高标清同播系统的测试方案
施晓亮 王岑巍
（上海广播电视台）
摘要 目前，我国在发展高清电视的过程中，采用的均是现有频道高、标清同播的过渡方式。但是高标清同播系统的构成要比传统的电视播出系统复杂的多，因此为保证系统稳定，提高播出质量，需要一套详尽的系统测试方案，本文将重点讨论高标清同播系统的测试方案。 关键词 高标清同播系统;眼图测试;误码测试 1 引言 2009年 8月6日，广电总局向各省、自治区、直辖市广播影视局等发出《广电总局关于促进高清电视发展的通知》，拉开了我国电视节目高清化改造的序幕。该通知同时指出：发展高清电视，主要采取现有频道高、标清同播过渡的方式，积极稳妥推进。高、标清同播，是指同一频道内容，同时采取高清和标清方式播出，用户如有高清机顶盒及高清电视，便能以高清方式接收该频道节目，而没有高清机顶盒及高清电视的用户，也能正常收看标清版的该频道节目。 高标清同播满足了不同的收视人群的需求，的确是比较好的过渡方式，但是对于播出系统来说，它大大增加了系统的复杂程度。因此从2009年至今，以上海地区为例，高标清同播频道的开播数量甚至要明显少于新开播的高清频道。为了改变这一现状，加速高清电视的转换与普及，上海广播电视台结合2012年电视播控中心的改造，将“新闻综合”、“新娱乐”、“电视剧”、“纪实”等多个频道列入高标清同播频道，并且在系统设计时为其他频道今后的同播改造保留了机位及传输通路，以保证今后新增同播频道时能较快速地完成系统改造。 鉴于上文所述，高标清同播频道的播出系统复杂程度要远高于原先的单一频道播出系统，因此在项目建成后，我们需要一套非常详尽的测试方案来衡量高标清同播系统的可靠性。本文就将详细说明高标清同播系统的测试方案，以供参考。 2 高标清同播系统构成 2.1 原先传统的高清/标清单一频道播出系统构成 上海广播电视台在2012年电视播控中心改造前，均是使用单一的频道播出系统，即使是2009年就被列为高标清同播频道的东方卫视，也是单独为其设立一套高清播出系统。我们可以看一下原来的传统频道的播出系统构成，见图1。 由图1可见，来自播出硬盘或是外来信号的输入信号经过视/音分、数字矩阵、数字切换台或是应急开关后，送入有线前端。这样的播出系统简洁明了，信号经历的环节较少，因此系统稳定性也较高。并且我们从图1中可以看到，信号每经过一次矩阵、切换台或是应急开关这样的关键设备，均会通过视/音分来进行信号补偿，所以我们在测试中发现，虽然该系统使用多年，但信号的传输质量仍然较高。下表1为2010年年检测试中，东方卫视播出系统的眼图指标，可以看到指标仍然非常好，而这套系统已经使用近10年了。
| 行业指标 频道名称 | 幅度 | 抖动 | 上升时间 | 过冲 |
| 800±10% | ≤594 | <1300 | ±5%L | |
| 东方卫视主路 | 817 | 361 | 500 | 0 |
| 东方卫视备路 | 743 | 542 | 600 | 0 |
表1
需要说明的是，在图1中，我为了方便查看，将视频系统和音频系统合在了一起，但在实际使用中，视频系统和音频系统是相互独立的，这和现在的高标清同播系统又有所区别，因为现在嵌入式音频已经广泛用于电视播出及传输系统中了。 2.2 高标清同播频道的播出系统 高标清同播频道的播出系统，因为其节目源只有一个，要让此节目源做到高清和标清同时播出，必然要增加系统复杂性。首先我们需要将节目源统一转换至高清格式送入系统，比如将标清的节目带在上传过程中转换为高清制式，并且规定高标清同播频道的演播室必须传送高清信号。高清的信号源在经过播出系统的一系列处理后，分为高清和标清两路信号，再送入有线前端。我们通过图2来看一下高标清同播系统的构成，并与图1的传统播出系统构成做一下比较。 很明显，由图2可见，高标清同播系统的构成要比图1的传统播出系统复杂很多，不但通路上多了一倍，也增加了高清帧同步机、高清DSK键控机、标清DSK键控机以及下变换机等设备，同时为提高应急切换能力，还使用4选1开关代替了原先的应急开关。设备和通路的增加，都对系统的测试提出了更高的要求。 3 高标清同播系统的测试方案 3.1 测试指标的选取 高标清同播系统的输入信号源，一般为HD-SDI格式，由上文我们了解到，信号或是经过分配、调度以及辅助数据添加后进行传输，或是经过下变换后转换为SD-SDI信号播出，全程均为SDI基带信号，不涉及制作步骤，因此我们的测试将以眼图指标及误码指标为主。 3.1.1 眼图指标 眼图指标代表的是信号传输的质量，我们可以从中看出信号在经过那么多环节后是否收到了损失，并且根据损失的值判断是否会对播出安全产生隐患。 对于高清信号我们采用《GY/T157-2000演播室高清晰度电视数字视频信号接口》中“6.3.1线路驱动器特性（发送端）”的规定，以高清SDI 100%标准彩条信号作为测试信号送入系统，测试“信号幅度、上升时间、上升/下降时间差、定时抖动、校准抖动和直流偏移”这些高清指标。对于经过下变换后的标清信号，我们保持输入信号不变，测试的指标参考《GY/T243-2010标准清晰度电视数字视频通道技术要求和测量方法》中的规定，测试“信号幅度、上升时间、上升/下降时间差、上冲、下冲、定时抖动、校准抖动和直流偏移”这些标清指标。 3.1.2 误码指标 眼图指标代表了信号传输的质量，而误码指标直接反映了信号的可用程度。眼图指标好，也有可能因为设备中对于数据的处理产生误码，眼图指标差，也有可能做到无误码传输。因此眼图测试和误码测试必须结合起来，才能对系统有一个完整的评估。我们在高标清同播系统测试中采用的是送入增强测试信号，在系统末端观察SDI数据流的方式来进行测试。 3.1.3 嵌入音频指标 除了主要的眼图指标及误码指标外，还需要观察嵌入式音频的状态。嵌入式音频的指标无相关国标或行标规定，我们一般观察其左右声道的电平幅度及相位状态，两个指标正常的话，我们即认为其符合要求。 3.2 测试节点的选取 作为一项验收测试，我们必须清楚地了解系统每一节点的指标状况，因此我们在选取测试点的时候，基本涵盖每一个环节的前后级，具体选点见图4。 4 测试实施 我们选用TEK公司的TG700多格式视频信号发生器作为视频信号发送源（需安装高清模块），在系统输入端送入标准测试信号，然后使用WFM8300数字波形监视器作为测试仪器，在系统的各个节点进行测试，图5为眼图测试连接框图。 在眼图测试中，我们将TG700后面板上的HDTV输出口与系统输入口相连接，TG700选择“高清模块→1080 50i→100% Colorbar”使之输出100%高清彩条信号，同时因为系统采用嵌入式音频，我们还需要进入“Audio”模块，将“Embedded Audio”设置成“On”，并且将频率设置为1KHz，幅度设置为-20dBFs。如果希望在测试中观察音视频延迟的情况，还需打开“Vedio”模块中的“A/V Delay”选项。WFM8300示波器选择眼图测试模块，测高清指标时，将“Jitter 1”和“Jitter 2”分别设置为10Hz和100KHz；测标清指标时，将“Jitter 1”和“Jitter 2”分别设置为10Hz和1KHz，记录测量数据。我们一般重点关注两个抖动的指标，因为它们将直接影响到SDI信号的解码准确度。在记录眼图数据后，将WFM8300调制音频模块记录嵌入式音频情况。 在误码测试中，我们一般不再对每一个节点进行测试，如在测试过程中发现有误码产生，再进行逐级排查。误码测试连接图见图5。 此时我们将TG700的输出信号改为高清的增强测试信号，选择“OTHER”模块中的“PATHOLOGICAL TEST SIGNAL”信号，在接收端WFM8300选择“SDI Status”模块（见图6）。图6中的各个数据中，两个CRC相关指标为重点关注对象。TEK公司推荐的误码增强测试时间为1小时，但是考虑到播出系统通道实在太多，我们选择的是15至20分钟观察时间，如这段时间内无误码产生，那么我们基本可以认为系统是稳定的。 在这里提个小建议，在进行误码测试的20分钟期间，测量人员可以将WFM8300切换至其他模块，或选择4合1模式的屏幕进行一段时间的观察。因为我们在测试中曾发现嵌入式音频的幅度每隔30多秒，会产生一次跳动，而此时并无误码产生。后经排查，发现为矩阵输出板卡过热导致，在增加冷却装置后现象消失。 4 部分测试数据 由上文可知，每个高标清同播频道需要对将近20个节点进行眼图及嵌入式音频测试，并且要对主备4路通道进行误码测试，因此完成一个同播频道播出系统的测试需要花费2至3小时，而完成整个播控中心的测试当时耗费将近一个月时间，是一项浩大的测试工程。下面的表2为电视剧频道的测试眼图数据，我们可以清楚的看到SDI信号在整个流程中各个节点的数据变化情况。
| 电视剧高标清频道视频通路测试(高清进高/标清出) | |||||||||||
| 输入 | 输出 | 幅度 (MV) | 上升时间 (US) | 下降时间 (US) | 过冲 (%) | 定时抖动 (PS) | 抖动 (PS) | 直流偏移（mV） | 左声道（dBFs） | 右声道 （dBFs） | 相位 |
| 高清标准 | 800±80 | ＜270 | ＜270 | ≤10 | ≤673 | ≤135 | -500~ 500 | -20 | -20 | 正常 | |
| HDD主 | A点 | 725 | 267 | 245 | 1.1 | 50 | 41 | 0 | -20 | -20 | 正常 |
| HDD主 | B点 | 932 | 131 | 119 | 1.1 | 74 | 63 | 0 | -20 | -20 | 正常 |
| HDD主 | C点 | 913 | 164 | 150 | 1.1 | 385 | 59 | 0 | -20 | -20 | 正常 |
| HDD主 | D点 | 825 | 132 | 116 | 0.9 | 486 | 70 | 0 | -20 | -20 | 正常 |
| HDD主 | F1点 | 684 | 269 | 268 | 1.5 | 175 | 104 | 0 | -20 | -20 | 正常 |
| HDD主 | G1点 | 782 | 144 | 137 | 1.0 | 131 | 27 | 0 | -20 | -20 | 正常 |
| HDD主 | H1点 | 808 | 118 | 108 | 0 | 150 | 51 | 0 | -20 | -20 | 正常 |
| HDD备 | a点 | 721 | 267 | 245 | 1.3 | 48 | 40 | 0 | -20 | -20 | 正常 |
| HDD备 | b点 | 789 | 110 | 124 | 1.1 | 57 | 60 | 0 | -20 | -20 | 正常 |
| HDD备 | c点 | 821 | 170 | 151 | 1.4 | 538 | 55 | 0 | -20 | -20 | 正常 |
| HDD备 | d点 | 821 | 131 | 118 | 0.9 | 540 | 56 | 0 | -20 | -20 | 正常 |
| HDD备 | f1点 | 785 | 148 | 140 | 0 | 200 | 96 | 0 | -20 | -20 | 正常 |
| HDD备 | h1点 | 771 | 112 | 122 | 2.2 | 180 | 94 | 0 | -20 | -20 | 正常 |
| 标清标准 | 800±80 | 400~ 1500 | 400~ 1500 | ≤10 | ≤740 | ≤740 | -500~ 500 | -20 | -20 | 正常 | |
| HDD主 | F2点 | 743 | 483 | 470 | 0 | 296 | 198 | 0 | -20 | -20 | 正常 |
| HDD主 | G2点 | 800 | 654 | 650 | 0 | 244 | 152 | 0 | -20 | -20 | 正常 |
| HDD主 | H2点 | 817 | 587 | 587 | 0 | 250 | 174 | 0 | -20 | -20 | 正常 |
| HDD备 | f2点 | 802 | 600 | 600 | 0 | 309 | 202 | 0 | -20 | -20 | 正常 |
| HDD备 | h2点 | 789 | 555 | 564 | 0 | 337 | 190 | 0 | -20 | -20 | 正常 |
表2
5 结束语 高标清同播系统，是电视全面高清化之前过渡期的产物，他方便了电视观众，保证了过渡时期不同收视群体均能收看同播频道的电视节目，却增加了系统建设和系统测试的复杂程度。高标清同播系统的测试方案，比之前的播出系统、甚至今后的纯高清播出系统的测试都要繁琐，但是它能全面地反映整个系统的运行状况，为系统的维护工作提供了可靠的依据，保证了同播频道电视节目的高质量播出。
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