交通運輸行業(yè)視頻編解碼器測試方案
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鍵設備，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。一般的標清視頻編碼器主要的輸入是模擬復合視頻(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，因此完全應用于SD領域的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，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，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測試。
注：嚴格說，參考解碼器也可以解碼出SDI，但是在標清視頻領域用的最多的是復合視頻，因此公路交通行業(yè)主要對復合視頻指標做了定義。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合視頻測試，而應該是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)的指導要求，即便利用的是HDMI接口進行測試，評價的指標仍然是以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要求。因此本技術方案遵循指導要求，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測試：
復合視頻接口(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，并且在復合視頻指標里面都有對應體現(xiàn)，比如電平要求700 mV就在白條電平里面有指標定義，因此復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 |
嚴格說，編碼器SDI輸入和HDMI輸入也是需要有對應的要求，本技術方案推薦的儀器設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)絡測試的范疇，可以利用通用的IP網(wǎng)絡檢測儀來實現(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要求列入基礎要求，公路交通所要求的參數(shù)如下：
序號 | 項目 | 技術要求 |
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，本技術方案推薦的DVMS1設備可測試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間隔要求
序號 | 項目 | 技術要求 |
1 | PCR抖動，ns | -500~+500 |
| 2 | PAT重復間隔，ms | ≤500 |
3 | PMT重復間隔，ms | ≤500 |
| 4 | PTS重復間隔，ms | ≤700 |
5 | PCR重復間隔，ms | ≤40 |
2）TS流三級錯誤參數(shù)
序號 | 項目 | 技術要求 |
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 | |
標清 | 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）標清視頻評價參數(shù)
序號 | 項目 | 技術要求 |
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)，dB | ≥56 |
3）高清Y/Cb/Cr視頻評價參數(shù)
序號 | 項目 | 技術要求 |
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(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)，dB | ≥56 |
4）高清RGB視頻評價參數(shù)
序號 | 項目 | 技術要求 |
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(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)，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，因此本技術方案暫不考慮。同時，由于標清領域的主要模擬接口是CCVS，因此本技術方案主要基于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進行復合視頻指標測試。
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，同時指標參數(shù)約束的是模擬高清分量指標，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 | 當接收器的時鐘頻率≤165MHz，低電平輸出電壓須在2.7V-2.9V； 當接收器的時鐘頻率>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方案推薦的視頻分析儀QX及VTE配置相應的模塊來實現(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 | |
標清 | 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）標清視頻評價參數(shù)
序號 | 項目 | 技術要求 |
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)，dB | ≥56 |
3）高清Y/Cb/Cr視頻評價參數(shù)
序號 | 項目 | 技術要求 |
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(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)，dB | ≥56 |
4）高清RGB視頻評價參數(shù)
序號 | 項目 | 技術要求 |
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(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)，dB | ≥56 |
核心設備資料(可聯(lián)系銷售索取以下詳細資料)
J模擬視頻發(fā)生器VSG
JHDMI信號源VTS
JSDI信號源QX
JTS分析儀DVMS1
JTS記錄回放器TSA
J視頻分析儀VTx
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