交通運輸行業(yè)視頻傳輸測試方案

1、需求概述

視頻監(jiān)控一直是公路交通系統(tǒng)十分重要的一個技術體系， 針對傳統(tǒng)模擬視頻信號(CCVS或是YPbPr)傳輸系統(tǒng)的測試，一般是直接采用模擬視頻接口進行測試，其中CCVS為模擬標清復合視頻信號，YPbPr為模擬高清分量視頻信號。隨著信號的數(shù)字化，基于HDMI的視頻傳輸也成為了一個主流，因此針對光發(fā)光收的HDMI直傳系統(tǒng)，利用基于HDMI的信號測試也是一個必要。

隨技術的不斷發(fā)展，目前視頻監(jiān)控不斷向IP化視頻傳輸轉換，攝像頭直接可輸出IP視頻數(shù)據(jù)。由于視頻數(shù)據(jù) (尤其高清視頻) 傳輸量大，要求傳輸網(wǎng)絡必須具備較好的性能，同時因為各級交換處理，更會加大傳輸出現(xiàn)丟包的可能。因此有一套可以針對高清視頻IP傳輸網(wǎng)絡的測試方案勢在必行。

視頻的數(shù)字化和基于IP網(wǎng)絡的傳輸是相輔相成并且共同發(fā)展的兩個技術趨勢，同時視頻的分辨率也不斷增大，目前公路口的主流應用已經(jīng)是高清視頻信號了。從目前行業(yè)的主流應用來看，基于IP網(wǎng)絡傳輸?shù)囊曨l分為帶編解碼器和不帶編碼器兩種系統(tǒng)，帶編碼器的系統(tǒng)是為了兼容傳統(tǒng)的攝像機，不帶編碼器的系統(tǒng)基本都是IP網(wǎng)絡攝像機。基于IP網(wǎng)絡的視頻傳輸測試是一個難點，不僅要考慮實際的系統(tǒng)傳輸特點，還要考慮儀器行業(yè)能提供的測試條件。

本測試方案基于德國R&S公司的視頻分析儀VTE設計，信號源部分采用R&S公司的HDMI信號源VTS和Doewe公司的視頻信號發(fā)生器VSG來設計。同時，考慮到IP化的實際現(xiàn)實，采用定制的網(wǎng)關模塊實現(xiàn)VideooverIP傳輸系統(tǒng)的HDMI端到端視頻測試。

2、視頻監(jiān)控傳輸系統(tǒng)簡介

2.1 傳統(tǒng)模擬視頻傳輸系統(tǒng)

針對模擬視頻傳輸，為了維持較好的視頻質量，因此有的系統(tǒng)會考慮利用光發(fā)光收系統(tǒng)來將模擬信號(甚至是數(shù)字化的HDMI信號)直接光調制傳輸，利用光接收機進行光解調后輸入下一級系統(tǒng)或是進入顯示監(jiān)看環(huán)節(jié)。如圖1所示。

這種傳輸鏈路支持模擬復合視頻(CCVS) /YPbPr高清分量及HDMI視頻。

帶編解碼的傳輸系統(tǒng)核心傳輸網(wǎng)絡是IP網(wǎng)絡，采用編碼器和解碼器實現(xiàn)視頻的IP化，典型的示意圖如下：

如果攝像頭是標清攝像頭，那么編碼器須支持標清格式， 一個典型的標清(SD)視頻編碼器輸入輸出接口如圖3所示：

視頻編碼器對輸入的非壓縮或是淺壓縮視頻進行壓縮編碼，封裝為TS流后以ASI接口或是SDI over IP形式輸出給傳輸網(wǎng)絡。一般的標清視頻編碼器主要的輸入是模擬復合視頻(CCVS)或是SDI接口，也有部分商用產品支持HDMI接口。

同樣的道理，解碼器也須支持對應的格式，一個典型的標清(SD)解碼器輸入輸出接口如圖4所示：

視頻解碼器與視頻編碼器正好是一對，實現(xiàn)對壓縮TS流的解碼，因此輸入輸出接口與編碼器正好相反。標清視頻解碼器的輸入主要仍然是ASI或IP接口，輸出主要是復合視頻CCVS接口，同時也可選SDI和HDMI接口。

(注：公路交通行業(yè)對輸入也定義了并行TS流接口(SPI)，由于此接口目前視頻行業(yè)已經(jīng)不再主流，因此本技術方案暫不考慮。)

如果攝像頭是高清視頻，那么編碼器須支持高清格式，一個典型的高清(HD)視頻編碼器輸入輸出接口如圖5所示：

高清視頻編碼器相比標清視頻編碼器最大的區(qū)別就是視頻分辨率要基于HD格式，因此完全應用于SD領域的CCVS接口就失去了用武之地，輸入接口變?yōu)榱酥饕腟DI或HDMI接口，輸出接口仍然是ASI或IP接口，承載的仍然是TS流。

同樣的解碼器也須對應地支持相應格式，一個典型的高清(HD)解碼器輸入輸出接口如圖6所示：

高清視頻解碼器與標清視頻解碼器沒有概念區(qū)別，同樣是不再具有CCVS接口。公路交通行業(yè)主要要求高清解碼器支持HDMI輸出。

2.2 網(wǎng)絡攝像頭IP傳輸系統(tǒng)

隨著流媒體技術的發(fā)展，視頻監(jiān)控行業(yè)不斷引入新的技術，比如基于UDP/http或是RTSP的流媒體視頻傳輸方式。并且攝像頭也演變?yōu)榱司W(wǎng)絡攝像頭，直接IP格式輸出。一個典型的網(wǎng)絡攝像頭傳輸系統(tǒng)框架如下：

在監(jiān)控中心，解碼器直接接收流媒體格式的IP視頻，然后解碼為HDMI接口或是其它接口輸出給監(jiān)視器。

3、傳輸系統(tǒng)測試原理

3.1 傳統(tǒng)模擬視頻傳輸測試架構

針對傳統(tǒng)模擬視頻傳輸系統(tǒng)的測試，典型的測試系統(tǒng)如圖8所示。測試設備主要是采用視頻信號源和視頻分析儀，利用視頻信號發(fā)生CCVS/YPbPr信號，經(jīng)過傳輸系統(tǒng)后，利用視頻分析儀進行測試，針對此部分測試，視頻行業(yè)已經(jīng)有完善的測試方法和標準，公路系統(tǒng)也發(fā)布了自己的測試參數(shù)和指標要求。

對于數(shù)字化的HDMI視頻傳輸，如果傳輸環(huán)節(jié)還是采用光發(fā)光收的架構，測試原理與傳統(tǒng)模擬視頻測試無異，只是信號發(fā)生器和分析儀需要支持HDMI接口，同時視頻分析儀內部可實現(xiàn)D/A變換。

公路口針對這部分測試的指標要求，標清視頻參數(shù)參考本方案3.3節(jié)，高清分量視頻部分參考3.4節(jié)。

3.2 IP網(wǎng)絡系統(tǒng)測試架構

對一個IP視頻網(wǎng)絡進行應用測試，按照ISO7層協(xié)議的定義可以從底層測試來進行IP網(wǎng)絡性能的摸底。嚴格來說，傳輸視頻只是IP網(wǎng)絡承載的一種特定業(yè)務，是一種上層應用。但是由于視頻業(yè)務的特殊性，尤其視頻對于實時性的要求使得基于上層應用的測試變得直觀而有效。

典型的測試架構如圖9所示：

無論是哪種傳輸方式，基于應用層來測試網(wǎng)絡，必須給傳輸網(wǎng)絡灌入測試信號，因此需要采用標準的視頻信號發(fā)生器，同時采用定制的OutGateway網(wǎng)關來實現(xiàn)IP化匹配，如果是傳統(tǒng)的網(wǎng)絡，網(wǎng)關可直接被編碼器替代。接收端也需要定制的InGateWay網(wǎng)關實現(xiàn)IP數(shù)據(jù)到可測接口形式視頻的轉換。

鑒于實際應用情況及網(wǎng)關參數(shù)所限，本方案采用的OutGateway和InGateway從編解碼標準支持上涵蓋CCVS/HDMI和SDI，但是我們論證過而且推薦客戶使用的是HDMI接口，原因首先是SDI在公路系統(tǒng)沒有大面積采用，其次CCVS重點針對模擬視頻傳輸測試(若是CCVS經(jīng)過壓縮編碼再解碼，大概率測試系統(tǒng)的話很難滿足指標要求，目前隨著技術發(fā)展，標清已經(jīng)越來越少)。當然，采用HDMI進行測試，也會有一些缺陷，我們在本方案第四部分做簡要說明。

3.3 標清視頻測試參數(shù)

一般而言，標清復合視頻都應用于傳統(tǒng)的模擬視頻傳輸系統(tǒng)，按照公路口的測試標準要求，典型的標清視頻測試參數(shù)如下表所示：

注：通過上述指標進行分析，結合行業(yè)常用的高性價比編解碼器指標，上述指標參數(shù)用于測試獨立的解碼器 (公路口有獨立的標準)和傳統(tǒng)的模擬視頻傳輸系統(tǒng)較為合適，如果基于帶有編碼和解碼的IP視頻傳輸系統(tǒng)而言，上述指標可能對被測系統(tǒng)有一定挑戰(zhàn)。

3.4 高清視頻測試參數(shù)

高清視頻的典型測試參數(shù)如下表：

注： 對上述指標進行分析，如下的幾類視頻系統(tǒng)比較適合采用上述指標參數(shù)集：傳統(tǒng)的模擬高清分量傳輸系統(tǒng) (YPbPr，RGB)，HDMI視頻光發(fā)光收傳輸系統(tǒng)和基于IP網(wǎng)絡傳輸?shù)腍DMI高清視頻傳輸系統(tǒng)(帶編碼器或是不帶編碼器的IP傳輸系統(tǒng)均適合，一般為YCbCr)。

4、簡易結果矯正方法及測試方案缺陷討論

4.1 傳統(tǒng)模擬視頻傳輸測試結果矯正

考慮到所有的模擬視頻信號源和模擬視頻分析儀都有系統(tǒng)誤差，為了快速進行測試，可以采用最簡易的線性校準方法來對測試結果進行矯正。在進行正式測試之前，將信號源和分析儀直連，測試結果與標準值進行比較得出系統(tǒng)誤差值，然后進行被測系統(tǒng)測試，測試結果減去系統(tǒng)誤差即為實際測試結果。

拿CCVS的白電平700mV測試舉例，假設VSG直連VTE，測試結果是：Y0

那么系統(tǒng)誤差是：Y0-700

如果將VSG接入到網(wǎng)絡，VTE接入到終端，測試結果是Y1

那么如果不矯正，誤差值是Y1-700

采用線性矯正方法，則實際誤差值應該是：(Y1-700)-(Y0-700)=Y1-Y0

4.2 基于HDMI測試IP視頻傳輸系統(tǒng)的缺陷及分析

無論被測系統(tǒng)帶不帶編解碼器，只要傳輸網(wǎng)絡是基于IP的， 則意味著傳輸?shù)男盘柎蟾怕适菈嚎s后的，由于VTE只能接入解碼系統(tǒng)輸出的HDMI信號，而公路口要求的HDMI視頻分析實質上是對HDMI信號進行D/A變換后的模擬信號進行分析，考慮到模擬信號進行分析的原理，指標只是從特定的

行信號的特定測試點進行采樣測試，從而導致這種測試原理并不能完整反應HDMI信號的傳輸特性，極端情況會導致IP鏈路本身不是很理想的情況下，指標仍然還不錯。

解決辦法是改變基于D/A變換后的模擬視頻測試方法，改為直接基于HDMI進行視頻比對測試，VTE提供此類測試方案，可以通過PSNR/SSIM和MOS分值來對圖像惡化做直接評估。(注：目前此方法未寫入公路口檢測標準)

核心設備資料(可聯(lián)系R&S銷售索取以下詳細資料)

J視頻信號發(fā)生器VSG

JHDMI信號源VTS/視頻分析儀VTE(注：VTS是VTx的簡易配置)

JOutGateWay網(wǎng)關單元(HDMI→IP)

JInGateWay網(wǎng)關單元(IP→HDMI)