压缩视频测试策略 DV OnLine.数码视频在线数字摄像机数字视频处理视频采集卡编辑软件

    【摘要】在数字视频广播中，不仅要求在几百万的数字数据字节中没有误码，而且要求传送流中的各种视频、音频、数据等应保持同步。出现一些小的错误虽然在所难免，但它也有可能影响到正常的广播甚至引起节目的中断而造成损失。更糟糕的是，一些错误从表面上看来是间断性的，但为了识别这些错误并解决这样的问题，却是十分困难的。一种可行的测试策略是，首先检测出错误，并进行优先排序，分析错误的严重程度，而后对已存在问题的链路进行定位。检测和分析这样的问题，应当在最短的时间内予以解决，以免对终端用户带来影响。
    户的设备对视音频进行正确的解码。新的压缩系统如MPEG4/H.264/Windows Media9和SMPTE VC-1的出现，给传送流测试带来了许多新的课题。另外，移动视频标准如DVB-H的应用，也给传送流测试带来了新的挑战。


一. 现代电视广播系统

    在传统的离线分析中，对现代电视广播系统和数字视频的传送流文件进行分析和查找，是一件耗费时间且十分复杂的工作。为了分析和查找错误，传统的传送流分析仪需要创建含有错误的记录文件，而用户不得不采用手动方式来回地搜索记录文件以对每一错误进行分析和评估。这就是说，为了查找一个被怀疑的故障，往往需要搜索含有成千上万个记录错误的文件报告。这一过程需要耗费几个小时，也许是数天甚至是数月——事实证明，这一方法是完全不成功的。
    为使各个不同的视频分配系统、压缩和传输系统能够可靠地提供高质量的服务，关键是在测试时要把注意力集中在最重要的部位。这包括服务信息（SI）和系统定时（其表现形式为节目时钟参考PCR测量），以及其它附加服务，如互联网协议（IP）或电子节目指南（EPG）数据。
    幸运的是，新的测试工具可用来测试和分析数字视频广播系统，使得开发和实现新压缩标起错误的原因。这种错误记录文件将有助于跟踪频率和事件（tracking frequency and occurrence）。
    这样的分析工具可以提供一种简明的屏幕显示，使用户一眼就能看出（at-a-glance）最重要的事件和关键的测量结果，并给予特别的关注。图2给出了有关复用占有率分配情况的饼状图示，用户从图中可以迅速地发现码流是否处于“实际播出”状态和解码过程中，而不管测试点和码流是否在运行。


二. 如何测量PCR
    1.什么是PCR
    PCR是使MPEG解码器与编码视频保持同步的时钟参考，它锁定在“系统时钟”上。在由编码器系统时钟（STC）得到的42比特的样值中，为复用器提供解码器每接收一个PCR时的STC时间指示，其意义可参见ISO 13818-1附录D3（1）MPEG-2标准。如果因复用器产生的PCR值不准确，或者由于网络的延时而造成接收时间的推迟，就会出现同步错误。PCR抖动就是用来描述这种延迟时间的变动状况。
    2.PCR错误来自何处
    PCR的不准确可能来自于编码器中PCR电路的故障，也可能是因再复用器PCR电路或传送流无缝环路的故障所引起。如果RF调制器或解调器的工作不稳定，或者光纤解复用器工作不稳定也会导致PCR的不准确。另外，ATM网络中的包抖动和IP数据报的延迟变动均可能造成PCR出现错误。机顶盒（STB）中的缓存器可以改善PCR的抖动效应，然而，如果问题较严重，特别是当PCR出现较大的偏差时，那么STB也无能为力了。
    在解码器中，由PCR导出的显示时间标记（PTS）和解码时间标记（DTS）用来对双向编码帧重新排序，从而得到正确的图像帧显示顺序。

三. 有哪些重要的PCR测量项目
    最为重要的PCR测量是那些对显示时间标记和解码时间标记有直接影响的项目，它们是（参见图3）：
    PCR到达间隔（PCR-AI）：对于MPEG-2G不得大于100mS，在DVB中不得大于40mS；
    PCR准确度（PCR-AC）：在稳定的PCR参考值上不得超出±500nS的偏离值；
    PCR总抖动（PCR-OJ）：按照TR101 290标准（MGF1，2和3）定义的算法规则，滤波函数（区间频率）使用：0.01Hz、0.1Hz或1Hz。在TR101 290标准中，没有对PCR总抖动的容限作出规定，但是，PCR-OJ值可以很大，大约为微秒或毫秒的数量级。PCR-OJ与PCR到达间隔和PCR准确度（参见以下的图3）中的抖动相关。它们具有实时的效应，传送流包应当准确地在接口处给出稳定参考时钟的时间标记以实现准确的测量。例如，对于泰克公司的MTS400，允许用户定义自己的PCR-OJ容限，以适应给定系统的可接受的已知性能。对于实际传送流的实时PCR测量可按照图3来进行。


四. 如何测量PCR
    用户可以直接从实际工作的传送流中进行PCR实时测量，也可以在原先记录的传送流文件中进行离线测量。如果测试设备给出了输入数据包的时间标记，那么还可以测量和评估到达时间间隔抖动和总抖动。
    现以MTS400为例具体说明。用户单击某一被测节目，然后查找代表含有PCR的PID时钟符号图标并单击之。仪器即会出现“PCR graphs tab”（PCR图形标签），用户可以打开并观察到所有的可用图形和测量项。单击“limits icon”（容限图标），则在该图形的上下方显示出红色的“out of limits（容限外）”区域，如果存在着PCR错误，用户一眼就能看出。还可以按照TR101 290标准测试（2.3、2.4）列出错误，记录所发现的任何错误并整理成文档。
    用户可使用另一图标放大或缩小时间轴和幅度轴，以进一步查验PCR错误的性质（如漂移或正弦波失真）。


五. 检测和解决MPEG4/AVC/VC-1压缩系统中的问题
    如果要分析下一代的压缩系统，例如H.264、Windows Media9和VC-1，需要使用专用的基本流测试工具。利用这种测试工具，可以分析新压缩标准所支持的各种类型的宏块，运动矢量和改善后的运动估值。


六. 更好的分析和监视方法
    随着新的压缩标准和新的电视广播体系（如基于IP的视频传送）的应用，也使传输系统更为复杂，这就需要新的测试方法并能在最短的时间内得出测试结果。为务或各个节目；它应配备有用户接口，并提供简捷的导航指示以跟踪追查直至故障的根源。这样，就能在对终端用户造成影响之前，使所有的错误逐一得到解决。


七. 如何检测电子节目指南（EPG）问题
    在机顶盒中，是通过EIT和ETT来产生EPG的，如果我们使用MTS400，就可以提供EPG的实时显示和离线显示，从而有助于查找EIT和ETT表中的错误。


八. 如何检测IP问题
    在基于IP的视频传送应用中，这也就是说，视频压缩传送流是通过10/100或千兆位以太网接口（而不是ASI接口）而传输的，因此，我们需要通过这种接口从基于IP的视频传送传输网络中捕获和监视传送流，以分析和查找传输过程中的各种问题。


九. 如何捕获间断性问题

    最后暂停分析。利用这种方法可以用来快速方便地查找间断性故障，如果使用其它方式则是容易错过的。


十. 结语
    数字电视传输系统是相当复杂的系统，新压缩标准的引入更给设备制造商和网络运营商带来了新的挑战。只有使用有效的测试工具，在早期的开发过程中、试运行期间进行全面的测试，才能保证投入的服务能够正常地工作。采用新压缩技术的优点是在保持图像质量的前提下大大降低了比特率，但也给测试带来了新的挑战，因此需要寻求新的测试方法。
    我们设计的测试系统，应当使那些不太熟练的工程技术人员能够在最短的时间内十分容易地进行最重要的测试。如果一旦发生了互操作性问题，必须能够迅速地查找出产生问题的原因，确定问题究竟出在什么地方。
    总的目标是简化那些难于进行的测试和监视任务，使之成为只对终端客户带来实际影响的重要项目进行测试。测试设备应当在适当的层次上和适当的位置上快速地诊断系统中的问题。只要我们采取了正确的措施，就可以减少故障的发生率，以最低的成本来获得并保持最高的服务质量。