數(shù)字電視TDT信號的導(dǎo)入和導(dǎo)出

1引言

TDT信號在數(shù)字視頻廣播中業(yè)務(wù)信息(SI)中作為時間和日期表，在規(guī)范里屬于強制規(guī)定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，不能被加擾，以供公開使用。但問題是：TDT信號如何導(dǎo)入和導(dǎo)出？其時間變化規(guī)律是什么？要得到比較好用的時間信息需要什么樣的導(dǎo)入和導(dǎo)出方式？以前沒有文獻(xiàn)可參考。就象電子節(jié)目指南EPG那樣重要的信息有過很長時間的淡漠經(jīng)歷一樣，TDT信號雖然也經(jīng)歷類似，但由于中央電視臺的科技工作者和青島的科技工作者的努力，對TDT信號的開發(fā)無疑是加快了它的應(yīng)用進(jìn)程，受到各方面的歡迎。

應(yīng)該說明的是，我們所用的測試方法和形成的測試數(shù)據(jù)均未見發(fā)表，希望能拋磚引玉。

2 TDT信號的特點、意義和應(yīng)用效果

數(shù)字視頻廣播業(yè)務(wù)信息(SI)數(shù)據(jù)，幫助用戶從碼流中選擇業(yè)務(wù)和／或事件的信息，使綜合接收解碼器(IRD，或者是大眾用的機頂盒)從碼流中自動提取和處理有關(guān)的數(shù)據(jù)，復(fù)現(xiàn)聲音和圖像。在《數(shù)字視頻廣播中文業(yè)務(wù)信息規(guī)范》GY／Z 174-2001中，時間和日期表TDT為強制規(guī)定，還有一個時間偏移表(TOT)則為可選規(guī)定。接收端可直接使用TDT作為顯示或?qū)崟r控制，中間環(huán)節(jié)也可將其替換成另一個TDT碼組。

在中央電視臺和青島有線網(wǎng)絡(luò)中心，標(biāo)準(zhǔn)時間經(jīng)同步器和編碼器導(dǎo)入到ASI流，再經(jīng)衛(wèi)星或有線網(wǎng)絡(luò)到衛(wèi)星機頂盒或有線機頂盒，標(biāo)準(zhǔn)時間導(dǎo)出后可在圖像里或機頂盒面板上顯示，也引出端子作更多用途，給用戶提供了很大方便。 時間和日期表(TDT)是這樣規(guī)定的，它僅傳送UTC時間和日期信息，只包含一個段，語法結(jié)構(gòu)見表1。傳輸此表的TS包的PID值為0x0014，table_id為0x70。

3 TDT信號的導(dǎo)入和導(dǎo)出架構(gòu)及其測試數(shù)據(jù)

在數(shù)字視頻廣播高達(dá)270Mbps的ASI碼流中，TDT信號所占空間遠(yuǎn)不到萬分之一，要捕獲它須用大容量的高速數(shù)字處理芯片和相關(guān)的軟件，單獨的TDT信號產(chǎn)生和TDT信號解碼設(shè)備比較罕見，一般是作為主信號(圖像和聲音)的編解碼設(shè)備的復(fù)用功能而存在。經(jīng)我們反復(fù)對比，在多節(jié)目傳送時，TDT信號在下游的復(fù)用器插入比較合適，再經(jīng)調(diào)制傳輸和解調(diào)解碼，取出TDT信號．全過程的基本架構(gòu)如圖1所示。主要分導(dǎo)入、導(dǎo)出、測試三個部分，均涉及到軟硬件創(chuàng)新開發(fā)，敘述如下。

(1)TDT信號的導(dǎo)入

可產(chǎn)生TDT信號的數(shù)字視頻設(shè)備不少，但很少設(shè)置有單獨的標(biāo)準(zhǔn)時間信號的導(dǎo)入接口。經(jīng)多次實驗，確認(rèn)這些數(shù)字視頻設(shè)備附帶的時間信息大多來自其操作系統(tǒng)或者說是CPU主板上的時鐘電路，而該時鐘電路的時間日期信息通常是用人手按鍵盤輸入的，并且自運行積累誤差較大。國外有一種校準(zhǔn)CPU主板上時鐘時間的設(shè)備，使用不方便，并且每臺設(shè)備一對一配置，不能共用。

我們設(shè)計了新的時碼變換和分配器，根據(jù)CCTV中心機房主控時鐘同步產(chǎn)生串行時間碼，分成24路RS-232信號，分別輸入到總控播出前端壓縮系統(tǒng)的網(wǎng)管服務(wù)器中。設(shè)計了讀串口校準(zhǔn)CPU主板時鐘時間的軟件，由于復(fù)用器的時鐘鎖定于網(wǎng)管(MEM)的服務(wù)器的時鐘，復(fù)用器發(fā)出的TDT信號的時間和標(biāo)準(zhǔn)時間就一致了。在復(fù)用器中，我們將TDT的發(fā)表周期設(shè)置為20秒，國內(nèi)各上星節(jié)目中大多也設(shè)置為20秒，還有少數(shù)省級臺設(shè)置為30秒、15秒。

在節(jié)目出口數(shù)較少的數(shù)字視頻廣播環(huán)境中，TDT信號的時間同步就不那么復(fù)雜。在QCN青島有線網(wǎng)絡(luò)中心，ST3100H型GPS同步主鐘直接將標(biāo)準(zhǔn)時間用RS-232接到EPG服務(wù)器，通過該服務(wù)器將TDT的發(fā)表周期設(shè)置為5秒鐘重復(fù)發(fā)7次，這樣在機頂盒剛開機的時候，機頂盒面板和瀏覽畫面上的不確切時間顯示會立即更新為標(biāo)準(zhǔn)時間。 (2)TDT信號的導(dǎo)出

在數(shù)字視頻廣播中，設(shè)備的操作系統(tǒng)把TDT表與電子節(jié)目指南EPG等有機地連接，為用戶提供豐富多彩的應(yīng)用，其TDT信號是在內(nèi)部導(dǎo)出應(yīng)用的，涉及的方面比較多、比較系統(tǒng)化，一般由為數(shù)不多的大系統(tǒng)集成商完成。

在有線電視機頂盒的設(shè)計過程中，青島有線網(wǎng)絡(luò)中心最先聯(lián)合GNI、HISENSE、HAIER把TDT信號應(yīng)用實用化，在瀏覽狀態(tài)和關(guān)機狀態(tài)，控制軟件自動把TDT解析出來顯示在電視屏幕上或機頂盒前面板上，這種設(shè)計為國內(nèi)眾多機頂盒廠商起了引領(lǐng)的作用。

把TDT信號從下游設(shè)備中解析出來送到外部，將提供更加靈活多樣的應(yīng)用。同時，這才有可能對該信號進(jìn)行測試。在反復(fù)考察比較了各種整機結(jié)構(gòu)和解碼芯片后，我們對機頂盒常用的STi5518系列芯片進(jìn)行了開發(fā)，在此平臺上，完成TDT的數(shù)據(jù)提取和解析過程，利用C編程設(shè)計，借助芯片自帶的串口，成功地將TDT信號解析出來按指定的串口格式予以輸出。整個終端的工作原理主要是兩部分：一是TDT數(shù)據(jù)的提取和解析過程：二是將解析后的TDT數(shù)據(jù)通過串口輸出。TDT數(shù)據(jù)的提取相對比較簡單，可以在程序里建立一個實時的任務(wù)，一直提取TDT，參照TDT的語法結(jié)構(gòu)如下，其中，TS包的PID為0x14，table_id為0x70，UTC_time為40位的時間信息，它按照UTC和MJD包含了當(dāng)前的時間和日期。這個字段編碼為16bit，給出了MJD的16LSB，其后24bit以4b二進(jìn)制BCD碼編碼為6個數(shù)字。協(xié)調(diào)世界時UTC與修正儒略日MJD之間有一定的轉(zhuǎn)化方式，從MJD中計算UTC的方法如下：
 

而時間的計算則需要根據(jù)MJD時間加上本地偏移。例如北京時間，需要加上東八區(qū)的偏移，這樣獲得的時間就是本地實際的時間。

第二部分的工作，就是將計算的TDT時間，通過串口送出。串口在現(xiàn)有機頂盒中，十分常見。而通過機頂盒串口輸出TDT數(shù)據(jù)也變得十分方便。

為了將現(xiàn)有TDT數(shù)據(jù)作為一個整體傳到外部，建立一個結(jié)構(gòu)體如下：

 
串口傳輸過程中，串口設(shè)備的波特率設(shè)置為19200，數(shù)據(jù)位設(shè)置為8，數(shù)據(jù)校驗設(shè)為無，停止位設(shè)為1，使用簡單的通訊協(xié)議，START，COMMAND，DATA，STOP，協(xié)議格式如下：

通過設(shè)置簡單的串口協(xié)議，可以提高傳輸準(zhǔn)確性。我們先后開發(fā)了帶TDT解碼輸出的有線電視機頂盒和衛(wèi)星電視機頂盒，立即用其測試了大量數(shù)據(jù)。

(3)TDT信號的測試

雖然，帶TDT解碼輸出的有線電視機頂盒和衛(wèi)星電視機頂盒代表了終端的實際使用狀態(tài)，但它們的來源都是調(diào)制以后的信號，我們還希望看到調(diào)制之前即ASI流中的TDT信號?？墒钦缜懊嫣岬降模辽僭诋?dāng)時，從ASI流中直接解析TDT信號所需要的冷門集成電路很長時間未能湊齊。我們仔細(xì)分析了整個播出鏈路，其中調(diào)制解調(diào)過程可認(rèn)為是硬件實時、時延固定的，于是我們把ASI信號送進(jìn)CCTV中心機房的衛(wèi)星電視調(diào)制器，然后從衛(wèi)星電視調(diào)制器輸出再接帶TDT解碼輸出的衛(wèi)星電視機頂盒，這樣，TDT解碼輸出并沒有經(jīng)過上天下地的衛(wèi)星漂移，而與從ASI直接解出TDT的效果差別不大。

如此，我們設(shè)計的TDT信號測試框圖如圖2所示。

圖2中，E和F分別是新開發(fā)的帶TDT解碼輸出的"衛(wèi)星電視機頂盒"和"有線電視機頂盒"，為了排除對它們的誤判，還設(shè)置了一臺"模擬機頂盒時碼"發(fā)生器D，這三者作為被測對象；"基準(zhǔn)同步時鐘"B可保持較高精度連續(xù)運行且具有電池可移動運行，它可受"GPS時鐘"C同步或受"主控時鐘"H同步，送進(jìn)"時碼識別時差測試器"A的基準(zhǔn)輸入口；基準(zhǔn)同步時鐘B還有一路同樣的信號作為模擬被測信號可送入時碼識別時差測試器A的基準(zhǔn)輸入口作檢驗零時差之用；時碼識別時差測試器A自動濾除重復(fù)碼而識別新秒，立即測試新秒與基準(zhǔn)同步時鐘間的時差，時差精度為5微秒，在面板上予以顯示，同時通過RS-232口將"被測日期時間、與基準(zhǔn)的時差、基準(zhǔn)時間"送到微機G進(jìn)行連續(xù)記錄。

如業(yè)內(nèi)人士所關(guān)注的，我們對TDT探究的問題有：

①不同畫面所產(chǎn)生的壓縮數(shù)據(jù)量的差別是否造成TDT的抖動；
②TDT的周期及數(shù)據(jù)含義；
③TDT與導(dǎo)入的時間信號關(guān)系。

數(shù)據(jù)測試的數(shù)據(jù)表明：

TDT信號的傳遞，沒有受節(jié)目內(nèi)容影響造成波動，其周期比較穩(wěn)定；

TDT信號的周期與導(dǎo)入設(shè)備的性能及其設(shè)置有關(guān)，如CCTV東方物流的TDT周期約20.0007秒，而CCTV1的TDT周期約20.006秒，每次延時6毫秒，由于各碼流設(shè)備未鎖相，各行其是的結(jié)果造成了對秒周期的不等分，造成平均約50分鐘后讀秒錯位到后一秒，于是TDT的秒個位數(shù)約隔50分鐘會加1。

TDT與導(dǎo)入的時問信號關(guān)乎相互鎖相與否。由于各碼流設(shè)備與主板時鐘也未鎖相，ASI流與碼流設(shè)備主板的時鐘時間如同兩列并行而速度不等的的列車，TDT是非常狹窄的窗口，它看到另一個列車只能用幾號車廂來描述，而不能分辨該號車廂(即該秒)的前部、中部和尾部，即它讀到的主板的時鐘時間只能讀到秒，但并不代表該秒剛開始，也許該秒即將結(jié)束。所以，即便碼流設(shè)備主板受到外部同步，TDT的數(shù)據(jù)在發(fā)端也含有最大慢一秒的誤差。

在此基礎(chǔ)上，我們還進(jìn)行了長時間端點測試。沒有外部同步的碼流設(shè)備的主板時鐘，其時間經(jīng)TDT編碼經(jīng)過傳遞，其主板時間誤差在TDT導(dǎo)出端得以如實反映。如測得某衛(wèi)星電視信號其源端時鐘誤差為17×10-5，這即是常見的微機主板時鐘誤差。

4 TDT信號的應(yīng)用前景和要注意的問題

經(jīng)過實踐，我們摸清了TDT信號的規(guī)律，它導(dǎo)出后用途很多，在內(nèi)可在圖像里或機頂盒面板上顯示，在外可引出端子作控制、顯示等用。

但也可以看到，有些播出機構(gòu)對TDT表是不控制的，比如有的省級臺衛(wèi)視TDT日期為1997年，雖然播出時沒有用它進(jìn)行控制，但因為TDT與節(jié)目流已經(jīng)不可分開，即便將來讀該節(jié)目時，其原始TDT數(shù)據(jù)也會造成說不清楚的誤解。

TDT信號的深度應(yīng)用前景可觀，如接收端可以通過算法取得10毫秒量級的精度，可以進(jìn)一步開發(fā)發(fā)端設(shè)備的可控性，縮小誤差范圍，有待于更多環(huán)節(jié)的同步性、可控性研究。