В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Александр Мкртумов
НИЦРИТ
В период перехода к цифровому телевидению качество ТВ-программ приобретает особенно большое значение, поскольку его дефекты не будут маскироваться недостатками аналоговых каналов передачиВместе с тем в большей части телекомпаний нет условий для полноценной диагностики трактов
На рис. 1 показаны необходимые ресурсные потребности для полноценной диагностики трактов. Перечни измерительных приборов в ГОСТах на ТВ и РВ (как старых [1, 2], так и новейших [3, 4]) содержат по 10-20 позиций, включая и дорогостоящие автоматизированные, и, прямо скажем, музейные экспонаты. И все это надо еще регулярно поверять. Почти ни в одной телекомпании нет и, наверное, не будет такого набора, как и инженеров-испытателей с нужными навыками. Раньше ситуация как-то поддерживалась внешним контролем через сертификацию технической базы, но после ее отмены как обязательной за сертификатом системы "Телерадио", насколько мы знаем, телекомпании не обращаются. Причина известна: уровень финансовых и временных затрат, соответствующих ныне действующим методикам испытаний, не устраивает вещателей.
Разработка метода диагностики
Поставим задачу разработки метода диагностики состояния вещательных трактов с повышенной технико-экономической эффективностью, целью которого является обеспечение вещательных компаний, в т. ч. малобюджетных, реальной возможностью контроля технического состояния тракта. Исходя из отмеченных выше противоречий между методической базой, потребностью в аппаратных средствах измерений, с одной стороны, и ресурсами компаний, с другой стороны, сформулируем основные общие требования к такому методу:
Кардинальным средством достижения оперативности и автоматизации процесса измерений является применение программного метода генерации и анализа тестовых сигналов. Поэтому он все шире используется в современных средствах измерений, обеспечивая быстрое автоматическое получение результатов анализа данных. Далее следует предельно сократить длительность тестовых сигналов, которая определяет время занятия тракта процедурой измерений, что имеет значение для практики применения. Проведенный расчет точности программных измерений в присутствии шумов тракта показал, что для определения основных параметров видеосигналов достаточны объемы данных, занимающие единицы или даже доли телевизионных строк. В сочетании с программным методом генерации и анализа тестовых сигналов это открывает возможность для проведения оценки основных видеопараметров посредством прохождения по тракту единичного испытательного кадра.
Минимизация аппаратных средств может быть достигнута благодаря тому, что в настоящее время практически в каждой телерадиокомпании в состав тракта формирования и выдачи программ вошли компьютерные средства выдачи и приема аудио- и видеосигналов (станции нелинейного видеомонтажа (СНМ), звуковые станции (ЗС), серверы), работающие с файловым представлением сигналов. Рассмотрим возможности их использования для контроля состояния трактов.
Средства измерений параметров трактов
Средства измерений параметров трактов должны обладать следующим набором функций:
Первой функцией СНМ и ЗС обладают по определению. Способность к должному анализу поступившей информации обеспечивается разработанной для этого программой. В отношении точности измерений и процедур поверки имеют место, вообще говоря, два случая:
1. Одна (ЗС) или две (СНМ) компьютерные станции используются как отдельная (сторонняя для испытуемого тракта) измерительная установка (ИУ).
В этом случае уровень требований к параметрам точности ИУ зависит от допусков назначения параметров испытуемого тракта, поэтому они должны быть определены в соотношении с допусками используемых норм. Эти соотношения предложены здесь в таблице "Видео" (табл. 1) для видеотрактов и таблице "Звук" для звуковых трактов (табл. 2).
Соответствие ИУ требованиям, приведенным в таблицах, проверяется путем записи на вход ИУ эталонного тест-файла с ее выхода (для ЗС) или с выхода одной из образующих ИУ станций нелинейного монтажа на вход второй. При этом проверка ИУ с помощью испытательной программы является по существу автоматической поверочной процедурой и может быть проведена в любое время, в том числе непосредственно перед измерением тракта, в течение нескольких минут.
2. Компьютерная станция является частью испытуемого тракта.
Данный вариант, как показала практика испытаний технической базы 25 теле- и радиокомпаний, является основным. В этом случае вопрос поверки ИУ вообще не стоит, так как параметры станции и являются, собственно, органической составляющей параметров тракта и его продукции в целом.
Таким образом, компьютерные средства выдачи и приема аудиовидеосигна-лов, входящие в состав комплексов формирования теле- и радиопрограмм, могут использоваться для измерений параметров трактов с помощью специально разработанных для этого программных средств.
Методика измерений параметров видеотракта состоит при этом в подготовке компонентного тестового сигнала в форме видеофайла, организации его прохождения по испытуемому тракту, записи его конечного состояния также в форме видеофайла и анализе параметров последнего. В испытаниях звуковых трактов используется несжатый аудиофайл.
Базируясь на работе с файловым представлением видео- и аудиосигналов, данная методика естественным образом сочетается с сетевыми методами передачи информации. Это позволило выйти на дистанционную диагностику трактов, при которой контроль может проводиться удаленным испытательным центром, имеющим необходимые для этого средства и квалификацию. Таким путем преодолевается образовавшийся разрыв между требованиями традиционной методической базы контроля качества и ресурсами большинства телерадиокомпаний. Это, по-видимому, соответствует и общемировой тенденции, когда число креативных центров растет, а проведение специфического обслуживания, напротив, централизуется, сосредотачиваясь в профессиональных профильных организациях.
Следует отметить, что широкое использование данной возможности требует в качестве дополнительного условия выбора формата тестовых видеофайлов универсального применения. А именно: тестовый файл, передаваемый на объект испытаний, должен обладать способностью либо воспроизводиться на выходе станции в той или иной форме видеосигнала, либо быть преобразованным в рабочий формат станции, который позволяет осуществить такое воспроизведение. Должно быть обеспечено также обратное преобразование файла, записанного станцией в конце тракта, в файл исходного формата. Данное условие вызвано таким многообразием используемых СНМ видеокодеков, которое делает едва ли реальным вариант формирования библиотеки тестовых файлов и тем более программ их анализа.
В итоге системная оптимизация технологии контроля качества телерадио-продукции должна отвечать следующим общим критериям:
Методику, построенную на этих критериях, можно назвать программно-файловым методом испытаний (ПФМИ).
В испытаниях трактов формирования радиопрограмм и звукового ТВ-сопровождения использовался разработанный для измерений звука программный комплекс ЭксАТ ("Экспресс-Аудио-Тест") с тестовым сигналом длительностью 1,6 с. Поэтому перейдем к измерениям видеопараметров в кратком изложении результатов.
Измерения видеопараметров
По критерию универсальности для трактов с 8-битовым квантованием видеосигнала в качестве тестового файла был выбран формат пространства RGB с разрядностью 8 бит/отсчет (глубина цвета -24 бит/икс). Это соответствует кодеку "Windows Bitmap" (BMP), как наиболее распространенному по доступности преобразований в видеофайлы на рабочих СНМ. Выбранный формат не встретил препятствий к преобразованию в рабочие форматы станций ни на одном объекте.
На первом этапе формирование тестового файла и последующие измерения велись на аппаратном уровне. Посредством записи на компьютерную станцию сигналов телевизионного измерительного генератора с последующим монтажом был сформирован тестовый файл "TEST 1" (рис. 2). В его состав входят сигналы для измерений основных видеопараметров компонентных цифровых и аналоговых трактов, включая и переходы в формат PAL. Файл с объемом в архиве всего 64 кбайт отсылался электронной почтой
на объект и после прохождения технологических цепей тракта возвращался обратно. Измерения параметров файлов, поступавших с объектов испытаний, проводились с помощью СНМ и телевизионных осциллографов. Пример протокола испытаний приведен в табл. 3.
Разработка программного комплекса
Следующей задачей является разработка программного комплекса, т.е. тестового файла и программы его анализа, как это было сделано для звука. Учитывая перспективы развития метода, в частности возможного размещения в файле тестов внутрикадровой и межкадровой (для теста в виде комплекта кадров) компрессии, желательно за счет рационального размещения тест-сигналов обеспечить значительное свободное пространство в растре тестового кадра. С этой целью был разработан и программно создан тестовый файл "Видеотест ВМР-192" (рис. 3).
Приведем его основные данные. Объем тест-сигналов занимает 192 строки, т.е. 1/3 ТВ-кадра. АЧХ, отношение сигнал/шум (С/Ш), нелинейные искажения (НИ) и искажения синусквадратичного импульса (К-2Т) измеряются как в каналах яркости, так и в каналах цвета. В параметрах сигналов отражена коррекция методик измерений ряда параметров для большей адекватности специфике компонентных и цифровых трактов.
Поясним смысл такой коррекции на примере измерений дифференциального усиления (ДУ) и дифференциальной фазы (ДФ), которые обычно проводятся с помощью сигнала пилообразной либо ступенчатой формы с высокочастотной насадкой, имитирующей поднесущую цветности. Такое измерение в канале яркости компонентного тракта информации о цветовых искажениях не несет, но может показать их мнимое наличие под влиянием, например, нелинейных искажений в этом канале. Вместе с тем измерения ДУ и ДФ сохраняют актуальность при диагностике реальных трактов, которые еще часто имеют смешанную компонентно-композитную структуру. ДУ и ДФ в этих трактах возможны (в формате PAL) и подлежат измерению, но метод должен быть изменен.
Сформируем тестовый сигнал следующей структуры: сигнал Y - ступенчатый, сигнал СB = 0, сигнал CR = const ≠ 0. Найдем зависимость модуля амплитуды поднесущей PAL и ее фазы от измеренных в конечном файле для каждой ступени Y значений CR И СВ. Как известно [5, 6], сигнал цветности PAL можно определить выражением:
UЦВ=Acos(ωt + φ)=Eνcosωt+Eνsinωt,
где Eν=0,877(R-Y)=0, 877·0,713-1CR= 1,23CR;
EU=0,493(B-Y)=0,493&middopt;0,564-1CB= 0,874CB.
Таким образом,
A=(Eν2+Eν2)1/2=(1,513CR2+0,764CB2)1/2
В конечном файле по измеренным для области каждой ступени Y величинам CRi И CBi вычисляются значения Ai, и значение ДУ определяется по формуле:
ДУ=(1-Аmin/Аmax)100%.
Несложно показать, что значение ДΦ определится формулой:
ДΦ=Φmах-Φmin,
где φi - фаза сигнала на каждой ступени, вычисленная по формуле:
φi=arctgEU/Eν=arctg0,71CB/CR .
Легко видеть, что результат измерений данным методом определяется только влиянием уровня яркости сигнала на цветовые параметры.
При разработке тестового файла учтены расчеты объемов массива данных тест-сигналов, необходимых для обеспечения требуемой точности. Для измерений размаха сигналов, НИ, РУ, ДУ и ДФ применены сигналы постоянного по всей длине строки уровня, а для измерения АЧХ - отдельные синусоиды, но также на всей строке, что повышает удельную эффективность их измерения по сравнению с традиционным тест-сигналом ("multiburst"). PB может быть измерено по временным или фазовым соотношениям сигналов яркости и цвета. Отношение сигнал/шум измеряется на наклонных участках с амплитудой перепада 20% для Y согласно Rec. ITU-R BT. 1204 и 10% для CR и CB с учетом вдвое меньшей полосы частот. Размещены также сигналы I—IV испытательных строк по ГОСТ 18471-83 в форме Y.
Результаты испытаний с помощью данного теста могут быть получены тем же аппаратным методом, как и предыдущего ("Тест 1"). В настоящее время разрабатывается программа автоматического анализа результатов.
В рамках данного метода проведены еще две работы. Первая - программный комплекс "Цвет-1" для определения колориметрических параметров теле- и видеокамер. Метод не требует применяемой сейчас сложной процедуры, когда изображение тест-таблицы записывается на видеокассету и воспроизводится через видеомагнитофон на телевизионном мониторе с ручным анализом 20 цветов при помощи колориметра, после чего 60 результатов заносятся в таблицу для вычислений. В предложенном варианте сигнал камеры с изображением тест-таблицы записывается станцией нелинейного монтажа (прямо либо через видеомагнитофон), преобразуется в файл одного кадра формата BMP и отправляется в испытательный центр, где загружается в программу "Цвет-1" (рис. 4).
Программа измеряет значения RGB в каждом цветовом фрагменте и вычисляет итоговый индекс цветопередачи, а также правильность отработки баланса белого и черного в камере. Проводя аналогичные операции для нескольких камер, по полученным результатам можно судить и об идентичности их цветопередачи.
Вторая разработка - компонентный тестовый файл для оценки параметров кодеров СЕКАМ "Test SECAM" (рис. 5). Он подается на вход кодера, далее записывается с его выхода на СНМ по входу Y, также преобразуется в BMP и отсылается для испытаний. Измерения пока ведутся аппаратно, и составлено ТЗ на разработку программного анализа.
Преимущества и перспективы
Достоинства метода дистанционной диагностики проявились уже в ходе практической работы - испытания технической базы 25 теле- и радиокомпаний. Кроме очевидных преимуществ -экономичности и оперативности, таковыми еще являются возможность и скорость "обратной связи" с объектом в ходе испытаний. При отрицательных результатах испытаний с настройками тракта делается столько итераций, сколько требуется, чтобы получить удовлетворительный результат.
Другим преимуществом является отсутствие потребности испытательного центра в оборудовании всех форматов записи, которые могут использоваться на объектах
испытаний, поскольку программно-файловый метод, на котором базируется дистанционная диагностика, просто исключает эту потребность. Перспективным развитием метода является организация автоматизированной дистанционной диагностики, позволяющей пользователю проводить измерения тракта в любое время. Абонент данного сервиса имеет в своем распоряжении клиентскую версию программы и, проведя измерения, может послать зашифрованный ею результат на постоянно работающий сетевой сервер и практически сразу получить обратно протокол с результатами измерений. В настоящее время идет разработка этой системы для звуковой программы ЭксАТ и далее для программы измерений видеопараметров.
Первые итоги практического применения программно-файлового метода испытаний и дистанционной диагностики подтвердили перспективность направлений работы по повышению эффективности процедур контроля технического состояния трактов телерадиовещания. Дальнейшие усилия будут приложены к развитию технологий измерения видеосигналов (полная автоматизация, включая 10-битовое квантование), автоматизированной дистанционной диагностики, а также к отработке технико-экономических моделей взаимодействия с пользователями методики.
Литература
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #8, 2007
Посещений: 12260
Статьи по теме
Автор
| |||
В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
