Что такое ber в цифровой приставке
Системы, для которых коэффициент битовых ошибок, BER применима включают ссылки радио данных, а также информационных систем волоконно-оптические, Ethernet, или любую систему, которая передает данные по сети той или иной форме, где шум, помехи, и дрожание фазы может вызвать ухудшение цифрового сигнал. Хотя есть некоторые различия в том, как эти системы работают и каким образом влияет скорость передачи в битах ошибки, основы скорости битовых ошибок сама по-прежнему то же самое.
Когда данные передаются по каналу передачи данных, существует вероятность ошибок, вводимых в систему. Если ошибки вводятся в данных, то целостность системы может быть поставлена под угрозу. В результате, необходимо оценить производительность системы, и коэффициент ошибок в битах, BER, обеспечивает идеальный способ, в котором это может быть достигнуто.
В отличие от многих других форм оценки, частота ошибок по битам, КОБ оценивает полный впритык производительность системы, включающей передатчик, приемник и среды между ними. Таким образом, частота появления ошибочных битов, КОБ позволяет реальная производительность системы в эксплуатацию, подлежащих испытанию, а не проверки составных частей и в надежде, что они будут работать удовлетворительно, когда на месте.
Бит ошибки скорости определения BER и основы
Как следует из названия, частота ошибочных битов определяется как скорость, при которой возникают ошибки в системе передачи. Это может быть непосредственно переведены в число ошибок, возникающих в строке заявленным количеством битов. Определение частоты появления ошибочных битов может быть переведена в простую формулу:
Основными причинами деградации канала передачи данных и соответствующей частоты ошибок передачи в битах, BER шум и изменения в пути распространения (где используются сигнальные пути радио). Оба эффекта имеют случайный элемент к ним, шум следующий гауссовой функции вероятности в то время как модель распространения следует модели Рэлея. Это означает, что анализ характеристик канала, как правило, проводится с использованием методов статистического анализа.
Для волоконно-оптических систем, битовых ошибок в основном являются результатом несовершенства используемых компонентов, чтобы сделать ссылку. Они включают в себя оптический драйвер, приемник, разъемы и самого волокна. Ошибки в битах также могут быть введены в результате оптической дисперсии и затухания, которые могут присутствовать. Также шум может быть введен в самом оптическом приемнике. Как правило, они могут быть фотодиоды и усилители, которые должны реагировать на очень маленьких изменений, и в результате может быть высокий уровень шума, который присутствует.
Другим фактором, способствующим для битовых ошибок является любой Дрожание фазы, которые могут присутствовать в системе, так как это может изменить выборку данных Теа.
BER и Eb / No
Отношение сигнал-шум и Eb / No цифры не являются параметрами, которые в большей степени связаны с радиолиний и систем радиосвязи. С точки зрения этого, частота появления ошибочных битов, BER, также может быть определена в терминах вероятности ошибки или POE. Определения этого используются три других переменных. Они являются функция ошибки, ERF, энергия в один бит, ЭБ, и спектральная плотность мощности шума (что мощность шума в полосе частот Гц 1), №
Следует отметить, что каждый тип модуляции имеет свое собственное значение функции ошибки. Это происходит потому, что каждый тип модуляции выполняет по-разному в присутствии шума. В частности, схемы более высокого порядка модуляции (к примеру 64QAM и т.д.), которые способны переносить более высокие скорости передачи данных, не столь надежными в присутствии шума. Меньшие форматы модуляции порядка (например, BPSK, QPSK и т.д.) предлагают более низкие скорости передачи данных, но являются более надежными.
Энергии на бит, ЭБ, может быть определена путем деления мощности несущей на скорости передачи данных и является мерой энергии с размерами джоулей. Нет это мощность на герц, и поэтому это имеет размерность мощности (джоулей в секунду), разделенное на секунды). Не Глядя на размеры отношение Eb / No все размеры компенсируют дать безразмерное отношение. Важно отметить, что РОЕ пропорционально Eb / No и является формой сигнала к шуму.
Факторы, влияющие на частоту появления ошибочных битов BER,
Это можно видеть из использования Eb / No, что частоты появления ошибочных битов, КОБ может зависеть от ряда факторов. Изменяя переменные, которыми можно управлять, можно оптимизировать систему, чтобы обеспечить уровень производительности, которые необходимы. Это, как правило, проводится в стадии проектирования системы передачи данных таким образом, что рабочие параметры могут быть скорректированы на начальных этапах проектирования концепции.
• Помехи: Уровни помех, присутствующих в системе, как правило, установлены под воздействием внешних факторов и не может быть изменен с помощью конструкции системы. Тем не менее, можно установить ширину полосы пропускания системы. За счет снижения пропускной способности уровень помех может быть уменьшено. Однако уменьшение полосы пропускания ограничивает пропускную способность данных, что может быть достигнуто.
• Увеличьте мощность передатчика: Кроме того, можно повысить уровень мощности системы таким образом, чтобы мощность на бит увеличивается. Это должно быть сбалансировано против факторов, включая уровни помех другим пользователям и влияние увеличения выходной мощности от размера усилителя мощности и общее энергопотребление и время автономной работы и т.д.
• Модуляция низшего порядка: схемы модуляции Низшие порядка могут быть использованы, но это за счет скорости передачи данных.
• Уменьшите пропускную способность: Другой подход, который может быть принят, чтобы уменьшить частоту появления ошибочных битов, чтобы уменьшить ширину полосы частот. Более низкие уровни шума будут получены, и, следовательно, соотношение сигнал-шум улучшится. Опять же это приводит к уменьшению пропускной способности данных достижимым.
Необходимо сбалансировать все имеющиеся факторы для достижения удовлетворительной скорости появления ошибочных битов. Обычно это не представляется возможным достичь всех требований и некоторые компромиссы необходимы. Тем не менее, даже с битовой частотой ошибок ниже того, что в идеале требуется, дополнительные компромиссы могут быть сделаны с точки зрения уровней коррекции ошибок, которые вводятся в передаваемые данные. Хотя более избыточные данные должны быть отправлены с более высокими уровнями коррекции ошибок, это может помочь замаскировать последствия любых битовых ошибок, которые возникают, тем самым улучшая общую частоту появления ошибок в битах.
Частота появления ошибочных битов BER является параметром, который дает прекрасную индикацию производительности линии передачи данных, таких как радио или волоконно-оптической системы. В качестве одного из основных параметров, представляющих интерес в любой линии передачи данных является количество ошибок, которые возникают, то коэффициент ошибок в битах является ключевым параметром. Знание BER также позволяет использовать другие особенности ссылки, такие как мощность и пропускную способность, и т.д., чтобы быть адаптированы для того, чтобы требуемые эксплуатационные характеристики, которые будут получены.
Способ оценки качества канала передачи данных в системе iptv по коэффициенту ber в режиме тв вещания и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2595945:
Изобретение относится к компьютерным системам и сетям IPTV, предназначенным для цифрового телевизионного (ТВ) вещания. В отличие от других цифровых систем ТВ вещания (эфирных, кабельных, спутниковых), наличие в IPTV интерактивных видео услуг и широкого набора дополнительных сервисов (видео по запросу, персональный видеомагнитофон и др.) делают его крайне привлекательным для абонентов.
Для предоставления решений, конкурентоспособных с другими областями цифрового ТВ, необходимо постоянно совершенствовать технологию построения систем и сетей IPTV и процессы, происходящие в них.
Большинство современных сетей IPTV ограничивается при построении только кодированием-декодированием источника информации. Отсутствие канального кодирования приводит иногда к значительным ошибкам на приеме из-за отсутствия возможности их исправления.
Кроме того, оценка качества работы компьютерной сети IPTV с помощью тестов по коэффициенту BER происходит при отключении ТВ вещания, т.е. при отсутствии постоянного мониторинга качества работы сети на реальном телевизионном сигнале. Учитывая пороговые свойства цифрового телевидения, провайдер не имеет возможности своевременного устранения причин, которые приводят к ухудшению качества приема данных.
В надпороговой области вещания качество изображения при приеме может оставаться без ухудшения, несмотря на возрастающий уровень битовых ошибок. При уменьшении некоторого запаса устойчивости по ошибкам при приеме необходимо оперативное устранение причин, вызывающих увеличение коэффициента BER, не допуская технических остановок и даже кратковременного ухудшения качества изображения в цифровом телевизионном вещании.
Эффективность цифровых систем и сетей передачи данных, в том числе сетей IPTV определяется скоростью передачи информации при заданном коэффициенте ошибок BER. При использовании в сетях IPTV канального кодирования появляется возможность исправления битовых ошибок и, следовательно, повышения пропускной способности канала передачи данных [1].
Известны способы оценки качества канала передачи данных по коэффициенту BER в режиме «In Servis» без отключения ТВ вещания в эфирных системах цифрового телевизионного вещания с использованием тестовой псевдослучайной последовательности, передаваемой в нулевых пакетах (см. [2] на стр. 62, раздел 9.16.1). Как известно [1], нулевые пакеты, изначально предназначенные для выравнивания скорости передачи информации, игнорируются при приеме ТВ вещания, что позволяет осуществлять оценку качества канала в режиме «In Servis».
Режим «In Servis» можно осуществить в системах IPTV с промышленными кодерами-стримерами [3], однако, способы достижения режима «In Servis» в эфирных системах ТВ вещания и в системах IPTV будут существенно отличаться.
Различные варианты способов диагностирования качества канала передачи данных имеются в классах изобретений H04N 19/107 (передача изображений), H04N 17/00 (диагностирование, испытание или измерение характеристик телевизионных систем или их элементов).
Наиболее близкий способ контроля качества компьютерных IPTV систем реализован в анализаторах BERcut-GE1/2, которые при тестировании используют стандартные псевдослучайные последовательности, стрессовые последовательности или задаваемые пользователем последовательности для имитации различных условий. Все последовательности включены в кадры для проверки Ethernet на уровне бит [4].
Недостатком известного способа оценки качества работы компьютерной сети IPTV с помощью тестов по коэффициенту BER является то, что измерения проводятся при отключении ТВ вещания, т.е. при отсутствии постоянного мониторинга качества работы сети на реальном телевизионном сигнале.
Целью предлагаемого изобретения является повышение качества и устойчивости работы систем IPTV с промышленными кодерами-стримерами благодаря использованию канальных кодеков и непрерывному мониторингу каналов передачи данных по коэффициенту BER без отключения ТВ вещания.
Использование в сетях IPTV канального кодирования повышает пропускную способность канала передачи данных. Оценка качества работы сети IPTV без отключения ТВ вещания позволяет автоматизировать процесс устранения причин, вызывающих увеличение коэффициента BER. Снижается вероятность технических остановок и кратковременных ухудшений качества изображения в цифровом телевизионном вещании.
На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, реализующая предложенный способ оценки качества физического канала передачи данных в системе IPTV с промышленным кодером-стримером по коэффициенту BER в режиме ТВ вещания.
На фиг. 1 введены следующие обозначения:
Сущность предлагаемого способа оценки качества канала передачи данных в системе IPTV с промышленным кодером-стримером по коэффициенту BER в режиме телевизионного вещания заключается в том, что информационный поток 1, содержащий нуль пакеты, в формате IP от кодера-стримера, входящего в состав передающей части системы IPTV, декапсулируется [5] в формат MPEG-2TS в блоке декапсуляции 2 и подается на вход блока формирования тестового сигнала 4, в котором записывается в нуль пакеты [2] исходная тестовая псевдослучайная последовательность 3; сформированный поток в формате MPEG-2TS с тестовой псевдослучайной последовательностью в нуль пакетах обрабатывается в канальном кодере 5; после инкапсуляции в формат IP в блоке инкапсуляции 6 передающей части системы IPTV информационный поток направляется в приемную часть системы IPTV по физическому каналу 7; в приемной части системы IPTV после декапсуляции в формат MPEG-2TS в блоке декапсуляции 8 информационный поток поступает на декодер канала 9 для исправления битовых ошибок, с выхода которого поток поступает на абонентскую телевизионную приставку 10; значения коэффициента битовых ошибок BER оцениваются в блоке вычисления коэффициента битовых ошибок BER 14 по значениям счетчика ошибок 13 при сравнении исходной тестовой последовательности 3 с тестовыми последовательностями в блоке формирования псевдослучайной последовательности на входе декодера канала 12 и в блоке формирования псевдослучайной последовательности на выходе декодера канала 11 без отключения телевизионного вещания.
При обработке канальных сигналов в цифровом телевидении применяют каскадное кодирование и декодирование. В качестве внешнего декодера применяют блоковый декодер ВСН (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem). Внутренним является декодер LDPC (Low Density Parity Check) с проверкой на четность. Эффективность кодеров, декодеров (кодеков) ВСН и LDPC значительно выше применяемых ранее кодеков Рида-Соломона и Витерби [1].
В устройствах с одним декодером имеется возможность оценивать значения BER до декодера и после декодера по значениям счетчика ошибок 13. С этой целью в блоках 11 и 12 из нулевых пакетов формируются псевдослучайные последовательности, позволяющие оценить количество битовых ошибок до декодера канала и после декодера, соответственно.
В счетчике ошибок 13 благодаря сравнению исходной псевдослучайной последовательности 3 с последовательностями, формируемыми в блоках 11, 12 за определенный промежуток времени, оценивается количество битовых ошибок до декодера канала и после декодера, затем вычисляется коэффициент ошибок BER в 14, т.е. отношение числа ошибочных бит на входе и выходе декодера к общему числу переданных бит.
Данный способ позволяет вычислять коэффициент ошибок в режиме визуального контроля телевизионного вещания с помощью абонентской телевизионной приставки 10, поскольку абонентская телевизионная приставка нуль пакеты игнорирует. Они предназначены изначально для выравнивания скорости потока и одновременно служат в данном способе для оценки BER без отключения телевизионного вещания.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет обеспечить повышение качества и устойчивости работы систем IPTV с промышленными кодерами-стримерами благодаря использованию канальных кодеков и непрерывному мониторингу каналов передачи данных по коэффициенту BER без отключения телевизионного вещания, т.е. позволяет решить поставленную задачу.
Предлагается также устройство, реализующее способ оценки качества канала передачи данных в системе IPTV с промышленным кодером-стримером по коэффициенту BER в режиме телевизионного вещания; новизна предлагаемого устройства заключается в том, что в передающей части системы IPTV в устройство дополнительно вводят формирователь тестового сигнала 4, на первый вход которого подают информационный поток 1, содержащий нуль пакеты, в формате IP от кодера-стримера, преобразованный в блоке декапсуляции 2 из формата IP в формат MPEG-2TS; на второй вход формирователя тестового сигнала 4 подают исходную тестовую псевдослучайную последовательность 3; сформированный информационный поток с тестовой псевдослучайной последовательностью 3 в нуль пакетах с выхода формирователя тестового сигнала 4 подают на вход кодера канала 5, выход которого подключен ко входу блока инкапсуляции 6; инкапсулированный информационный поток в формате IP с выхода блока инкапсуляции 6 подают в физический канал передачи данных 7; в приемной части системы IPTV информационный поток подают на вход блока декапсуляции 8, с выхода которого информационный поток в формате MPEG-ITS подают на вход декодера канала 9, выход которого подключен ко входу абонентской телевизионной приставки 10; нуль пакеты с тестовыми последовательностями со входа декодера канала 9 подают на блок формирования псевдослучайной последовательности на входе декодера 12, пакеты с тестовыми последовательностями с выхода декодера канала 9 подают на блок формирования псевдослучайной последовательности на выходе декодера 11; на первый вход счетчика ошибок 13 подают исходную тестовую псевдослучайную последовательность 3, второй и третий входы счетчика ошибок 13 соединены с выходами блоков формирования псевдослучайной последовательности 12, 11 на входе и выходе декодера канала, соответственно; выход счетчика ошибок 13 соединен с входом блока вычисления коэффициента битовых ошибок BER 14.
Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.
На вход устройства подается поток в формате IP, содержащий нуль пакеты, от кодера-стримера, который предназначен для подключения телевизионного студийного оборудования, обеспечения приема спутниковых телевизионных каналов, кодирования в формате MPEG-4, формирования MPEG-2TS потока, который затем помещается в кадры IP и выдается на Ethernet интерфейс оконечных устройств.
Поскольку модернизация промышленно выпускаемого кодера-стримера требует значительных финансовых и временных затрат, цифровая обработка нуль пакетов осуществляется вне кодера-стримера. С этой целью осуществляется декапсуляция входного потока, сформированного в кодере-стримере. Полученный в результате декапсуляции поток MPEG-2TS содержит нуль пакеты, в которые записывают тестовую квазислучайную последовательность двоичного сигнала, необходимую для оценки качества канала передачи данных. Нуль пакеты помимо выравнивания скорости потока служат в данном устройстве для оценки коэффициента битовых ошибок BER без отключения телевизионного вещания, поскольку абонентская телевизионная приставка их игнорирует.
Промышленно выпускаемые кодеры-стримеры используют прямую UDP инкапсуляцию (direct UDP encapsulation).
Прямая UDP инкапсуляция TS-пакетов поясняется на фиг. 2.
Данный вид инкапсуляции используется в IP-сетях, к которым предъявляются жесткие требования по количеству потерянных пакетов, к величине джиттера и маршрутизации. Контроль очередности прихода пакетов осуществляется по счетчику непрерывности TS-пакетов.
При передаче IP пакетов по сети следует избегать фрагментации их на любом участке от сервера вещания до клиента. Максимальный размер полезного блока данных MTU (Maximum Transmission Unit), который может быть передан по протоколу IP, составляет 1500 байт.
В качестве полезной нагрузки UDP переносит целое число TS-пакетов. Один IP-пакет сможет вместить до 7 TS пакетов. Максимальный размер IP-пакета в данном случае составит:
20(IPHeader)+8(UDP Header)+7*188 (TS Packet)=1344 байт
Рассмотренный принцип работы блок-схемы устройства (фиг. 1), реализующего предложенный способ оценки качества канала передачи данных в системах IPTV с промышленными кодерами-стримерами по коэффициенту BER в режиме ТВ вещания, изложенный выше, вид инкапсуляции (фиг. 2) и принцип записи тестовой псевдослучайной последовательности в нулевые пакеты позволяют сделать следующие выводы:
— предложенный способ оценки качества канала передачи данных в системах IPTV по коэффициенту BER с промышленными кодерами-стримерами в режиме ТВ вещания является новым, явно не следует из уровня техники, имеет изобретательский шаг, т.к. добавлены новые стадии: декапсуляция потока в формате IP, вставка в нуль пакеты исходной тестовой псевдослучайной последовательности, оценка коэффициента битовых ошибок в режиме ТВ вещания;
— предложенное устройство является также новым и имеет изобретательский шаг, т.к. использованы новые элементы и их связи: блок декапсуляции 2, исходная тестовая псевдослучайная последовательность 3, блок формирования тестового сигнала 4, кодер канала 5, блок инкапсуляции 6, физический канал передачи данных 7, блок декапсуляции 8, декодер канала 9, абонентская телевизионная приставка 10, блок формирования псевдослучайной последовательности на входе декодера канала 12, блок формирования псевдослучайной последовательности на выходе декодера канала 11, счетчик битовых ошибок 13, блок вычисления коэффициента битовых ошибок 14;
— предложенные способ и устройство промышленно применимы и осуществимы, позволят повысить качество и устойчивость работы систем IPTV с промышленными кодерами-стримерами благодаря использованию канальных кодеков и непрерывному мониторингу каналов передачи данных по коэффициенту BER без отключения телевизионного вещания.
3. Кодер-стример ITMS 0403_ 0803 // URL: http://keenvision.ru/hardware_and_software/streamers/itms-0403_0803/ (дата обращения: 24.03.2015).
4. Анализатор сетей Ethtrnet конвергентных решений BERcut-GE1/GE2 // URL: http://metrotek.ru/lib/pdf/BERcut/BERcut_GE/BERcut-GE.pdf (дата обращения: 24.03.2015).
1. Способ оценки качества канала передачи данных в системе IPTV с промышленным кодером-стримером по коэффициенту BER в режиме телевизионного вещания, отличающийся тем, что информационный поток, содержащий нуль пакеты, в формате IP от кодера-стримера, входящего в состав передающей части системы IPTV, декапсулируется в формат MPEG-2TS в блоке декапсуляции и подается на вход блока формирования тестового сигнала, в котором записывается тестовая псевдослучайная последовательность в нуль пакеты; сформированный поток в формате MPEG-2TS с тестовой псевдослучайной последовательностью в нуль пакетах обрабатывается в канальном кодере; после инкапсуляции в формат IP в блоке инкапсуляции передающей части системы IPTV информационный поток направляется в приемную часть системы IPTV по физическому каналу; в приемной части системы IPTV после декапсуляции в формат MPEG-2TS в блоке декапсуляции информационный поток поступает на декодер канала для исправления битовых ошибок, с выхода которого поток поступает на абонентскую телевизионную приставку; значения коэффициента битовых ошибок BER оцениваются в блоке вычисления коэффициента битовых ошибок BER по значениям счетчика ошибок при сравнении исходной тестовой последовательности с тестовыми последовательностями в блоке формирования псевдослучайной последовательности на входе декодера канала и в блоке формирования псевдослучайной последовательности на выходе декодера канала без отключения ТВ вещания.
2. Устройство, реализующее способ оценки качества канала передачи данных в системе IPTV с промышленным кодером-стримером по коэффициенту BER в режиме телевизионного вещания, отличающееся тем, что в передающей части системы IPTV в устройство дополнительно вводят формирователь тестового сигнала, на первый вход которого подают информационный поток, содержащий нуль пакеты, в формате IP от кодера-стримера, преобразованный в блоке декапсуляции из формата IP в формат MPEG-2TS; на второй вход формирователя тестового сигнала подают исходную тестовую псевдослучайную последовательность; сформированный информационный поток с тестовой псевдослучайной последовательностью в нуль пакетах с выхода формирователя тестового сигнала подают на вход кодера канала, выход которого подключен ко входу блока инкапсуляции; инкапсулированный информационный поток в формате IP с выхода блока инкапсуляции подают в физический канал передачи данных; в приемной части системы IPTV информационный поток подают на вход блока декапсулятора, с выхода которого информационный поток в формате MPEG-2TS подают на вход декодера канала, выход которого подключен ко входу абонентской телевизионной приставки; нуль пакеты с тестовыми последовательностями со входа декодера канала подают на блок формирования псевдослучайной последовательности на входе декодера, пакеты с тестовыми последовательностями с выхода декодера канала подают на блок формирования псевдослучайной последовательности на выходе декодера; на первый вход счетчика ошибок подают исходную тестовую псевдослучайную последовательность, второй и третий входы счетчика ошибок соединены с выходами блоков формирования псевдослучайной последовательности на входе и выходе декодера канала, соответственно; выход счетчика ошибок соединен со входом блока вычисления коэффициента битовых ошибок BER.