CN101267576A

CN101267576A - 一种数字电视广播接收测试方法及其装置

Info

Publication number: CN101267576A
Application number: CN 200810103621
Authority: CN
Inventors: 张晓林; 路程; 张展; 李铀
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2028-04-09
Also published as: CN100589586C

Abstract

本发明公开了一种数字电视广播接收测试方法及其装置。发送端由码流发生器、被测发射机和发射天线；接收端包括接收天线、被测接收机、码流分析器、码流源模块和图像解码模块。码流发生器产生伪随机码流经过被测发射机调制后通过发射天线发射信号；接收端的接收天线通过信道接收广播信号后，对伪随机码流还原并输入到码流分析器中进行码流分析，本地图像码流输入在码流分析器中变换后输出给图像解码模块，实现了客观接收质量和主观接收质量两种评判方式在一次测试过程中同时测试，进而提高了测试效率，简化了测试过程，具有回放功能，适用于不同的广播传输标准和不同的传输码速率，保证了测试的一致性。

Description

一种数字电视广播接收测试方法及其装置

技术领域

本发明属于数字通信测试领域，涉及一种数字电视接收质量测量的技术，具体来说，本发明涉及一种能够同时对接收质量进行客观评价和主观评价的方法。

背景技术

随着广播电视数字化，网络化和信息化技术的迅猛发展，数字电视广播引起了广播电视技术的一次重大变革。数字电视广播与模拟电视广播相比具有收视效果好，抗干扰能力强，传输效率高，并且提供附加业务等优点。数字电视广播是基于信源编解码、复用、信道编解码及调制解调技术，传输的是数字化的比特流信号，对其接收质量和覆盖效果的测试方法与模拟电视有很大的区别。

目前，数字电视接收质量的判断方法主要有两种。一种是客观评价方法，另一种是主观评价方法。

客观评价方法基于传输系统的误码率统计。被测发射机将伪随机码流调制之后发射出去，接收机接收信号做出解调，还原传输的伪随机码流。通过逐一比对发送端发送的伪随机码流和接收端收到的伪随机码流之间的差异，可以得出精确的系统传输误码率。但是由于普通图像码流具有随机性，不便于比较和统计误码，需要统计系统传输误码率时，系统发送的码流采用伪随机序列。伪随机序列具有码型已知、随机统计特性好、便于比较和统计误码等优点。误码率的定义为：误码率＝错误的比特数/传输的总比特数。客观评价方法为记录测试过程中的误码率，作为实际应用时广播质量的参考，误码率超过测试标准规定的值(例如3×10^-6)时，测试结果判定此时传输质量差，误码率小于测试标准规定的值(例如3×10^-6)时，判定结果判定此时传输质量好。客观评价方法具有便于操作、统计精确的优点，可以最小捕捉到单一比特的错误，缺点在于不能直观反映用户观看数字电视的图像效果。某些编码方法(如MPEG2)虽然具有一定的纠错机制，能够根据信源编码的纠错状态指出当前传输存在错误，但是这种纠错并不是基于对码流每一比特的精确比较，不能准确定位错误比特，也不能精确统计误码率，当误码率非常大时，还会出现无法解码的情况，所以不能作为准确的测试数据使用。

主观评价方法基于接收机输出的码流解码之后的图像质量。通过将接收到的码流输入图像解码模块，还原视频图像，由测试人员评价图像质量，从而得到广播系统传输质量。测试人员根据测试采用的评判标准做出判断，评价接收质量，评判标准我国主要采用GB7401-1987《彩色电视图像质量主观评价方法》。主观评价方法系统构建简单，与实际广播情况接近，但是，不便于记录出错的状态，统计不精确，只能统计近似测试结果。并且，根据图像解码模块的工作特性，某些小的误码会被解码器纠正，并不会反映出图像损伤，这样某些传输错误会被忽略，这样就给测试结果带来模糊性。

在使用这两种评价方法进行测试时，广播系统传输的码流是不同性质的，在使用主观评价时，传输的是图像码流，测试人员观察接收后解码还原的图像，得到传输评价；而使用客观评价时，传输的是伪随机序列，测试设备通过接收到码流与源码流的对比，得出误码率。两种测试结果判断出的接收效果是接近的，但是不完全相同。

例如，在广播覆盖移动测试的过程中，测试车辆需要在被测接收区域按照特定的路线行驶。传统的测试方法在一次测试路线行驶当中只能选择传输伪随机序列或者图像码流两者中的一种，一次测试获得的结果只能是“误码率”或者“图像接收效果评判”。测试人员虽然可以选择同一路线反复行驶的方法分别获得这两种结果，但是此种方法多耗费了人力和物力，并且，现场环境无法完全重现，在同一路线上，由于现场车辆、环境的改变产生了信道的时变性，第二次测试和第一次测试的环境不是完全相同的，只能做出近似比较。

发明内容

本发明提出了一种数字电视广播接收测试方法及其装置，将接收机输出的伪随机序列输入比较器进行对比，同时测量数字电视接收误码率和图像质量，统计精确的误码率，使图像码流产生与伪随机序列测试同样的传输效果；并根据错误比特的位置同时对图像码流进行产生误码的变换，实现了客观接收质量和主观接收质量两种评判方式在一次测试过程中同时测试，进而提高了测试效率，简化了测试过程，具有回放功能，保证了测试的一致性。

一种数字电视广播接收测试装置，由发送端和接收端组成，发送端由码流发生器、被测发射机和发射天线组成；接收端包括接收天线、被测接收机和图像解码模块、码流分析器和码流源模块。所述码流分析器用于对码流源模块输入的图象码流和被测接收机还原的伪随机流分别进行处理和分析；发送端的码流发生器产生伪随机码流经过被测发射机调制后通过发射天线发射广播信号；接收端的接收天线通过信道接收广播信号后，在被测接收机中对伪随机码流还原，进行解调和信道解码；还原后的伪随机码流输入到码流分析器中与预存在其中且与码流发生器输出相同的伪随机码进行码流分析，码流源模块的本地图像码流输入到码流分析器中根据存储的误码位置在图像码流中与伪随机序列误码同样位置的比特进行取反，使图像码流产生同样的误码，图像码流变换后输出给图像解码模块。

其中所述码流分析器由控制器、比较器、存储器和变换器组成。被测接收机还原后的伪随机码流输入到码流分析器的比较器中，在控制器的作用下还原后的伪随机码流在比较器中与预存储的、与码流发生器所输出相同的伪随机码流进行判断和比较，并统计出精确的传输误码率，然后将误码位置情况存储在存储器中。码流源模块的本地图像码流输入在变换器中根据存储器和比较器输出的误码位置，在图像码流中与伪随机序列误码同样位置的比特进行取反，使图像码流产生同样的误码，图像码流变换后输出给图像解码模块。

所述变换器可按照错误比特位置信息同时对码流源模块输入的多路本地图像码流进行产生错误的变换。

所述变换器的本地图像码流输入采用的处理码流帧结构与广播发送的伪随机码流帧结构相同。

所述码流源模块由多个不同编码类型的码流源组合而成，同时输出多路不同编码类型的码流。

所述图像解码模块由多个不同编码类型的解码器组合而成，同时对多路不同编码类型的码流进行解码。

一种数字电视广播接收测试方法，由如下步骤组成：

步骤1：发送端的码流发生器产生伪随机码流经过被测发射机调制后通过发射天线发射广播信号。

步骤2：接收端的接收天线接收广播信号后，在被测接收机中对伪随机码流还原，进行解调和信道解码。

步骤3：还原后的伪随机码流输入到码流分析器的比较器中，在控制器的作用下使伪随机码流在比较器中进行判断和比较，并统计出精确的传输误码率，然后将误码位置情况存储在存储器中。

步骤4：存储器将存储的误码位置发送到变换器中，码流源模块的本地图像码流输入到码流分析器的变换器中，根据存储器中存储的伪随机序列的误码位置，将图像码流中与伪随机序列误码同样位置的比特进行取反，使图像码流产生同样的误码，图像码流变换后输出给图像解码模块。变换器输入的图像码流长度与步骤3中的伪随机序列长度相同。

所述步骤3和步骤4也可以同时执行，还原后的伪随机码流输入到码流分析器的比较器中，在控制器的作用下使伪随机码流在比较器中进行判断和比较，相异的比特即为信道干扰造成的传输错误，比较器进行错误比特数量累加并将错误比特在伪随机码流中的位置发送给变换器。码流源模块与伪随机序列长度相同的本地图像码流输入变换器，并立刻根据错误位置信息对本地图像码流输入中同样的比特位置进行取反操作，使图像码流产生同样的误码，输出到图像解码模块。比较器统计这段时间内的误码率，并发送给控制器，由控制器向用户显示作为本次测试的客观接收质量测试结果。

所述步骤4中，所述变换器的本地图像码流输入采用的处理码流帧结构与广播发送的伪随机码流帧结构相同。

本发明一种数字电视广播接收测试方法及其装置的优点在于：

(1)将接收机输出的伪随机序列输入比较器中进行对比，同时测量数字电视接收误码率和图像质量，统计精确的误码率，使图像码流产生与伪随机序列测试同样的传输效果；

(2)根据错误比特的位置同时对图像码流进行产生误码的变换，实现了客观接收质量和主观接收质量两种评判方式在一次测试过程中同时测试，进而提高了测试效率，简化了测试过程，具有回放功能，保证了测试的一致性。

附图说明

图1是本发明一种数字电视广播接收测试装置的模块结构框图；

图2是本发明一种数字电视广播接收测试方法的步骤流程图；

图3是本发明一种数字电视广播接收测试方法的步骤三、四同时进行时的处理流程图。

图中：1.码流发生器2.被测发射机3.发射天线4.接收天线5.被测接收机

6.码流分析器601.比较器602.控制器603.存储器604.变换器

7.图像解码模块8.码流源模块

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明的数字电视广播接收测试方法及装置适用于不同的广播传输标准和不同的传输码速率。在数字电视地面广播传输标准(DTMB)下1个伪随机序列和2个图像码流同时测试的测试过程作为实施例来说明本发明的原理。所述测试系统仅仅是示例性的，本发明不限于所述的广播系统和测试码流。例如，本发明还可以应用于1个伪随机序列和1个图像码流同时测试、1个伪随机序列和N(N≥1，N为自然数)个图像码流同时测试。另外，本发明可以应用于其他数字广播系统，包括数字音频广播系统、数据广播系统等。

本实施例中，被测发射机和接收机采用中国数字电视地面广播传输标准(DTMB)的发射机和接收机，伪随机序列采用生成多项式为X²³+X¹⁸+1的伪随机序列，图像码流源模块同时发送2个图像码流，其中一个为MPEG2编码TS码流，另一个为MPEG4编码TS码流，伪随机码流和图像码流的码速率为5Mbps，发送包长为188字节，图像解码模块同时对两种码流进行解码，将其还原为图像信号。

如图1所示，一种数字电视广播接收测试装置，由发送端和接收端组成，发送端包括码流发生器1、被测发射机2和发射天线3；接收端包括接收天线4、被测接收机5、码流分析器6、码流源模块8和图像解码模块7。所述码流分析器6用于对码流源模块8输入的图象码流和被测接收机5还原的伪随机流分别进行处理和分析。码流发生器1向被测发射机2输送伪随机序列A作为发送数据，被测发射机2发射射频广播信号；被测接收机5接收广播信号，经过解调和信道解码，将还原的码流A’输送给码流分析器6的比较器601中。

码流分析器6内部中，在一种工作模式下，由控制器602发出指令，在比较器601中还原的码流A’与预存在比较器601中与码流发生器1所输出相同的伪随机码流A进行伪随机序列的同步、比较，统计传输误码率，并将误码率发送给控制器602，控制器602将误码率向用户显示，作为本次测试的客观评价接收质量测试结果。同时，比较器601将发生错误的比特在伪随机码流A中位置信息存储于存储器603中，直至本次测试结束，如果需要测试图像码流在此次测试的传输信道中的质量，将码流源模块8中MPEG2码流源发送的码流B和MPEG4码流源发送的码流C输入码流分析器6中的变换器604；由控制器602向比较器601发出指令，使比较器601从存储器603中读取错误比特位置记录信息到变换器604。

在另外一种工作模式下，在控制器602控制下，比较器601对收到的还原后的码流A’与预存在比较器601中与码流发生器1所输出相同的伪随机码流A进行对比，相异的比特即为信道干扰造成的传输错误，比较器601进行错误比特数量累加并将错误比特在码流A中的位置发送给变换器604。

变换器604根据错误比特位置信息，对输入的图像码流B和图像码流C中与码流A同样的错误比特位置进行取反操作，造成图像码流B和图像码流C的误码，变换之后输出的图像码流为B’和C’，B’输入到图像解码模块7中的MPEG2解码器，C’输入到图像解码模块7中的MPEG4解码器。测试人员可以从变换器604的码流输出端连接图像解码模块7进行解码，由测试人员观测在此误码率下的图像接收效果，这样保证了此时图像码流与伪随机序列的测试处于相同的误码情况，可以得出同样测试过程中主观评价的结果，这样就同时获得客观评测和主观评价的结果。

所述变换器604可以按照错误比特位置信息同时对码流源模块8输入的多个本地图像码流进行产生错误的变换。

变换器604可以处理多种编码类型的码流，如MPEG2和MPEG4等，只要其图像码流帧结构与广播发送的伪随机码流相同。码流源模块8可以是多个不同编码类型的码流源的组合，可以同时输出N(N≥1)路不同编码类型的码流，变换器604在这多路的图像流中产生相同的误码。图像解码单元7也同样为多个不同编码类型的解码器的组合，可以同时对N(N≥1)路不同编码类型的码流进行解码。这样可以使测试人员比较不同类型的编码在同一信道传输下的性能差异。

本发明一种数字电视广播接收测试方法，如图2所示，包括如下步骤：

步骤一：发送端的码流发生器1中存储有伪随机码流A，码流A为生成多项式X²³+X¹⁸+1的伪随机序列，码流发生器1不间断地发送伪随机码流A给被测DTMB发射机2，发送码速率为5Mbps，被测DTMB发射机2将码流A进行调制后，通过发射天线3不间断地发射广播信号；

步骤二：接收端的接收天线4接收广播信号后，在被测DTMB接收机5中进行解调和信道解码，还原出传输码流A’；

步骤三：接收机5解调后输出的还原后的码流A’输入到码流分析器6的比较器601中。比较器601中预存储有与码流发生器1所输出相同的伪随机码流A。假设某一时间点T为测试过程的起始时刻，在控制器602控制下，由时间点T开始计时，比较器601对收到的还原后的码流A’与其中存储的伪随机码流A进行对比，相异的比特即为信道干扰造成的传输错误，比较器601进行错误比特数量累加并记录错误比特在伪随机码流A中的位置，假设某一时间点T’作为测试的终止时刻，到达时间点T’时，比较器统计在时间点T和T’之间总的误比特数，除以传输的总比特数，得到误码率，并将误码率发送给控制器602，控制器602将误码率向用户显示，作为本次测试的客观评价接收质量测试结果。

如果被测发射机2和被测接收机3之间的信道不存在任何噪声和干扰，那么码流A’与码流A完全相同，误码率为0。如果存在噪声或干扰，发生错误的比特数与总发送比特数的比值即为此次测试过程的误码率。在到达时间点T’时，比较器601将描述错误比特在预存储在比较器601中的已知的伪随机码流A中位置信息输出到存储器603中。

其中，一次错误的存储格式为：错误发生的包序号+错误起始的比特位置+错误的比特连续个数。

在时间点T之后还原后的码流A’最先进入比较器的包，包序号为1；后面的包依次排序，“错误发生的包序号”存储宽度为4个字节；发送的包格式为188字节长度，“错误起始的比特位置”范围是0～188×8，存储宽度为2个字节；“错误的比特连续个数”范围是0～188×8，存储宽度为2个字节。如果连续错误超出了一个包的长度，则存储在下一包中的错误。例如某次错误为，在传输的第5包的第43个比特开始连续发生了20比特的错误，则记录内容为0X00000005002B0014(16进制)。

步骤四：测试图像码流在此次传输信道中的质量，将码流源模块8中MPEG2码流源发送的码流B和MPEG4码流源发送的码流C输入码流分析器6中的变换器604，码速率均为5Mbps，由测试人员控制从某一时刻开始，在控制器602控制下，变换器604从存储器603中读取错误比特位置信息，根据这些信息变换器604对输入的图像码流B和图像码流C中与码流A同样的错误比特位置进行取反操作，造成图像码流B和图像码流C的误码，变换之后输出的图像码流为B’和C’，B’输入到图像解码模块7中的MPEG2解码器，C’输入到图像解码模块7中的MPEG4解码器，测试时间长度为T’-T，由测试人员观测两台解码器的输出图像，得出主观评价接收质量测试结果。

另一种工作方式是步骤三和步骤四同时进行，步骤一和步骤二不变：

如图3所示，还原后的码流A’输入到码流分析器6的比较器601中，与码流发生器1所输出相同的伪随机码流A作为已知序列预存储在比较器601中。将码流源模块8中MPEG2码流源发送的码流B和MPEG4码流源发送的码流C输入码流分析器6中的变换器604，码速率均为5Mbps。假设某一时间点T为测试过程的起始时刻，在控制器602控制下，时间点T开始，比较器601对收到的还原后的码流A’与预存在比较器601中的码流A进行对比，相异的比特即为信道干扰造成的传输错误，比较器601进行错误比特数量累加并将错误比特在码流A中的位置直接发送给变换器604，变换器604立刻根据错误位置信息对图像码流B和C同样的比特位置进行取反操作，造成图像码流B和图像码流C的误码，变换之后输出的图像码流为B’和C’，B’输入到图像解码模块7中的MPEG2解码器，C’输入到图像解码模块7中的MPEG4解码器，由测试人员观测两台解码器的输出图像，评测主观接收质量，即客观评价测试和主观评价测试同时进行。假设某一时间点T’作为测试的终止时刻，到达时间点T’时，比较器601统计在时间点T和T’之间总的误比特数，除以传输的总比特数，得到误码率，并将误码率信息发送给控制器602，控制器602将误码率信息向测试人员显示，测试人员记录误码率，作为本次测试的客观评价接收质量测试结果。同时，在到达时间点T’时，测试人员通过图像解码模块7中解码器的输出图像给出此时间段T’-T内的主观评价接收测试结果。

在数字电视实际接收的场合下，例如使用移动测试车进行某条路线的接收测试，需要使用主观评价和客观评价两种判定标准进行衡量，由于两种判定标准使用的发送码流不同，在传统方法中，只能让测试车在同一路线重复行驶，以期获得同样的传输信道过程，但由于现场环境的车辆、天气、环境的随时改变，信道状态也存在时变性，一次测试时间段T’-T内的广播信道状态是无法完全重现的，所以主观和客观只能近似对比。众所周知，广播信道与系统传输码流互不相关，本发明中同时测试了伪随机序列的误码率与图像接收质量，完成了在一次测试过程中同时进行主观评价与客观评价的测试，并且保证两者所在的信道是完全相同的，而且本发明还可用于不同信源编码标准之间纠错能力的比较。

通过应用本发明的方法，可以使数字电视广播接收测试的过程更加方便，减少了工作量。根据本发明的测试方法和装置，可以使多次测试过程在一次完成，提高效率，并且具有回放功能，保证了测试的一致性。

Claims

1.一种数字电视广播接收测试装置，由发送端和接收端组成，发送端由码流发生器、被测发射机和发射天线组成；接收端包括接收天线、被测接收机和图像解码模块，其特征在于：接收端还包括码流分析器和码流源模块，所述码流分析器用于对码流源模块输入的图象码流和被测接收机还原的伪随机流分别进行处理和分析；发送端的码流发生器产生伪随机码流经过被测发射机调制后通过发射天线发射广播信号；接收端的接收天线通过信道接收广播信号后，在被测接收机中对伪随机码流还原，进行解调和信道解码；还原后的伪随机码流输入到码流分析器中与预存在其中且与码流发生器输出相同的伪随机码进行码流分析，码流源模块的本地图像码流输入到码流分析器中根据存储的误码位置在图像码流中与伪随机序列误码同样位置的比特进行取反，使图像码流产生同样的误码，图像码流变换后输出给图像解码模块；

其中所述码流分析器由控制器、比较器、存储器和变换器组成；被测接收机还原后的伪随机码流输入到码流分析器的比较器中，在控制器的作用下还原后的伪随机码流在比较器中与预存储的、与码流发生器所输出相同的伪随机码流进行判断和比较，并统计出精确的传输误码率，然后将误码位置情况存储在存储器中；码流源模块的本地图像码流输入在变换器中根据存储器和比较器输出的误码位置，在图像码流中与伪随机序列误码同样位置的比特进行取反，使图像码流产生同样的误码，图像码流变换后输出给图像解码模块。

2.根据权利要求1所述一种数字电视广播接收测试装置，其特征在于：所述变换器可按照错误比特位置信息同时对码流源模块输入的多路本地图像码流进行产生错误的变换。

3.根据权利要求1所述一种数字电视广播接收测试装置，其特征在于：所述变换器的本地图像码流输入采用的处理码流帧结构与广播发送的伪随机码流帧结构相同。

4.根据权利要求1所述一种数字电视广播接收测试装置，其特征在于：所述码流源模块由多个不同编码类型的码流源组合而成，同时输出多路不同编码类型的码流。

5.根据权利要求1所述一种数字电视广播接收测试装置，其特征在于：所述图像解码模块由多个不同编码类型的解码器组合而成，同时对多路不同编码类型的码流进行解码。

6.一种应用权利要求1所述装置的数字电视广播接收测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：发送端的码流发生器产生伪随机码流经过被测发射机调制后通过发射天线发射广播信号；

步骤二：接收端的接收天线接收广播信号后，在被测接收机中对伪随机码流还原，进行解调和信道解码；

步骤三：还原后的伪随机码流输入到码流分析器的比较器中，在控制器的作用下使伪随机码流在比较器中进行判断和比较，并统计出精确的传输误码率，然后将误码位置情况存储在存储器中；

步骤四：存储器将存储的误码位置发送到变换器中，码流源模块的本地图像码流输入到码流分析器的变换器中，根据存储器中存储的伪随机序列的误码位置，将图像码流中与伪随机序列误码同样位置的比特进行取反，使图像码流产生同样的误码，图像码流变换后输出给图像解码模块；变换器输入的图像码流长度与步骤三中的伪随机序列长度相同。

7.根据权利要求6所述的一种数字电视广播接收测试方法，其特征在于：所述步骤三和步骤四也可以同时执行，还原后的伪随机码流输入到码流分析器的比较器中，在控制器的作用下使伪随机码流在比较器中进行判断和比较，相异的比特即为信道干扰造成的传输错误，比较器进行错误比特数量累加并将错误比特在伪随机码流中的位置发送给变换器；码流源模块与伪随机序列长度相同的本地图像码流输入变换器，并立刻根据错误位置信息对本地图像码流输入中同样的比特位置进行取反操作，使图像码流产生同样的误码，输出到图像解码模块；比较器统计这段时间内的误码率，并发送给控制器，由控制器向用户显示作为本次测试的客观接收质量测试结果。

8.根据权利要求6所述的一种数字电视广播接收测试方法，其特征在于：所述步骤四中，在接收端统计伪随机码流误码率的同时，变换器按照错误比特位置信息同时对码流源模块的本地多个图像码流输入进行产生错误的变换。

9.根据权利要求6所述的一种数字电视广播接收测试方法，其特征在于：所述步骤四中，所述变换器的本地图像码流输入采用的处理码流帧结构与广播发送的伪随机码流帧结构相同。