数字电视信号的误码测量

数字电视信号的误码测量

时间：2005-6-3 15:50:00 来源：依马狮网作者：程实中国国际广播电台电视中心阅读2573次

数字视音频的大潮已扑天盖地将我们淹没，尤其是电视制作专业领域，采、录、编、播的全程数字化已逐渐成为标准配置。数字技术的运用，解决了长期以来电视图像质量因后期制作而下降的问题，但又带来了数字电视信号误码的新问题。在信号源和接收机之间存在任何一个数据字的数值改变称之为误码，这是数字信号独有的。让我们从数字视频信号的标准、格式、编码说起。

一. 数字视频信号的标准和格式

CCIR-601（也称ITU－R601）标准定义了数字视频的信号标准（见下表）。

按照CCIR601标准，模拟电视信号以4:2:2取样，取样后进行8比特量化和线性PCM编码，即可得到符合数字演播室标准的基带数字信号，其比特流为：（13.5×8＋6.75×8×2）Mbit/s=216Mbit/s。这种速率在一般计算机上很难处理。每分钟数字视频所占用的空间为：216Mbit/s×60s/8=1620MB，如果把这种视频流存放在650MB的光盘中，一张光盘只能存放20多秒，而一块10GB的硬盘也存储不了几分钟的视频图像。因此必须对数字视频图像进行压缩，用尽可能少的数据来表达信息，节省传输和存储的开销。

于是，数字视频码率压缩得以普及，JPEG、M-JPEG、MPEG-2、MPEG-4等压缩标准、小波编码和帧间压缩为各界广泛接受。数字设备也从天价的非压缩D1、D2、D3、D5发展到现在广为使用的索尼

Digital-Betacam、Betacam SX、MPEG IMX、DVCAM；松下公司的DVCPRO25、DVCPRO50；JVC公司的Digital-S 等（见下表）。

如此众多的不同格式的机器设备该如何集成为制作系统呢?好在他们都采用标准的串行数字接口（Serial Digital Interface），即：统一传送我们常说的SDI信号。

二. SDI信号的编码

SDI信号的编码格式如下表所示：

每行活动视频的起始标识是SAV，结束标识是EAV，活动视频序列一般为Cb，Y，Cr，Y，Cb，Y...Y，Cb，Y，Cr，Y共计1440个字。SAV和EAV都用四个字表示，即：3FFF/000/000/XYZ表示。在EAV和SAV 之间是行辅助数据区（HANC），包括数据头，类型，行序列号，数据总数和用户数据。共计280个字。

其中用户数据目前主要用来嵌入音频信号。这样的数据信号还要经过并/串转换，加扰和非归零码转换（NRZI）形成串行数据流，并加入电路驱动输出。

SDI信号有它的固有弱点，SDI信号无误码检测功能和纠错手段；误码在加扰解扰器中倍增；时基不准使单个误码引起一串误码；跳变少和不对称也会引起误码。我们常说的数字电视信号误码指的就是SDI 信号的误码。

三. SDI信号的误码

与模拟设备不同，数字设备通常不会产生误码，如：切换钜阵、数字延迟器、数字帧同步器、嵌入音频设备等，但有些数字设备会改变有效图像区，如：数字VTR或磁盘记录系统、制作切换设备等。另外，一些模拟因数会导致误码的产生，如：传送的距离和传送电缆的反射损耗、信号的电平和噪声、信号的抖动和时钟的重建等。

SDI信号的误码情况该如何描述呢?我们引入了以下几个概念：

1.误码率和误码秒

误码率（BER）是出错的数据字（即误码）数目与全部数据字数目的比值，主要用于噪声引起的随机误码统计。我们一般认为每帧画面上有一个误码会使图像崩溃，所以在PAL制中，称误码率0.97×10-7为崩溃点（或死亡点）。

误码率的测量需测所有比特，往往要花费很长一段时间周期，而且必须停播测试，必须使用已定义的伪随机比特序列信号进行测试。这就带来很大的不便，尤其在无噪声的条件下典型的视频误码为脉冲误码，具有间隔出现的特点，一个数据字的出错会引起数百个相同数据字的出错。这时误码率的测试不可能提供有价值的数据。

误码秒（Err Secs，而不是Errors Per Second）在误码出现后开始记时，到不再检测到误码时停止，可以与Elapsed记录的时间长度作对比。它比误码率更适合评价短脉冲干扰引起同步信号遭到破坏，造成图像混乱的误码统计，从而给出更多节目中存在问题的信息。

2.系统增强测试

模拟系统在工作中信号不断衰减，信号质量不断降低，基本呈线性。而数字系统在崩溃点之前，倾向于无故障工作；在崩溃点之后，图像根本无法识别。所以，数字系统很重要的一点就是必须知道系统离崩溃点有多远。增强测试就是改变数字信号的某个参数，直至到达崩溃点产生故障。SMPTE 259M提出，系统增强测试最直观的方法是加接电缆，直至误码率达到崩溃点使图像崩溃。下图给出某品牌电缆做的系统增强测试的曲线图。

实验结果表明，电缆长度一般不能超过300米，最好在250米以内。

3.EDH码

EDH码是泰克公司研制的一种用于数字系统的误码检测方法，1993年2月被SMPTE采纳为标准，称为PR165实用建议文件。“EDH”即误码检测和处理，是对串行处理器中每一场视频信号进行循环冗余码（CRC）计算。通过监测全场、有效图像、辅助数据区并记录数值，来确定误码的生产个数。也常称为符号分析。

EDH码（即CRC数据）由数字信号发生器（如Tek TG2000）产生，插入到SDI信号中（PAL制625

行的第5行），可用数字信号测量仪（如Tek VM700T）在线测试。测量仪能自动实时监测，提前给出故障警告，并自动精准地作出误码报告。

虽然EDH方式测误码直观准确，但它需要信号发生器和测量仪同时在线，占用了设备。而且误码达到多少个会对系统形成威胁，现在还没有标准。所以，如果完全依赖自动测试，就不能及时、有效地反映数字信号传送的质量，这时就需要通过相关测试来对系统性能作出全面评价。

4.相关测试

SDI的相关测试中有三项常规数字信号测试方法能反映误码的状况，即：SDI-Eye Diagram（眼图）、SDI-Wander（漂移）和SDI-Jittler（抖动），其中，眼图测试最为直观和全面。这三种常规测试根据测量仪器的不同而各有千秋，也为大家所了解，就不再一一赘述了。

总之，上文介绍的对产生误码有影响的各因数，EDH可确定误码的个数；增强测试反映了传送的距离和传送电缆的反射损耗；误码率反映了噪声对误码的影响；误码秒反映了短脉冲干扰对误码的影响；