MPEG-2编码器的设计与测试
转换为数字电视驱动对数字电视机顶盒的要求
为了得到高质量的视频,更高的通道都算数,额外提供的服务,数字广播，消费者快速的把他们的模拟电视机顶盒更换为数字机顶盒。
数字压缩视频已经成为一种标准,因为它比传统的模拟交付系统获得更多更好质量的交付的节目。此外，它允许数字节目进入全世界的电脑中。一些制造商正在制造数字解码的平板电脑。现在当个人电脑在运行其他应用时是可以收看数字电视的。
当这些视频、音频、数据技术的汇聚于广播中,它是势在必行的因为设计师必须译码器设置前箱有非常透彻的了解,MPEG- 2的数字压缩标准和重要作用的发挥设计测试。面对复杂的数据流,成为可能MPEG- 2的标准,而事实上,编码、复用、传输、解多路复用和解码过程会随着时间而改变随温度的变化,设计师不但必须了解如何测试指定的界限产品,而且还要知道它的。本应用解码器设计师将集中于特定的问题当测试MPEG-2的压缩标准。
关于标准
MPEG–2是成立于1994年,是现在非常有优势的数字压缩标准,因为它可以让交付的高质量多个程序在单一的数字信号中传输,而且它开辟了通向高清晰度电视(HDTV)的道路。它的压缩算法在离散余弦变换(DCT)编码和帧的运动补偿。通过去除空间和时间冗余画面信号,MPEG-2的数字视频压缩的比率是60:1。
MPEG-2的定义仅供解码器设计和生产厂家。它不含任何物理层接口说明包含有限“服
务-信息”规格。数字视频广播(DVB)委员会和ATSC通过增加更多额外MPEG-2的规格来定义如何对用户广播高品质的数字视频。
数字压缩的过程
编码、传输和解码是与生产MPEG–2的视频有关的三大任务。编码以一个数字视频信号为开始。模拟信号编码器，NTSC或着PAL，内部提供转换到一个270Mb/s数字数据流。使用MPEG-2的压缩，现在的编码器可以很容易压缩这个数据流到少于3M/s。音频压缩也可以到少于400Kb/s。
当今的视频广播，大多数的应用利用一个多工器将几个程序结合起来，成为一个MPEG–2的传输流。当在信道的传输过程中，经常发生噪声的增加和误差现象，冗余和误差纠错增加了稳定性。
MPEG–2的集成接收机/解码器的过程是将引入的信号转变成可视的图片。专业的解码器提供数字输出，用户的解码器转变回模拟信号。首先，卫星接收机将信号下变频，然后对信号进行解调。其次，它对经过检波的信号进行一次前向纠错。最终产生的是一个连续的或者类似的MPEG–2的传输流。第三步，传输流去复用成它的组成元素，生成的视频和音频流可供选择的程序。最后，一个MPEG–2的解码芯片处理经过压缩的视频和音频流。生成的是一个未压缩的数字视频信号和一个音频信号。
测试的需要
MPEG–2的传输流是一种极其复杂的结构，它利用了互连的表格和编码标识符在程序中分离程序和基本流。每个基本流里面有一个复杂的结构，它允许解码器将向量、系数和
量化表区分开来。传统的信号检测工具-信号发生器、波形检测器、矢量显示器，只能保证与系统相符合的视频信号的输入和输出的质量，不适合MPEG–2系统的分析。然而对于测试接受设备和解码器，一个有效的MPEG–2信号的可靠来源是至关重要的。泰克公司,长期以制造最好的通用测试设备,也通过设计广播视频测试和监控设备赢得了好的声誉。在这两个领域的专业技术中，泰克公司能够提供对的MPEG–2的应用完整测试解决方案。
泰克公司开发MTS300多标准MPEG测试系统是针对编码器和解码器的设计和测试。使用这个
系统,解码器的设计者可以完成实时的分析,延时分析，传统传输流的生成和对生成进行MPEG–2的解码板,芯片、及相关配件的完整描述的产生。
基本流测试
MPEG–2的多路去复用和解码芯片可以直接通过使用产生和生成MPEG–2传输流的MPEG–2测试系统进行测试。对于无限数量的流的组合，产生足够的流是对完全处于紧张的解码器的挑战。每个泰克多标准MPEG测试系统直接向IC卡提供几个视频基本流端口和一个平行端口。
使用有泰克公司和萨诺夫公司生产的服从基本比特流的MPEG视频可以广泛的测试视频编码器。这些视频原理对于测试解码器是最具成本效益的工具，它允许测试大范围的MPEG标准中定义的参数。为了避免对解码器输出的漫长的分析，比特流已经设计出了产生简单图片来显示，当它们完成校验只需要连接图像监视器来观看。
一些测试需要观察者检查通过图片的运动的的平稳程度。延时或订购问题会引起图片
的歪曲。
萨诺夫测试可能用于轮流测试MPEG–2。在一个测试中，比特流仅仅由I帧开始，加入P帧，然后加入B帧来检测是否所有的MPEG帧类型都可以被整理和正确的排序。
等级观
当分析的正在被发送到解码芯片的传输流时，等级观念是一个很好的出发点，因为它是在传输流中的图表的每个组件。图1是一个在泰克MTS300上显示的分等级展示的性质。
从上部的左侧开始，是全部传输流的图标，传输流的分支部分和图标是显示每个传输流的组成部分。用户可以很容易的看到有多少流程序和视音频的各自组成部分。
图1
每个图标代表表上层的大量降低分析和信息层。
分析器通过使用PIT中的数据传输码流PAT和PMT来创立分级的视图。PAT和PMT数据是任何信号分离器和解码器的基本操作。如果分析器不能显示分级的视图或者一个明显错误的分级视图，处于测试的传输码流有一个PAT/PMT的错误而且它根本不会像解码器一样阐述传输码流。一个多路复用器的配置表可能形象的表示了传输码流分配给每个PID或者节目的比例。
图2显示的是一个多路复用器的饼图配置。分级视图和多路复用器的配置表显示的是在传输码流和带宽部分的要素。但是它没有显示不能的要素是如何分配在多路传输的。PID表运行显示每个包里的一连串的PID在一个传输码流的区段中按次序的被接收。每个PID的类型是用不同颜色标注，所以可以评估均匀性的复用技术。
图2
数据监测
由于对通过有线和卫星通信对互联网的访问的需求的增加，IP数据监测已经成为一个重要的问题。泰克公司的MTS300实时分析仪可以进行IP监控和显示详细的EN 301 192表、带有差错报告的和有监测数据能力的广播的会话的句法控制表。
分析的执行包括：
·PSI内部的分析
·SI/PSI内部的分析（数据广播描述符）
·循环数据的一致性
·TCP/IP会话的检测
一些新的表格可以分层次的显示。来自ISO/IEC 13818-6的数字媒体存储指令和控制（DSM-CC）定义了下面的类型：多协议封装，U-N信息，流描述符。EN 301 192 定义如下：
第一层数据广播，多协议封装，第二层数据广播，数据通道和数据流。图3展示的是多重的DSM-CC元素和他们的IP访问量。
图3
时序分析
显示实时的正确的视频和音频，传输码流必须给解码器提供准确的时序。准确传送时钟数据是关键的，因为这些数据控制着解码处理的时间，这个任务可以确认分析了PCR(程序时钟参考)和时间标记的数据。
来自复用器的PCR数据是精确的，但是去复用器可能将包给了时间轴上不同的位置的程序，所以需要再次使用复用器编辑PCR数据。因此在再次使用过复用器后测试PCR的抖动是很重要的。这个系统生动的表明了在接受了PCR数据时的时间。
如图4所示，进一步的,每个PCR可以打开来显示PCR数据。为了测量抖动，分析器用以前的PCR和比特率产生的窜改的PCR和PCRI来预测PCR的值。实际PCR的值是减去来自PCRI的抖动。图也显示了先前的PCR到达的时间。
图4
另一个相似的方法，像图5显示的那样，提供一个实时更新的图像显示的PCR抖动和PCR的重复频率。
图5
当PCR数据被正确的识别，视频和音频的时间标记可以被分析。图6显示的是被选出的基本的码流的时间标记显示。到达时间和现在的时间是适当的，解码的时间就知道了。
图6
抖动的产生
MPEG-2解码器用在PCR数据的时钟采样来创建一个连续的时钟脉冲来驱动一个锁相回路。回路需要过滤和衰减，所以接收的PCR数据的振动才不会引起时钟信号的不稳定。
为了测试锁相回路的性能，已知信号的抖动是必须的。MTG300和MTS300能产生的模拟的抖动。因为这两个生成器都是参考生成器，他们有晶体振荡电路的最大的稳定性和准确性。为了产生有效地抖动，PCR数据的时间是不变的。相反，PCR的标准是改变了的，所以PCR的数量是跟理想情况有轻微的差别的。改变的标准造成的解码器相位的变化是不能通过抖动区别的。
这种方法的优点是抖动的大小可以很简单的被加到节目流中仅仅通过改变PCR数据并且保持其他数据不变。其他节目没必要添加抖动。事实上，最好有一个稳定的节目流作为参考。
图像质量分析
对数字解码器最好的测量就是观众对接收图像的满意程度。所以解码器的设计的最终和决定性的步骤就是最终视频图像质量的分析。压缩方法的设计是否给观众造成显而易见的图像质量的下降。
习惯上，模拟视频系统和充足带宽的数字视频系统可以通过测量静态信号的失真被间接的估计。被压缩的数字电视系统形成了更加困难的测量上的挑战。图像质量动态的变化是以数据率、图像的复杂性和采用的编码算法为根据的。静态的测试信号不能给被压缩的数字视频信号质量提供准确的性能描述。比测试信号更加复杂的自然的测试场景必须被用
来强调被压缩的视频系统的性能。
直到现在，被压缩的数字视频需要使用特别的方法或代价，耗尽时间和主观的观众的尝试来测量图像的质量。有了PQA300图片质量分析系统，泰克公司可以废弃这些主观的测试。
PQA300允许的设计师来完成分析图片质量通过使用客观的测试，从而替代了主观的重复的人的视觉的评定。这给没有质量让步的最佳效果的视频压缩提供了宝贵的信息。
PQA300测试一个2秒的部分和一个5秒的视频测试序列。解码器的输出进行测试、储存，然后用数字信号测试器的硬件在2秒的序列上分析。测试的结果由图像质量等级（PQR）决定。利用基于Sarnoff公司多年的研究的人类视觉系统模型，PQA300包含三个非常重要的评估动态的和复杂的运动序列的部分：空间分析、实时分析、全彩色分析。
除了报告画面质量等级，PQA300使联系到原图像和获得图像之间不同感观的生动映射图的亮度（图7）。这给评估最佳的数字视频压缩系统提供了重要的信息。
图7
结论
在MPEG测试和图像质量分析上的首创的产品，使得泰克公司在基于MPEG-2的测试和评估时成为明显的选择。因为通信标准的聚合和在新网络上的音频、数据、图像和视频的融合，来自泰克的创新的测试设备将保证全部信息系统的完整。当实现最好的测试时，强大的MTS300多标准测试系统和PQA300图像质量分析系统可以使特性描述、测试和分析任务更加易于控制。
