數字電視TDT信號的導入和導出

　　1引言

　　TDT信號在數字視頻廣播中業(yè)務信息(SI)中作為時間和日期表，在規(guī)范里屬于強制規(guī)定的基礎數據，不能被加擾，以供公開使用。但問題是：TDT信號如何導入和導出？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入和導出方式？以前沒有文獻可參考。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歷一樣，TDT信號雖然也經歷類似，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用進程，受到各方面的歡迎。

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

　　2 TDT信號的特點、意義和應用效果

　　數字視頻廣播業(yè)務信息(SI)數據，幫助用戶從碼流中選擇業(yè)務和／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的數據，復現聲音和圖像。在《數字視頻廣播中文業(yè)務信息規(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作為顯示或實時控制，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絡中心，標準時間經同步器和編碼器導入到ASI流，再經衛(wèi)星或有線網絡到衛(wèi)星機頂盒或有線機頂盒，標準時間導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，語法結構見表1。傳輸此表的TS包的PID值為0x0014，table_id為0x70。

 　　3 TDT信號的導入和導出架構及其測試數據

　　在數字視頻廣播高達270Mbps的ASI碼流中，TDT信號所占空間遠不到萬分之一，要捕獲它須用大容量的高速數字處理芯片和相關的軟件，單獨的TDT信號產生和TDT信號解碼設備比較罕見，一般是作為主信號(圖像和聲音)的編解碼設備的復用功能而存在。經我們反復對比，在多節(jié)目傳送時，TDT信號在下游的復用器插入比較合適，再經調制傳輸和解調解碼，取出TDT信號．全過程的基本架構如圖1所示。主要分導入、導出、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信號的導入

　　可產生TDT信號的數字視頻設備不少，但很少設置有單獨的標準時間信號的導入接口。經多次實驗，確認這些數字視頻設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CPU主板上時鐘時間的設備，使用不方便，并且每臺設備一對一配置，不能共用。

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

　　在節(jié)目出口數較少的數字視頻廣播環(huán)境中，TDT信號的時間同步就不那么復雜。在QCN青島有線網絡中心，ST3100H型GPS同步主鐘直接將標準時間用RS-232接到EPG服務器，通過該服務器將TDT的發(fā)表周期設置為5秒鐘重復發(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準時間。 (2)TDT信號的導出

　　在數字視頻廣播中，設備的操作系統(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用，其TDT信號是在內部導出應用的，涉及的方面比較多、比較系統(tǒng)化，一般由為數不多的大系統(tǒng)集成商完成。

　　在有線電視機頂盒的設計過程中，青島有線網絡中心最先聯合GNI、HISENSE、HAIER把TDT信號應用實用化，在瀏覽狀態(tài)和關機狀態(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，這種設計為國內眾多機頂盒廠商起了引領的作用。

　　把TDT信號從下游設備中解析出來送到外部，將提供更加靈活多樣的應用。同時，這才有可能對該信號進行測試。在反復考察比較了各種整機結構和解碼芯片后，我們對機頂盒常用的STi5518系列芯片進行了開發(fā)，在此平臺上，完成TDT的數據提取和解析過程，利用C編程設計，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數據的提取和解析過程：二是將解析后的TDT數據通過串口輸出。TDT數據的提取相對比較簡單，可以在程序里建立一個實時的任務，一直提取TDT，參照TDT的語法結構如下，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二進制BCD碼編碼為6個數字。協調世界時UTC與修正儒略日MJD之間有一定的轉化方式，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。串口在現有機頂盒中，十分常見。而通過機頂盒串口輸出TDT數據也變得十分方便。

　　為了將現有TDT數據作為一個整體傳到外部，建立一個結構體如下：

 
　　串口傳輸過程中，串口設備的波特率設置為19200，數據位設置為8，數據校驗設為無，停止位設為1，使用簡單的通訊協議，START，COMMAND，DATA，STOP，協議格式如下：

　　通過設置簡單的串口協議，可以提高傳輸準確性。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據。

　　(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制以后的信號，我們還希望看到調制之前即ASI流中的TDT信號?？墒钦缜懊嫣岬降?，至少在當時，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。我們仔細分析了整個播出鏈路，其中調制解調過程可認為是硬件實時、時延固定的，于是我們把ASI信號送進CCTV中心機房的衛(wèi)星電視調制器，然后從衛(wèi)星電視調制器輸出再接帶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"時碼識別時差測試器"A的基準輸入口；基準同步時鐘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自動濾除重復碼而識別新秒，立即測試新秒與基準同步時鐘間的時差，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、與基準的時差、基準時間"送到微機G進行連續(xù)記錄。

　　如業(yè)內人士所關注的，我們對TDT探究的問題有：

　?、俨煌嬅嫠a生的壓縮數據量的差別是否造成TDT的抖動；
　　②TDT的周期及數據含義；
　?、跿DT與導入的時間信號關系。

　　數據測試的數據表明：

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

　　TDT信號的周期與導入設備的性能及其設置有關，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，由于各碼流設備未鎖相，各行其是的結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的秒個位數約隔50分鐘會加1。

　　TDT與導入的時問信號關乎相互鎖相與否。由于各碼流設備與主板時鐘也未鎖相，ASI流與碼流設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，也許該秒即將結束。所以，即便碼流設備主板受到外部同步，TDT的數據在發(fā)端也含有最大慢一秒的誤差。

　　在此基礎上，我們還進行了長時間端點測試。沒有外部同步的碼流設備的主板時鐘，其時間經TDT編碼經過傳遞，其主板時間誤差在TDT導出端得以如實反映。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信號的應用前景和要注意的問題

　　經過實踐，我們摸清了TDT信號的規(guī)律，它導出后用途很多，在內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行控制，但因為TDT與節(jié)目流已經不可分開，即便將來讀該節(jié)目時，其原始TDT數據也會造成說不清楚的誤解。

　　TDT信號的深度應用前景可觀，如接收端可以通過算法取得10毫秒量級的精度，可以進一步開發(fā)發(fā)端設備的可控性，縮小誤差范圍，有待于更多環(huán)節(jié)的同步性、可控性研究。