一、引言
閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)是公路交通口中不可或缺的重要組成部分,承擔(dān)著將路面交通情況實(shí)時(shí)上傳到道路監(jiān)控指揮中心的作用,從而及時(shí)了解各區(qū)域的狀況,以保障在事故出現(xiàn)時(shí)進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)。而相應(yīng)的視頻監(jiān)控鏈路作為傳輸視頻信號的載體,影響著視頻質(zhì)量、信號傳輸速度和傳輸穩(wěn)定性等多種方面。因此,對于鏈路的傳輸質(zhì)量的測試評判和定期檢查尤為重要。
傳統(tǒng)模擬視頻信號,如CCVS(模擬標(biāo)清復(fù)合視頻信號)和YPbPr(模擬高清分量視頻信號),相應(yīng)模擬視頻傳輸系統(tǒng)的測試,一般是直接通過模擬視頻接口進(jìn)行測試。隨著信號的數(shù)字化,基于HDMI接口的視頻傳輸系統(tǒng)也逐漸應(yīng)用于模擬信號的傳輸之中(需要先進(jìn)行數(shù)字化過程)。同時(shí),為了維持較好的視頻質(zhì)量,有的系統(tǒng)也會(huì)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(diào)制傳輸。所以,基于HDMI接口的視頻信號測試也是很有必要的。另外,隨著技術(shù)的發(fā)展,IP網(wǎng)絡(luò)漸漸成為主流。相應(yīng)地,閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)也不斷向IP化視頻傳輸轉(zhuǎn)換,有的攝像頭也可直接輸出IP視頻數(shù)據(jù)。
視頻的數(shù)字化和基于IP網(wǎng)絡(luò)的傳輸是相輔相成且共同發(fā)展的兩個(gè)技術(shù)趨勢,同時(shí)視頻的分辨率也在不斷增大,目前公路口的主流應(yīng)用已經(jīng)是高清視頻信號了。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(luò)必須具備較好的性能,同時(shí)因?yàn)楦骷壗粨Q處理,更會(huì)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(luò)的測試方案勢在必行。
二、傳輸系統(tǒng)介紹
2.1 傳統(tǒng)模擬視頻傳輸系統(tǒng)
為了維持較好的傳輸質(zhì)量,傳統(tǒng)模擬視頻傳輸系統(tǒng)往往會(huì)采取光發(fā)光收的方式,將模擬信號(甚至是數(shù)字化后的HDMI信號)通過光發(fā)射機(jī)進(jìn)行光調(diào)制傳輸,然后再利用光接收機(jī)進(jìn)行光解調(diào)后輸入下一級系統(tǒng)。該傳輸系統(tǒng)可支持標(biāo)清模擬復(fù)合視頻信號(CCVS)、高清模擬分量視頻信號(YPbPr)以及數(shù)字化的HDMI視頻信號的傳輸。
2.2 基于IP網(wǎng)絡(luò)的視頻傳輸系統(tǒng)
從目前行業(yè)主流應(yīng)用來看,基于IP網(wǎng)絡(luò)的視頻傳輸系統(tǒng)分為帶編解碼器和不帶編碼器兩種,帶編碼器的系統(tǒng)是為了兼容傳統(tǒng)的攝像機(jī),不帶編碼器的系統(tǒng)是采用的IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī),可直接輸出IP視頻信號。
基于IP網(wǎng)絡(luò)的視頻傳輸測試是一個(gè)難點(diǎn),不僅要考慮實(shí)際系統(tǒng)傳輸?shù)奶攸c(diǎn),還要考慮儀器行業(yè)能提供的測試條件。
2.2.1 帶編碼器的IP傳輸系統(tǒng)
帶編解碼器的視頻傳輸系統(tǒng)的核心網(wǎng)絡(luò)是IP網(wǎng)絡(luò),通過編碼器和解碼器實(shí)現(xiàn)視頻信號的IP化,從而使視頻信號在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸。需要支持標(biāo)清格式。視頻編碼器對輸入的非壓縮或淺壓縮視頻數(shù)據(jù)進(jìn)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IP傳輸網(wǎng)絡(luò)。一般的標(biāo)清視頻編碼器主要的輸入是標(biāo)清模擬復(fù)合視頻 (CCVS) 或是SDI接口,也有部分商用產(chǎn)品支持HDMI接口。同樣,解碼器也需要支持對應(yīng)的標(biāo)清格式,從而實(shí)現(xiàn)對壓縮TS流的解碼。標(biāo)清解碼器的輸入主要是ASI或IP接口,輸出主要是CCVS接口,也可選用SDI和HDMI接口。
如果是高清視頻攝像頭,那么編碼器就需要支持高清格式。高清視頻編碼器相對于標(biāo)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,輸入接口則主要是SDI或HDMI接口,輸出接口仍然是ASI或IP接口,承載的仍然是TS流。解碼器也須對應(yīng)地支持相應(yīng)高清格式,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。
2.2.2 網(wǎng)絡(luò)攝像頭IP傳輸系統(tǒng)
隨著流媒體技術(shù)的發(fā)展,視頻監(jiān)控行業(yè)不斷引入新的技術(shù),比如基于UDP/http或是RTSP的流媒體視頻傳輸方式。與此同時(shí),攝像頭也逐漸演變?yōu)榱司W(wǎng)絡(luò)攝像頭,可直接以IP格式輸出信號。在監(jiān)控中心,解碼器直接接收流媒體格式的IP視頻,解碼后通過HDMI接口或是其它接口輸出給監(jiān)視器。
三、測試方案
針對JTG2182-2020標(biāo)準(zhǔn),我司北京度緯科技有限公司推出了一套完全符合該標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于閉路電視測試內(nèi)容的自動(dòng)化測試系統(tǒng)方案。支持所有符合標(biāo)準(zhǔn)要求的測試圖像信號發(fā)生功能以及各種視頻傳輸質(zhì)量測試功能。
3.1閉路電視監(jiān)控測試系統(tǒng)Vision Eye
說明:閉路電視監(jiān)控測試系統(tǒng)Vision Eye主要包括:模擬數(shù)字視頻信號發(fā)生器VSG、IP視頻信號發(fā)生器、模擬數(shù)字視頻信號分析儀VTS。針對公路交通行業(yè),系統(tǒng)支持“綜合測試圖”信號發(fā)生功能,整合JTG2182-2020標(biāo)準(zhǔn)要求的所有測試圖像信號。系統(tǒng)測試過程中不需要切換測試信號,并且支持一鍵測試,可將所有測試指標(biāo)同時(shí)測試及顯示結(jié)果。測試系統(tǒng)搭建完成后,整體測試時(shí)間一般不超過10s。
系統(tǒng)支持包括但不限于下列測試項(xiàng):
- 輸出量化誤差
- 信號通道間時(shí)延差
- 幅頻特性
- 非線性失真
- 信噪比
- 微分增益
- 微分相位
- 色度亮度增益不等
- 色度亮度時(shí)延差
- 回波
- 線性響應(yīng)(K系數(shù))
3.2 傳統(tǒng)模擬視頻傳輸系統(tǒng)測試方案
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5所示。測試設(shè)備主要是采用視頻信號發(fā)生器VSG和視頻分析儀,利用視頻信號發(fā)生CCVS或YPbPr信號,經(jīng)過傳輸系統(tǒng)后,利用視頻分析儀進(jìn)行測試。
對于數(shù)字化的HDMI視頻信號傳輸,如果傳輸環(huán)節(jié)還是采用光發(fā)光收的架構(gòu),測試原理與傳統(tǒng)模擬視頻測試無異,只是視頻信號發(fā)生器和分析儀需要支持HDMI接口,同時(shí)視頻分析儀內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)D/A變換。
3.3 IP網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)測試方案
針對IP網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸系統(tǒng)的測試,典型的測試系統(tǒng)如圖6所示。信號發(fā)生設(shè)備主要是采用視頻信號發(fā)生器VSG和IP視頻信發(fā)生器IPSG,信號分析設(shè)備主要采用視頻分析儀VTS。
利用標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號發(fā)生器VSG產(chǎn)生CCVS、YPbPr或HDMI信號,同時(shí)采用廠家提供的編碼器來實(shí)現(xiàn)IP化匹配,然后再通過IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。相應(yīng)的,接收端也需要廠家提供的相應(yīng)解碼器來將IP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為視頻分析儀VTS所能接收的形式,然后再提供給視頻分析儀VTS進(jìn)行測試。
若信號發(fā)生裝置采用IP視頻信發(fā)生器IPSG,可直接產(chǎn)生IP視頻信號,無需通過廠家提供的編碼器來實(shí)現(xiàn)IP化匹配。信號經(jīng)過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸以后,可通過硬盤錄像機(jī)轉(zhuǎn)換成可分析的信號格式,再傳輸給視頻信號分析儀VTS進(jìn)行分析。也可保存在錄像機(jī)本地硬盤,以供后續(xù)進(jìn)行分析。
鑒于不同的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)是由不同的廠家承建,因此,在進(jìn)行測試過程中,需要聯(lián)系不同廠家,根據(jù)相應(yīng)的編碼器進(jìn)行匹配測試,這期間可能會(huì)產(chǎn)生各種各樣的問題,甚至需要廠家提供技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場支持,較為繁瑣。采用IP視頻信發(fā)生器IPSG進(jìn)行信號發(fā)生則可以避免這樣的問題。同時(shí),IPSG所輸出的視頻信號還支持GB/T28181-2016協(xié)議,無須擔(dān)心傳輸過程中與監(jiān)控機(jī)房的匹配問題。
四、核心測試設(shè)備介紹
4.1模擬數(shù)字視頻信號發(fā)生器 VSG
- 支持模擬復(fù)合視頻(CCVS)/模擬HD分量(YPbPr)及HDMI輸出;
- 模塊化設(shè)計(jì),可以根據(jù)需要配置或者升級;
- 多種標(biāo)準(zhǔn)測試圖形,并針對公路口測試提供SD/HD綜合測試圖卡;
- 直接設(shè)置按鈕切換圖像和制式,操作便捷;
- SD信號支持720X576/50Hz,寬高比4:3;
- SD綜合測試圖包括CCIRL 7/18 /330/331、75%彩條、SINX/X、50%平場、紅場、15KHZ方波及靜默行信號等;
- HD分辨率支持1080i/1080P,幀率支持50Hz/60Hz;
- HD提供綜合測試圖、 多波群、100%彩條、極限八灰度、白窗、黑窗、黑白窗、 棋盤格、白場、黑場、跳幀及在1080i和1080p格式下有效的拖尾測試圖。
4.2 IP視頻信號發(fā)生器 IPSG
- IP視頻信號發(fā)生器支持千兆網(wǎng)口,并可通過千兆網(wǎng)口直接輸出標(biāo)準(zhǔn)視頻信號,并且支持未來拓展光口輸出功能;
- IP視頻輸出支持GB/T28181-2016協(xié)議(媒體發(fā)送端)、RTSP協(xié)議(Server端)、RTSP協(xié)議(客戶端Announce推流);
- 支持配置GB/T28181-2016標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)參數(shù),包括SIP服務(wù)器ID、域、地址、端口、密碼、心跳間隔和并發(fā)數(shù)量等;
- 支持配置RTSP服務(wù)端參數(shù),包括起始端口、流起始名稱和并發(fā)數(shù)量等;
- 支持配置RTSP推流端參數(shù),包括RTSP推流地址和并發(fā)數(shù)量等;
- 設(shè)備支持新增、保存、加載和刪除測試方案功能??杀4嬉曨l輸出配置,加載測試方案后可直接導(dǎo)入所保存的相關(guān)配置進(jìn)行測試;
- 視頻源可選擇mp4后綴H.264視頻編碼方式的視頻文件;
- 視頻源可選擇靜態(tài)圖片,以H.264進(jìn)行編碼輸出流,分辨率和碼率等參數(shù)可以控制;
- 支持模擬多路(不少于128路)并發(fā)信號源,綁定不同端口,用于仿真模擬多臺(tái)攝像終端;
- IP視頻信號發(fā)生模塊設(shè)備采用觸摸屏設(shè)計(jì)。
4.3模擬數(shù)字視頻信號分析儀 VTC
- 一體化設(shè)計(jì),專為交通閉路電視傳輸通道測試而生;
- 支持對復(fù)合視頻信號(CCVS)和HDMI視頻信號進(jìn)行指標(biāo)測試;
- 支持HDMI接口輸入的分量視頻測試,可查看HDMI接口視頻信息;
- HDMI輸入時(shí)的分量視頻分析支持R/G/B和Y/Cb/Cr;
- 支持直接切換不同的輸入模式;支持信號波形圖顯示功能,具有測試信號和測試位置設(shè)置及顯示功能;
- 支持導(dǎo)入測試設(shè)置模板,一鍵執(zhí)行測試,直接讀取JTG 2182標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)項(xiàng)目所有測試結(jié)果,支持測試結(jié)果截圖輸出;
- 復(fù)合視頻測試支持:視頻輸出幅度,亮度波形失真,亮色時(shí)延差,DG/DP,亮度非線性失真,視頻頻響和同步特性指標(biāo);
- 分量視頻測試功能支持:Y信號輸入幅度、Cr信號輸入幅度、Cb信號輸入幅度、非線性失真、亮度通道線性響應(yīng)、信號時(shí)延差和SNR等功能。
4.4典型測試信號