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1、需求概述

交通運輸行業(yè)為了高質(zhì)量進行視頻圖像傳輸，目前已經(jīng)針對SD和HD視頻傳輸定義了一些規(guī)范，在傳輸鏈路的頭端和終端定義了視頻編碼器和視頻解碼器，編碼器實現(xiàn)對攝錄的視頻進行壓縮，解碼器對接收到的壓縮視頻解壓縮。

視頻編解碼器是視頻傳輸鏈路中的兩個關(guān)鍵設(shè)備，因此針對視頻編解碼器的性能評測也十分必要。本測試技術(shù)方案基于德國R&S公司的視頻分析儀VTE、視頻信號發(fā)生器VTS及碼流分析儀DVMS1進行設(shè)計，同時配合我司提供的模擬信號源VSG、碼流發(fā)生器TSA和視頻分析儀QX來進行補充，完整地解決了視頻編解碼器的綜合測試。

2、視頻編碼器測試原理

2.1 編碼器簡介

一個典型的標(biāo)清(SD)視頻編碼器輸入輸出接口如圖1所示：

圖1 SD視頻編碼器

視頻編碼器對輸入的非壓縮或是淺壓縮視頻進行壓縮編碼，封裝為TS流后以ASI接口或是SDIoverIP形式輸出給傳輸網(wǎng)絡(luò)。一般的標(biāo)清視頻編碼器主要的輸入是模擬復(fù)合視頻(CCVS)或是SDI接口，也有部分商用產(chǎn)品支持HDMI接口。

一個典型的高清(HD)視頻編碼器輸入輸出接口如圖2所示：

圖2 HD視頻編碼器

高清視頻編碼器相比標(biāo)清視頻編碼器最大的區(qū)別就是視頻分辨率要基于HD格式，因此完全應(yīng)用于SD領(lǐng)域的CCVS接口就失去了用武之地，輸入接口變?yōu)榱酥饕腟DI或HDMI接口，輸出接口仍然是ASI或IP接口，承載的仍然是TS流。

2.2 編碼器測試原理

標(biāo)清視頻編碼器的測試示意圖如圖3所示：

圖3?HD視頻編碼器

視頻編碼器因為其核心功能是對輸入的視頻進行壓縮然后輸出TS流給傳輸網(wǎng)絡(luò)，因此測試需要覆蓋各類輸入接口，并需要對輸出格式進行一致性測試。

無論是哪種輸入，輸出的都是TS流，因此需要利用碼流分析儀進行TS一致性測試。為了使測試有效，需要對各個輸入接口輸入有效的有品質(zhì)保障的視頻信號，因此針對SDI/CCVS和HDMI都需要有對應(yīng)的信號源，針對一致性測試，無需對發(fā)生的視頻內(nèi)容做要求，但是接口必須是符合規(guī)范的。

為了對視頻質(zhì)量參數(shù)進行評價，考慮到編碼器輸出的是TS流，無法對前端輸入的非壓縮或淺壓縮視頻進行有效對比，為了可直觀進行視頻質(zhì)量測試，交通行業(yè)納入“參考解碼器”的概念，參考解碼器是一種被視頻行業(yè)廣泛認(rèn)可的知名解碼器廠家或是測試解碼器廠家的知名產(chǎn)品，代表著是解碼行業(yè)的最高水準(zhǔn)，利用這種參考解碼器，可將被測編碼器的輸出解碼為CCVS信號，如此一來，即可利用視頻分析儀VTE進行復(fù)合視頻測試，從而可利用視頻信號源VSG發(fā)生特定的測試信號來做具體的指標(biāo)測試。

注：嚴(yán)格說，參考解碼器也可以解碼出SDI，但是在標(biāo)清視頻領(lǐng)域用的最多的是復(fù)合視頻，因此公路交通行業(yè)主要對復(fù)合視頻指標(biāo)做了定義。若是要針對SDI進行測試，則是利用波監(jiān)器進行測試，測試的參數(shù)跟CCVS不同，是另外一套評價方式。

高清視頻編碼器的測試示意圖如圖4所示：

圖4 HD視頻編碼器測試示意圖

HD視頻編碼器的測試原理與SD視頻編碼器沒有太多的概念區(qū)別，仍然采用“參考解碼器”來做橋接。區(qū)別在于HD視頻編碼器再無CCVS信號輸入，因此視頻分析儀VTE配置的模塊也不再是復(fù)合視頻測試，而應(yīng)該是HD分量測試模塊和HDMI測試模塊。

注1: 無論輸入的是SDI信號還是HDMI信號，參考解碼器的輸出都有可能是Y/Cb/Cr/RGB或是HDMI信號，VTE都可以測試。

注2: 公路交通行業(yè)目前主要定義HDMI輸入接口，實際很多商用產(chǎn)品也支持Y/Cb/Cr和RGB輸入，只要參考解碼器支持Y/Cb/Cr/RGB或是HDMI信號輸出，VTE都可以測試。

注3:依照公路交通行業(yè)的指導(dǎo)要求，即便利用的是HDMI接口進行測試，評價的指標(biāo)仍然是以Y/Cb/Cr和RGB分量模式，因此視頻信號源VTS輸出的HDMI信號仍然是要符合“模擬HD分量測試”要求的測試圖卡，只是利用HDMI接口輸出而已。從這個角度分析，若編碼器直接支持模擬HD分量輸入，而且有這樣的一個視頻信號源可輸出同樣測試圖卡的模擬分量視頻，那么也可以與VTE對接進行高清分量測試。

注4: 交通行業(yè)的指導(dǎo)要求并沒有對HDMI傳輸協(xié)議一致性進行約束(屬于CTS測試范疇)，僅僅提及了物理層的指標(biāo)要求。因此本技術(shù)方案遵循指導(dǎo)要求，不做HDMICTS協(xié)議測試說明，僅僅提供VTE的時域測試模塊來實現(xiàn)眼圖和抖動測試。

2.3 編碼器測試參數(shù)

視頻編碼器的測試參數(shù)主要包括3個層面，1)接口電氣特性參數(shù)；2) TS流協(xié)議一致性參數(shù)；3)視頻質(zhì)量參數(shù)。

2.3.1 接口電氣特性參數(shù)

關(guān)于接口電氣特性測試，主要是涉及如下幾個接口的電氣指標(biāo)測試：

復(fù)合視頻接口(CCVS):此為模擬SD視頻接口，由于是模擬視頻，所以接口的物理參數(shù)直接影響到圖像質(zhì)量，并且在復(fù)合視頻指標(biāo)里面都有對應(yīng)體現(xiàn)，比如電平要求700 mV就在白條電平里面有指標(biāo)定義，因此復(fù)合視頻接口的電氣特性測試可直接在視頻參數(shù)里面體現(xiàn)。

針對編碼器而言，主要需要約束編碼的輸出接口，按照公路交通行業(yè)要求，ASI輸出接口要求如下：

序號	項目	技術(shù)要求
1	輸出幅度，mV	800±80
2	上升時間(20%~80%), ps	≤1200
3	下降時間(20%~80%), ps	≤1200
4	確定性抖動，%	≤10

嚴(yán)格說，編碼器SDI輸入和HDMI輸入也是需要有對應(yīng)的要求，本技術(shù)方案推薦的儀器設(shè)備也可以做此方面的測試，但是不是測試重點。

IP接口：IP接口一般為GE電口或SFP光口，對于IP接口的電氣特性測試是屬于傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)測試的范疇，可以利用通用的IP網(wǎng)絡(luò)檢測儀來實現(xiàn)，本方案不做討論。針對IP接口傳輸TS流，RFC定義了MDI參數(shù)進行測試，由于IP僅是TS流和視頻內(nèi)容之間的一個承載方式，因此我們將IP接口的MDI要求列入基礎(chǔ)要求，公路交通所要求的參數(shù)如下：

序號	項目	技術(shù)要求
1	傳輸延時因子，ms	≤5
2	丟包率, %	0

(注：此要求須在特定的碼率條件下測試，本技術(shù)方案推薦的DVMS1設(shè)備可測試MDI參數(shù))

2.3.2 TS流協(xié)議一致性參數(shù)

編碼器的輸出無論是ASI還是IP，本質(zhì)上承載的都是TS流，無論是MPEG2，還是采用H.264或是HEVC編碼壓縮，傳輸層都會被封包為188字節(jié)的TS，因此TS流的協(xié)議一致性就十分重要，按照公路交通行業(yè)的要求，具體的一致性參數(shù)如下：

1）PCR抖動及核心表格重復(fù)間隔要求

序號	項目	技術(shù)要求
1	PCR抖動，ns	-500~+500
2	PAT重復(fù)間隔，ms	≤500
3	PMT重復(fù)間隔，ms	≤500
4	PTS重復(fù)間隔，ms	≤700
5	PCR重復(fù)間隔，ms	≤40

2）TS流三級錯誤參數(shù)

序號	項目	技術(shù)要求
一級
1	TS同步丟失(TS_sync_loss)，次/15min	0
2	同步字節(jié)錯誤(sync_ byte_error)，次/15min	0
3	PAT表錯誤(PAT_error)，次/15min	0
4	連續(xù)計數(shù)錯誤(Continuity_count_error)，次 /15min	0
5	PMT表錯誤(PMT_ error)，次/15min	0
6	PMT表錯誤2 (PMT_ error_2)，次/15min	0
7	PID錯誤(PID_ error)，次/15min	0
二級
1	傳送錯誤(Transport_error)，次/15min	0
2	CRC錯誤(CRC_error)，次/15min	0
3	PCR錯誤(PCR_error)，次/15min	0
4	PCR重復(fù)錯誤(PCR_repetion_error)，次/15min	0
5	PCR非連續(xù)指示錯誤 (PCR_discontinuity_indicator_error)，次/15min	0
6	PCR準(zhǔn)確度錯誤(PCR_accuracy_error)，次 /15min	0
7	PTS錯誤(PTS_error)，次/15min	0
8	CAT錯誤(CAT_error)，次/15min	0
三級
1	緩沖器錯誤(Buffer_error)，次/15min	0
2	未定義PID錯誤(Unreferenced_PID)，次/15min	0
3	空緩沖器錯誤(Empty_buffer_error)，次/15min	0
4	數(shù)據(jù)延時錯誤(Data_delay_error)，次/15min	0

2.3.3 視頻質(zhì)量參數(shù)

1）支持的視頻格式和編碼方式要求

序號	項目	參考值
序號	項目	標(biāo)清	高清
1	水平尺寸	720像素	1920像素
2	垂直尺寸	576行	1080行
3	高寬比	4 : 3	16 : 9
4	幀率	25 Hz	25 Hz
5	編碼方式	MPE-2或H.264	H.264或H.265
6	GOP長度	/	至少支持24幀

2）標(biāo)清視頻評價參數(shù)

序號	項目	技術(shù)要求
1	視頻電平，mV	700±20
2	同步脈沖幅度，mV	300±10
3	K系數(shù)，%	≤3
4	亮度非線性，%	≤5
5	色度/亮度增益差，%	±5
6	色度/亮度時延差，%	≤50
7	微分增益，%	≤10
8	微分相位，?	≤10
9	幅頻特性(5.8 MHz帶寬內(nèi))，dB	±2
10	視頻信雜比(加權(quán))，dB	≥56

3）高清Y/Cb/Cr視頻評價參數(shù)

序號	項目	技術(shù)要求
1	Y信號輸出幅度誤差，%	-10~+10
2	CR信號輸出幅度誤差，%	-10~+10
3	CB信號輸出幅度誤差，%	-10~+10
4	Y信號幅頻特性，dB	±0.8 (0~25 MHz) +0.8~-3 (25 MHz~30 MHz)
5	Y，CB，CR信號的非線性失真，%	≤5
6	亮度通道的線性響應(yīng)(Y信號的K 系數(shù))，%	≤3
7	Y/CB，Y/CR，CB/CR信號時延差，ns	±10
8	Y，CB，CR信號的信噪比(加權(quán))，dB	≥56

4）高清RGB視頻評價參數(shù)

序號	項目	技術(shù)要求
1	G信號輸出幅度誤差，%	-10~+10
2	B信號輸出幅度誤差，%	-10~+10
3	R信號輸出幅度誤差，%	-10~+10
4	G/B/R信號幅頻特性，dB	±0.8 (0~25 MHz) +0.8~-3 (25 MHz~30 MHz)
5	G，B，R信號的非線性失真，%	≤5
6	亮度通道的線性響應(yīng)(G，B，R 信號的K系數(shù))，%	≤3
7	G/B，G/R，B/R信號時延差，ns	±10
8	G，B，R信號的信噪比(加權(quán))，dB	≥56

3、視頻解碼器測試原理

3.1 解碼器簡介

一個典型的標(biāo)清(SD)解碼器輸入輸出接口如圖5所示：

圖5 SD視頻解碼器

視頻解碼器與視頻編碼器正好是一對，實現(xiàn)對壓縮TS流的解碼，因此輸入輸出接口與編碼器正好相反。標(biāo)清視頻解碼器的輸入主要仍然是ASI或IP接口，輸出主要是復(fù)合視頻CCVS接口，同時也可選SDI和HDMI接口。

注：公路交通行業(yè)對輸入也定義了并行TS流接口(SPI)，由于此接口目前視頻行業(yè)已經(jīng)不再主流，因此本技術(shù)方案暫不考慮。同時，由于標(biāo)清領(lǐng)域的主要模擬接口是CCVS，因此本技術(shù)方案主要基于CCVS來進行測試考慮。

一個典型的高清(HD)解碼器輸入輸出接口如圖6所示：

圖6?HD視頻解碼器

高清視頻解碼器與標(biāo)清視頻解碼器沒有概念區(qū)別，同樣是不再具有CCVS接口。公路交通行業(yè)主要要求高清解碼器支持HDMI輸出。

3.2 解碼器測試原理

標(biāo)清視頻解碼器的測試示意圖如圖7所示：

圖7 SD解碼器測試示意圖

針對SD解碼器測試，原理是利用碼流發(fā)生器輸出攜帶SD測試圖卡的TS流，輸出給被測解碼器，然后利用視頻分析儀VTE進行復(fù)合視頻指標(biāo)測試。

高清視頻解碼器的測試示意圖如圖8所示：

圖8 HD視頻解碼器測試示意圖

與SD解碼器測試原理類似，原理也是利用碼流發(fā)生器輸出攜帶SD測試圖卡的TS流，輸出給被測解碼器，然后利用視頻分析儀VTE進行高清視頻指標(biāo)測試。只是有所區(qū)別的是，因為公路交通行業(yè)主要要求的是HDMI接口，同時指標(biāo)參數(shù)約束的是模擬高清分量指標(biāo)，因此視頻分析儀需要提供基于HDMI接口的模擬高清分量測試。

注：公路交通行業(yè)并未對HDMI協(xié)議一致性做要求，本技術(shù)方案不做考慮。

3.3 解碼器測試參數(shù)

視頻解碼器的測試參數(shù)主要包括2個層面：1)接口電氣特性參數(shù)；2)視頻質(zhì)量參數(shù)。

3.3.1 接口電氣特性參數(shù)
解碼器接口的電器特性測試主要是考慮最主要類型的ASI輸入接口和各類解碼輸出接口，分別要求如下：

1）解碼器ASI輸入接口要求

序號	項目	技術(shù)要求
1	最大輸入幅度(p-p)，mV	≥880
2	最小輸入幅度(p-p)，mV	≤200
3	反射損耗(0.3 MHz~1 GHz)，dB	≥15

2）解碼器SDI輸出接口要求

1	眼圖	輸出幅度，mV	800±80
2		上升時間(20%~80%)，ps	750~1500
3		下降時間(20%~80%)，ps	≤200
4		上升時間與下降時間差的絕對值，ps	≤500
5		上升/下降過沖，mV	≤40
6		抖動(1 kHz濾波器)，UI	≤0.2

3）解碼器HDMI輸出接口

序號		項目	技術(shù)要求
1	HDMI類型		Type A
2		輸出端口電壓，V	+4.8~+5.3
3	眼圖	TMDS單端低電平輸出電壓，V	當(dāng)接收器的時鐘頻率≤165MHz，低電平輸出電壓須在2.7V-2.9V；當(dāng)接收器的時鐘頻率>165MHz，低電平輸出電壓須在2.6V~2.9V；
4		上升時間(20%~80%)，ps	≥75 ps
5		下降時間(20%~80%)，ps	≥75 ps
6		TMDS信號對內(nèi)時間偏差	≤0.15* Tbit;Tbit=1/10＊時鐘周期
7		TMDS信號對間時間偏差	≤0.15* Tehar;Tehar=時鐘周期
8		TMDS時鐘抖動	≤0.25* Tbit;Tbit=1/10＊時鐘周期

以上這些物理參數(shù)測試都可以利用示波器或是本技術(shù)方案推薦的視頻分析儀QX及VTE配置相應(yīng)的模塊來實現(xiàn)。

3.3.2 視頻質(zhì)量參數(shù)

1）支持的視頻格式和解碼方式要求

序號	項目	參考值
序號	項目	標(biāo)清	高清
1	水平尺寸	720像素	1920像素
2	垂直尺寸	576行	1080行
3	隔行比	2 : 1	/
4	掃描行數(shù)	625	1125
5	高寬比	4 : 3	16 : 9
6	場頻	50 Hz	/
7	行頻	15.625 kHz	/
8	解碼方式	MPEG-2或H.264	H.264或H.265

2）標(biāo)清視頻評價參數(shù)

序號	項目	技術(shù)要求
1	視頻電平，mV	700±20
2	同步脈沖幅度，mV	300±10
3	K系數(shù)，%	≤3
4	亮度非線性，%	≤5
5	色度/亮度增益差，%	±5
6	色度/亮度時延差，%	≤50
7	微分增益，%	≤10
8	微分相位，?	≤10
9	幅頻特性(5.8 MHz帶寬內(nèi))，dB	±2
10	視頻信雜比(加權(quán))，dB	≥56

3）高清Y/Cb/Cr視頻評價參數(shù)

序號	項目	技術(shù)要求
1	Y信號輸出幅度誤差，%	-10~+10
2	CR信號輸出幅度誤差，%	-10~+10
3	CB信號輸出幅度誤差，%	-10~+10
4	Y信號幅頻特性，dB	±0.8 (0~25 MHz) +0.8~-3 (25 MHz~30 MHz)
5	Y，CB，CR信號的非線性失真，%	≤5
6	亮度通道的線性響應(yīng)(Y信號的K 系數(shù))，%	≤3
7	Y/CB，Y/CR，CB/CR信號時延差，ns	±10
8	Y，CB，CR信號的信噪比(加權(quán))，dB	≥56

4）高清RGB視頻評價參數(shù)

序號	項目	技術(shù)要求
1	G信號輸出幅度誤差，%	-10~+10
2	B信號輸出幅度誤差，%	-10~+10
3	R信號輸出幅度誤差，%	-10~+10
4	G/B/R信號幅頻特性，dB	±0.8 (0~25 MHz) +0.8~-3 (25 MHz~30 MHz)
5	G，B，R信號的非線性失真，%	≤5
6	亮度通道的線性響應(yīng)(G，B，R 信號的K系數(shù))，%	≤3
7	G/B，G/R，B/R信號時延差，ns	±10
8	G，B，R信號的信噪比(加權(quán))，dB	≥56

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3.3 解碼器測試參數(shù)

3.3.1 接口電氣特性參數(shù)
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