автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.23, диссертация на тему:Разработка методов обобщенной оценки качества цифрового транспортного потока и стандартизация средств измерений в телевидении

На правах рукописи

Кустов Денис Анатольевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОБОБЩЕННОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЦИФРОВОГО ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА И СТАНДАРТИЗАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ В ТЕЛЕВИДЕНИИ

Специальность: 05.02.23 - Стандартизация и управление качеством

продукции

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 9 ИЮЛ ¿012

Санкт-Петербург - 2012

005046473

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе «Научно-Исследовательский Институт Телевидения»

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор JLJI. Полосин

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор A.A. Гоголь кандидат технических наук, профессор С.А. Бабаев

Ведущая организация - ФГУП "Ордена трудового красного знамени

научно-исследовательский институт радио Санкт-Петербургский филиал «Ленинградское отделение

Защита диссертации состоится « 4 » октября 2012 г. в_часов на заседании

совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.010.03 БІТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова по адресу: 190005, Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке университета.

Автореферат разослан « 2 » июля 2012 г.

научно-исследовательского института радио (Филиал ФГУП НИИР-ЛОНИИР)», Санкт-Петербург

Ученый секретарь Диссертационного совета

/ Петров Ю.В. /

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современных цифровых каналах связи данные передаются в форме цифровых пакетов. Каждый пакет имеет заголовок и полезную нагрузку в виде данных. Заголовок пакета позволяет идентифицировать передаваемые данные. Последовательно передаваемые пакеты цифровой телевизионной (ТВ) информации образуют цифровой транспортный поток (ЦТП), который имеет определенную в ISO/IEC 13818-1 структуру и синтаксис. Один ЦТП может содержать данные нескольких ТВ программ.

В рекомендации ETSI ТР101290, разработанной в 2001 г. была предпринята попытка создания методов оценки качества ЦТП - это «качество сервиса» и «системная доступность», но в иностранных и в отечественных приборах и системах эти методы реализованы не были из-за существенных недостатков. Системная доступность это процентное отношение времени, в течение которого отсутствовали критические ошибки к полному времени измерения.

В соответствии с утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 21 сентября 2009 г. № 1349-р концепцией федеральной целевой программы "Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009 - 2015 годы" определен типовой комплекс измерительного оборудования для систем цифрового эфирного вещания. Согласно этой концепции, измерительный комплекс включает в себя, в том числе анализатор ЦТП.

Цифровая ТВ система DVB (Digital Video Broadcasting) принята в Российской федерации постановлением совета министров в 2004 году. Обобщенная структура цифровой ТВ системы представлена на рис. 1.

Оптические _

сигналы объекта

Тракт формирования цифровых ТВ сигналов со сжатием

Ц111 1 * ^ Тракт ЦТП 2

передачи а N

сигналов • ?

ЦТП

Тракт воспроизведения Изображения и звука

Оптические

сигналы изображения

Рисунок 1. Цифровая телевизионная система. Ее можно разделить на три основные составные части: это тракт формирования цифровых ТВ сигналов со сжатием, тракт передачи ЦТП, и тракт воспроизведения изображения и звука. Каждая из этих частей характеризуется сложной структурой, в которой от надежности и стабильности применяемого канального оборудования, зависит качество передаваемого от источника до потребителя ЦТП, и как следствие, качество воспроизведения изображения и звука. Совместно с надежностью канального оборудования, на качество ЦТП влияет физический канал связи (КС). Современные российские развивающиеся сети распространения цифровых ТВ сигналов сильно разветвлены. В них ЦТП проходит по различным КС (эфирным, кабельным, спутниковым и Internet). При этом происходят неоднократные преобразования ЦТП (мультиплексирование, демультиплексирование). Поэтому, при передаче ЦТП по сетям распространения цифровых ТВ сигналов, возникают ошибки не только в полезной нагрузке (данных изображения и звука), но и в структуре и синтаксисе. Ошибки структуры и синтаксиса накапливаются и влияют на воспроизведение данных изображения и звука ТВ программ. Следствием ошибок могут быть как различные артефакты, так и полная невозможность декодирования данных.

Исходя из выше сказанного, при внедрении цифровой ТВ системы возникла необходимость создания отечественной метрологической базы и средств метрологического обеспечения для контроля параметров цифровых ТВ сигналов при передаче цифровых ТВ программ. В цифровом телевидении Российской Федерации

измерительная техника должна соответствовать требованиям, изложенным в отечественных стандартах на цифровое телевидение, таких как ГОСТ Р 52592-2006 «Тракт передачи сигналов цифрового вещательного телевидения, звенья тракта и измерительные сигналы. Общие требования.», ГОСТ Р 53534-2009 «Цифровое телевидение высокой четкости. Измерительные сигналы. Методы измерений. Общие требования» и ГОСТ Р 53533-2009 «Цифровое телевидение высокой четкости. Основные параметры цифровых систем телевидения высокой четкости. Общие требования.». Эти стандарты гармонизированы с международными стандартами и техническими документами. В них описываются методы контроля ЦТП, приведен список необходимого оборудования для контроля параметров ЦТП и определены требования к измерительному оборудованию. Среди указанного оборудования присутствует ранее разработанный автором анализатор АТП-1. Указанные стандарты разрабатывались в ФГУП «НИИТ», и автор принимал участие в их создании в части определения требований к измерительной аппаратуре и параметров контроля ЦТП.

Важной задачей при передаче ЦТП по сетям распространения цифровых ТВ сигналов, является объективная оценка его качества по структуре и синтаксису. Для обнаружения ошибок в ЦТП применяются специальные измерительные средства -анализаторы ЦТП. Анализатор ЦТП фиксирует ошибки, а также контролирует структуру и синтаксис. Выходными данными анализаторов ЦТП являются двоичные индикаторы: «нет ошибки» или «есть ошибка» по методам, описанным в стандартах на цифровые ТВ системы. Таким образом, по окончании мониторинга формируется список обнаруженных ошибок с датой и временем их обнаружения. Но иметь только список ошибок недостаточно. Необходимо дать ошибкам объективную числовую оценку. И если результат (числовая оценка) оказывается ниже установленного порога, то необходимо устранить источник данных ошибок.

Для существующих аналоговых систем распространения ТВ сигналов была разработана метрологическая база и средства метрологического обеспечения. В том числе системы дистанционного мониторинга и контроля качества. Задачей системы дистанционного мониторинга является сбор данных с различных удаленных друг от друга точек сетей распространения ЦТП и оценка качества сигналов. Основным методом оценки качества сигналов в аналоговых ТВ системах является допусковый контроль. Но данные, полученные в результате мониторинга ЦТП, отличаются от данных мониторинга в аналоговом телевидении по структуре и содержанию. Поэтому эти методы не применимы для анализа качества ЦТП.

Контроль качества в цифровом телевидении осуществляется при помощи измерительных демодуляторов, которые измеряют радиочастотные параметры КС, анализаторов качества изображения, которые контролируют сжатие изображения, анализаторов ЦТП, которые анализируют параметры ЦТП. Основной трудностью при анализе ЦТП в процессе эксплуатации является сложность и обширность, предоставляемых пользователю данных о результатах мониторинга. Анализ этих результатов является незаменимым для разработчиков канального оборудования, а в процессе эксплуатации технических систем получила широкое распространение обобщенная оценка качества по шкале категорий: «отлично», «хорошо», «удовлетворительно», «неудовлетворительно» и «брак». Однако в области цифрового телевидения связь данных категорий с ошибками структуры и синтаксиса ЦТП четко не определена. Таким образом, возникает необходимость в разработке отечественных методов объективной оценки качества ЦТП и стандартизации средств измерений в сетях распространения цифровых ТВ сигналов.

Цель и задачи работы. Основной целью настоящей диссертационной работы является повышение качества контроля состояния сетей распространения цифровых ТВ сигналов в процессе эксплуатации.

Для достижения указанной цели в рамках диссертационной работы требуется решение следующих задач:

1. Произвести анализ преобразований сигналов в существующих системах цифрового телевидения для выявления источников ухудшений ЦТП, провести анализ существующих методов объективной оценки качества и провести анализ существующих устройств контроля ЦТП;

2. Разработать методы объективной оценки качества ЦТП в сетях распространения цифровых ТВ сигналов;

3. Разработать технические и программные средства объективной оценки качества ЦТП;

4. Провести экспериментальные исследования зависимостей качества ЦТП в цифровой наземной ТВ системе от различных факторов деградации КС и выработать таблицу соответствия категорий качества от оценок качества ЦТП. Предметом исследования является определение методов и средств оценки

качества сетей распространения цифровых ТВ сигналов.

Методы исследования. В качестве основных теоретических инструментов исследований использовались методы компьютерного моделирования, теории алгоритмов, теории математической статистики. Экспериментальная часть исследования базировалась на обработке и анализе качества ЦТП измеренного разработанным автором анализаторами АТП-1 и АТП-2 систем DVB, с последующей численной и визуальной оценкой результатов. Для программной реализации разработанных алгоритмов использовались среды программирования Code Composer Studio 3.1, Microsoft Visual Studio 9, средства web-программирования и программирования баз данных. Для математической обработки полученных экспериментальных данных использовалась система математического моделирования. Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

- Впервые определены факторы и формализованы коэффициенты деградации ЦТП влияющие на объективную оценку качества.

- Сформированы три независимых критерия качества ЦТП: декодируемость, стабильность и информативность.

- Впервые разработан метод объективной оценки качества ЦТП, подходящий для потоков стандартной и высокой четкости, со сжатием MPEG-2 или MPEG-4/AVC как для существующих систем, так и для вновь разрабатываемых.

- Реализован и испытан алгоритм контроля системной доступности; дана оценка пригодности и области применения алгоритма контроля системной доступности в цифровом телевидении.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Введенные независимые критерии качества ЦТП (декодируемость - возможность декодирования любой программы ЦТП без ошибок и искажений, стабильность — возможность уверенного и устойчивого распространения ЦТП по любым доступным КС, информативность - содержание в ЦТП необходимой пользовательской информации) позволяют классифицировать методы контроля ошибок, представленные в ГОСТ Р 52592-2006, по типу их воздействия и позволяют добавить дополнительные условия контроля.

2. Определены следующие факторы деградации качества ЦТП: частота появления ошибки, зона распространения ошибки, скорость ошибочного пакета, степень влияния ошибки и их весовые значения.

3. Разработан оригинальный способ оценки качества ЦТП, заключающийся в том, что по частным оценкам, определяемым по факторам деградации, находится обобщенная мультипликативная оценка качества ЦТП.

4. Определена связь числовых оценок качества ЦТП и предложенных оценок качества по пятиуровневой шкале категорий.

Практическая ценность диссертационной работы:

Введенные группы методов определения ошибок ЦТП позволяют производить оценку качества ЦТП, передаваемого по сетям распространения цифровых ТВ сигналов согласно критериям декодируемость, стабильность и информативность, а также контролировать ЦТП в соответствии с ГОСТ Р 52592-2006.

Разработанный алгоритм повышает качество контроля ЦТП в сетях распространения цифровых ТВ сигналов. Реализованный алгоритм контроля системной доступности позволяет контролировать устойчивость цифровых ТВ КС.

Проведенные автором экспериментальные исследования позволяют связать объективную оценку качества ЦТП с деградацией цифрового телевизионного сигнала и оценить вклад параметров в обобщенную оценку качества ЦТП.

Разработанные анализаторы ЦТП производят анализ ошибок, структуры и синтаксиса ЦТП во всех точках сети распространения цифровых ТВ сигналов. Разработанная система дистанционного мониторинга цифровых ТВ передатчиков, использующая предложенный алгоритм объективной оценки качества ЦТП, объединяет в единую измерительную сеть анализаторы АТП-2 и ранее разработанные анализаторы АТП-1. Она позволяет обрабатывать информацию от более сотни анализаторов одновременно, производить вычисление объективной оценки качества ЦТП и одномоментно предоставлять нескольким пользователям полную графическую и текстовую информацию о состоянии передаваемого сети распространения цифровых ТВ сигналов. Разработанная система может быть применена как в системах распространения цифровых ТВ сигналов, так и в надзорных органах в области связи и телекоммуникаций.

Внедрение результатов работы. Разработанные в рамках диссертационной работы анализаторы АТП-1 и АТП-2 являются серийными измерительными приборами, о чем имеется акт внедрения. Они зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений, допущены к применению в Российской Федерации и имеют сертификаты об утверждении типа средств измерений Федерального Агентства по техническому регулированию и метрологии. Анализаторы АТП-2 позволяют производить контроль ЦТП во всех точках сети распространения цифровых ТВ сигналов и помогают определить причину возникновения ошибок.

Разработана система дистанционного мониторинга цифровых ТВ передатчиков на основе использования анализаторов АТП-1 и АТП-2. Система прошла испытания в федеральном государственном унитарном предприятии «Всероссийская Государственная Телевизионная и Радиовещательная Компания (ВГТРК)», о чем имеется соответствующий акт.

Разработанный автором диссертационной работы анализатор АТП-1 включен в перечень средств измерения и технологического оборудования ГОСТ Р 52592-2006 и ГОСТ Р 53534-2009 телевидения стандартной и высокой четкости.

Результаты диссертационной работы также использованы в ФГУП «НИИТ» г. Санкт-Петербург. Разработанный в рамках диссертационной работы анализатор АТП-2 прошел испытания в опытной зоне вещания в стандарте ВУВ-Т в Красносельском районе Санкт-Петербурга. Разработанный анализатор АТП-1 неоднократно применялся для отладки оборудования на центральном РТПЦ Санкт-Петербурга, о чем имеется соответствующий отзыв.

В различных вариантах исполнения (с дополнительными опциями приема сигналов стандартов ЭУВ-Т, ОУВ-Э, Е1) анализаторы АТП-1 и АТП-2 используется в ОАО «МАРТ», ФГУП «НИИР-ЛОНИИР», ОАО «ГАЗКОМ космические системы», ФГУП Самарский РТПЦ, ФГУП Саратовский РТПЦ, «Белтелеком» и других организациях.

Достоверность полученных результатов подтверждена результатами экспериментальных исследований, как в лабораторных, так и в полевых условиях; эксплуатацией разработанных автором анализаторов АТП-1 и АТП-2 различными организациями.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы, полученные на различных стадиях ее выполнения были доложены автором на следующих семинарах и конференциях:

1. 5, 6 и 7 международные конференции «Телевидение. Передача и обработка изображений», СПб, июнь 2007,2008 и 2009гг.

2. 64-я научно-техническая конференция, посвященная 150-илетию А.С.Попова, СПб, Апрель 2009 г.

3. 18 и 19 конференции главных метрологов и специалистов метрологических служб отрасли связи «Обеспечение единства измерений в отрасли связи», Москва, май 2010 и 2011 гг.

4. 2-я международной конференции участников рынка цифрового телерадиовещания России «Цифровые и массовые коммуникации в России 2011», Москва март 2011 г

5. Международная конференция вещателей (1ВС) 2011, Амстердам, сентябрь 2011

6. Технические семинары в Центре электросвязи, СПб 2009 - 2011.

Анализатор АТП-2 и система дистанционного мониторинга цифровых телевизионных передатчиков демонстрировались на российских и зарубежных выставках, таких как Связь-Экспоком, СаЫе&8а1е1Ше, НАТ-экспо в Москве и 1ВС в Амстердаме.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, заключения, списка литературы, включающего 89 наименований и 2 приложения. Приведены копии следующих документов: 2 акта использования, 1 отзыв, 2 акта внедрения, 1 акт апробации и 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ. Основная часть работы изложена на 160 страницах машинописного текста. Работа содержит 50 рисунков и 13 таблиц.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 научных работ, из них - 8 статей (3 статьи опубликованы в изданиях, определенных ВАК) и 5 работ в материалах международных и российских научно-технических конференций, 3 стандарта в области цифрового телевидения стандартной и высокой четкости, 1 отчет по НИР и 3 отчета по ОКР.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и определены задачи работы, изложена научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приведены основные научные положения, выносимые на защиту, дается характеристика работы, приводится краткое содержание работы по главам.

В первой главе приведены существующие цифровые телевизионные системы стандартов ОУВ, их основные звенья и точки контроля ЦТП в этих системах; дано представление о структуре и синтаксисе ЦТП, о его основных элементах; показаны некоторые существующие методы оценки качества в телекоммуникациях; приведен обзор средств контроля ЦТП.

В рамках диссертации выделяется ряд общих принципов построения систем и устройств цифрового телевидения (ЦТВ), охарактеризованы основные процессы, происходящие в тракте цифровой телевизионной системы.

Цифровая телевизионная система (см. рис. 1) включает в себя следующие основные звенья: тракт источника цифровых сигналов, в котором происходит преобразование оптических сигналов изображения в цифровые электрические сигналы изображения, их обработка, сжатие цифрового потока, формирование телевизионных программ и преобразование в ЦТП; тракт передачи сигналов ЦТП; тракт воспроизведения изображения. Границами тракта источника цифровых сигналов являются: входной зрачок оптической системы телевизионной камеры и выходной разъем интерфейса тракта источника сигналов цифрового телевидения, соединяемого с входным разъемом интерфейса тракта передачи ЦТП. В свою очередь границами тракта передачи сигналов ЦТП являются: входной разъем интерфейса тракта передачи ЦТП, соединяемого с выходным разъемом тракта источника сигналов цифрового телевидения (точка 1 на рис. 1), и выходной разъем интерфейса тракта передачи ЦТП, соединяемого с входным разъемом интерфейса тракта воспроизведения изображения (точка 2 на рис. 1). Границами тракта воспроизведения изображения являются: входной разъем интерфейса тракта воспроизведения изображения, соединяемого с

Цифровой транспортный лоток

ИУВ MPEG

Таблица сетевой информации (ХГГ) Таблица сервисных описателей (БОТ) Таблица информации о событиях (Е1Т) Таблица времени и даты (ТОТ) Таблица соединения программ (PAT) Таблица условного доступа (CAT) Таблица сервисных описателей ЦТП (TSDT) Таблица структуры программы (PMI 1) -- РМТ 2 -1 -► РМТ п - -» ЭП 1 -* ЭП 2 -► ЭП m -- ЭП 1 -» ЭП 2 -* ЭП m -» ЭП 1

-» ЭП 2

-» ЭП m

Рисунок 2. Структура ЦТП.

выходным разъемом интерфейса тракта ЦТП и растр воспроизводимого изображения, воспринимаемого зрителем.

Согласно международному стандарту ISO/IEC 13818-1 пакеты ЦТП должны иметь длину 188 байт, из них 4 байта заголовка и 184 байта полезной нагрузки. Полезной нагрузкой могут быть различные цифровые данные, которые необходимо передавать по ТВ КС. Это могут быть аудио-, видеоданные, таблицы системной информации (СИ), информация сопровождения телевизионных данных, телетекст, данные телефонии, данные Internet и т.д.

Заголовок содержит всю необходимую информацию для синхронизации ЦТП, идентификации пакета ЦТП, определения его статуса и места в потоке и структуре.

Структура формирования телевизионных программ в ЦТП показана на рис.2. Таблицы делятся на системную информацию (DVB) и программную (MPEG). Для того, чтобы любой бытовой приемник-декодер смог правильно декодировать выбранную программу в ЦТП предусмотрен табличный механизм структурирования программ.

Количество программ, номера программ и значения идентификаторов пакетов (ИП) их таблиц структуры программы (РМТ) передаются в таблице соединения программ (PAT). В свою очередь РМТ передает информацию об ЭП, входящих в состав каждой конкретной программы: их типе (аудио, видео, субтитры, телетекст, данные и т.д.), значениях их ИП, значение ИП, содержащего синхронизацию задающего генератора этой программы. Для того чтобы узнать названия и другую сервисную информацию о программах и ЦТП, существуют другие таблицы. Таблица сетевой информации (NIT) служит для передачи сведений о способе доставки (параметрах КС и частотах), таблица сервисных описателей (SDT) служит для предоставления информации об источниках ЦТП, таблица информации о событиях (EIT) содержит сведения о начале и окончании текущего, следующего и будущих событий, необходимые для работы электронной телевизионной программы передач. Таблица времени и даты (TDT, ТОТ) передает всемирно координированное время (UTC). Таблица условного доступа (CAT) передает ключи для закодированных программ ЦТП.

Показаны существующие методы измерения качества сервиса в области телекоммуникаций. Качество сервиса - это совокупность характеристик услуги электросвязи, которые имеют отношение к ее возможности удовлетворять установленные и предполагаемые потребности пользователя услуги. Качество сервиса объединяет понятия: действенность, безопасность, обеспеченность и удобство пользования. Качество функционирования телекоммуникационной сети характеризует эффективность обслуживания трафика. Пользователь телекоммуникационной сети обычно не интересуется структурой сети и тем, как предоставляется нужная услуга. В то же время он интуитивно оценивает качество данной услуги, сравнивая его с качеством подобных услуг. Качество сервиса с точки зрения пользователя может быть выражено совокупностью параметров, которые описываются в терминах, понятных как службе, так и пользователю, и не зависят от структуры сети. Они должны быть гарантированны пользователю службой и поддаваться объективному измерению в точке доступа к услуге.

В системах DVB используется рекомендация TR101290, вышедшая в мае 2001 г. В ней задача подсчета качественной оценки транспортного потока разделена на две независимые: «системная доступность» и «качество сервиса». В отличие от задачи контроля системной доступности, где в качестве законченной рекомендации предлагается алгоритм, набор параметров и критерии, задача оценки «качества сервиса» представлена только как проект, поскольку окончательный алгоритм может быть опубликован после активного обмена информацией с операторами, использующими анализаторы ЦТП для контроля тракта передачи. По рекоммендации TR101290 качество передачи цифровых потоков разбивается на 5 классов. 1 класс -высокое качество обслуживания (искажений нет). 2 класс -хорошее качество (немного ухудшений). 3 класс - низкий уровень качества (регулярные ухудшения). 4 класс -очень низкий уровень качества (регулярные перерывы обслуживания). 5 класс -повторяющиеся потери качества (невозможность приема любых программ).

Понятие системной доступности (СД) перешло практически без изменений из телекоммуникаций в цифровое телевидение. В СД определен основной критерий оценки - пораженный временной интервал. Базой для оценки СД в телевидении является две ошибки - потеря синхронизации и ошибка транспортного пакета. В зависимости от интенсивности появления этих ошибок индицируется состояние тракта передачи ЦТП: период сильных нарушений, ошибочный блок, интервал времени с ошибками, секунда с ошибками, интервал времени с сильными ошибками, секунда с сильными ошибками, недействительное время.

Логическим развитием приборов мониторинга и анализа ЦТП является создание систем дистанционного мониторинга ЦТП. В цифровом телевидении данной теме посвящена техническая спецификация TS 102032, созданная в 2002 году. Она определяет информационную базу MIB (Management Information Base), которая должна создаваться в любых измерительных средствах, используемых в режиме дистанционного мониторинга в соответствии с TRI 01290. Доступ к этой базе осуществляется с помощью протокола SNMP (Simple Network Management Protocol). Структура MIB представлена в иерархическом виде. Каждому модулю присвоен конкретный объектный идентификационный номер OID (Object Identifíer) проекта DVB. Этим обеспечивается одинаковая ценность информации, поступающей от различных измерительных приборов, которые содержат MIB и интегрированы в систему контроля и мониторинга технического состояния.

В обзоре средств измерения приведены основные анализаторы и системы мониторинга ЦТП, существующие на данный момент в ЦТВ.

Появление новых служб значительно повышает интерес пользователей к системам ЦТВ, за счет чего происходит увеличение количества пользователей. Возрастающее количество абонентов и повышение сложности цифрового тракта предъявляет высокие требования к качеству каналов передачи информации в системах ЦТВ. В свою очередь, отсутствие четких, простых и понятных нормативных документов в области контроля трактов ЦТВ негативно влияет на провайдеров ЦТВ и усложняет экономические взаимоотношения пользователей сетей ЦТВ с поставщиками услуг. Поэтому создание эффективных алгоритмов объективного контроля качества трактов ЦТВ становится важной задачей при эксплуатации систем ЦТВ и сетей распространения ТВ программ.

Вторая глава посвящена разработке алгоритма анализа качества ЦТП. Показано, что методы определения ошибок, представленных в TRI 01290, недостаточны для объективной оценки качества ЦТП. На основании предложенных методов произвести расчет объективной оценки качества не представляется возможным, поскольку весовой коэффициент каждой ошибки может сильно варьироваться в зависимости от множества условий. Для решения этой задачи целесообразно составить собственный список методов, распределенных на три группы: декодируемость, стабильность, информативность.

Для расчета оценки качества ЦТП предлагается ввести следующие определения: фактор деградации ЦТП, коэффициент деградации ЦТП, критерий качества ЦТП. Определены следующие факторы деградации:

- частота появления ошибки ( Кх -1 - Tnm/Tm4),

- зона распространения ошибки (К2 =l-(0.5xZxA")),

- скорость пакета ЦТП, в котором произошла ошибка (К, = S/TR ),

- степень влияния ошибки (Kt=\-А).

Методы определения ошибок, распределенные по группам, представлены в таблицах 1,2 и 3. Курсивом и (*) помечены методы, предложенные автором.

Таблица 1. Первая группа - Декодируемость.

Методы № ошибки

Потеря синхронизации ЦТП 1.1

Ошибка в транспортном пакете 2.1

Ошибка таблицы соединения программ: отсутствие таблицы в ЦТП 1.3:4 (V

Ошибка таблицы соединения программ: ошибка идентификатора таблицы 1.3:2

Ошибка таблицы соединения программ: таблица скремблирована 1.3:1

Ошибка таблицы соединения программ: несовпадение циклического контроля 1.3:5 (*)

Ошибка таблицы соединения программ: нарушение следования или пропуск пакетов 1.3:6 П

Таблица 1. Первая группа- Декодируемость.

Методы № ошибки

Ошибка таблицы структуры программ: отсутствие таблицы в ЦТП 1.5:4 (*)

Ошибка таблицы структуры программ: ошибка идентификатора таблицы 1.5:2

Ошибка таблицы структуры программ: таблица скремблирована 1.5:1

Ошибка таблицы структуры программ: несовпадение циклического контроля 1.5:5 Г)

Ошибка таблицы структуры программ: нарушение следования или пропуск пакетов 1.5:6 (*)

Ошибка в передаче сигнала синхронизации задающего генератора: отсутствие данных 2.3:3 Г)

Ошибка непрерывности счета: нарушение следования или пропуск пакетов 1.4:2

Ошибка таблицы условного доступа: ошибка идентификатора таблицы 2.6:2

Ошибка таблицы условного доступа: таблица скремблирована 2.6:1

Ошибка таблицы условного доступа: несовпадение циклического контроля 2.6:3

Ошибка таблицы условного доступа: нарушение следования или пропуск пакетов 2.6:4 (V

Ошибка в идентификации пакета: отсутствует пакет, сопряженный с одной из таблиц более 0.5 с 3.4:2

Ошибка таблицы соединения программ: превышение интервала следования 1.3:3

Ошибка таблицы структуры программ: превышение интервала следования 1.5:3

Ошибка в передаче сигнала синхронизации задающего генератора: превышение интервала следования в 100 мс без индикатора разрыва 2.3:2

Ошибка недопустимого ухода частоты сигнала синхронизации 2.4

Ошибка меток времени представления 2.5

Таблица 2. Вторая группа - Стабильность

Методы № ошибки

Ошибка приема байта синхробайта 1.2

Ошибка непрерывности счета: повторяемость пакетов 1.4:1

Ошибка циклического контроля всех таблиц 2.2

Ошибка в передаче сигнала синхронизации задающего генератора: превышения интервала следования в 40 мс. 2.3:1

Ошибка повторения системной информации: слишком частое появление секций 3.2:1

Ошибка в идентификации пакета: присутствует пакет не сопряженный ни с одной таблицей более 0.5 секунды 3.4:1

Таблица 5. Третья группа - Информативность.

Методы № ошибки

Присутствие в транспортном потоке таблицы сетевой информации и ее корректность: отсутствие таблицы в ЦТП 3.1:3 Г)

Присутствие в транспортном потоке таблицы сетевой информации и ее корректность: текущая таблица скремблирована 3.1:4 О

Присутствие в транспортном потоке таблицы сетевой информации и ее корректность: ошибка идентификатора таблицы 3.1:1

Присутствие в транспортном потоке таблицы сетевой информации и ее корректность: нарушение следования или пропуск пакетов 3.1:6 С)

Наличие в транспортном потоке таблицы системных дескрипторов и ее корректность: отсутствие таблицы в ЦТП 3 5:3 С)

Наличие в транспортном потоке таблицы системных дескрипторов и ее корректность: текущая таблица скремблирована 3.5:4 С)

Наличие в транспортном потоке таблицы системных дескрипторов и ее корректность: ошибка идентификатора таблицы 3.5:1

Наличие в транспортном потоке таблицы системных дескрипторов и ее корректность: нарушение следования или пропуск пакетов 3.5:6

Ошибка таблицы установки: ошибка идентификатора таблицы 3.7:1

Ошибка таблицы установки: нарушение следования или пропуск пакетов 3.7:3 <•)

Наличие в транспортном потоке таблицы времени и даты и их корректность: ошибка идентификатора таблицы 3.8:1

Наличие в транспортном потоке таблицы времени и даты и их корректность: нарушение следования или пропуск пакетов 3.8:4 С)

Присутствие в транспортном потоке таблицы сетевой информации и ее корректность: превышение интервала следования 3.1:2

Таблица 5. Третья группа - Информативность.

Методы № ошибки

Присутствие в транспортном потоке таблицы сетевой информации и ее корректность: ошибка таблицы сетевой информации соседнего канала 3.1:5

Наличие в транспортном потоке таблицы системных дескрипторов и ее корректность: превышение интервала следования в 2 с. для текущей таблицы 3.5:2

Наличие в транспортном потоке таблицы системных дескрипторов и ее корректность: ошибка таблицы сервисных описателей соседнего канала 3.5:5

Присутствие в транспортном потоке таблицы предсказания последующей информации и ее корректность: превышение интервала следования в 2 с. для текущей таблицы 3.6:2

Присутствие в транспортном потоке таблицы предсказания последующей информации и ее корректность: текущая таблица скремблирована 3.6:3 (*)

Присутствие в транспортном потоке таблицы предсказания последующей информации и ее корректность: ошибка идентификатора текущей таблицы 3.6:1

Присутствие в транспортном потоке таблицы предсказания последующей информации и ее корректность: ошибка прочих таблиц информации о событиях 3.6:4

Присутствие в транспортном потоке таблицы предсказания последующей информации и ее корректность: нарушение следования или пропуск пакетов 3.6:5 (*)

Ошибка таблицы установки: текущая таблица скремблирована 3.7:2

Наличие в транспортном потоке таблицы времени и даты и их корректность: превышение интервала следования в 30 с. 3.8:2

Наличие в транспортном потоке таблицы времени и даты и их корректность: текущая таблица скремблирована 3.8:3 (*)

Оценку качества ЦТП предполагается проводить на основе всего периода измерения (ПИ) и его дискретной составляющей - измерительного интервала (ИИ). Расчет оценки качества ЦТП может производиться как на уже сохраненных данных, так и в процессе мониторинга в реальном масштабе времени.

Коэффициенты деградации ЦТП К1 К4 рассчитываются для каждой обнаруженной ошибки за ИИ. Данные об ошибках поступают с анализаторов АТП по мере появления этих ошибок, но не чаще чем один раз в секунду.

Среднее значение коэффициентов одного типа для каждого параметра за полный период измерения должны рассчитываться по формуле 1:

0)

где 1 - от 1 до 4, N - количество секунд за ПИ. Коэффициент качества для каждого параметра:

^¡рлк = \ . (2)

Исключением для суммарного коэффициента являются ошибки, источником которых является отсутствие данных в ЦТП. Для этих ошибок коэффициент КЗАУ не рассчитывается. Поэтому, в формуле 2 степень корня будет равна 3 вместо 4.

Итоговая оценка качества по критерию за общий интервал измерения: О - среднее геометрическое коэффициентов качества К|РАК параметров входящих в критерий умноженное на максимальную оценку (в данном случае 5):

0 = (3)

где т - количество параметров в критерии (для декодируемости - 23 параметра, для стабильности - 6 параметров, для информативности - 24 параметра), К[_Т5 -коэффициент потерь.

В таблице 4 Приведен пример расчета оценки качества ЦТП.

Таблица 4. Расчетная таблица коэфф. деградации критерия декодируемость.

Лі JVs ошибки по таблицам 1,2 нЗ Коэффициенты деградации за ИИ: 00:00:00-00:00:09,00:00:10-00:00:19,00:00:20-00:00:29,00:00:30-00:00:39,00:00:40- 00:00:49

AV KîAV Кзду

1. 2.1,2.3:3, 1.3:1 + 1.3:6,1.5:1 + 1.5:6 1 1 • 1

2. 1.4:2 0.9976 0.85 0.5459 0.91

3. 2.6:2 + 2.6:4,3.4:2, 2.3:2,2.4, 2.5 1 1 1 1

Ки=КЬТ5=(0.9216х0.5х0.6)1/3 = 0.6515 Одек=5х0.6515х(0.8056)1/23=3.22 Рстаб=5х(0.0750)"6=3.24 Оинф=5х(0.2125х0.1208х0.1208)1/24=3.93

Третья глава посвящена разработке средств оценки качества ЦТП. Согласно поставленным задачам по теме диссертации и исходя из технических характеристик существующих анализаторов ЦТП, был разработан анализатор АТП-2

Приемник/ передатчик DVB ASI

.......V......:

Опциен&шшЛ < при/лииос

M

у

л ь т и п л

Е

к с

о р

Блок предварительной обработки ; I Сдвоенное буферное ОЗУ

Блок синхронизации

Блок измерен!« скорости ТП

Блокмикропроцеееора \

АналтпЦТП

Блок измерения Джиггера

Блок связи с ПК

1СФГ

о

JÊ

ь>ф;р!ю* ОЗУ (FIFO)

Буферное ОЗУ (TIFO)

7V

Блокупрашлеяия ;

Рисунок 3. Функциональная схема анализатора АТП-2.

со следующими характеристиками:

- контроль ЦТП, содержащего видеоданные MPEG-2, MPEG-4/AVC, MPEG-4/HDTV и VC-1, в реальном масштабе времени;

- определение фактической скорости ЦТП, эффективной скорости каждой программы ЦТП и каждого типа пакета (PID) в отдельности;

- обеспечивает определение ошибок ЦТП в соответствии с группами по ГОСТ Р 52592-2006 в режиме мониторинга,

- обеспечивает анализ таблиц системной информации (SI / PSI),

- обеспечивает просмотр состава программ внутри ЦТП,

- обеспечивает дистанционный режим отображения и управления,

- обеспечивает прием RF сигналов стандартов DVB.

Функциональная схема разработанного анализатора АТП-2 приведена на рис. 3. Входной ЦТП поступает на мультиплексор блока предварительной обработки либо с приемника DVB-ASI, либо с опционального приемника. С мультиплексора ЦТП поступает на блок синхронизации, откуда он попадает в сдвоенное буферное ОЗУ для дальнейшего логического анализа блоком микропроцессора. Параллельно со сдвоенным буферным ОЗУ ЦТП поступает на блок измерения скорости и на блок измерения джиттера. Блок микропроцессора обрабатывает результаты, полученные с блока измерения скорости и блока измерения джиттера, и производит анализ ЦТП. Результаты анализа поступают на персональный компьютер (ПК) через буферное ОЗУ и блоки управления и связи с ПК. Настройка параметров анализа и выбор режима работы блока микропроцессора, выбор используемого входа блока предварительной обработки и настройка опционального приемника осуществляется с ПК через блок управления.

Для непосредственной работы с анализаторами АТП-1 и АТП-2 разработана программа atp.exe, устанавливаемая на ПК, к которому подключается анализатор.

Разработанные в рамках диссертационной работы анализаторы с опциями, приведены в таблице 5. Внешний вид АТП-2 представлен на рис. 4.

Таблица 5. Варианты анализатора АТП-2 с различными опциями.

Опции\ Модификации АТП-2 АТП-2/01 АТП- 2/02 АТП- 2/03 АТП-2/04 АТП- 2/05 АТП-2/06 АТП- 2/07 АТП-2/08 АТП-2/09

Декодер A/V _ + + - + - + - + -

Приемник DVB-S _ - + + - - - - - -

Приемник DVB-T - - _ - + + - - - -

Интерфейс 4хЕ1 - - - - - - + + - -

Интерфейс IPTV - - - - - - - - + +

Анализатор АТП-2 имеет сертификат об утверждении типа средства измерения

анализатора АТП-2. Рисунок 5. Структурная схема СДМ ЦП.

Госстандарта России № 14730/4 и занесен в Госреестр средств измерения.

На основе анализаторов АТП-1 и АТП-2 разработана система дистанционного мониторинга цифровых ТВ передатчиков (СДМ ЦТВП). Схема СДМ ЦТВП показана на рис. 5. В СДМ ЦТВП анализаторы АТП (на рис. 5 - измерительный комплекс) постоянно находятся в режиме мониторинга и с определенной периодичностью передают на сервер в базу данных измеренную информацию. Любой пользователь сети Internet может получить доступ к информации с ПК со стандартным web-браузером, имея соответствующие права. В СДМ ЦТВП имеется возможность

различных способов отображения обработанной информации: таблица допускового контроля, диаграммы качества, список ошибок и графики по параметрам. В СДМ ЦТВП имеется возможность просматривать архив данных и производить текущий мониторинг.

Рисунок 6. Суммарная таблица критериев.

Основной функцией СДМ ЦТВП является мониторинг ЦТП с помощью анализаторов транспортного потока АТП-1 или АТП-2, входящих в состав системы. На рис. 6 отражена суммарная таблица по всем критериям. Состояния параметров в ней для более легкого восприятия отображаются цветами. Из суммарной таблицы по всем критериям можно перейти к одной из трех таблиц по выбранному критерию качества. Внизу суммарной таблицы расположено поле оценки качества ЦТП, которая рассчитана по предложенному методу.

В четвертой главе описаны экспериментальные исследования цифровой телевизионной системы DVB-T. В рамках полевых исследований в зоне неуверенного приема экспериментальной зоны вещания цифрового телевидения и лабораторных испытаний проводились исследования зависимости порога потери устойчивости КС от различных шумовых сигналов и зависимость СД от BER (Bit Error Rate) в КС. На рис. 7 показаны средства экспериментальной установки, используемые при полевых исследованиях.

Для исследования зависимости порога потери устойчивости КС к исходному сигналу подмешивались различные шумовые сигналы.

Было выявлено, что сумма независимых значений порогов потери устойчивости Li и L2, каждая из которых зависит от своего шумового сигнала, влияют на общий порог 1-полн согласно формуле 4:

L„am = L,+L2=10lg{x/(x-(y+z)}, (4)

где х, у и z - мощности шумовых сигналов.

При этом полученная экспериментальная зависимость полностью согласуется с теоретической. На рис. 8 показана данная зависимость.

Рисунок 7. Средства

пппеиш иг.г.ттеППІЇЯІШЙ

Рисунок 8. Ьполн относительно Ь!+Ь2+Ь3.

Зависимость СД от ВЕЯ проверялась с помощью экспериментальной установки показанной на рисунке 9.

Генератор ЦТП Г-420

Модулятор ОУВ-Т МТЦ-1И Аттенюатор Анализатор АТП-1 с опцией приемника ОУВ-Т и декодера А/У МРЕв-2

Видеомонитор

Рисунок 9. Схема лабораторного эксперимента по определению зависимости системной доступности от ВЕЯ.

В процессе обработки данных полученных в результате экспериментов была выявлена 98-и процентная корреляция результатов полевых и лабораторных испытаний.

По графикам зависимостей ВЕЯ и СД от уровня сигнала была определена связь между числовыми значениями битовой ошибки ВЕЯ и СД. Она представлена на рис. 10. На этом рисунке знаками «1А» и «2 А» отмечены области приема цифрового эфирного телевизионного сигнала стандарта БУВ-Т. Для области уверенного приема значения ВЕЯ лежат в диапазоне до 185*10Л При этом значения СД лежат в диапазоне от 100% до 98.5%. Для области неуверенного приема ВЕЯ принимает значения от 185*10^ до 480x10"'. Значения СД в этом случае принимают значения от 98.5% до 23.1%. Для области отсутствия приема сигнала ВЕЯ имеет

Рисунок 10. Связь значений системной доступности со значениями ВЕЯ.

значения от 480x10"4, а СД от 23.1% и ниже.

По мере ослабления входного сигнала возрастало значение BER, а, следовательно, увеличивалось количество ошибок и срывов синхронизации принимаемого ДТП. Поэтому кадры видеоданных декодировались с нарастающим количеством артефактов различного характера. Визуально, проявляться артефакты начали со значения BER, равного 195x10^. При значении BER равном 625x10" анализатор АТП-1 не обнаружил синхронизацию ДТП. Уровень сигнала при этом составлял -91.45 и -92.15 дБм соответственно, а значение системной доступности 92.5 % и 0%.

На рис. 11 представлены три различные по степени деградации кадра испытательного сигнала. Предельные значения, при которых декодер мог декодировать ДТП: BER - 520x10", уровень входного сигнала - 92.05 дБм, значение системной доступности - 2.7%. Они характеризуют профессиональный декодер, предназначенный для декодирования ДТП при граничных условиях входного сигнала. Бытовая телевизионная приставка (STB) в данных условиях цифрового эфирного телевизионногосигаала стандарта DVB-T уже не декодирует ДТП.

Рисунок 11. Три различные по степени деградации кадра испытательного сигнала.

Во время испытаний в ФГУП «ВГТРК» анализатор ДТП АТП-2 был подключен к общей антенной сети здания и принимал 30 эфирный канал (543.25 МГц), содержащий ДТП «Первый мультиплекс».

Результаты анализа выводились на дисплей подсоединенного к анализатору ПК и параллельно отправлялись на сервер системы дистанционного мониторинга цифровых передатчиков посредством сети Internet. Обработанные статистические данные отображались через стандартный web-браузер Internet Explorer 7.0. Система работала в режиме 24/7. За период испытаний объективная оценка качества ДТП, имела среднее значение для критерия декодируемость - 4.6, для критерия стабильность - 4.3 и для критерия информативность - 4.7 при максимально возможной оценке - 5.0. Данный результат объективной оценки качества ДТП вероятнее всего был обусловлен тестовым режимом работы передатчика. Некоторые службы не работали или работали со сбоями, о чем свидетельствовали распечатки обнаруженных ошибок.

Одним из важных параметров объективной оценки качества ДТП является оценка порога потери устойчивости КС по СД. Для оценки качества ДТП этот фактор деградации не зависит от структуры передаваемого в КС ДТП. Поэтому именно ему в экспериментальных исследованиях уделено основное внимание.

По результатам экспериментальных исследований было сформировано соответствие категорий качества от оценок качества ДТП, представленное в таблице 6.

Категория качества Оценка качества по критериям

Декодируемость Стабильность Информативность

Отлично от 5.0 до 4.8 от 5.0 до 4.4 от 5.0 до 4.4

Хорошо от 4.7 до 4.5 от 4.3 до 3.9 от 4.3 до 3.9

Удовлетворительно от 4.4 до 3.9 от 3.8 до 3.2 от 3.8 до 3.2

Таблица 6. Соответствие категорий качества от оценок качества ЦТП.

Категория качества Оценка качества по критериям

Декодируемость Стабильность Информативность

Неудовлетворительно от 3.8 до 3.3 от 3.1 до 2.1 от 3.1 до 2.1

Брак от 3.2 до 0 от 2.0 до 0 от 2.0 до 0

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

К числу существенных результатов диссертационной работы необходимо отнести:

1. В результате анализа преобразований сигналов в существующих системах цифрового телевидения и анализа существующих методов объективной оценки качества, впервые введены критерии качества цифрового транспортного потока: декодируемость, стабильность и информативность, по которым распределяются обнаруженные ошибки на три независимые друг от друга группы.

2. Определены следующие факторы деградации: частота появления ошибки, зона распространения ошибки, скорость ошибочного пакета. Для каждого из них определены весовые значения (коэффициенты).

3. Впервые разработан оригинальный способ оценки качества ЦТП, заключающийся в том, что по частным оценкам, определяемым по коэффициентам деградации, находится обобщенная мультипликативная оценка качества ЦТП.

4. Создана метрологическая база измерений параметров и обобщенной оценки качества ЦТП в виде национальных стандартов: ГОСТ Р 52592-2006 «Тракт передачи сигналов цифрового вещательного телевидения, звенья тракта и измерительные сигналы. Общие требования.», ГОСТ Р 53533-2009 «Цифровое телевидение высокой четкости. Основные параметры цифровых систем телевидения высокой четкости. Общие требования.», ГОСТ Р 53534-2009 «Цифровое телевидение высокой четкости. Измерительные сигналы. Методы измерений. Общие требования» и внесенных в них методов и средств измерения ЦТП.

5. Разработанные анализаторы АТП-1 и АТП-2 выпускаются серийно и зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений, допущены к применению в Российской Федерации. Они имеют сертификат об утверждении типа средств измерений Федерального Агентства по техническому регулированию и метрологии.

6. На основе анализаторов цифрового транспортного потока АТП и предложенной оценки качества ЦТП разработана и опробована система дистанционного мониторинга цифровых телевизионных передатчиков.

7. В результате экспериментальных исследований определены числовые значения СД различных областей приема цифрового эфирного телевизионного сигнала. Для области уверенного приема значения СД лежат в диапазоне от 100% до 98.5%. Для области неуверенного приема значения СД лежат в диапазоне от 98.5% до 23.1%. Для области отсутствия приема сигнала, значения СД лежат в диапазоне от 23.1%.

8. В результате экспериментальных исследований и апробации системы дистанционного мониторинга цифровых ТВ передатчиков сформирована таблица соответствия категорий качества от оценок качества ЦТП.

9. Разработанные методы и средства метрологического обеспечения позволяют по-новому производить оценку качества сетей распределения цифровых ТВ программ, доставляемых телезрителям. А именно, разработанные методы и средства позволяют осуществлять непрерывный автоматизированный контроль качества ЦТП, обеспечивая экономию людских и финансовых средств в РТРС и надзорных службах. Позволяют обеспечивать технико-экономическую базу взаимоотношений сетей распределения цифровых ТВ программ и правообладателей передаваемой

tfr

информации. Позволяют оперативно решать задачу общей оценки качества сетей

распределения цифровых ТВ программ руководящему персоналу.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Основные теоретические и практические результаты диссертации

опубликованы в работах, 3 из которых опубликованы в изданиях,

рекомендованных в действующем перечне ВАК (выделены жирным шрифтом):

1. Кустов Д.А. «Проблематика измерения качества транспортного потока MPEG-2 в цифровом телевидении». Вопросы радиоэлектроники. Серия «Техника телевидения». 2006, вып. 2. С.95-102.

2. Кустов Д.А. «Средства измерения для цифровых телевизионных систем». Вопросы радиоэлектроники. Серия «Техника телевидения». 2007, вып. 2. с. 12-21.

3. Кустов Д.А. «Об оценке качества передачи цифрового телевизионного транспортного потока». Вопросы радиоэлектроники. Серия «Техника телевидения». 2008, вып. 2. с.106-126.

4. Кустов Д.А. Анализ качества цифрового транспортного потока в телевизионных вещательных сетях. Труды 64-й научно-технической конференции, посвященной 150-илетию А.С.Попова. Апрель 2009. с. 169-170

5. Кустов Д.А. «Дистанционный мониторинг цифровых передатчиков стандартов DVB на основе допускового контроля». Вопросы радиоэлектроники. Серия «Техника телевидения». 2011, вып. 2. с.135-146.

6. Кустов Д.А. «О подходе к расчету оценки качества цифрового транспортного потока». 2011, Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ вып. 8, с.7-14.

7. Кустов Д.А. «Системная доступность цифрового транспортного потока в зоне неуверенного приема цифрового наземного телевидения». Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2011 г. Вып. 4. с. 6166.

8. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010613791 Программа контроля недоступности канала связи в цифровом телевидении / Д.А. Кустов. -№ 2010612010 заявл. 12.04.2010; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 9.06.2010.

9. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010613792 Программа формирования данных для измерения обобщенной оценки качества цифрового транспортного потока / Д.А. Кустов - заявка № 2010612011 от 12.04.2010; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 9.06.2010.

СТАНДАРТЫ, В РАЗРАБОТКЕ КОТОРЫХ АВТОР ПРИНИМАЛ УЧАСТИЕ

1. ГОСТ Р 52592-2006 «Тракт передачи сигналов цифрового вещательного телевидения, звенья тракта и измерительные сигналы. Общие требования». -М.: Стандартинформ, 2007. -27с.

2. ГОСТ Р 53533-2009. Цифровое телевидение высокой четкости. Основные параметры цифровых систем телевидения высокой четкости. Общие требования. -М.: Стандартинформ, 2009. -22с.

3. ГОСТ Р 53534-2009. Цифровое телевидение высокой четкости. Измерительные сигналы. Методы измерений. Общие требования. -М.: Стандартинформ, 2009. -40с.

Подписано в печать 27.06.12 Формат 60*84 1\16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Тираж 100 экз. Заказ №18.

ООО «Переплет»

191014 Санкт-Петербург, ул. Некрасова, 41.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР МЕТОДОВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ АНАЛИЗА ЦТП.

1.1 ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ И ИХ ОСНОВНЫЕ ЗВЕНЬЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ.

1.2 СТРУКТУРА ЦТП.

1.3 ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЦТП.

1.4 СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯХ.

1.5 ОБЗОР СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЦТП.

1.6 ВЫВОДЫ.

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЙ ОБОБЩЕННОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЦТП.

2.2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЦТП.

2.2 КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА ЦТП.

2.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТОВ ДЕГРАДАЦИИ ОШИБКИ.

2.4 РАСЧЕТ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЦТП.

2.6 ВЫВОДЫ.

3. РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ОБОБЩЕННОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЦТП.

3.1 РАЗРАБОТКА АНАЛИЗАТОРА И ЕГО ВАРИАНТОВ.

3.2 СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ЦИФРОВЫХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ПЕРЕДАТЧИКОВ.

3.3 ВЫВОДЫ.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА ЦТП.

4.1 КОНТРОЛЬ СИСТЕМНОЙ ДОСТУПНОСТИ В ЦИФРОВОМ ТЕЛЕВИДЕНИИ.

4.2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.3 ИСПЫТАНИЕ СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ЦИФРОВЫХ ПЕРЕДАТЧИКОВ.

4.4 ВЫВОДЫ.

Цифровое телевидение является одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений телекоммуникаций в мире. Это касается и Российской Федерации. В [1-15] подробно описаны основные аспекты развития цифрового телевидения. В отличие от других сфер цифровых телекоммуникаций, где безраздельно властвует аппаратура иностранного производства, в России создается и присутствует на рынке практически вся номенклатура студийной, канальной и измерительной аппаратуры российского производства. Российскими предприятиями производятся или разрабатываются кодеры и декодеры транспортного потока, мультиплексоры и демультиплексоры, передатчики, бытовые приставки, гибридные и полностью цифровые телевизоры, измерительные приемники, генераторы цифровых измерительных сигналов, анализаторы цифрового транспортного потока (ЦТП).

В соответствии с утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 21 сентября 2009 г. № 1349-р концепцией федеральной целевой программы "Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009 - 2015 годы" определен типовой комплекс измерительного оборудования для систем цифрового эфирного вещания стандарта DVB-T. Согласно концепции данный измерительный комплекс включает в себя: генератор телевизионного сигнала; тестовый приемник; анализатор транспортного потока.

В настоящее время в Российской Федерации введены зоны цифрового телевизионного вещания близкого по своим параметрам к европейскому стандарту DVB. и

Существует ряд разногласий, связанных с передачей цифрового телевизионного сигнала.

Во-первых, выбор методов передачи цифрового телевизионного сигнала определяется самими производителями кодирующей аппаратуры. Это с одной стороны обеспечивает большую гибкость при передаче цифрового телевизионного сигнала, с другой стороны - дает предпосылку к несогласованию аппаратуры различных производителей.

Во-вторых, применение уже существующих линий связи для цифрового телевидения, отменяет необходимость в разработке новых линий связи. Но эти линии связи не обеспечивают защиты цифрового сигнала от помех и искажений.

Передача цифрового телевизионного сигнала существенно отличается от передачи аналогового. Эти отличия заключаются в иных требованиях к надежности, достоверности и скорости передачи информации.

Цифровая информация, если не предусмотрены специальные меры, не обладает избыточностью, позволяющей исправлять искажения. Поэтому, даже сравнительно редкие ошибки, возникающие в каналах связи, могут сильно исказить передаваемую информацию.

Исходя из вышесказанного, можно сделать следующие выводы:

1. Необходимо производить мониторинг на входе передающего устройства, т. к. аппаратура различных производителей может быть несогласованна.

2. Необходимо производить мониторинг на выходе приемного устройства, чтобы определить изменения в передаваемой информации, вызванные прохождением сигнала канала связи.

Транспортные потоки подчиняются правилам, соблюдение которых необходимо для нормальной работы оборудования различных производителей и гарантирует правильное декодирование цифровой информации на приемной стороне. Поэтому, основной задачей анализа ЦТП является определение несоответствия этим правилам.

В настоящее время в сфере телекоммуникаций и в телевидении в частности основным вопросом измерении является вопрос качества. Данная задача делится на две - это качество кодирования и декодирования исходного сигнала и так называемое «качество сервиса» (Quality of Service).

Первая задача, несмотря на сложные технические решения и алгоритмы, решается достаточно простым способом, а именно, она сама собой отпадает с течением времени, развитием новых усовершенствованных алгоритмов кодирования-декодирования, с обновлением элементной базы.

В начале развития цифровых телекоммуникаций, проблема качества кодирования-декодирования, в частности в телевидении проблема качества изображения стояла достаточно остро, так как кодирующая - декодирующая аппаратура только развивалась. Соответственно основные ведущие производители, такие как Rohde&Schwarz и Tektronix разработали анализаторы качества изображения. Немецкая фирма Rohde&Schwarz применила алгоритм анализа качества изображения, в котором не используется эталонный сигнал. Американская фирма Tektronix использует алгоритм на основе эталонного сигнала. На сегодняшний момент качество кодирования-декодирования современными средствами настолько улучшилось, по сравнению с предыдущими поколениями аппаратуры, что не только группа экспертов, но и анализаторы качества изображения не смогут отличить исходный сигнал от прошедшего тракт кодирования-декодирования, при условии, что в канал связи не вносятся помехи и ошибки. Соответственно и спрос на такие анализаторы резко упал.

Постановка задачи и актуальность

Практически важной задачей при передаче ЦТП по каналам связи является объективная оценка качества его структуры и синтаксиса. В дальнейшембудетиспользоваться~сокращенныйтермин^<<качествоЦТП»г При передаче ЦТП возникают ошибки, которые накапливаются и влияют на декодируемость видео и аудио данных. Особенно заметны эти ошибки при передаче цифрового телевизионного сигнала высокой четкости. Анализатор ЦТП фиксирует данные ошибки, а так же контролирует структуру ЦТП с тем, чтобы оператор, основываясь на результатах анализа смог либо сам устранить неполадки канального оборудования, либо направить заявку на их устранение в ответственные организации. Но для этих целей иметь только список ошибок недостаточно. Необходимо дать им объективную числовую оценку. И если результат (числовая оценка) оказывается ниже установленного порога, то необходимо устранить обнаруженные ошибки ЦТП. Таким образом, получается схема, схожая с классической системой с обратной связью, описанная у К. Шеннона в [16], где в обратной связи находятся анализатор ЦТП и оператор.

Процессом непрерывного контроля состояния сигнала является мониторинг. Система, собирающая данные мониторинга с различных удаленных друг от друга точек тракта передачи сигнала, называется системой дистанционного мониторинга. В аналоговом телевидении такие системы успешно применяются как в России, так и за рубежом. В системах дистанционного мониторинга аналоговых телевизионных сигналов применяется метод допускового контроля, и на его основе производится расчет статистических данных.

Данные, полученные в результате мониторинга ЦТП, принципиально отличаются от данных мониторинга в аналоговом телевидении по структуре, содержанию и смыслу. В аналоговом телевидении были сформированы соответствующие стандарты и нормы, по которым производятся измерения

14

17-19]. Об аналоговом телевидении и измерениях в нем написано много трудов [20-21]. В цифровом телевидении и в цифровом телевидении высокой четкости измерительная техника должна соответствовать требованиям, изложенным в [22-25].

Методы контроля качества сигнала в аналоговом телевидении, для анализа качества ЦТП не применимы в виду того, что ошибки, возникающие в ЦТП, в своей массе не являются случайными и носят совершенно иной характер. Таким образом, возникает необходимость разработки методов и средств объективной оценки качества ЦТП, которые стали бы основой в обработке данных для сетевой системы дистанционного мониторинга цифровых передатчиков.

Измерения в системах БУВ проводятся в соответствии требованиями технического отчета ЕТ81 ТЯ 101290 [25]. В части этого документа, посвященного мониторингу структуры и синтаксиса ЦТП, описываются 22 алгоритма разбитые на три приоритета, по которым необходимо контролировать данные. Выходными данными этих алгоритмов являются двоичные индикаторы: «0» - нет ошибки, «1» - есть ошибка. Таким образом, по окончании мониторинга оператор получает список обнаруженных ошибок с датой и временем их обнаружения.

Специфика данных получаемых от анализатора ЦТП, и зависимость их от множества факторов делает сложным применение стандартных методов статистической обработки, поскольку в основной своей массе, ошибки фиксируемые анализатором не имеют явных числовых характеристик. В диссертационной работе устанавливается взаимосвязь параметров, по которым оценивается качество ЦТП на эмпирической основе. При этом за основу взяты алгоритмы обнаружения ошибок, приведенные в [25].

Для существующих аналоговых систем распространения ТВ сигналов была разработана метрологическая база и средства метрологического обеспечения.

В том числе системы дистанционного мониторинга и контроля качества [26]. Задачей системы дистанционного мониторинга является сбор данных с различных удаленных друг от друга точек сетей распространения ЦТП и оценка качества сигналов. Основным методом оценки качества сигналов в аналоговых ТВ системах является допусковый контроль. Но данные, полученные в результате мониторинга ЦТП, отличаются от данных мониторинга в аналоговом телевидении по структуре и содержанию. Поэтому эти методы не применимы для анализа качества ЦТП.

Контроль качества в цифровом телевидении осуществляется при помощи измерительных демодуляторов, которые измеряют радиочастотные параметры КС, анализаторов качества изображения, которые контролируют сжатие изображения, анализаторов ЦТП, которые анализируют параметры ЦТП. Основной трудностью при анализе ЦТП в процессе эксплуатации является сложность и обширность, предоставляемых пользователю, данных о результатах мониторинга. Анализ этих результатов является незаменимым для разработчиков канального оборудования, а в процессе эксплуатации технических систем получила широкое распространение пятиуровневая обобщенная оценка качества по шкале категорий: «отлично», «хорошо», «удовлетворительно», «неудовлетворительно» и «брак». Однако в области цифрового телевидения связь данных категорий с ошибками структуры и синтаксиса ЦТП четко не определена. В рекомендации ЕТ81 ТР101290, разработанной в 2001 г. была предпринята попытка создания методов оценки качества ЦТП - это «качество сервиса» и «системная доступность», но в иностранных и в отечественных приборах и системах эти методы реализованы не были из-за существенных недостатков. Системная доступность это процентное отношение времени, в течение которого отсутствовали критические ошибки к полному времени измерения. Таким образом, возникает необходимость в разработке отечественных методов и средств объективной оценки качества ЦТП в сетях распространения цифровых ТВ сигналов.

Цели и задачи диссертационной работы

Основной целью настоящей диссертационной работы является повышение качества контроля состояния сетей распространения цифровых ТВ сигналов в процессе эксплуатации.

Для достижения указанной цели в рамках диссертационной работы требуется решение следующих задач:

1. Произвести анализ преобразований сигналов в существующих системах цифрового телевидения для выявления источников ухудшений ЦТП, провести анализ существующих методов объективной оценки качества и провести анализ существующих устройств контроля ЦТП;

2. Разработать методы объективной оценки качества ЦТП в сетях распространения цифровых ТВ сигналов;

3. Разработать технические и программные средства объективной оценки качества ЦТП;

4. Провести экспериментальные исследования зависимостей качества ЦТП в цифровой наземной ТВ системе от различных факторов деградации КС и выработать таблицу соответствия категорий качества от оценок качества ЦТП.

Предмет исследования

Предметом исследования является определение методов и средств оценки качества сетей передачи ЦТП.

Методы исследования

В качестве основных теоретических инструментов исследований использовались методы компьютерного моделирования, теории алгоритмов, теории математической статистики. Экспериментальная часть исследования базировалась на обработке и анализе качества ЦТП измеренного разработанным автором анализаторами АТП-1 и АТП-2 систем DVB с последующей численной и визуальной оценкой результатов. Для программной реализации разработанных алгоритмов использовались среды программирования Code Composer Studio 3.1, Microsoft Visual Studio 9, средства web-программирования и программирования баз данных. Для математической обработки полученных экспериментальных данных использовалась система математического моделирования.

Научная новизна

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

Впервые определены факторы и формализованы коэффициенты деградации ЦТП влияющие на объективную оценку качества; Сформированы три независимых критерия качества ЦТП: декодируемость, стабильность и информативность; Впервые разработан метод объективной оценки качества ЦТП, подходящий для потоков стандартной и высокой четкости, со сжатием MPEG-2 или MPEG-4/AVC как для существующих систем, так и для вновь разрабатываемых;

Реализован и испытан алгоритм контроля системной доступности; дана оценка пригодности и области применения алгоритма контроля системной доступности в цифровом телевидении.

Личное участие автора в разработках по теме диссертационной работы

Во всех разработках по теме диссертации автор являлся и ответственным исполнителем. Большая часть проведенных научных экспериментальных исследований и их результатов получена автором диссертации лично.

На защиту диссертации выносятся следующие основные результаты:

18

1. Введенные независимые критерии качества ЦТП (<декодируемостъ -возможность декодирования любой программы ЦТП без ошибок и искажений, стабильность - возможность уверенного и устойчивого распространения ЦТП по любым доступным КС, информативность -содержание в ЦТП необходимой пользовательской информации) позволяют классифицировать методы контроля ошибок, представленные в ГОСТ Р 52592-2006, по типу их воздействия и позволяют добавить дополнительные условия контроля.

2. Определены следующие факторы деградации качества ЦТП: частота появления ошибки, зона распространения ошибки, скорость ошибочного пакета, степень влияния ошибки и их весовые значения.

3. Разработан оригинальный способ оценки качества ЦТП, заключающийся в том, что по частным оценкам, определяемым по факторам деградации, находится обобщенная мультипликативная оценка качества ЦТП.

4. Определена связь числовых оценок качества ЦТП и предложенных оценок качества по пятиуровневой шкале категорий.

Теоретическая и практическая значимость результатов диссертационной работы

Введенные группы методов определения ошибок ЦТП позволяют производить оценку качества ЦТП, передаваемого по сетям распространения цифровых ТВ сигналов согласно критериям декодируемость, стабильность и информативность, а также контролировать ЦТП в соответствии с ГОСТ Р 52592-2006.

Разработанный алгоритм повышает качество контроля ЦТП в сетях распространения цифровых ТВ сигналов. Реализованный алгоритм контроля системной доступности позволяет контролировать устойчивость цифровых ТВ КС.

Проведенные автором экспериментальные исследования позволяют

19 связать объективную оценку качества ЦТП с деградацией цифрового телевизионного сигнала и оценить вклад параметров в обобщенную оценку качества ЦТП.

Разработанные анализаторы ЦТП производят анализ ошибок, структуры и синтаксиса ЦТП во всех точках сети распространения цифровых ТВ сигналов. Разработанная система дистанционного мониторинга цифровых ТВ передатчиков, использующая предложенный алгоритм объективной оценки качества ЦТП, объединяет в единую измерительную сеть анализаторы АТП-2 и ранее разработанные анализаторы АТП-1. Она позволяет обрабатывать информацию от более сотни анализаторов одновременно, производить вычисление объективной оценки качества ЦТП и одномоментно предоставлять нескольким пользователя полную графическую и текстовую информацию о состоянии передаваемого сети распространения цифровых ТВ сигналов. Разработанная система может быть применена как в системах распространения цифровых ТВ сигналов, так и в надзорных органах в области связи и телекоммуникаций.

Реализация и внедрение результатов работы

Разработанные в рамках диссертационной работы анализаторы АТП-1 и АТП-2 являются серийными измерительными приборами, о чем имеется акт внедрения. Они зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений, допущены к применению в Российской Федерации и имеют сертификаты об утверждении типа средств измерений Федерального Агентства по техническому регулированию и метрологии. Анализаторы АТП-2 позволяют производить контроль ЦТП во всех точках сети распространения цифровых ТВ сигналов, и помогает определить причину возникновения ошибок.

Разработана система дистанционного мониторинга цифровых ТВ передатчиков на основе использования анализаторов АТП-1 и АТП-2.

Система прошла испытания в федеральном государственном унитарном

20 предприятии «Всероссийская Государственная Телевизионная и Радиовещательная Компания (ВГТРК)», о чем имеется соответствующий акт.

Разработанный автором диссертационной работы анализатор АТП-1 включен в перечень средств измерения и технологического оборудования ГОСТ Р 52592-2006, ГОСТ Р 53533-2009 и ГОСТ Р 53534-2009 телевидения стандартной и высокой четкости.

Результаты диссертационной работы также использованы в ФГУП «НИИТ» г. Санкт-Петербург. Разработанный в рамках диссертационной работы анализатор АТП-2 прошел испытания в опытной зоне вещания в стандарте ЭУВ-Т в Красносельском районе Санкт-Петербурга. Разработанный анализатор АТП-1 неоднократно применялся для отладки оборудования на центральном РТПЦ Санкт-Петербурга, о чем имеется соответствующий отзыв.

В различных вариантах исполнения (с дополнительными опциями приема сигналов стандартов БУВ-Т, БУВ-8, Е1) анализаторы АТП-1 и АТП-2 используется в ОАО «МАРТ», ФГУП «НИИР-ЛОНИИР», ОАО «ГАЗКОМ космические системы», ФГУП Самарский РТПЦ, ФГУП Саратовский РТПЦ, «Белтелеком» и других организациях.

Достоверность материалов работы

Достоверность материалов и полученных результатов подтверждена результатами экспериментальных исследований, как в лабораторных, так и в полевых условиях; эксплуатацией разработанных автором анализаторов АТП-1 и АТП-2 различными организациями.

Апробация работы

Результаты работы, полученные на различных стадиях ее выполнения были доложены автором на следующих семинарах и конференциях:

1. 5-я международная конференция «Телевидение. Передача и обработка изображений», СПб, июнь 2007 г;

2. 6-я международная конференция «Телевидение. Передача и обработка изображений», СПб, июнь 2008 г;

3. 7-я международная конференция «Телевидение. Передача и обработка изображений», СПб, июнь 2009 г.

4. 64-я научно-техническая конференция, посвященная 150-илетию А.С.Попова, С-Пб, Апрель 2009 г.

5. 18-я конференция главных метрологов и специалистов метрологических служб отрасли связи «Обеспечение единства измерений в отрасли связи», Москва, май 2010 г

6. 2-я международной конференции участников рынка цифрового телерадиовещания России «Цифровые и массовые коммуникации в России 2011», Москва март 2011 г

7. 19-я конференция главных метрологов и специалистов метрологических служб отрасли связи «Единство измерений как эффективный механизм обеспечения целостности и устойчивости функционирования цифровых сетей связи», Москва, май 2011 г.

8. Конференция 1ВС 2011, Амстердам, сентябрь 2011

9. Технические семинары в центре электросвязи, С-Пб 2009 - 2011.

10. Анализатор АТП-2 и система дистанционного мониторинга цифровых телевизионных передатчиков демонстрировались на российских и зарубежных выставках, таких как Связь-Экспоком, СаЫе&8а1е1Ше, НАТ-экспо в Москве и 1ВС в Амстердаме.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 20 научных работ, из них - 8 статей (3 статьи опубликованы в изданиях, определенных ВАК) и 5 работ в

22 материалах международных и российских научно-технических конференций 3 стандарта в области цифрового телевидения стандартной и высокой четкости, 1 отчет по НИР и 3 отчета по ОКР.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, заключения, списка литературы, включающего 89 наименований и 2 приложения. Приведены копии следующих документов: 2 акта использования, 1 отзыв, 2 акта внедрения, 1 акт апробации и 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ. Основная часть работы изложена на 160 страницах машинописного текста. Работа содержит 50 рисунков и 13 таблиц.

4.4 Выводы

Одним из важных параметров объективной оценки качества ЦТП является оценка потерь в канале связи или иными словами системная доступность. Это единственный параметр из факторов деградации, который не зависит от структуры передаваемого по каналу связи ЦТП. Поэтому именно ему в экспериментальных исследованиях уделено основное внимание. Как было описано выше по тексту, предложенный в ТЛЮ 1290 метод оценки системной доступности годиться в основном для контроля зоны неуверенного приема цифрового эфирного сигнала стандарта БУВ-Т. Но если доработать этот метод, так как это сделано в рамках диссертационной работы, то он становится основным стержнем алгоритма объективной оценки качества ЦТП. Проведенные испытания и последующая статистическая обработка данных показали правильность данного решения.

На современном этапе развития измерительной техники, выполнение требований метрологии связанно с созданием виртуальных измерительных систем на базе использования персональных компьютеров в качестве устройств анализа, обработки измерительной информации, ее структурирования и централизованного хранения.

В рамках проведенных исследований и разработок при непосредственном участии автора настоящей диссертационной работы была создана и внедрена программно-аппаратная система дистанционного мониторинга цифровых передатчиков на основе алгоритма анализа качества ЦТП, основным измерительным звеном которой является анализаторы ЦТП АТП-1 и АТП-2. Анализаторы АТП-1 и АТП-2 выпускаются серийно и зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений, допущены к применению в Российской Федерации, имеют сертификаты об утверждении типа средств измерений Федерального Агенства по техническому регулированию и метрологии.

Автор диссертации принимал непосредственное участие в создании метрологической базы для проведения измерений в области цифрового телевидения. В частности в создании национальных стандартов:

ГОСТ Р 52592-2006. Тракт передачи сигналов цифрового вещательного телевидения, звенья тракта и измерительные сигналы. Общие требования;

ГОСТ Р 53533-2009. Цифровое телевидение высокой четкости. Основные параметры цифровых систем телевидения высокой четкости. Общие требования;

ГОСТ Р 53534-2009. Цифровое телевидение высокой четкости. Измерительные сигналы. Методы измерений. Общие требования; гармонизированных с международным техническим отчетом ЕТЭ! ТШ01290.

Повышение качества телевизионного вещания невозможно без систематического мониторинга ЦТП, для этого необходима система дистанционного мониторинга цифровых телевизионных передатчиков на основе метода оценки качества ЦТП, основным измерительным звеном которой является анализаторы ЦТП АТП-1 и АТП-1. Используя эту систему, операторы цифрового телевидения могут оперативно следить за состоянием собственных сетей распространения цифрового телевизионного сигнала.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Реализовывать и поддерживать на заданном уровне техническое качество цифрового телевидения невозможно без анализа состояния всего тракта распространения ЦТП. Наличие простого и эффективного метода анализа качества ЦТП в составе системы дистанционного мониторинга цифровых передатчиков позволит облегчить и автоматизировать задачу контроля в цифровом телевидении.

В связи с этим, разработка методов объективной оценки качества ЦТП совместно с программно-аппаратными средствами является актуальной работой.

К числу существенных результатов диссертационной работы необходимо отнести следующие:

1. В результате анализа преобразований сигналов в существующих системах цифрового телевидения и анализа существующих методов объективной оценки качества, впервые введены критерии качества цифрового транспортного потока: декодируемость, стабильность и информативность, по которым распределяются обнаруженные ошибки на три независимые друг от друга группы.

2. Определены следующие факторы деградации: частота появления ошибки, зона распространения ошибки, скорость ошибочного пакета. Для каждого из них определены весовые значения (коэффициенты).

3. Впервые разработан оригинальный способ оценки качества ЦТП, заключающийся в том, что по частным оценкам, определяемым по коэффициентам деградации, находится обобщенная мультипликативная оценка качества ЦТП.

4. Создана метрологическая база измерений параметров и обобщенной оценки качества ЦТП в виде национальных стандартов: ГОСТ Р 525922006 «Тракт передачи сигналов цифрового вещательного телевидения, звенья тракта и измерительные сигналы. Общие требования.», ГОСТ Р

149

53533-2009 «Цифровое телевидение высокой четкости. Основные параметры цифровых систем телевидения высокой четкости. Общие требования.», ГОСТ Р 53534-2009 «Цифровое телевидение высокой четкости. Измерительные сигналы. Методы измерений. Общие требования» и внесенных в них методов и средств измерения ЦТП.

5. Разработанные анализаторы АТП-1 и АТП-2 выпускаются серийно и зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений, допущены к применению в Российской Федерации. Они имеют сертификаты об утверждении типа средств измерений Федерального Агентства по техническому регулированию и метрологии.

6. На основе анализаторов цифрового транспортного потока АТП и предложенной оценки качества ЦТП разработана и опробована система дистанционного мониторинга цифровых телевизионных передатчиков.

7. В результате экспериментальных исследований определены числовые значения СД различных областей приема цифрового эфирного телевизионного сигнала. Для области уверенного приема значения СД лежат в диапазоне от 100% до 98.5%. Для области неуверенного приема значения СД лежат в диапазоне от 98.5% до 23.1%. Для области отсутствия приема сигнала, значения СД лежат в диапазоне от 23.1% и ниже.

8. В результате экспериментальных исследований и апробации системы дистанционного мониторинга цифровых ТВ передатчиков сформирована таблица соответствия категорий качества от оценок качества ЦТП.

9. Разработанные методы и средства метрологического обеспечения позволяют по-новому производить оценку качества сетей распределения цифровых ТВ программ, доставляемых телезрителям. А именно, разработанные методы и средства позволяют осуществлять непрерывный автоматизированный контроль качества ЦТП, обеспечивая экономию людских и финансовых средств в РТРС и надзорных службах. Позволяют обеспечивать технико-экономическую базу взаимоотношений сетей распределения цифровых ТВ программ и правообладателей передаваемой

1. Digitale Fernsehtechnik/ Hrsg Reimers U. Berlin: Springer, 1995. S.291.

2. Гоголь A.A., Колбанев M.O., Полосин JI.JT., Черный В.Я. Цифровые инфокоммуникационные системы и измерения. Учебное пособие с грифом УМО.- ГОУВПО СПбГУТ. СПб, 2006. - 116 с.

3. Гоголь А.А., Колбанев М.О., Полосин Л.Л., Черный В.Я. Основы метрологического обеспечения инфокоммуникационных сетей и систем, (учебное пособие) ГТУ «Военмех».- СПб. 2006 г.- 92 с.

4. Полосин Л.Л., Третьяк С.А., Измерения в цифровом телевидении от отдельных измерительных приборов к измерительным комплексам. Broadcasting - Телевидение и радиовещание. 2006 г. № 6. Оборудование для цифрового телевещания, -с. 6

5. Зубарев Ю.Б., Кривошеев М.И. Красносельский И.Н. Цифровое телевизионное вещание. Основы, методы, системы. -М.: НИИР, 2001,568 с.

6. Локшин Б.А. Цифровое телевидение: от студии к телезрителю.- М: Сайрус системе, 2001.- 448 с.

7. Смирнов А.В. Основы цифрового телевидения. М.: Телеком, 2001 -224 с.

8. Тимофеев Б.С. Цифровое телевидение. СПб.: Изд. Спб.ГУАП, 1998. -49с.

9. Пескин А. Е., Смирнов А. В.Цифровое телевидение. От теории к практике. —М.: Горячая линия-Телеком, 2005. 349 с

10. Птачек М.Цифровое телевидение. Теория и практика / Пер. с чеш. под ред. Л.С.Виленчика. — М.: Радио и связь, 1990. 528 с.

11. Карякин В.Л. Цифровое телевидение. -М: Солон-Пресс. 2008. 272с.

12. Данилин А.А. Спутниковое телевидение. -М: Солон-Пресс. 2009. 215с.

13. Серов А.В. Эфирное цифровое телевидение DVB-T/H. -Спб: БХВ-Петербург. 2010. 464с.

14. Гласман К.Ф. Конференция IBC/98: теория и практика цифрового вещания. 625, 1998, №9, -с. 38-44

15. Мамаев Н.С., Мамаев Ю.Н., Теряев Б.Г. Системы цифрового телевидения и радиовещания. -М: Горячая линия Телеком, 2007. 254с.

16. К. Шеннон «Работы по теории информации и кибернетике», М., Издательство иностранной литературы, 1963 г.

17. ГОСТ 7845-92. Система вещательного телевидения. Основные параметры. Методы измерений. -М., 1992. -36с.

18. ГОСТ 18471-83. Тракт передачи изображения вещательного телевидения. Звенья тракта и измерительные сигналы. -М., 1984. -50с.

19. Правила технической эксплуатации средств вещательного телевидения (ПТЭ-95)/ М-во связи РФ. Управление сетей радиосвязи, радиовещания и телевидения. -М.: Радио и связь, 1995. -176 е., ил.

20. Джакония В.Е., Гоголь A.A., Друзин Я.В. и др. Телевидение. -М: Горячая линия Телеком, 2002. -640 с.

21. Кривошеев М.И. Основы телевизионных измерений. М.: Радио и связь, 1989 г.-608 с.

22. ГОСТ Р 52592-2006. Тракт передачи сигналов цифрового вещательного телевидения, звенья тракта и измерительные сигналы. Общие требования. -М.: Стандартинформ, 2007. -27с.

23. ГОСТ Р 53533-2009. Цифровое телевидение высокой четкости. Основные параметры цифровых систем телевидения высокой четкости. Общие требования. -М.: Стандартинформ, 2009. -22с.

24. ГОСТ Р 53534-2009. Цифровое телевидение высокой четкости. Измерительные сигналы. Методы измерений. Общие требования. -М.: Стандартинформ, 2009. -40с.

25. ETSI TRI01290 vl.2.1 (2001-05) Digital Video Broadcasting (DVB); Measurement guidelines for DVB systems. Sophia Antipolis Cedex -FRANCE: EBU, 2001, -175p.

26. Богданов В.П., Полосин JI.JI., Третьяк C.A. Автоматизированный дистанционный мониторинг эфирных и кабельных радиопередатчиков сетей распределения аналоговых телевизионных программ. Вопросы

27. Полосин JI. Л. «Цифровые системы вещательного телевидения. Учебное пособие по курсам «Цифровое телевидение» и «Основы телевидения». -Спб: БГТУ. 2004. 120 с.

28. Кустов Д.А. «Системная доступность цифрового транспортного потока в зоне неуверенного приема цифрового наземного телевидения». Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2011 г. Вып. 4. с. 61-66.

29. ISO/IEC 13818-1 Information Technology Generic Coding of Mouving Pictures and Associated Audio Information: Systems. Geneva: ISO/IEC, 2000. -174p.

30. ETSI EN 300468 Digital Video Broadcasting (DVB); Specification for Service Information (SI) in DVB systems. Sophia Antipolis Cedex FRANCE: EBU, 2010,-137p.

31. ETSI TR101162 Digital Video Broadcasting (DVB); Allocation of identifiers and codes for Digital Video Broadcasting (DVB) systems. Sophia Antipolis Cedex FRANCE: EBU, 2011, -34p.

32. EN 50083-9 Cable networks for television signals, sound signals and interactive services. Part 9: Interfaces for CATV/SMATV headends and similar professional equipment for DVB/MPEG-2 transport streams. Brussels: CENELEC. 2002. -53p.

33. ETSI TR 101211 Digital Video Broadcasting (DVB); Guidelines on implementation and usage of Service Information (SI). Sophia Antipolis Cedex FRANCE: EBU, 2010, -61p.

34. ITU-T 1.350 Integrated service digital network (ISDN). Overal network aspects and functions. General aspects of quality of service and network performance in digital networks, including ISDNs. Helsinki: ITU. 1993. -17p.

35. В.И. Биттнер, Т.Н. Попов «Нормирование качества телекоммуникационных услуг: Учебное пособие. Под редакцией проф. В.П. Шувалова», -М: Горячая линия Телеком, 2004. -312 е., ил.

36. Иванов А.Б. и др. Контроль соответствия в телекоммуникациях и связи. Часть I. -М: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 2001. 376с.

37. Иванов А.Б. и др. Контроль качества в телекоммуникациях и связи. Часть II. -М: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 2001. 336с.

38. U.Reimers DVB-T: The COFDM-based system for terristrial television // Electronics and Communication Engineering Jornal, vol.9, N1, 1997, P.28-32

39. A. Morello Performance assessment of a DVB-T television system. Proceedings of the International Television Symposium. Montreux, Switzerland, June 1997, P.31-46

40. Кустов Д.А. Анализ качества цифрового транспортного потока в телевизионных вещательных сетях. Труды 64-й научно-технической конференции, посвященной 150-илетию А.С.Попова. Апрель 2009. С169-170

41. ITU-T Recommendation Х.642. Data networks and open system communications. OSI networking and system aspects Quality of service. Information technology - Quality of Service - Guide to methods and mechanisms. Geneva: ITU. 1998 29p.

42. ETR 003. Network Aspects (NA). General aspects of Quality of Service (QoS). Quality of Service and network performance. Sophia Antipolis CEDEX -FRANCE: ETSI. 1994. 31p.

43. Иванов А.Б., Соколов И.В. От разрозненных измерений, анализа и тестирования к сквозному контролю сети. -М: Электросвязь. 1999. №12 с.35-40

44. Шварцман В.О. Проблемы нормирования качества услуг, служб и сетей передачи данных. Техника и средства связи, 1999 №1 с.68-75

45. Коновер Д. Сети, которые работают по правилам. Сети и системы связи, 2000 №1 (51) с.46-62

46. Th. Alpert, J.-P. Evain. Subjective quality evaluation The SSCQE and DSCQE methodologies. EBU/Technical Review. 1997 N271. 12-20p.

47. ITU-T Recommendation E.431. Telephone network and ISDN. Quality service, network management and traffic engineering. Service quality assessment for connection set-up and release delays. Geneva: ITU. 1992. 5p.

48. ITU-T Recommendation E.420. Telephone network and ISDN. Quality of service, network management and traffic engineering. Checking the quality of the international telephone service general considerations. Geneva: ITU. 1993. 9p.

49. ITU-T Recommendation E.422. Telephone network and ISDN. Quality of service, network management and traffic engineering. Observation on international outgoing telephone calls for quality of service. Geneva: ITU. 1996. 17p.

50. ITU-T Recommendation E.432. Telephone network and ISDN. Quality of service, network management and traffic engineering. Connection quality. Geneva: ITU. 19926. 7p.

51. ITU-T Recommendation G.1000. Transmission systems and media, digital systems and networks. Quality of service and performance. Communications quality of service: A framework and definitions. Geneva: ITU. 2002. 16p.

52. ITU-T Recommendation G.1010. Transmission systems and media, digital systems and networks. Quality of service and performance. End-user multimedia QoS categories. Geneva: ITU. 2002. 18p

53. ITU-T Recommendation J.368. Cable networks and transmission of television, sound program and other multimedia signals. IPCablecom. IPCablecom 2 quality of service specification. Geneva: ITU. 2009. 26p.

54. QUOVADIS: A "reference" decoder for digital TV services RTD in Advanced Communications Technologies and Services (ACTS), Project number AC056

55. MOSQUITO: Management and improvement of QoS in Digital TV RTD in Advanced Communications Technologies and Services (ACTS), Project number AC334.

56. D. Abraham, P.Ditsch, D. Méry, D. Cansell, C. Proch. The challenge of QoS for digital television services. EBU Technical Review April 2005 N302 p. 111

57. ETSI TS 102032 Digital Video Broadcasting (DVB); SNMP MIB for test and measurement applications in DVB systems. Sophia Antipolis Cedex -FRANCE: EBU, 2002, -192p.

58. Третьяк C.A., Полосин JÏ.JI. и др. Технический отчет «Разработка технологий дистанционного мониторинга». -С-ПБ: ФГУП НИИТ, 2003

59. Гласман К.Ф. MPEG-2 и измерения. 626, 2004, №1, с.12-21

60. Дворкович В, Басий В, Дворкович А, Макаров Д, Телевизионные измерения, как средство обеспечения высокого качества телевизионного вещания. 625, 1999, №8, с.5-46

61. Кустов. Д.А. Метрологическое оборудование и дистанционный мониторинг сетей цифрового вещания. Сборник материалов 2-й международной конференции участников рынка цифрового телерадиовещания России «Цифровые и массовые коммуникации в России 2011».

62. Кустов Д.А. «Средства измерения для цифровых телевизионных систем». Вопросы радиоэлектроники. Серия «Техника телевидения». 2007, вып. 2. с.12-21.

63. Hewlett Packard Comprehensive Digital Video Test System for MPEG-2, DVB, and ATSC System/ Development and Qualification, 2005.

64. Rohde & Schwarz, Catalog Sound and TV Broadcacting, analog/digital, 2010/2011.

65. Snell & Wilcox Catalog, 2008/2009.75. Tandberg catalog, 2009.

66. Wavetek Wandel & Goltermann Complete Catalog, 2009.77. Tektronix Catalog 201178. http://www.dektec.com/Products/USB2/DTU-245/index.asp79. http://www.enensystest.com/products/product-detail/product/dvb-t-dvb-h-professional-rf-analyzer.html

67. Кустов Д.А. «Проблематика измерения качества транспортного потока MPEG-2 в цифровом телевидении». Вопросы радиоэлектроники. Серия «Техника телевидения». 2006, вып. 2. С.95-102.

68. Кустов Д.А. «Об оценке качества передачи цифрового телевизионного транспортного потока». Вопросы радиоэлектроники. Серия «Техника телевидения». 2008, вып. 2. с.106-126.

69. Кустов Д.А. «Дистанционный мониторинг цифровых передатчиков стандартов DVB на основе допускового контроля». Вопросы радиоэлектроники. Серия «Техника телевидения». 2011, вып. 2. с.135-146.

70. Кустов Д.А. «О подходе к расчету оценки качества цифрового транспортного потока». 2011, Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ вып. 8, с.7-14.

71. ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические требования. Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. 1994. -35с.

72. R. Poole. Digital Television Services: Loss of Noise Margin within the COFDM Transmission Chain. BBC R&D. Technical Note. 1997.159

73. R. Poole. The echo performance of DVB-T receivers. EBU/Technical Review. 2001 N288. l-9p.

74. A. Robinsom. The effects of noise and phase noise on QAM and OFDM -theoretical assessment. BBC R&D Technical Note 1994. N0043.

75. D. Abraham, M. Ardito, L. Boch, A. Messina, M. Stroppiana, M. Visca. Attempts at correlation between DSCQS and objective measurements. EBU/Technical Review. 1997 N271. 21-30p.

76. ITU-R BT.500-11. Methodology for the subjective assessment of the quality of television pictures. Geneva: ITU. 2002. -48 c.

77. Результаты работы анализатора спектра R&S®FSH18 фирмы Rohde & Schwarz во время полевых экспериментальных исследований проведенных августа 2010 года.1 измерениеdBuV fiel Level . 35 dBiW Reí Offset 0.0 dB

78. Detect« Max Peak (Aulo) Tiiggei Mode Flee Run Trace Max Hold• ROW- 30 Жг VBW 30 Жг SWT : 100ms1 1 ------ — 1 1 — —1,1 1,1 H ш k j/i Li i У 1 1 1 1,-m 1 1 1 1