數(shù)字電視TDT信號(hào)的導(dǎo)入和導(dǎo)出

　　1引言

　　TDT信號(hào)在數(shù)字視頻廣播中業(yè)務(wù)信息(SI)中作為時(shí)間和日期表，在規(guī)范里屬于強(qiáng)制規(guī)定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，不能被加擾，以供公開(kāi)使用。但問(wèn)題是：TDT信號(hào)如何導(dǎo)入和導(dǎo)出？其時(shí)間變化規(guī)律是什么？要得到比較好用的時(shí)間信息需要什么樣的導(dǎo)入和導(dǎo)出方式？以前沒(méi)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(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的淡漠經(jīng)歷一樣，TDT信號(hào)雖然也經(jīng)歷類似，但由于中央電視臺(tái)的科技工作者和青島的科技工作者的努力，對(duì)TDT信號(hào)的開(kāi)發(fā)無(wú)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(shuō)明的是，我們所用的測(cè)試方法和形成的測(cè)試數(shù)據(jù)均未見(jiàn)發(fā)表，希望能拋磚引玉。

　　2 TDT信號(hào)的特點(diǎn)、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(jī)頂盒)從碼流中自動(dòng)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(shí)間和日期表TDT為強(qiáng)制規(guī)定，還有一個(gè)時(shí)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(shí)控制，中間環(huán)節(jié)也可將其替換成另一個(gè)TDT碼組。

　　在中央電視臺(tái)和青島有線網(wǎng)絡(luò)中心，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)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(jī)頂盒或有線機(jī)頂盒，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間導(dǎo)出后可在圖像里或機(jī)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(shí)間和日期表(TDT)是這樣規(guī)定的，它僅傳送UTC時(shí)間和日期信息，只包含一個(gè)段，語(yǔ)法結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1。傳輸此表的TS包的PID值為0x0014，table_id為0x70。

 　　3 TDT信號(hào)的導(dǎo)入和導(dǎo)出架構(gòu)及其測(cè)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(hào)所占空間遠(yuǎn)不到萬(wàn)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(dú)的TDT信號(hào)產(chǎn)生和TDT信號(hào)解碼設(shè)備比較罕見(jiàn)，一般是作為主信號(hào)(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(duì)比，在多節(jié)目傳送時(shí)，TDT信號(hào)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(hào)．全過(guò)程的基本架構(gòu)如圖1所示。主要分導(dǎo)入、導(dǎo)出、測(cè)試三個(gè)部分，均涉及到軟硬件創(chuàng)新開(kāi)發(fā)，敘述如下。

　　(1)TDT信號(hào)的導(dǎo)入

　　可產(chǎn)生TDT信號(hào)的數(shù)字視頻設(shè)備不少，但很少設(shè)置有單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)的導(dǎo)入接口。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)這些數(shù)字視頻設(shè)備附帶的時(shí)間信息大多來(lái)自其操作系統(tǒng)或者說(shuō)是CPU主板上的時(shí)鐘電路，而該時(shí)鐘電路的時(shí)間日期信息通常是用人手按鍵盤(pán)輸入的，并且自運(yùn)行積累誤差較大。國(guó)外有一種校準(zhǔn)CPU主板上時(shí)鐘時(shí)間的設(shè)備，使用不方便，并且每臺(tái)設(shè)備一對(duì)一配置，不能共用。

　　我們?cè)O(shè)計(jì)了新的時(shí)碼變換和分配器，根據(jù)CCTV中心機(jī)房主控時(shí)鐘同步產(chǎn)生串行時(shí)間碼，分成24路RS-232信號(hào)，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(jì)了讀串口校準(zhǔn)CPU主板時(shí)鐘時(shí)間的軟件，由于復(fù)用器的時(shí)鐘鎖定于網(wǎng)管(MEM)的服務(wù)器的時(shí)鐘，復(fù)用器發(fā)出的TDT信號(hào)的時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)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(guó)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(jí)臺(tái)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(hào)的時(shí)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(shí)間用RS-232接到EPG服務(wù)器，通過(guò)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(jī)頂盒剛開(kāi)機(jī)的時(shí)候，機(jī)頂盒面板和瀏覽畫(huà)面上的不確切時(shí)間顯示會(huì)立即更新為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。 (2)TDT信號(hào)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(jī)地連接，為用戶提供豐富多彩的應(yīng)用，其TDT信號(hào)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(jī)頂盒的設(shè)計(jì)過(guò)程中，青島有線網(wǎng)絡(luò)中心最先聯(lián)合GNI、HISENSE、HAIER把TDT信號(hào)應(yīng)用實(shí)用化，在瀏覽狀態(tài)和關(guān)機(jī)狀態(tài)，控制軟件自動(dòng)把TDT解析出來(lái)顯示在電視屏幕上或機(jī)頂盒前面板上，這種設(shè)計(jì)為國(guó)內(nèi)眾多機(jī)頂盒廠商起了引領(lǐng)的作用。

　　把TDT信號(hào)從下游設(shè)備中解析出來(lái)送到外部，將提供更加靈活多樣的應(yīng)用。同時(shí)，這才有可能對(duì)該信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。在反復(fù)考察比較了各種整機(jī)結(jié)構(gòu)和解碼芯片后，我們對(duì)機(jī)頂盒常用的STi5518系列芯片進(jìn)行了開(kāi)發(fā)，在此平臺(tái)上，完成TDT的數(shù)據(jù)提取和解析過(guò)程，利用C編程設(shè)計(jì)，借助芯片自帶的串口，成功地將TDT信號(hào)解析出來(lái)按指定的串口格式予以輸出。整個(gè)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(guò)程：二是將解析后的TDT數(shù)據(jù)通過(guò)串口輸出。TDT數(shù)據(jù)的提取相對(duì)比較簡(jiǎn)單，可以在程序里建立一個(gè)實(shí)時(shí)的任務(wù)，一直提取TDT，參照TDT的語(yǔ)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(shí)間信息，它按照UTC和MJD包含了當(dāng)前的時(shí)間和日期。這個(gè)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(gè)數(shù)字。協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC與修正儒略日MJD之間有一定的轉(zhuǎn)化方式，從MJD中計(jì)算UTC的方法如下：
 

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

　　第二部分的工作，就是將計(jì)算的TDT時(shí)間，通過(guò)串口送出。串口在現(xiàn)有機(jī)頂盒中，十分常見(jiàn)。而通過(guò)機(jī)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(gè)整體傳到外部，建立一個(gè)結(jié)構(gòu)體如下：

 
　　串口傳輸過(guò)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(yàn)設(shè)為無(wú)，停止位設(shè)為1，使用簡(jiǎn)單的通訊協(xié)議，START，COMMAND，DATA，STOP，協(xié)議格式如下：

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

　　(3)TDT信號(hào)的測(cè)試

　　雖然，帶TDT解碼輸出的有線電視機(jī)頂盒和衛(wèi)星電視機(jī)頂盒代表了終端的實(shí)際使用狀態(tài)，但它們的來(lái)源都是調(diào)制以后的信號(hào)，我們還希望看到調(diào)制之前即ASI流中的TDT信號(hào)?？墒钦缜懊嫣岬降模辽僭诋?dāng)時(shí)，從ASI流中直接解析TDT信號(hào)所需要的冷門(mén)集成電路很長(zhǎng)時(shí)間未能湊齊。我們仔細(xì)分析了整個(gè)播出鏈路，其中調(diào)制解調(diào)過(guò)程可認(rèn)為是硬件實(shí)時(shí)、時(shí)延固定的，于是我們把ASI信號(hào)送進(jìn)CCTV中心機(jī)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(jī)頂盒，這樣，TDT解碼輸出并沒(méi)有經(jīng)過(guò)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?cè)O(shè)計(jì)的TDT信號(hào)測(cè)試框圖如圖2所示。

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

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

　?、俨煌?huà)面所產(chǎn)生的壓縮數(shù)據(jù)量的差別是否造成TDT的抖動(dòng)；
　?、赥DT的周期及數(shù)據(jù)含義；
　　③TDT與導(dǎo)入的時(shí)間信號(hào)關(guān)系。

　　數(shù)據(jù)測(cè)試的數(shù)據(jù)表明：

　　TDT信號(hào)的傳遞，沒(méi)有受節(jié)目?jī)?nèi)容影響造成波動(dòng)，其周期比較穩(wěn)定；

　　TDT信號(hào)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(shí)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(duì)秒周期的不等分，造成平均約50分鐘后讀秒錯(cuò)位到后一秒，于是TDT的秒個(gè)位數(shù)約隔50分鐘會(huì)加1。

　　TDT與導(dǎo)入的時(shí)問(wèn)信號(hào)關(guān)乎相互鎖相與否。由于各碼流設(shè)備與主板時(shí)鐘也未鎖相，ASI流與碼流設(shè)備主板的時(shí)鐘時(shí)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(gè)列車只能用幾號(hào)車廂來(lái)描述，而不能分辨該號(hào)車廂(即該秒)的前部、中部和尾部，即它讀到的主板的時(shí)鐘時(shí)間只能讀到秒，但并不代表該秒剛開(kāi)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(zhǎng)時(shí)間端點(diǎn)測(cè)試。沒(méi)有外部同步的碼流設(shè)備的主板時(shí)鐘，其時(shí)間經(jīng)TDT編碼經(jīng)過(guò)傳遞，其主板時(shí)間誤差在TDT導(dǎo)出端得以如實(shí)反映。如測(cè)得某衛(wèi)星電視信號(hào)其源端時(shí)鐘誤差為17×10-5，這即是常見(jiàn)的微機(jī)主板時(shí)鐘誤差。

　　4 TDT信號(hào)的應(yīng)用前景和要注意的問(wèn)題

　　經(jīng)過(guò)實(shí)踐，我們摸清了TDT信號(hào)的規(guī)律，它導(dǎo)出后用途很多，在內(nèi)可在圖像里或機(jī)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(jī)構(gòu)對(duì)TDT表是不控制的，比如有的省級(jí)臺(tái)衛(wèi)視TDT日期為1997年，雖然播出時(shí)沒(méi)有用它進(jìn)行控制，但因?yàn)門(mén)DT與節(jié)目流已經(jīng)不可分開(kāi)，即便將來(lái)讀該節(jié)目時(shí)，其原始TDT數(shù)據(jù)也會(huì)造成說(shuō)不清楚的誤解。

　　TDT信號(hào)的深度應(yīng)用前景可觀，如接收端可以通過(guò)算法取得10毫秒量級(jí)的精度，可以進(jìn)一步開(kāi)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。