數字測量在演播系統的應用

2007-02-25 江蘇廣播電視總臺倪寧寧依馬獅網

    【摘要】 江蘇廣播電視總臺在十運會前后構建了約十個數字演播系統，對于節目的質量和安全的要求，使得數字演播室系統測試顯得十分重要，本文就介紹了我們在平時測試中學到的知識和解決的問題。
    【關鍵詞】 數字視頻數字音頻測量演播系統

    一. 演播室系統數字視頻規范
    廣電行業標準GY/T165-2000《電視中心播控系統數字播出通路技術指標和測量方法》定義了270Mbps SDI數字視頻通路的指標，該標準等效于SMPTE 259M標準。GY/T165-2000標準對指標的要求高于SMPTE 259M標準，考慮到進口數字設備的電氣指標都按照SMPTE 259M標準執行，實際測試經驗表明，若系統設計和安裝工藝不嚴密，系統的有些數字視頻指標達到GY/T165-2000標準會有一定困難，因此十運會要求數字視頻系統的指標至少要達到SMPTE 259M標準。GY/T165-2000定義了數字音頻通路的指標，該標準等效于AES/EBU標準，十運會要求數字音頻系統指標要達到GY/T165-2000標準或者AES/EBU標準。
    關于彩條測試信號的選擇：由于100％彩條信號在模擬復合狀態下具有高飽和度和大幅度（其黃色和青色的最高電平超過700mv，達到931mv），其對傳輸通道的動態范圍要求較高。在模擬復合系統通常采用75%彩條信號作為傳輸通道的測試信號（75%彩條信號的6個色條的亮度和色度幅值均為100%彩條信號的75%）。
    數字分量系統是分別對彩條的亮度信號和兩個色度分量信號CB和CR進行量化，75%彩條信號和100%彩條信號在數字量化時，電平幅度都不會超出A/D的基準電平范圍，發生限幅，產生非線性失真。將來實現數字地面廣播中，更無需因電平原因采用75%彩條。SMPTE制定的有關串行數字信號指標的測量方法，規定測試信號采用100%彩條。目前，廣電總局正在制定《SDI技術條件和測試》國家標準，大家都建議選用100%彩條作為測試信號。

    二. 演播室系統嵌入音頻規范
    1.在附屬數據空間的嵌入位置
    GY/T 161-2000《數字電視附屬數據空間內數字音頻和輔助數據的傳輸規范》規定：（1）音頻及擴展數據應放置在除切換行第6/319行（625行系統）及緊臨切換行之后的第7/320行（625行系統），以及用于放置EDH錯誤檢出校驗字第5/318（625行系統）之外的EAV與SAV之間的數字行消隱內；（2）必須在可用的附屬空間（數字行消隱）內EAV定時基準信號之后，立即嵌入音頻及擴展數據。
    2.對音頻數據包各音頻通道放置音頻內容的規定
    （1）單聲道音頻：音頻組1（Group 1）的通道1（CH1）放置節目混合聲，通道2（CH2）放置國際聲，通道3（CH3）放置混合聲，通道4（CH4）放置其他語言。通道1和通道2必須嚴格符合規定。
    （2）立體聲音頻：音頻組1（Group 1）的通道1（CH1）放置立體聲L聲道節目混合聲，通道2（CH 2）放置立體聲R聲道節目混合聲。通道3（CH3）放置立體聲L聲道國際聲，通道4（CH4）放置立體聲R聲道國際聲。在串行分量數字信號的消隱期間可以傳送多達16路AES/EBU 20bit的數字聲音信號。嵌入音頻一般又將8個AES/EBU音頻對（16路AES/EBU數字聲音信號）分為4組。

    三. 對演播室機房的測試
    為了使演播室機房的日常視音頻信號制作符合相關的直播和錄制規范，我們每天都要對系統的最終輸出信號進行測試，具體測試有如下：
    1.眼圖測試
    眼圖可用來確定和檢驗SDI信號的傳輸質量。利用眼圖顯示可測量SDI信號幅度、上升和下降時間、上升與下降時間差、過沖等數字視頻指標。眼圖及其相關指標測量見圖1。

    上升和下降時間規定在SDI信號幅度的20%點至80%點之間進行測量。過長的上升時間會引起信號的失真，如振鈴和過沖。但上升時間過于緩慢，將會減少眼圖中抽樣的可用時間。過沖會使上升時間不正確，它很可能是因阻抗不連續或接收端（或發送端）的反射損耗指標過差所引起。
    2.抖動測試
    抖動的定義是：數據流中脈沖沿位置與基準時鐘的相對偏差的變化，即數據流中脈沖位置的調制定義為抖動。在理想情況下，數據流中的脈沖位置應與一個穩定的、完全無抖動的原始時鐘進行比較，所測得的抖動量是絕對的抖動，也稱為總抖動（total jitter）。所測量的值包含所有的抖動頻率分量。另一種測量方法是，基準時鐘是從被測信號提取的，這樣測出的抖動稱為相對抖動（relative jitter），因為再生的基準時鐘含有被測信號的某些抖動頻率分量，其頻率分量取決與時鐘的提取方法。SMPTE RP184標準，按測量的頻帶寬度，規定了兩種類型相對抖動：
    定時抖動（Timing jitter）：在10Hz到1/10時鐘速率的頻率范圍內測量的抖動。要求時鐘提取電路的頻帶不超過10Hz。
    校準抖動（Alignment jitter）：在1KHz到1/10時鐘速率的頻率范圍內測量的抖動。
    3.誤碼秒的概念及測試
    由于串行數字視頻系統的脈沖誤碼具有間隔性，因此，使用誤碼秒來度量這種脈沖誤碼的特性。誤碼秒是指每秒發生誤碼的統計，比較適用于易受脈沖干擾而產生誤碼的場合。尤其適合于度量受短脈沖干擾引起視頻同步信號受損而造成圖像紊亂的誤碼特性。通常，大家關心的是節目的出錯次數，而不是多少比特受到影響。針對這種情況，泰克公司為數字電視系統開發了一種錯誤檢測系統，稱為錯誤檢測和處理（EDH）系統，在VM700T測試儀的SDI Format Monitor（SDI格式監測）中，可以對誤碼秒進行監測。
    4.SDI信號格式（SDI Format）
    應用TEK公司VM700T視（音）頻測量儀的SDI Format Monitor Display Mode測試功能可以提供連續的實時串行數字分量信號格式的檢測。SDI信號格式測試見圖2。可檢測如下錯誤：信號丟失，視頻行、場消隱標志出錯、場長度出錯、EAV/SAV放錯位置、輔助數據出錯、音頻輔助數據出錯、不合規定的亮度信號和色度信號、EDH測試信號檢測出誤碼等。上述SDI信號格式檢測項目符合SDI信號格式標準時，其對應的單元格內應顯示“0”標志（Elapsed單元格除外，該單元格用于誤碼秒測試所經歷的時間），否則，其對應的單元格則給出相應的出錯信息。