数字电视TDT信号的导入和导出

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1引言TDT信号在数字视频广播中业务信息(SI)中作为时间和日期表，在规范里属于强制规定的基础数据，不能被加扰，以供公开使用。但问题是：TDT信号如何导入和导出？其时间变化规律是什么？要得到比较好用的时间信息需要什么样的导入和导出方式？以前没有文献可参考。就象电子节目指南EPG那样重要的信息有过很长时间的淡漠经历一样，TDT信号虽然也经历类似，但由于中央电视台的科技工作者和青岛的科技工作者的努力，对TDT信号的开发无疑是加快了它的应用进程，受到各方面的欢迎。应该说明的是，我们所用的测试方法和形成的测试数据均未见发表，希望能抛砖引玉。2 TDT信号的特点、意义和应用效果数字视频广播业务信息(SI)数据，帮助用户从码流中选择业务和／或事件的信息，使综合接收解码器(IRD，或者是大众用的机顶盒)从码流中自动提取和处理有关的数据，复现声音和图像。在《数字视频广播中文业务信息规范》GY／Z 174-2001中，时间和日期表TDT为强制规定，还有一个时间偏移表(TOT)则为可选规定。接收端可直接使用TDT作为显示或实时控制，中间环节也可将其替换成另一个TDT码组。在中央电视台和青岛有线网络中心，标准时间经同步器和编码器导入到ASI流，再经卫星或有线网络到卫星机顶盒或有线机顶盒，标准时间导出后可在图像里或机顶盒面板上显示，也引出端子作更多用途，给用户提供了很大方便。 时间和日期表(TDT)是这样规定的，它仅传送UTC时间和日期信息，只包含一个段，语法结构见表1。传输此表的TS包的PID值为0x0014，table_id为0x70。

3 TDT信号的导入和导出架构及其测试数据在数字视频广播高达270Mbps的ASI码流中，TDT信号所占空间远不到万分之一，要捕获它须用大容量的高速数字处理芯片和相关的软件，单独的TDT信号产生和TDT信号解码设备比较罕见，一般是作为主信号(图像和声音)的编解码设备的复用功能而存在。经我们反复对比，在多节目传送时，TDT信号在下游的复用器插入比较合适，再经调制传输和解调解码，取出TDT信号．全过程的基本架构如图1所示。主要分导入、导出、测试三个部分，均涉及到软硬件创新开发，叙述如下。

(1)TDT信号的导入可产生TDT信号的数字视频设备不少，但很少设置有单独的标准时间信号的导入接口。经多次实验，确认这些数字视频设备附带的时间信息大多来自其操作系统或者说是CPU主板上的时钟电路，而该时钟电路的时间日期信息通常是用人手按键盘输入的，并且自运行积累误差较大。国外有一种校准CPU主板上时钟时间的设备，使用不方便，并且每台设备一对一配置，不能共用。我们设计了新的时码变换和分配器，根据CCTV中心机房主控时钟同步产生串行时间码，分成24路RS-232信号，分别输入到总控播出前端压缩系统的网管服务器中。设计了读串口校准CPU主板时钟时间的软件，由于复用器的时钟锁定于网管(MEM)的服务器的时钟，复用器发出的TDT信号的时间和标准时间就一致了。在复用器中，我们将TDT的发表周期设置为20秒，国内各上星节目中大多也设置为20秒，还有少数省级台设置为30秒、15秒。
                          
                       
                          
                                在节目出口数较少的数字视频广播环境中，TDT信号的时间同步就不那么复杂。在QCN青岛有线网络中心，ST3100H型GPS同步主钟直接将标准时间用RS-232接到EPG服务器，通过该服务器将TDT的发表周期设置为5秒钟重复发7次，这样在机顶盒刚开机的时候，机顶盒面板和浏览画面上的不确切时间显示会立即更新为标准时间。 (2)TDT信号的导出在数字视频广播中，设备的操作系统把TDT表与电子节目指南EPG等有机地连接，为用户提供丰富多彩的应用，其TDT信号是在内部导出应用的，涉及的方面比较多、比较系统化，一般由为数不多的大系统集成商完成。在有线电视机顶盒的设计过程中，青岛有线网络中心最先联合GNI、HISENSE、HAIER把TDT信号应用实用化，在浏览状态和关机状态，控制软件自动把TDT解析出来显示在电视屏幕上或机顶盒前面板上，这种设计为国内众多机顶盒厂商起了引领的作用。把TDT信号从下游设备中解析出来送到外部，将提供更加灵活多样的应用。同时，这才有可能对该信号进行测试。在反复考察比较了各种整机结构和解码芯片后，我们对机顶盒常用的STi5518系列芯片进行了开发，在此平台上，完成TDT的数据提取和解析过程，利用C编程设计，借助芯片自带的串口，成功地将TDT信号解析出来按指定的串口格式予以输出。整个终端的工作原理主要是两部分：一是TDT数据的提取和解析过程：二是将解析后的TDT数据通过串口输出。TDT数据的提取相对比较简单，可以在程序里建立一个实时的任务，一直提取TDT，参照TDT的语法结构如下，其中，TS包的PID为0x14，table_id为0x70，UTC_time为40位的时间信息，它按照UTC和MJD包含了当前的时间和日期。这个字段编码为16bit，给出了MJD的16LSB，其后24bit以4b二进制BCD码编码为6个数字。协调世界时UTC与修正儒略日MJD之间有一定的转化方式，从MJD中计算UTC的方法如下：

而时间的计算则需要根据MJD时间加上本地偏移。例如北京时间，需要加上东八区的偏移，这样获得的时间就是本地实际的时间。第二部分的工作，就是将计算的TDT时间，通过串口送出。串口在现有机顶盒中，十分常见。而通过机顶盒串口输出TDT数据也变得十分方便。为了将现有TDT数据作为一个整体传到外部，建立一个结构体如下：

串口传输过程中，串口设备的波特率设置为19200，数据位设置为8，数据校验设为无，停止位设为1，使用简单的通讯协议，START，COMMAND，DATA，STOP，协议格式如下：通过设置简单的串口协议，可以提高传输准确性。我们先后开发了带TDT解码输出的有线电视机顶盒和卫星电视机顶盒，立即用其测试了大量数据。(3)TDT信号的测试虽然，带TDT解码输出的有线电视机顶盒和卫星电视机顶盒代表了终端的实际使用状态，但它们的来源都是调制以后的信号，我们还希望看到调制之前即ASI流中的TDT信号。可是正如前面提到的，至少在当时，从ASI流中直接解析TDT信号所需要的冷门集成电路很长时间未能凑齐。我们仔细分析了整个播出链路，其中调制解调过程可认为是硬件实时、时延固定的，于是我们把ASI信号送进CCTV中心机房的卫星电视调制器，然后从卫星电视调制器输出再接带TDT解码输出的卫星电视机顶盒，这样，TDT解码输出并没有经过上天下地的卫星漂移，而与从ASI直接解出TDT的效果差别不大。如此，我们设计的TDT信号测试框图如图2所示。
                          
                       
                          
                                图2中，E和F分别是新开发的带TDT解码输出的"卫星电视机顶盒"和"有线电视机顶盒"，为了排除对它们的误判，还设置了一台"模拟机顶盒时码"发生器D，这三者作为被测对象；"基准同步时钟"B可保持较高精度连续运行且具有电池可移动运行，它可受"GPS时钟"C同步或受"主控时钟"H同步，送进"时码识别时差测试器"A的基准输入口；基准同步时钟B还有一路同样的信号作为模拟被测信号可送入时码识别时差测试器A的基准输入口作检验零时差之用；时码识别时差测试器A自动滤除重复码而识别新秒，立即测试新秒与基准同步时钟间的时差，时差精度为5微秒，在面板上予以显示，同时通过RS-232口将"被测日期时间、与基准的时差、基准时间"送到微机G进行连续记录。

如业内人士所关注的，我们对TDT探究的问题有：①不同画面所产生的压缩数据量的差别是否造成TDT的抖动；②TDT的周期及数据含义；③TDT与导入的时间信号关系。数据测试的数据表明：TDT信号的传递，没有受节目内容影响造成波动，其周期比较稳定；TDT信号的周期与导入设备的性能及其设置有关，如CCTV东方物流的TDT周期约20.0007秒，而CCTV1的TDT周期约20.006秒，每次延时6毫秒，由于各码流设备未锁相，各行其是的结果造成了对秒周期的不等分，造成平均约50分钟后读秒错位到后一秒，于是TDT的秒个位数约隔50分钟会加1。TDT与导入的时问信号关乎相互锁相与否。由于各码流设备与主板时钟也未锁相，ASI流与码流设备主板的时钟时间如同两列并行而速度不等的的列车，TDT是非常狭窄的窗口，它看到另一个列车只能用几号车厢来描述，而不能分辨该号车厢(即该秒)的前部、中部和尾部，即它读到的主板的时钟时间只能读到秒，但并不代表该秒刚开始，也许该秒即将结束。所以，即便码流设备主板受到外部同步，TDT的数据在发端也含有最大慢一秒的误差。在此基础上，我们还进行了长时间端点测试。没有外部同步的码流设备的主板时钟，其时间经TDT编码经过传递，其主板时间误差在TDT导出端得以如实反映。如测得某卫星电视信号其源端时钟误差为17×10-5，这即是常见的微机主板时钟误差。4 TDT信号的应用前景和要注意的问题经过实践，我们摸清了TDT信号的规律，它导出后用途很多，在内可在图像里或机顶盒面板上显示，在外可引出端子作控制、显示等用。但也可以看到，有些播出机构对TDT表是不控制的，比如有的省级台卫视TDT日期为1997年，虽然播出时没有用它进行控制，但因为TDT与节目流已经不可分开，即便将来读该节目时，其原始TDT数据也会造成说不清楚的误解。TDT信号的深度应用前景可观，如接收端可以通过算法取得10毫秒量级的精度，可以进一步开发发端设备的可控性，缩小误差范围，有待于更多环节的同步性、可控性研究。