平均功率之比。在基带传输系统中，一般采用信噪比指标。在调制传输系统中，一般采用载噪比指标。定义：载噪比C/N指已调制信号的平均功率与噪声的平均功率之比。载噪比中的已调制信号的功率包括了传输信号的功率和调制载波的功率。,数字调制信号对网络参数的要求主要反映在载噪比上，载噪比越大，信号质量越好，反之信号质量就差。模拟电视会出现“雪花干扰”，数字电视会出现马赛克，严重时会造成图像不连续甚至不能对图像解码。只要满足GY/T106-1999有线电视广播系统技术规范要求的有线网，在用户端电缆信号出口处数字频道载噪比达到31dB以上，就可传送64QAM信号。可以采用适当的频谱分析仪或者矢量分析仪测量系统的信噪比。,8、调制误差比及其测量方法MER的定义：MER是以星座图上矢量幅度的有效值与误差幅度的有效值的比值。用分贝表示，可写成如下形式其中：Ij、Qj是星座点理想位置的矢量、Ij、Qj是误差矢量。N表示对64个星座点中每个星座点计算的次数，通常要求N64以保证精度。,调制误差比（MER）包含了信号的所有类型的损伤，如各种噪声、载波泄漏、IQ幅度不平衡、IQ相位误差、相位噪声等。MER的测试结果反映了数字接收机还原二进制数码信号的能力，它近似于基带信号的信噪比S/N。,数字调制信号的损伤通常用星座图来观察。在星座图中，噪声呈云状，差拍干扰呈环状，IQ不平衡的星座图呈非正方形。在用户端电缆信号出口处调制误差比MER要求达到30dB以上。可以采用QAM星座图分析仪和基准接收机来测量系统的调制误差比MER。,传输码流参数及测试,一、概述对MPEG-2TS流参数的测试，是基于“DVB系统测试指导”文件ETR290标准的规定。测试不依赖任何商用解码器及芯片，只使用MPEG-2TS系统目标解码器（T-STD）的标准解码程序。MPEG-2TS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等。通常采用码流分析仪对TS流进行检测分析。,二、TR101290的3级错误分析依据DVB最新的TR101290测试标准，将DVB/MPEG-2TS流的测试错误指示分为3个等级。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。第一等级：可正确解码所必须的几个参数；第二等级：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：依赖于应用的几个参数。,1、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，可能导致接收时出现马赛克，严重时会导致解码器无法解码，出现图像停顿等。,3）PAT错误：节目关联表PAT的PID规定为0 x0000。PAT错误包括标识PAT的PID没有至少0.5s出现一次，或者PID为0 x0000的包中无内容，或者PID为0 x0000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，图像出现马赛克等现象。,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（即每路业务的流得PID），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。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。,2、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，就不能再从错误包中得出其他错误指示。通过监测TS包的错误，可以监测码流是否连续及稳定。2）循环冗余检测码CRC错误：在PSI和SI的各种表中出现CRC出错。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。,3）PCR间隔错误：PCR用于接收端解码器本地的27MHz系统时钟与发射端时钟同步，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100ms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500ns。PCR抖动过大，会影响到解码时钟抖动甚至失锁。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。,5）PTS错误：显示时间标记PTS重复发送时间大于70ms，则对帧