Sakaru Pasaule - Žurnāls par
modernām komunikācijām

  
  


Atpakaļ Jaunais numurs Arhīvs Par mums Meklēšana

TEKTRONIX mēraparatūra digitālai televīzijai

   

Autors

 

Pirmo vārdu tekstā vai virsrakstā jāaizstāj ar tektronix logo

 

Tektronix ir 55 gadu pieredze videosignālu mērīšanā, reģistrēti daudzi patenti un iegūtas sešas Emmy godalgas. Pēdējā laikā firma pievērsusies digitālās televīzijas (DTV) tehnikai. Kā norādīja Tektronix videodaļas tirgzinības direktors Pols Duberi (Pol Dubery) nesen Jūrmalā notikušajā seminārā, firmai pieder aptuveni puse no pasaules tirgus DTV mēraparatūras nozarē.

 

Analogās un digitālās TV atšķirības

Robežlīmeņa efekts

Analogā TV (ATV) attēla kvalitātes pasliktināšanās traucējumu iespaidā notiek pakāpeniski. To labi raksturo signāla/trokšņa attiecība. DTV savukārt raksturīga ar t. s. robežlīmeņa efektu (cliff effect – kraujas efekts). Tas izpaužas tādējādi, ka DTV iekārtas darbojas labi vai teicami līdz noteiktam signāla robežlīmenim. Ja signāls samazinās zem šī līmeņa, attēla kvalitāte strauji krīt, tas izzūd pilnīgi. Bēdīgākais ir tas, ka ATV attēlu labi raksturojošā signāls/troksnis attiecība DTV nav izmantojama, jo starp to un attēla kvalitāti var nebūt nekāda sakara! Ko tad DTV sistēmā īsti mērīt?

DTV mēraparatūras galvenais uzdevums ir brīdināt inženierus, cik tuvu šai kraujas malai atrodas DTV sistēma –Tas nenozīmē, ka DTV attēlam nepiemīt defekti. Katrai medaļai ir otra puse. Defekti var izpausties kā attēlu blokveida struktūra, nekorelētie Gausa trokšņi vai t. s. iesalušie kadri (frozen frames). Bet no kurienes robežlīmeņa efekts rodas?

 

Robežlīmeņa efekta cēloņi

Cēlonis ir videosignālu kompresija, MPEG2 standarts. Nekompresētu DTV signālu var pārraidīt ar 216 Mbps (8 biti uz nolasi) vai 270 Mbps (10 biti uz nolasi) bitu plūsmu. Vienas šādas DTV programmas pārraidei būtu nepieciešama vairāku ATV frekvenču kanālu josla, kas radioviļņu spektra deficīta apstākļos nebūtu pieļaujami. Tāpēc arī videosignālu saspiež (kompresē), atsijājot visas videosignāla detaļas līdz tādam apjomam, kas TV skatītājam vēl gandrīz nav pamanāms. Ar šo efektīvo MPEG metodi izdodas vienā ATV frekvenču kanālā izvietot 4–5 PAL kvalitātes DTV programmas. Tātad no kompresijas atteikties nevaram.

 

Nelineāra sistēma

Signālu kompresija DTV pārveido par nelineāru sistēmu. Attēla kvalitāte kļūst par funkciju ne tikai no satura, bet arī no citiem laikā mainīgiem argumentiem (piemēram, statistiskā multipleksēšana). Protams, arī testa signāli tiek kompresēti – tātad to izmaiņas, ejot cauri TV traktam, nav vairs izmantojamas tikai kā attēla kvalitātes mērauklas. Esam strupceļā? Acīmredzot jārīkojas šādi: papildus signāla kvalitātes mērījumiem TV trakta lineārajos posmos nepieciešama attēla kvalitātes tieša testēšana.

 

Kāds ir mērīšanas algoritms?

Bet testēšanu, pārbaudi vēlams izdarīt ar aci. Ja jau videosignāla kompresijas pamatā ir attēla sastāvdaļu statistiskās likumsakarības un šī lieliskā analizatora – cilvēka acs – uztveres spējas, tad arī pārraidītā attēla kvalitāte jātestē ar aci, t. i., izmantojot subjektīvās metodes. DTV attīstības sākumā tā arī tika darīts, jo objektīvās metodes deva stipri atšķirīgus rezultātus.

Līdz ar to var nonākt pie pareizas atbildes par DTV sistēmas mērīšanas algoritmu. Vispirms jāpārbauda, vai noraidītā bitu plūsma atbilst MPEG2 standartam. Pēc tam jāpārliecinās, vai komunikāciju kanāls atbilst pieņemtiem noteikumiem un standartiem. Un, treškārt, jānovērtē attēla kvalitāte, vismaz subjektīvi, skatītājam vērojot attēlu. Skaists ir tas, ko spēj novērtēt acs īpašnieks, un nevis tas, ko varam izmērīt!

 

Subjektīvās metodes

Subjektīvās attēla novērtēšanas metodes pazīstamas jau sen. Tās izmantotas arī ATV un kopš 1974. gada ir standartizētas, vēlāk tās pielāgojot digitālajai tehnikai (CCIR Rec. 500, v.7; vēlāk ITU-R BT.500). Galvenās no tām:

·       DSIS (Double Stimulus Impairment Scale) – dubultstimulu neatbilstību skala;

·       DSCQS (Double Stimulus Continuous Quality Scale) – dubultstimulu nepārtrauktā kvalitātes skala;

·       SCM (Stimulus Comparison Method) – stimulu salīdzināšanas metode;

·       SSCQE (Single Stimulus Continuous Quality Evaluation) – viena stimula nepārtrauktais kvalitātes novērtējums.

Par subjektīvām metodēm, novērtējot kompresētus audiosignālus, skat. arī SP 2001/2, 37. lpp.

Taču subjektīvajām novērtēšanas metodēm piemīt būtiski trūkumi – tām nepieciešami īpaši, izmeklēti, ar vajadzīgajām iemaņām apveltīti novērotāji, kuriem, apgūstot īpašu novērtēšanas metodi, jāanalizē liels testa elementu apjoms. Tā rezultātā subjektīvo testa seansu organizēšana ir darbietilpīga un dārga, bet rezultātu iegūšana – sarežģīta un ilgstoša.

Cik jauki tomēr būtu šiem mērķiem izmantot objektīvo mērīšanu!

 

Objektīvais, kas sakrīt ar subjektīvo

Lai šādas izmantojamas objektīvās metodes izstrādātu, DTV attēla kvalitātes noteikšanas aparātam jābalstās uz cilvēka acs psihofizikālo modeli. Ar šo problēmu jau daudzus gadus nodarbojas Dāvida Sarnofa pētījumu centra (Sarnoff Labs., ASV) līdzstrādnieki, pētot cilvēka vizuālās sistēmas piemērotību TV ekrānam. Tagad pētījumu rezultātus varēja izmantot digitālai tehnikai.

Cilvēka vizuālā redzes modeļa pamatā likta JND (Just Noticeable Difference) – tikko pamanāmu atšķirību mērvienība. JND=1 atbilst 75 procentu varbūtībai, ka skatītājs, vērojot divus it kā vienādus attēlus vairākas reizes pēc kārtas, spēj noteikt, ka attēli tomēr ir nedaudz atšķirīgi.

Tektronix mēraparatūrā, izmantojot Sarnoff Labs. izstrādāto modeli, tika panākts, ka, novērtējot DTV attēla kvalitāti ar subjektīvām vai mērījot ar objektīvām signāla mērīšanas metodēm, rezultāti gandrīz sakrita. Precīzāk, to korelācija bija ļoti liela (korelācijas koeficients 0,88–0,91). Līdz ar to Tektronix aparatūra aizstāj dārgos un ilgstošos subjektīvos novērtējumus ar ātriem, precīziem un atkārtojamiem mērījumiem.

 

Tektronix MPEG2 transportplūsmas (TS) mēraparatūra

MPEG2 TS testēšanas aparatūru pēc ārējā noformējuma un lietojumu veida nosacīti var iedalīt trīs grupās:

·       specializētie datori (AD 953-11, AD 952-11M, AD 960 u.c.);

·       ar ierasto mēraparatūras noformējumu (MTX100, MTG300, SV970, AT970 u.c.) (1. att.) un

·       mazizmēra, portatīvie aparāti (AD 954, AD 920) (2. att.), kas sajūdzami ar klēpjdatoru.

MPEG-2 TS testus veic, lai pārliecinātos, ka noraidāmā TS atbilst standartam. Eiropas DTV, t. i., DVB standarta rekomendācijas TR 101290, definē pirmās prioritātes elementus – parametrus, kuri nepieciešami MPEG signālu dekodēšanai. Tie satur informāciju, kas apraksta bitu plūsmas saturu, organizāciju un tīkla parametrus. Tie ir t. s. PSI (Program-Specific Information) dati, kā arī citi lielumi.

Pirmās prioritātes elementi ir:

·       TS sinhronizācijas zudumi;

·       sinhronizācijas baita kļūda;

·       PAT (Program Association Table) kļūda;

·       PMT (Program Map Table) kļūda;

·       kļūda impulsu secībā (continuity count error);

·       PID (Program Identification) kļūda.

TR 101290 definē arī otrās un trešās prioritātes elementus, bez kuriem nav iespējams sasniegt pilnu pārraides kvalitāti.

Tektronix MPEG-2 TS specializētais dators AD 953-11 visas šīs komplicētās pārbaudes var veikt trijos režīmos:

·       reālā laika (tikko kļūda pamanīta, tā tiek uzrādīta);

·       aizturētā laika, signālus ierakstot un vēlāk analizējot nesaistes režīmā;

·       t. s. regresijas režīmā, veicot video un audio slāņu t. s. veselības pārbaudi, piemēram, video no GOP (Group of Pictures) līdz bloku līmenim.

 

Tektronix PQA 300 (Picture Quality Analysis System)

Attēla kvalitātes analizators PQA 300 (3. att.) nodrošina objektīvus attēla kvalitātes mērījumus PQR (Picture Quality Rating) vienībās, kuriem ir augsta korelācija ar subjektīvo novērtējumu ballēm. Aparāts nosaka PQR, salīdzinot references testa impulsu secību ar atbilstošam DTV trakta blokam (vai sistēmai koders-dekoders) cauri izgājušo impulsu secību (4. att.). Pārbaudīt var arī signālu priekšapstrādes blokus. PQA 300 analīzi veic divu sekunžu signālu porcijai no piecu sekunžu testu videosignālu secības.

PQA 300 lietojumi:

·       kodera signālu verifikācija;

·       pārraides iekārtu pārbaude;

·       attēla kvalitātes videosatura pārbaude un analīze programmu slānī.

 

Tektronix PQM 300 (Program Quality of Service Monitor)

PQM 300 (5. att.) programmu pārraides kvalitātes monitors ir daudzkanālu risinājums kompresēta videosignāla kvalitātes pārbaudei. Lietojot no PQR atvasināto PDI (Picture Defect Index) attēla defektu skalu, var objektīvi novērtēt izmantojamo joslas platumu individuālai programmai. Intelektuālais monitors PQM 300 spēj pietiekoši ātri identificēt MPEG-2 attēla defektus (piemēram, blokveida struktūru u. c.), pirms to paspēj ievērot skatītājs. Tas projektēts daudzu programmu uzraudzībai reālajā laikā. PQM 300 nodrošina parametru trauksmes līmeņu identifikāciju uz displeja ikonām, kuri iezīmēti ar krāsām. Kopā ar bloku PQM3FRB šis aparāts spēj kontrolēt trauksmes līmeņus 16 pārraidēm, katra no kurām var tikt kontrolēta ar tai īpaši izvēlētiem parametriem un trauksmes līmeņiem. PQM 300 var izmantot jebkurā DTV trakta punktā, veicot efektīvu rīcībā esošās frekvenču joslas pārvaldību.

Lietojumi iespējami satelītu, kabeļu un virszemes apraides DTV sistēmās.

 

PQM300 un PQA300 galvenie parametri:

 

·       seriālā digitālā videokanāla formāts 270 Mbps (atbilst ITU-R BT.601 standartam);

·       videoieejas un izejas – kompensētas 75 W;

·       retūrzudumi (return loss) <15 dB;

·       jaudas patēriņš <200 W;

·       sistēmas atmiņa 256 MB;

·       signālapstrāde: divi Pentium II (400 MHz) procesori;

·       ar bloku PQM3FO1 var realizēt PAL/NTSC dekodera kanālu;

·       grafika: 1024x768 SVGA izšķiršana ar minimums 32 K krāsām;

·       displejs: LCD, 800x600.

Firma Tektronix piedāvā arī:

·       DTV mērīšanas uztvērēju RF M210, kas spēj novērtēt telekomunikācijas kanāla sistēmas degradāciju, ko var izraisīt, piemēram, raidītāja jaudas pastiprinātāja nolietojums vai izskaņošanās, antenas un fīderu stāvoklis utt.;

·       testa signālu ģeneratoru TG700 DTV trakta mērījumiem;

·       standarta un augstas izšķirtspējas DTV signālu monitorus WFM700, WFM601, kā arī citus DTV mēraparātus.

 

Tektronix  semināra un reklāmas materiālus izskaidroja un apkopoja

Arnolds VĪTOLS

 

 

Tektronix izplatītājs Latvijā

Metric-Lat Ltd

Ropažu iela 140, Rīga, LV-1006

Tel. 7541439

Fax: 7554674

E-mail: metric@lebic.lv

 

 
Design and programming by Anton Alexandrov - 2001