A digitális televíziótechnika többek között abban különbözik az analógtól, hogy a kép és a hang tömörítése során elszakadunk az időtől. Másként fogalmazva; egy kép vagy hang szakasz tömörítése után egy olyan adathalmaz van a kezünkben, amelynek semmilyen kapcsolata nincs az idővel.

A fényképezés folyamatában hasonló a helyzet. A digitális fényképező a dátum felvitelével kapcsolja az időtengelyhez az eseményt. A mozgó kép esetében a PCR (Program Clock Reference) tölti be ezt a szerepet.

Az IP technológia bevezetése számos területen módosította a korábbi elképzeléseket, ezért ebben a cikkben az elméleti alapok rövid áttekintése után az egyszerűbb kérdésekkel foglalkozunk, és külön cikkben bonyolítjuk a PCR méréseket az IP átvitel sajátosságaival.

1. A PCR-ről röviden

A PCR egy időbélyeg, amelyet a mozgókép felvétele során azért tesznek az adatfolyamba, hogy a lejátszás során azonos sebességre lehessen állítani az idő múlását. A szabvány megalkotásakor még világszerte analóg vevőkészüléket használtak a megjelenítéshez, ezért a PCR-t két részből rakták össze. A PCR első része (PCR base) a kitömörítést és megjelenítést támogatja, a második része (PCR extension) az analóg PAL jel nagy pontosságot igénylő színsegédvivőjének (4,43 MHz ±2 Hz) előállítását segíti. Az eredeti elképzelés szerint az analóg technika megszűnésével így a második rész majd egyszerűen eldobható lesz, és nem lesz szükség változtatásokra.

A PCR adatot a tömörítő hardver (encoder) nagy pontosságú 27 MHz-es vezéroszcillátorára kapcsolt számláló szolgáltatja. A 27 MHz-es oszcillátorra kötött 300-as számláló kimenete lépteti az első rész számlálóját, a második részt maga a 300-as számláló szolgáltatja az 1. ábra szerint.

1. ábra

A PCR előállításának menete

A számlálók folyamatosan működnek, az encoder a PCR adatok kiküldésének műveletéhez érkezve egyszerűen csak beszúrja a TS-be a számlálók állapotát. A beillesztés hibája a szabvány szerint nem lehet nagyobb, mint ±500 ns.

A vételi oldalon a dekóder feladata egy ugyanilyen felépítésű áramkör működtetése. A lejátszás megkezdésekor a dekóder beírja az éppen beérkező PCR adatot a saját számlálójába, és ezután csak a 27 MHz-es oszcillátorának a lassú fel-le hangolgatásával gondoskodik arról, hogy a vételi oldal számlálói azonos módon álljanak a küldő oldal számlálóival.

Megjegyzendő, hogy a küldő oldal időnként egy másik 27 MHz-es vezéroszcillátorra is átkapcsolhat (pl. a stúdióból a közvetítőkocsira kapcsolnak). Ilyen esetekben egy bit jelzi a vevő oldalnak, hogy a számlálókba új adatot kell írni és ezzel folytatni a dekódolási folyamatokat.

2. A PCR jelentősége

Mint láttuk a szabvány ±500 ns pontossággal írja elő a beillesztési folyamatot. Sajnos a mai napig ezt az értéket követelik meg a különböző szervezetek, még akkor is, ha ez nem indokolt.

A későbbi jelfeldolgozások hatására, például remultiplexelés a fejállomáson, vagy néhány null packet beillesztése a QAM modulátor bemenetén stb., a packetek kisebb-nagyobb mértékben eltolódnak, így az eddigi ±500 ns-on belüli hibák nagyobbá válnak. Az ISO/IEC 13818-9 szabványban olvasható, hogy ezek a másodlagos jelfeldolgozó helyek alacsony jitterűnek számítanak, ha a hiba kisebb, mint ±25 μs, és a dekódereknek e jelekkel még hibátlanul kell működniük.

A fejlesztések során készítettünk olyan áramkört, amelyik törli a 33 bites PCR adat egyik vagy másik bitjét és így idéz elő PCR hibát. A mérések azt mutatják, hogy a túlzottan nagy hibák megzavarják a dekóderek működését, de a kisebb hibákat a dekóderek észre sem veszik. A hibahatár nagymértékben függ a dekóder típusától.

3. Az idő adat kiszámítása a PCR adatból

Mint látni fogjuk, a PCR, pontosabban a PCR hibák mérése nehéz feladat. Első lépésként ki kell gyűjteni a PCR adatokat, majd ezeket idő adattá kell konvertálni a következők szerint:

PCR = PCRbase33 *300 + PCRextension9

ahol,

PCR az összekapcsolt PCR adat

PCRbase33 az adaptation fieldből olvasott 33 bites adat

PCRextension9 az adaptation fieldből olvasott 9 bites adat

A PCR értékét 1000/27 = kb. 37 ns értékkel szorozva egy valós idő adatot kapunk, amely a forrás-oldal bekapcsolása óta eltelt időt mutatja ns-ban.

2. ábra

A PCR ismétlődési idő grafikonja a PST-vel mérve

4. A PCR ismétlődési idő mérése

A PCR adatok vizsgálatát a különböző készülékek és szoftverek az ismétlődési idő vizsgálatával kezdik, majd a hardver által lehetővé tett mélységig folytatják az elemzést. A PCR adatok 20 és 100 ms közötti ismétlődési idővel kerülnek beültetésre a transport streambe, így az ismétlődési idő mérése egyszerű feladat. Az adathalmazból különböző stílusú görbék és eloszlásfüggvények rajzolhatók fel. A PST-ben a PCR Analyzer modul az ismétlődési idő grafikonja mellé az eloszlásfüggvényt is felrajzolja, így az egyik budapesti (DVB-T) HD műsor vizsgálata során a 2. ábra szerinti grafikont jeleníti meg.

5. A PCR hibák értelmezése

A PCR hibák vizsgálatához feltétlenül szükséges, hogy a vételi oldalon legyen egy lineárisan változó óra, amelyik igen nagy felbontásban, közel ns-os bontásban, mutatja az idő múlását. A mérés során azt vizsgáljuk, hogy az éppen beérkező PCR adat által mutatott idő mennyiben tér el a lineárisan múló időtől. A 3. ábra felső görbéjén látható, hogy ideális esetben a PCR adatok lineárisan növekedőnek mutatják az idő múlását. A vizsgálati helyre azonban ezek az adatok már kisebb-nagyobb késéssel (t1, t2...t5) érkeznek. A késleltetés abszolútértéke nem megállapítható, ez akár több másodperc is lehet.

3. ábra

A PCR hiba értelmezése

A PCR mérése során a PCR adatoknak az ideális menettől, a lineárisan növekedő időtől való eltéréseit vizsgáljuk és ábrázoljuk grafikonon (lásd a 3. ábra alsó görbéje).

6. A PCR hibák megjelenítése fájlban tárolt TS-nél

A teljesség érdekében elsőként azt vizsgáljuk meg, hogyan lehet a PCR hibákat felrajzolni fájlban tárolt TS esetében, amikor a fájl semmilyen idő adatot nem tárol. Elsőként fontos látni, hogy fájlban tárolt TS esetében csak akkor van lehetőségünk a PCR hibák megjelenítésére, ha a rögzített TS állandó adatsebességű, azaz CBR. A DVB-S-S2-T-T2-C nagyfrekvenciás átviteli láncok adatsebessége szigorúan állandó, így ezek fájlban rögzített kimenőjele a vizsgálathoz tökéletesen megfelel. Mivel időadatra feltétlenül szükség van az idő múlásának egyenletességét a bájtok (pontosabban packetek) áramának egyenletessége fogja adni. Az időadat számszerűsítéséhez kiolvassuk a fájlból a PCR adatcsomagok első és utolsó tagját és e kettőből kiszámítjuk a vizsgálati időintervallum nagyságát. Egy 7 másodperces minta esetében az intervallum nagyságára például 7 140 392 682 ns érték adódik, ha elhanyagoljuk azt az esetet, amikor az első és utolsó PCR minta valamilyen mértékben hibás.

4. ábra

PCR hibák egy fájlból betöltött TS esetén

A 4. ábra egy hihetetlenül szép PCR menetre mutat példát. A 4. ábra készítésekor a fájlból egy DVB-T adó kimenőjelét töltöttük be és a PCR hibákat az elmondottak szerint számoltuk. A PST szoftvere Single Application módban nyújt lehetőséget fájlban tárolt TS vizsgálatára.

Ez az a pont, ameddig valamennyi PCR analizátor fejlesztő eljut, mivel eddig semmilyen különleges hardverre nincs szükség, csak szoftvert kell írni.

7. A PCR hibák mérése

A tényleges PCR hibák a remultiplexelési folyamatokban és az IP átviteli utakon keletkeznek, de ezek a hibák már nem vizsgálhatók az eddig bemutatott módszerekkel, a mérések elvégzéséhez komoly követelményeket kielégítő hardvert kell építeni. A PST-be épített PCR Analyzer modul tervezésénél célunk volt e sokak által jelzett méréstechnikai lyuk betöltése, azaz olyan készüléket kívántuk felhasználóink kezébe adni, amely IP környezetben és VBR streamek esetén is lehetővé teszi a PCR alakulásának megbízható vizsgálatát.

A méréshez olyan hardvert kellett építenünk, amelyik a saját órája szerint képes a packetek érkezési idejét rögzíteni. A Personal Stream Tool új moduljában a 133,333.. MHz-es belső órajelre kötött számláló állapota szolgáltatja az érkezési időt, így a mérőműtől 7,50000 ns felbontású adatokat kapunk. A felbontást nézve ez bőségesen elegendő, ugyanis a PCR csak 1000/27 = 37 ns-os raszterben változik, azonban mint látni fogjuk a pontosságot illetően igen kemény követelményeket kell még kielégítenünk.

Az FPGA áramkörökkel felépített készülékben a TS packet beérkezésének pillanatában a PCR adatot és a 32 bites számláló állapotát párosítva tároljuk az SDRAM-ban. A kezelőfelület szoftvere ezeket a párosított mintákat olvassa ki és dolgozza fel. A szoftver által előállított mérőlapot a 4. ábra szemlélteti. A PCR vizsgálatának további részleteit már a PST által nyújtott szolgáltatások elemzésével párhuzamosan ismertetjük.

8. A PCR hibák vizsgálata a PST új moduljával

Mint azt korábban bemutattuk a PST szoftvere két különböző szemléletű modulból áll. A PCR analizálása szempontjából a Single Application módot választva teljes mértékben kihasználhatjuk a PCR analizálási lehetőségeket, de emellett más mérés vagy alakítás elvégzésére nincs lehetőségünk. Az Expert View módot választva szabadon mozgathatjuk a PCR modult a 64 be- és a 64 kimenet bármelyikére, így szélesebb körben végezhetünk méréseket.

4. ábra

A PCR hibákat szemléltető mérőlap a PST-ben

Mindkét módban a Settings gombra kattintva nyílik meg az a konfigurációs felület, ahol kiválasztható a bemenőjel, majd ezen belül a vizsgálni kívánt elementary stream. Az 5. ábra ebből mutat be részletet.

5. ábra

A műsor nevére kattintva a PCR PID értéke automatikusan íródik a beállítások ablakába

A szolgáltatások közül elsőként ki kell emelni, hogy készülékünk két PCR Analyzer modult tartalmaz, így egyidejűleg két streamet tud vizsgálni, ami igen hasznos az összehasonlításos vizsgálatoknál. A két modul valamennyi beállítása egymástól függetlenül konfigurálható, mintha két mérőműszerünk lenne. Az előzetes felmérések szerint az ismétlődési idő és a PCR hiba egyidejű vizsgálatát, és a két stream PCR hibájának összehasonlítását igénylik leginkább felhasználóink. A PCR ismétlődési idejének mérését 0-100 ms tartományban biztosítja a modul, a min és max értékek, valamint az átlag és az eloszlásfüggvény felrajzolása mellett. A PCR hiba vizsgálatánál ±500 ns és ±20 ms között 8 felbontásban van lehetőségünk a vizsgálatra, de élhetünk az automatikus méréshatár beállítás lehetőségével is. A min és a max értékek mellett a PCR hibák eloszlásfüggvénye is látható.

A PCR vizsgálatát a következő oldalon új cikkben folytatjuk azok számára akik további ismereteket kívánnak szerezni a témával kapcsolatban.

Zigó József   

A teljes újság letölthető innen...