- Turner Entertainment Networks внедряет Tektronix Cerify
- Поддержка 3G интерфейса для анализаторов формы сигналов
- О растерайзерах и видеоанализаторах Tektronix
- Развитие стратегии тестирования сжатых видео потоков
|
Развитие стратегии тестирования сжатых видео потоков
Крис Пёрди (Chris Purdy)
Инженер по работе с приложениями
Tektronix, Inc.
Краткий обзор
Особенностью цифрового телевизионного вещания является не только наличие миллионов байт цифровых данных, которые должны быть свободными от ошибок, но также множество транспортных потоков видео, звука, данных и путеводителей по программам, которые должны быть идеально синхронны. Небольшие ошибки - это обычная вещь, но они грозят нарушить телевещание и вызвать дорогостоящие перерывы трансляции. В довершение всего эти ошибки могут всплывать скачками, делая их крайне трудными для выявления, понимания и разрешения. Надежная стратегия тестирования - сначала обнаружить ошибку, расположить ее в соответствии с приоритетом, оценить ее значение, а затем определить где в цепи существует проблема. Обнаружение и решение этих проблем должны быть упрощены, чтобы гарантировать минимум времени необходимый для понимания проблемы, и чтобы тем самым избежать удара по конечному пользователю.
Статья
Особенностью цифрового телевизионного вещания является не только наличие миллионов байт цифровых данных, которые должны быть свободными от ошибок, но также множество транспортных потоков видео, звука, данных и путеводителей по программам, которые должны быть идеально синхронны. Небольшие ошибки - это обычная вещь, но они грозят нарушить телевещание и вызвать дорогостоящие перерывы трансляции. В довершение всего эти ошибки могут всплывать скачками, делая их крайне трудными для выявления, понимания и разрешения.
В связи с возросшей сложностью современных цифровых видео потоков, становится важным разработка вопросов, связанных с новыми, надежными тестами. Они включают тесты соответствия стандартам, гарантирующие, что аппаратура взаимодействует с приборами от других поставщиков, и что видео и звук правильно декодируются абонентским оборудованием. Существует также полностью новый набор проблем, возникающих в рамках транспортных потоков, использующих новые системы сжатия как, например, MPEG4/H.264/Windows Media 9 и SMTE VC-1. Неполные транспортные потоки и обмен сигнальными сообщениями для мобильных видео стандартов, таких как DVB-H, также являются новой сложной задачей тестирования.
.jpg)
Рис. 1: Типичная современная система телевещания
Современные широковещательные системы
Анализ параметров и отладка современных широковещательных систем и файлов транспортных потоков цифрового видео, традиционно проводимый в оффлайн режиме, может быть время затратной и сложной процедурой. Обычные анализаторы транспортного потока создают файл журнала совокупных ошибок, а пользователь вынужден вручную просматривать этот журнал для опознавания и оценки каждой ошибки индивидуально. Это часто означает необходимость копаться в очень длинных сообщениях с десятками тысяч зарегистрированных ошибок, чтобы найти единственный, проблемный дефект. Этот процесс может занять часы, дни или месяцы - или оказаться целиком неудачным.
Ключевым в поддержании надежного, высококачественного обслуживания в различных системах распределения, сжатия и передачи видео сигналов, является сосредоточение на тех элементах, которые наиболее важны. Они включают сервисную информацию (SI) и системную синхронизацию, в виде измерения параметров меток ссылки на программные часы (PCR), в дополнение к некоторым добавочным сервисам, таким как данные Интернет протокола (IP) или Электронного Путеводителя по Программам (EPG).
К счастью сегодня доступны новые инструменты, которые делают тестирование и анализ цифровых вещательных видео потоков, а также развитие и реализацию новых стандартов сжатия, значительно более простым и быстрым процессом, минимизирующим затраты и максимизирующим доходы. С помощью этих инструментов прерывистые ошибки в потоке могут быть обнаружены в реальном времени, используя ждущую запись для захвата сложных проблем. Сделанные записи могут быть подвергнуты любому тесту с использованием предпускового буфера, что позволит определить, что привело к проблеме. Журналы ошибок могут помочь при отслеживании частоты возникновения сбоев и их расположения.
Эти инструменты также обеспечивают отображение итогового экрана, позволяющего с одного взгляда увидеть наиболее критичные и важные результаты измерений, на которых нужно сосредоточиться. На рисунке 2 показана секторная диаграмма распределения мультиплекса, которая позволяет пользователям быстро понять, если поток «живой» и декодируется, и определить находится ли применяемый тест и поток в исправном состоянии.
Рисунок 2 Отображение итогового экрана стандарта MPEG на Tektronix MTS400
Разработка стратегии тестирования
Надежная стратегия тестирования - сначала обнаружить ошибку, расположить ее в соответствии с приоритетом, оценить ее значение, а затем установить где в цепи существует проблема.
Как делать это?
В таком приборе как MTS400, пользователи подключают подачу транспортного потока (обычно через ASI или Ethernet интерфейс), а затем ищут в закладке программ красные индикаторы сбоя, для того, чтобы определять какой сервис содержит ошибку. Отображаются важные сбои, которые пользователи могут соотносить с журналами ошибок для дальнейшего прослеживания проблемы.
Как измерять параметры меток PCR (Ссылок на программные часы)
Что такое PCR?
Метки PCR позволяют MPEG декодеру синхронизоваться по кодированному видео сигналу и связывать вместе ‘часы системного времени’. 42-х битный отсчет часов системного времени (STC) кодера указывает демультиплексору, какой отсчет времени STC должен быть в декодере, когда получена каждая метка PCR, как описано в ISO 13818-1 Annex D3(1) стандарта MPEG. Ошибки синхронизации возникают, если значение метки PCR, сгенерированное мультиплексором, неточное или если метка получена с опозданием из-за сетевых задержек. Вариации этих задержках описаны как джиттер PCR.
Откуда возникают ошибки PCR?
Погрешности могут возникать из-за неисправной схемы формирования PCR кодера, неисправной схемы формирования PCR ремультиплексора или из-за сбоя в формировании бесшовной петли транспортного потока. Они могут также возникать из-за неустойчивой радиочастотной модуляции или демодуляции, нестабильного демультиплексирования в оптоволокне или из-за фазового дрожания пакетов в ATM сетях и нестабильности задержки IP пакетов. Буферная память в телевизионных абонентских приставках (STB) может помочь справиться со многими ситуациями с PCR джиттером, но могут быть проблемы, особенно связанные с большими колебаниями параметров PCR, которые не могут быть разрешены в STB.
Временные метки воспроизведения (PTS) и декодирования (DTS), получаются в декодере из меток PCR, для изменения порядка следования кадров двунаправленного предсказания необходимого для правильного воспроизведения.
Какие измерения параметров PCR важны?
Наиболее важные параметры меток PCR , непосредственно влияющие на временные метки воспроизведения и декодирования перечислены ниже: (см. рис.3)
- Интервал получения PCR (PCR_AI): Ограничен в MPEG-2 величиной 100 мсек а в DVB – 40 мсек.
- Точность PCR (PCR_AC): Ограничена интервалом +/- 500нсек относительно стабильного уровня
- Общий джиттер PCR (PCR_OJ):Алгоритмы определены в рекомендации TR 101 290 (MGF1, 2, и 3) как функции фильтров с полосой 0,01, 0,1 или 1 Гц. Ограничения в стандарте не определены, но величины PCR_OJ могут быть очень большими порядка микро или миллисекунд. PCR_OJ взаимосвязан с джиттером интервалов получения меток PCR и точностью PCR ( см. Рисунок 3).
Рисунок 3. Соотношения джиттера PCR
Это параметры реального времени и для получения точных измерений пакеты транспортного потока должны быть аккуратно помечены временными метками ссылок на стабильные часы. Tektronix MTS400, например, позволяет потребителям определять свои собственные пределы PCR-OJ, чтобы приспособить допустимые известные характеристики к данной системе
Измерения PCR в реальном времени, сделанные на реальном транспортном потоке , показаны ниже на рисунке 4.
Рисунок 4. Графическое отображение параметров PCR
Как делать измерения параметров PCR
Пользователи могут делать измерения параметров PCR или в реальном времени, непосредственно в «живом» транспортном потоке, или в оффлайн режиме, в файле предварительно записанного транспортного потока. Если контролирующее оборудование помечает входящие пакеты временными метками то, как джиттер интервала поступления, так и общий джиттер могут быть измерены и оценены. Что касается конкретно MTS400, то в нем пользователи щелкают мышью по программе, потом ищут значок иконы часов, которым помечены пакеты, содержащие метки PCR, и щелкают мышью по ним. Затем прибор предоставляет пользователям 'окно графического отображения PCR.', которое позволяет им открывать и рассматривать все доступные графики и параметры. Щелчок по "иконке пределов", отобразит красным области "превышения пределов" в верхней и нижней частях графика, давая возможность пользователям увидеть, с первого взгляда, наличие ошибок параметров PCR. Сбои также регистрируются в тестах (2.3, 2.4) и в журналах ошибок, документируя любые найденные ошибки.
Другая иконка позволяет пользователям изменять масштаб по осям времени и амплитуды, чтобы изучить природу ошибки параметра PCR (например, дрейф или искажение синусоидального сигнала).
Как обнаруживать & исправлять проблемы связанные с MPEG4/AVC/VC-1
Системы сжатия следующего поколения, такие как H.264, Windows Media 9 и VC-1 требуют других специализированных инструментальных средств контроля элементарного потока. Эти инструментальные средства могут анализировать различные типы макроблоков, векторов движения и усовершенствованную систему оценки движения, поддерживаемые новыми стандартами сжатия.
Рисунок 5. Экран анализатора элементарного потока
Лучшие Методы для Анализа и контроля
Так как с появлением новых стандартов сжатия и новых широковещательных систем, таких как, например, доставка видео по IP сетям, сложность возрастает, требуются новые методы для минимизации времени вникания в проблему. Системы контроля, которые обеспечивают отображение обработанной информации, а не просто «сырых» данных, являются основными для быстрой изоляции угрожающих проблем. Кроме того, анализаторы, которые дают простые цветные коды ошибок, призванные помочь определить проблемы сервисов/программ, и оснащенные пользовательскими интерфейсами, которые требуют минимальной навигации, чтобы сфокусироваться на корне проблемы, полезны при разрешении проблем, прежде чем они ударят по конечному пользователю.
Рисунок 6. Обработанная информация вместо «сырых» данных упрощает и ускоряет диагностику проблем
Как обнаруживать проблемы Электронного путеводителя по программам (EPG)
Отображение EPG в реальном и отложенном времени может помочь локализовать ошибки в таблицах EIT и ETT, которые используются абонентскими телевизионными приставками для генерации EPG.
Рисунок 7. Таблица EIT , часть путеводителя EPG
Как обнаруживать проблемы IP
Развертывание видео через IP означает, что транспортный поток будет передаваться скорее через 10/100 или Gigabit Ethernet интерфейсы, нежели через ASI, поэтому для анализа и отладки таких новых транспортных сетей требуется возможность захвата и контроля потока через эти интерфейсы .
Рисунок 8. Анализ в реальном времени MPEG через IP
Как перехватывать скачкообразные проблемы
Наконец, необходима помощь при выявлении наиболее трудных проблем, особенно нерегулярных ошибок, при которых сбой может вызвать аварийный отказ декодера или стать причиной ошибок в аппаратуре обработки широковещательной сети. В настоящее время разработаны методы, предназначенные для идентификации и захвата нерегулярных ошибок в реальном времени или из сохранных файлов, позволяющие пользователю устранять их и определять основную причину.
Например, программное обеспечение MTS400 использует сложный сценарий управляемого запуска для захвата ошибки, останавливающий анализ точно в точке ошибки. Он позволяет быстрее и легче устранять нерегулярные проблемы потока, которые в противном случае были бы пропущены.
Рисунок 9. Прибор MTS400 фирмы Tektronix с технологией CaptureVu останавливает анализ точно в точке ошибки
Заключение
Высокая сложность систем передачи цифрового ТВ и новые стандарты компрессии рождают очередные проблемы для изготовителей оборудования и сетевых операторов. Только детальный контроль с помощью самых эффективных инструментов, на ранних стадиях разработки, пуска и ввода в эксплуатацию может дать уверенность пользователям, что их вновь запущенные сервисы будут работать точно. Новые технологии имеют большие преимущества в уменьшении битовой скорости и поддержании точности изображения, но они вносят новые проблемы, которым требуются новые методы тестирования.
Системы контроля должны разрабатываться так чтобы низко квалифицированные инженеры и операторы могли выполнять наиболее важные тесты легко и в течение минимального времени. Когда возникает проблема совместимости, важно иметь возможность быстро указать причину и определить где проблема находится.
Основная цель, упростить сложные задачи тестирования и контроля до действительно важных, которые реально бьют по конечному пользователю. Оборудование должно иметь возможность быстро диагностировать проблему в соответствующем стандарте и позиции. Только затем могут быть предприняты корректирующие действия, чтобы минимизировать простой и сохранить высочайшее качество обслуживания при минимальной цене накладных расходов.