基于AVS及DTMB的地面數(shù)字電視測(cè)試系統(tǒng)的搭建

徐玉輝

安徽廣播電視臺(tái) 安徽省 合肥市 230022

概 述

地面數(shù)字電視系統(tǒng)利用數(shù)字化的信源編碼及信道調(diào)制技術(shù)，使得一個(gè)8MHz模擬帶寬可以傳送10套左右的標(biāo)清數(shù)字電視節(jié)目。以AVS（AVS+）信源編碼和DTMB信道調(diào)制國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成了中國(guó)地面數(shù)字電視系統(tǒng)的兩大核心技術(shù)體系，此類地面數(shù)字電視系統(tǒng)業(yè)界稱為雙國(guó)標(biāo)系統(tǒng)。對(duì)于運(yùn)營(yíng)單位而言，發(fā)射系統(tǒng)應(yīng)以何種模式調(diào)制？接收機(jī)接收效果如何？一個(gè)8M帶寬內(nèi)能夠容納多少套電視節(jié)目，節(jié)目碼率該如何設(shè)置？這些都是首要解決的問(wèn)題，除了理論分析及實(shí)際路測(cè)以外，有必要建立一套測(cè)試系統(tǒng)，來(lái)指導(dǎo)工程實(shí)踐。本文以安徽廣電無(wú)線傳媒公司的AVS+DTMB地面數(shù)字電視測(cè)試系統(tǒng)為例，論述了測(cè)試平臺(tái)技術(shù)結(jié)構(gòu)以及常用項(xiàng)目測(cè)試方法。

1 AVS及DTMB技術(shù)特點(diǎn)

AVS是擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的視頻信源編碼，它的編碼效率與H.264相當(dāng)，是MPEG-2的2倍，是中國(guó)視頻編碼的推薦標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 20090）。AVS結(jié)合了當(dāng)前視頻編碼先進(jìn)技術(shù)，具有特征性的核心技術(shù)包括8×8整數(shù)變換、量化、幀內(nèi)預(yù)測(cè)、1/4精度像素插值、特殊的幀間預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、二維熵編碼、去塊效應(yīng)環(huán)內(nèi)濾波等。AVS標(biāo)準(zhǔn)編碼效率可以達(dá)到MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的2～3倍，AVS編碼技術(shù)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，專利授權(quán)模式簡(jiǎn)單，費(fèi)用較H.264大幅降低［1］等特點(diǎn)。

DTMB是符合《數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制》強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB20600-2006）數(shù)字發(fā)射系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。該標(biāo)準(zhǔn)以時(shí)域正交頻分復(fù)用（TDS-OFDM）調(diào)制技術(shù)為核心，由時(shí)域同步和頻域數(shù)據(jù)兩個(gè)傳輸模塊組成。DTMB具有抗干擾能力強(qiáng)、同步性能好、頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn)。DTMB標(biāo)準(zhǔn)在8MHz帶寬內(nèi)支持4.813～32.486Mbit/s的凈載荷數(shù)據(jù)傳輸率，支持HDTV和SDTV，支持固定接收和移動(dòng)接收，支持單頻組網(wǎng)和多頻組網(wǎng)。［2］

2 地面數(shù)字電視系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)

本測(cè)試平臺(tái)信源部分和信道部分分別采用AVS和DTMB國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。該測(cè)試平臺(tái)與在用前端系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，可進(jìn)行激勵(lì)器參數(shù)指標(biāo)測(cè)試以及接收機(jī)對(duì)升級(jí)流、EPG等信息以及參數(shù)配置變動(dòng)的響應(yīng)測(cè)試。測(cè)試平臺(tái)安全可靠，技術(shù)指標(biāo)符合總局相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及TR101 290、RFC 4445 MDI及Ineo Quest建議等標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)

地面數(shù)字電視系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)與實(shí)際使用的系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，包含信號(hào)源、編轉(zhuǎn)碼、PSI/SI注入、再?gòu)?fù)用、調(diào)制發(fā)射、接收、測(cè)量評(píng)價(jià)等子系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 AVS+DTMB地面數(shù)字電視測(cè)試平臺(tái)框圖

MPEG-2 TS OVER IP節(jié)目流從信源交換機(jī)引接至AVS編碼器組，進(jìn)行AVS轉(zhuǎn)碼生成AVS TS OVER IP傳輸流，AVS編碼器為柯維新，每臺(tái)編碼器能同時(shí)對(duì)四套節(jié)目進(jìn)行AVS轉(zhuǎn)碼，并提供SDI接口對(duì)節(jié)目進(jìn)行編碼。AVS TS OVER IP傳輸流與EPG信息流在編碼交換機(jī)匯聚。數(shù)碼視訊復(fù)用器從編碼交換機(jī)取得節(jié)目信息后進(jìn)行一個(gè)TS流的復(fù)用，節(jié)目數(shù)量根據(jù)測(cè)試需要確定，可以為10個(gè)。用于機(jī)頂盒的升級(jí)流由PC的播發(fā)卡以ASI口注入復(fù)用器。復(fù)用器將最終的TS流以ASI接口送往地面數(shù)字電視激勵(lì)器進(jìn)行調(diào)制、上變頻至UHF波段，通過(guò)天線進(jìn)行開(kāi)路發(fā)射，也可通過(guò)阻抗匹配后有線傳輸。至此，完成了模擬數(shù)字前端和無(wú)線發(fā)射的功能。在接收端我們?cè)谕坏攸c(diǎn)放置了功率計(jì)、頻譜儀和含有步進(jìn)衰減器的機(jī)頂盒。

使用激勵(lì)器來(lái)模擬發(fā)射機(jī)發(fā)射原理可行并且使用方便。數(shù)字電視發(fā)射機(jī)功能上可以分為調(diào)制和放大兩部分，激勵(lì)器完成了所有DTMB的調(diào)制，并以小功率無(wú)線信號(hào)輸出。各品牌激勵(lì)器輸出功率大致相同，以UBS DVU 5000激勵(lì)器為例，可以實(shí)現(xiàn)1mw～10mw功率輸出，分貝表示為0dbm～+10dbm，而根據(jù)《地面數(shù)字電視接收機(jī)通用規(guī)范》，接收機(jī)接收門限在負(fù)數(shù)10dbm，遠(yuǎn)小于1mw，因此，使用激勵(lì)器來(lái)模擬發(fā)射機(jī)發(fā)射是可行的。發(fā)射天線采用的是四創(chuàng)電子的室內(nèi)小型寬帶雙桿VHF/UHF接收天線，輸入阻抗50Ω。

2.2 DTMB的調(diào)制模式選擇

DTMB的調(diào)制模式有330種，［3］廣電總局推薦的地面數(shù)字電視常用工作模式有七種，各廠家機(jī)頂盒對(duì)這七種模式兼容性最好，因此，現(xiàn)有的地面數(shù)字網(wǎng)調(diào)制模式基本從中選取。調(diào)制模式1～3應(yīng)用于移動(dòng)接收，對(duì)接收機(jī)門限電平較低，其余的用于固定接收，接收機(jī)門限電平較高。選取原則是：一個(gè)頻點(diǎn)傳送的節(jié)目總碼率及開(kāi)銷不能超過(guò)系統(tǒng)凈碼率；在保證節(jié)目數(shù)量的前提下，盡量選擇接收機(jī)門限電平較低的調(diào)制模式，以獲取更大的覆蓋范圍。DTMB的調(diào)制模式選擇通過(guò)激勵(lì)器的設(shè)置界面完成。如表1所示。

表1 常用的地面數(shù)字電視系統(tǒng)工作模式

2.3 AVS編碼器輸出碼率設(shè)置

每套編碼器碼率輸出為視頻編碼碼率和音頻碼率之和，視頻編碼輸出碼率設(shè)置512Kbps～6Mbps之間，音頻編碼采用DRA音頻編碼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或MPEG-1 LayerⅡ，碼率為64Kbps。

3 測(cè)試內(nèi)容

3.1 激勵(lì)器工作模式

3.1.1 測(cè)試框圖

測(cè)量激勵(lì)器工作模式需要的設(shè)備包括地面數(shù)字電視接收機(jī)、顯示器或誤碼分析儀。如圖2所示。

圖2 工作模式測(cè)量框圖

3.1.2 測(cè)試步驟

連接測(cè)量系統(tǒng)；設(shè)置激勵(lì)器調(diào)制模式，使其工作處于一種工作模式；設(shè)置輸入地面數(shù)字電視激勵(lì)器的ASI信號(hào)，碼率略低于激勵(lì)器調(diào)制模式下的最大凈碼率；觀察誤碼分析儀誤碼率或顯示器圖像，判斷接收機(jī)工作是否正常；接收機(jī)工作正常的判斷標(biāo)準(zhǔn)為顯示器輸出圖像無(wú)馬賽克。

3.2 接收機(jī)最小接收電平

3.2.1 指標(biāo)說(shuō)明

最小接收電平有時(shí)候也稱為靈敏度，該指標(biāo)反映了接收機(jī)在極弱信號(hào)下的接收能力，最小接收信號(hào)電平測(cè)量值越小表示靈敏度越好。

《地面數(shù)字電視接收機(jī)通用規(guī)范》（GB/T 26683-2011）中，［4］給出了接收機(jī)最小接收電平的技術(shù)規(guī)范，如表2所示。

表2 最小接收電平技術(shù)規(guī)范

工作人員可以設(shè)計(jì)出特定接收機(jī)RF最小輸入電平測(cè)試和各種品牌接收機(jī)、不同解調(diào)芯片的橫向靈敏度測(cè)試。

3.2.2 測(cè)試框圖

激勵(lì)器經(jīng)步進(jìn)衰減器后由發(fā)射天線開(kāi)路發(fā)射，接收端為若干待評(píng)測(cè)的機(jī)頂盒。如圖3所示。

圖3 接收電平測(cè)量框圖

3.2.3 測(cè)量步驟

調(diào)整數(shù)字電視激勵(lì)器的輸出電平，使被測(cè)接收機(jī)輸入電平為標(biāo)準(zhǔn)輸入電平；調(diào)整接收機(jī)使監(jiān)視器顯示正常圖像；以適當(dāng)步進(jìn)調(diào)整信號(hào)衰減器的衰減量，減小輸入電平值，直接接收機(jī)不能正常工作；再逐漸增加輸入電平值，直至無(wú)誤碼接收，此時(shí)功率計(jì)讀出電平為最小接收機(jī)電平；將衰減器調(diào)為0db衰減，逐漸增大衰減量，觀察接收機(jī)1～4的輸出圖像質(zhì)量，根據(jù)結(jié)果判斷接收機(jī)（解調(diào)芯片）的靈敏度。

3.3 接收機(jī)對(duì)電子節(jié)目指南信息變動(dòng)的響應(yīng)測(cè)試

電子節(jié)目指南（EPG）是一種電視節(jié)目信息導(dǎo)航系統(tǒng)。用戶通過(guò)電子節(jié)目指南，能夠了解到節(jié)目的相關(guān)信息，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)目的快速檢索和訪問(wèn)。電子節(jié)目指南（EPG）包含節(jié)目特定信息（PSI）以及業(yè)務(wù)信息（SI）。EPG系統(tǒng)生成相關(guān)EPG信息，并通過(guò)復(fù)用器與數(shù)據(jù)流進(jìn)行復(fù)用，與數(shù)據(jù)流一起傳送給接收機(jī)。如圖4所示。

圖4 EPG信息響應(yīng)測(cè)試

3.4 測(cè)試步驟

EPG編輯器生成與節(jié)目相關(guān)的EPG信息表或文件；通過(guò)UDP/IP輸出，送入復(fù)用器，與節(jié)目碼流復(fù)用；通過(guò)監(jiān)視器上觀察EPG信息顯示是否正確；改變相關(guān)EPG信息表的版本或參數(shù)，觀察接收機(jī)對(duì)EPG信息變動(dòng)的響應(yīng)情況。

總 結(jié)

該AVS+DTMB雙國(guó)標(biāo)地面數(shù)字電視系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)總投資低，占地面積小，可根據(jù)實(shí)際需要選擇測(cè)試工具完成相應(yīng)測(cè)試?？蓪?duì)AVS信源編碼前端和接收設(shè)備進(jìn)行測(cè)試和研究分析。今后，可以根據(jù)后期測(cè)試需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件擴(kuò)展應(yīng)用于AVS高清、AVS統(tǒng)計(jì)復(fù)用、各類編碼方案對(duì)比、各種調(diào)制模式對(duì)比、機(jī)頂盒對(duì)比等領(lǐng)域。