ГОСТ Р 54996-2012 Цифровое телевидение высокой четкости. Цифровые интерфейсы для сигналов цифрового потока со сжатием. Основные параметры

ГОСТ Р 54996-2012

Группа Э30

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЦИФРОВОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ ВЫСОКОЙ ЧЕТКОСТИ. ЦИФРОВЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ ДЛЯ СИГНАЛОВ ЦИФРОВОГО ПОТОКА СО СЖАТИЕМ

Основные параметры

Digital high-definition television. Digital interfaces for MPEG TS transport streams. Basic parameters

ОКС 33.170

Дата введения 2013-04-01

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004* "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"

________________

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ Р 1.0-2012. - .

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Научно-исследовательский институт телевидения" (ФГУП "НИИТ")

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 19 сентября 2012 г. N 360-ст

4 Настоящий стандарт разработан с учетом основных нормативных положений Рекомендаций Международного союза электросвязи (МСЭ-Р):ITU-R ВТ.1120-7 (2007), BT.1364, BT.1367, ANSI/SMPTE 274М, ANSI/SMPTE 292М, ANSI/SMPTE 295M и европейского регионального стандарта EN 50083-9*

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - .

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомления и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Введение

Настоящий стандарт определяет цифровые интерфейсы, основные параметры и основные требования к интерфейсам для телевизионных сигналов со сжатием цифрового потока телевидения высокой четкости.

В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения международных стандартов и документов [1]-[14] и национальных стандартов РФ по цифровому телевидению.

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на систему цифрового телевидения высокой и повышенной четкости и определяет основные параметры и технические характеристики синхронных и асинхронных цифровых интерфейсов для сигналов цифрового потока со сжатием телевидения высокой и повышенной четкости.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 52210-2004 Телевидение вещательное цифровое. Термины и определения

ГОСТ Р 52592-2006 Тракт передачи сигналов цифрового вещательного телевидения. Звенья тракта и измерительные сигналы. Общие требования

ГОСТ Р 53533-2009 Цифровое телевидение высокой четкости. Основные параметры цифровых систем телевидения высокой четкости. Общие требования

ГОСТ Р 53534-2009 Цифровое телевидение высокой четкости. Измерительные сигналы. Методы измерений. Общие требования

ГОСТ Р 53536-2009 Цифровое телевидение повышенной четкости. Основные параметры цифровой системы с построчным разложением. Аналоговые и цифровые представления сигналов. Параллельный цифровой интерфейс

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины, определения и сокращения

3.1 В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 52210-2004.

3.2 В настоящем стандарте приняты следующие сокращения:

АПИ - асинхронный последовательный интерфейс;

АПЧФ - автоматическая подстройка частоты и фазы;

БВН - без возврата к нулю;

ВК - волоконный канал;

ДД - детерминированный джиттер;

КАС - конец цифровой активной строки;

КБО - коэффициент битовых ошибок;

МЗБ - младший значащий бит;

НАС - начало цифровой активной строки;

ПАСИ - параллельный синхронный интерфейс;

ПСИ - последовательный синхронный интерфейс;

РС - Рида-Соломона код;

СД - случайный джиттер;

СЗБ - старший значащий бит;

СИВБ - сигнал идентификации вставленных байт;

ТВЧ - телевидение высокой четкости;

ТПЧ - телевидение повышенной четкости;

ТР - текущая разность;

ЦТВЧ - цифровая система телевидения высокой четкости;

ЦТС - цифровой телевизионный сигнал без сжатия цифрового потока;

ЦТПЧ - цифровая система телевидения повышенной четкости.

3.3 Системой телевидения высокой четкости (ТВЧ) называется телевизионная система, параметры которой выбраны исходя из расстояния наблюдения, равного трем высотам наблюдаемого изображения.

3.4 Цифровой системой телевидения высокой четкости (ЦТВЧ) называется телевизионная система высокой четкости, которая для передачи изображений использует цифровое представление телевизионного сигнала.

3.5 Системой телевидения повышенной четкости (ТПЧ) называется телевизионная система, параметры которой выбраны исходя из расстояния наблюдения, равного четырем высотам наблюдаемого изображения.

3.6 Цифровой системой телевидения повышенной четкости (ЦТПЧ) называется телевизионная система повышенной четкости, которая для передачи изображений использует цифровое представление телевизионного сигнала.

4 Интерфейсы для сигналов цифрового транспортного потока телевидения высокой четкости и повышенной четкости со сжатием

Интерфейсы для цифрового транспортного потока предназначены для передачи и (или) приема данных со сжатием цифрового потока, представленных в виде пакета со структурой, соответствующей MPEG-TS, определяемой EN/ISO/IEC 13818-1 [1], или со структурой пакета, определяемой стандартами DVB [2].

На рисунке 1 представлена структура пакета транспортного потока EN/ISO/IEC 13818-1. Она включает пакет в 188 байт, который состоит из одного синхробайта и 187 байт данных.

Рисунок 1 - Транспортный поток MPEG TS

Структура пакета по стандартам DVB дополнительно имеет 16 проверочных байт для защиты от помех с полным объемом 204 байта, рисунок 2.

Рисунок 2 - RS кодированный транспортный поток MPEG TS

Интерфейсы для сигналов цифрового транспортного потока телевидения высокой четкости и повышенной четкости со сжатием разделяются на:

- синхронные интерфейсы;

- асинхронные интерфейсы;

- сетевые интерфейсы.

Сетевые интерфейсы используются при передаче цифрового транспортного потока по телекоммуникационным сетям. Они определяются специальной Рекомендацией MСЭ-T G.703 для плезиохронных цифровых иерархических сетей [3].

5 Синхронные интерфейсы

5.1 Параллельный синхронный интерфейс

5.1.1 Структура сигналов параллельного синхронного интерфейса

Параллельный синхронный интерфейс (ПАСИ) предназначен для передачи данных с переменной скоростью на относительно небольшие расстояния - для внутриаппаратурного применения или для комплекса аппаратуры с передачей сигналов на расстояние не более 10 м. В состав ПАСИ входит шина передачи сигналов синхронизации данных.

Данные передаются транспортными пакетами MPEG TS с числом байт 188 или 204, рисунок 3.

Примечание - СИВБ - сигнал идентификации вставленных байт

Рисунок 3 - Система для параллельной передачи данных

Структура сигналов при передаче пакета 188 байт представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Формат передачи пакетов 188 байт

При передаче пакетов 204 байта, представленной на рисунке 5, имеются 16 байт с нулевыми битами. Для идентификации синхробайта передается импульс синхронизации. Пакет проверочных бит идентифицируется специальным импульсом, сигнализирующим о наличии пустых проверочных бит.

Рисунок 5 - Формат передачи пакетов 204 байта

Частота повторения сигналов синхронизации зависит от скорости передачи данных. Передача пакетов 204 байта, включающими в себя 16 проверочных байт с кодами Рида-Соломона (РС), представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Формат передачи пакетов с кодированием Рида-Соломона (204 байта)

Примечания

1 Данные (0…7) - слово данных транспортного пакета (8 бит от 0 до 7).

2 Бит 7 - старший значащий бит (СЗБ).

3 Сигнал идентификации вставленных байт (СИВБ) равен активной единице и отмечает правильность данных в интерфейсе (в режиме передачи 188 байт сигнал имеет высокий логический уровень, а в режиме передачи 204 байта - низкий логический уровень).

4 Флаг начала пакета имеет значение "1" и отмечает начало транспортного пакета передачей синхробайта.

Сигнал синхронизации представляет собой прямоугольные импульсы, в которых переход от нуля к единице соответствует середине интервала передачи данных (рисунок 7).

- длительность импульса синхронизации; - интервал времени передачи данных; - период тактовой частоты;

Рисунок 7 - Соотношения параметров синхронизации сигнала и данных

Частота передачи пакета данных 188 байт равна ,

где - частота передачи, соответствующая скорости передачи данных транспортного потока MPEG TS.

Частота передачи пакета 204 байта равна .

Период частоты синхронизации ,

где - тактовая частота.

Длительность импульса синхронизации .

5.1.2 Характеристики параллельного интерфейса

Параллельный синхронный интерфейс (ПАСИ) состоит из одиннадцати линейных драйверов и одиннадцати линейных приемников, рисунок 8. Каждый линейный драйвер источника имеет дифференциальный выход и соответствующий линейный приемник с дифференциальным входом. Линейный драйвер и приемник совместимы с параметрами интерфейса LVDS, т.е. они допускают использование LVDS с их драйверами и приемниками. Все временные интервалы дискретных сигналов измеряются между точками переходов на уровне 0,5 от размаха перехода.

Используется следующее логическое соглашение:

- точка "А" (рисунок 8) более положительна по отношению к точке "B" при передаче логической единицы и более отрицательна при передаче логического нуля.

Рисунок 8 - Соединение источника сигналов и приемника сигналов

Характеристики линейного драйвера источника сигналов принимаются следующими:

- выходной импеданс не превышает 100 Ом;

- уровень напряжения от 1,125 В до 1,375 В;

- размах сигнала от 247 мВ до 454 мВ;

- время нарастания и спада, измеренное между уровнями 0,2 и 0,8 при резистивной нагрузке 100 Ом, - менее T/7;

- различие между временем нарастания и спада не превышает Т/20.

Приемник линии передачи имеет следующие характеристики:

- входной импеданс от 90 до 132 Ом;

- максимальный входной сигнал (от пика до пика) 2,0 В;

- минимальный входной сигнал (от пика до пика) 100 мВ.

Линейный приемник правильно различает бинарные данные, если случайный сигнал удовлетворяет условиям, представленным на глазковой диаграмме рисунка 9, в точке съема данных.

Примечание - Ширина окна глазковой диаграммы, в пределах которого данные должны быть правильно детектированы, включает в себя фазовое дрожание сигнала тактовой частоты ±0,4, синхронизацию данных ±0,075 и скос за счет распространения в проводящих парах ±0,18. 0,3; 100 мВ.

Рисунок 9 - Идеализированная глазковая диаграмма, соответствующая минимальному уровню входного сигнала

Максимальный диапазон размаха сигналов, учитывающий интерференцию в диапазоне частот от 0 до 15 кГц, составляет ±0,5 В.

Данные будут правильно приняты, если задержка тактовых сигналов находится в диапазоне .

Механические характеристики физического соединителя следующие:

- интерфейс использует 25-контактный разъем согласно ISO 2110 [4] c обозначением контактов согласно таблице 1.

Таблица 1 - Обозначение контактов для 25-контактного разъема

Физические соединители скрепляются друг с другом винтовыми креплениями с винтами на кабельном соединителе и гайками, закрепленными на соединителе прибора. Крепления соответствуют документу UNC 4-40.

Кабельные соединители используют штырьковые контакты, а разъемы прибора применяют розеточные контакты.

Необходимо экранирование соединительного кабеля и его соединителей.

5.2 Последовательный синхронный интерфейс

Последовательный синхронный интерфейс (ПСИ) синхронизирован с цифровым транспортным потоком, который передается по соединительной линии.

Последовательный интерфейс для передачи данных со скоростью, равной скорости цифрового потока, основан на послойной структуре MPEG TS транспортных пакетов, таких как высший слой (слой L2) и два нижних слоя, предназначенных для физических параметров (слой L0) и параметров кодирования (слой L1).

Последовательный синхронный интерфейс (ПСИ) функционально эквивалентен параллельному интерфейсу, поскольку транспортные пакеты могут быть переданы либо последовательно, либо раздельно с 16 резервированными байтами или байтами кода Рида-Соломона. Поскольку передачи данных по линии и транспортных поток синхронизированы, в выравнивании битовой скорости нет необходимости. В последовательном цифровом интерфейсе сохранятся высокая стабильность тактовой частоты модулятора, даже если поток передается по последовательно соединенным линиям передачи.

На рисунках 10 и 11 представлены системы передачи с последовательным синхронным интерфейсом при использовании коаксиального кабеля и оптико-волоконного кабеля.

Рисунок 10 - Система передачи с последовательным синхронным интерфейсом при использовании коаксиального кабеля

Рисунок 11 - Система передачи с последовательным синхронным интерфейсом при использовании оптико-волоконного кабеля

В передающей части подлежащие передаче данные представлены синхронными байтами в виде транспортных пакетов MPEG TS. Транспортный поток преобразуется из параллельного потока в последовательный, который представляется инверсным кодом без возврата к нулю (БВН).

В случае применения коаксиального кабеля сигнал через буферный усилитель и согласующее устройство поступает на коаксиальный разъем.

В случае применения волоконно-оптического кабеля последовательный цифровой поток подается через буферный усилитель на оптический излучатель (LED или LAZER), который связан с оптико-волоконным кабелем через разъем.

В приемной части входной поток данных поступает от коаксиального кабеля через разъем и соединительные сети к цепям, которые регенерируют тактовую частоту и данные.

В случае волоконно-оптической передачи фотодетектор преобразует световые уровни в электрические уровни, которые затем подаются на цепи восстановления тактовой частоты и данных.

После разделения тактовой частоты и данных битовый поток поступает на декодер инверсного кода БВН. Для того чтобы восстановить исходные байты, в декодере выделяется из последовательного потока слово синхронизации, которое необходимо для преобразования последовательного потока в параллельный.

5.2.1 Структура последовательного синхронного интерфейса

Последовательный синхронный интерфейс (ПСИ) состоит из передающей и приемной частей. Однонаправленный оптический кабель или медный коаксиальный кабель, передающий данные от передающей части к приемной части, образует линию передачи. Линия передачи используется связываемыми портами, чтобы осуществить передачу данных от одних устройств к другим, таким как устройства сжатия видео- и аудиопотоков, мультиплексоры, модуляторы. Спецификация ПСИ описывает соединения типа "точка - точка".

5.2.2 Протокол последовательного синхронного интерфейса

Протокол последовательного синхронного интерфейса (ПСИ) имеет три структурных слоя: L0, L1 и L2.

Слой L0

Слой L0 определяет среду передачи, драйверы и приемники. При передаче используется инверсный код БВН. В этом слое определены параметры интерфейсов для коаксиального и оптико-волоконного кабелей. Линии соединения представляют собой соединение "точка - точка".

Слой L1

В слое L1 ПСИ производится кодирование/декодирование независимо от передающей среды. Кроме того, слой L1 распознает три различных формата передачи, представленных на рисунках 4…6, для того, чтобы осуществлять преобразование последовательного кода в параллельный.

Слой L1 осуществляет:

- идентификацию каждого из трех форматов передачи;

- преобразование 8 битовых байтов из параллельного кода в последовательный, при этом первым передается старший бит;

- инверсное кодирование последовательных сигналов в передатчике.

Обратные преобразования производятся в приемнике.

Различие между тремя передаваемыми форматами в последовательной линии заключается в следующем:

- формат передачи с 188 байтами в пакетах (рисунок 4) включает в себя синхробайт 47Н в каждом пакете передачи;

- формат передачи с 204 байтами в пакетах с 16 проверочными байтами (рисунок 5) включает в себя синхробайт 47Н в каждом пакете передачи;

- формат передачи с кодированными кодом Рида-Соломона с 204 байтами в пакете включает в себя инвертированный байт синхронизации (B8H), периодичность которого соответствует ETS 300421 [5].

Используется инверсный биполярный код БВН. На рисунке 12 отражены правила кодирования инверсного биполярного кода БВН, а рисунок 13 иллюстрирует, что требуемая полоса пропускания среды удваивается по сравнению с полосой пропускания, необходимой для кодирования без возврата к нулю.

Рисунок 12 - Кодирование инверсным биполярным кодом БВН

Рисунок 13 - Спектральные плотности инверсного биполярного кода БВН

Правила кодирования следующие:

- переход всегда осуществляется в начала байта независимо от его значения ("0" или "1");

- для логической "1" переход осуществляется в середине байта;

- для логического "0" отсутствует переход в середине байта.

Байтовая синхронизация в приемном оборудовании учитывает два возможных пакетных формата: 188-байтный пакетный формат и 204-байтный пакетный формат.

Байты пакета синхронизации (47H или B8H) используются как выравнивающие и служат для инициализации преобразования последовательного кода в параллельный (инициализирующий код). Временное положение байта синхронизации (188 байт или 204 байта) и код байта синхронизации (47H или B8H) используется для восстановления сигнала идентификации вставленных бит (CИBБ-DVALID) и сигнала флага начала пакета (PSYNC). Если принимаемый формат передачи представляет собой кодированный по РС пакетный формат (204 байта, как показано на рисунке 6), байт синхронизации должен быть инвертирован для того, чтобы восстановить байт синхронизации в формате пакета транспортного потока к исходному, полученному в слое L2.

В приемнике цепи восстановление тактовой частоты выделяют передаваемую тактовую частоту непосредственно из кодированного потока данных. Тактовая частота соответствует скорости передачи данных пользователя.

Коэффициент битовых ошибок (КБО) должен быть меньше 10 при измерении данных на переходе от слоя L1 к слою L2, т.е. КБО (BER) должен быть измерен в точке выхода инверсного декодера.

Слой L2

Слой L2 последовательного синхронного интерфейса использует MPEG TS-транспортный поток, определенный EN/ISO/IEC 13818-1, как основную единицу сообщения. Байт синхронизации (47Н )MPEG TS транспортного пакета включен в определение пакета слоя L2, чтобы синхронизировать приемное оборудование.

Транспортные пакеты должны представляться в слое L2 как последовательность из 188 байтов или из 204 байтов, кодированных по РС.

5.2.3 Характеристики коаксиальной линии передачи

Номинальный импеданс кабеля должен быть равен 75 Ом.

Учитывая, что скорости передачи данных определяются только пользователем, более длинные соединения могут использоваться при более низких скоростях передачи данных.

Физический слой предусматривает способы взаимодействия слоя L0 ПСИ с сегментом коаксиального кабеля; обеспечивает передачу данных коаксиальным кабелем между передатчиком и приемником, определяет типы и набор кабелей и соединений, которые могут быть использованы в линиях ПСИ.

Электрический разъем должен иметь механические характеристики BNC типа.

Вследствие высокой механической надежности рекомендуется тип разъема BNC 50 Ом в соответствии с IEC 169-8 [6].

Электрические характеристики разъема должны позволять его применение в диапазоне частот специфицируемого интерфейса.

В таблице 2 и на рисунках 14, 15 представлены параметры цифрового сигнала, передаваемого по коаксиальному кабелю.

Таблица 2 - Параметры сигнала на выходе передатчика

Рисунок 14 - Маска для импульса логического нуля

Примечания

1 Предельные уровни не должны превышать ±0,55 В.

2 Допустимые выбросы и другие переходные процессы должны попадать в заштрихованную область, ограниченную уровнями амплитуды ±0,55 В и ±0,6 В, обеспечивая отклонение от предельных уровней не более чем на ±0,05 В.

3 Номинальный нулевой уровень для обеих масок должен быть выровнен при отсутствии входного сигнала.

4 При наличии сигнала уровень линии развертки может быть отрегулирован по маске и не должен превышать допустимых пределов ±0,05 В, калибровка производится при отсутствии сигнала и установке линии развертки внутри допуска ±0,05 В от номинального нулевого уровня маски.

5 Каждый импульс в кодированной импульсной последовательности должен удовлетворять ограничениям, определенным маской, независимо от предыдущего или последующего импульсов для обеих импульсных масок по отношению к общему временному моменту.

6 Маски допускают присутствие высокочастотного джиттера во временных сигналах, ассоциированных с источниками сигналов интерфейсов.

7 Для уменьшения влияния низкочастотного джиттера необходимо совместить импульс с маской так, чтобы линии уровней импульсов накладывались друг на друга.

8 Время нарастания и время задержки измеряются между уровнями минус 0,4 В и 0,4 В и не должны превышать 4 нс.

9 Инверсный импульс должен иметь такие же характеристики и временной допуск ±0,2 нс и ±1,0 нс соответственно для отрицательных и положительных перепадов.

Рисунок 15 - Маска для логической единицы

Примечания

1 Предельные уровни не должны превышать ±0,55 В.

2 Допустимые выбросы и другие переходные процессы должны попадать в заштрихованную область, ограниченную уровнями амплитуды ±0,55 В и ±0,6 В, обеспечивая отклонение от предельных уровней не более чем на ±0,05 В.

3 Номинальный нулевой уровень для обеих масок, приведенных на рисунках 14 и 15, должен быть выровнен при отсутствии входного сигнала.

4 При наличии сигнала уровень линии развертки может быть отрегулирован по маске и не должен превышать допустимых пределов ±0,05 В, калибровка производится при отсутствии сигнала и установке линии развертки внутри допуска ±0,05 В от номинального нулевого уровня маски:

- каждый импульс в кодированной импульсной последовательности должен удовлетворять ограничениям, определенным маской, независимо от предыдущего или последующего импульса для обеих импульсных масок;

- для данных шаблонов время нарастания и время задержки измеряются между уровнями минус 0,4 В и 0,4 В и не должны превышать 4 нс.

Параметры на выходе передатчика определяются масками, приведенными на рисунках 14 и 15 и в таблице 2.

Цифровой сигнал на входе приемника должен соответствовать таблице 3 и рисункам 14, 15. Затухание коаксиальной пары может быть аппроксимировано законом . Кабель должен иметь максимальные потери 12 дБ на частоте 70 МГц.

Таблица 3 - Параметры сигнала на входе приемника

5.2.4 Характеристики оптико-волоконной линии передачи

Передача последовательного синхронного потока данных включает в себя взаимосвязанные передатчик и приемник секции оптического волокна, которое может быть многомодовым или одномодовым, тип оптического волокна определяется характеристиками линии связи, ее длиной и типом оптических соединителей.

Волокна, используемые для интерфейса с последовательной передачей данных, специфицированы документами ITU-T или ETSI:

- многомодовое волокно EN188201 [7];

- одномодовое волокно ITU-T Rec.G654 [8] или EN188101 [9].

Оптические соединители должны быть SC типа в соответствии с IEC 874-14 [10].

Оптические характеристики линий приведены в таблице 4 для диапазона температур, напряжений и срока службы системы передачи.

Таблица 4 - Оптические характеристики линий с последовательным синхронным интерфейсом

6 Асинхронные интерфейсы

6.1 Асинхронный последовательный интерфейс

Асинхронный последовательный интерфейс (АПИ) осуществляет передачу данных с постоянной тактовой частотой.

Ниже приведена система последовательной, кодированной передачи данных с послойной структурой MPEG транспортных пакетов в соответствии с ИСО/МЭК 13818 для высшего слоя (слоя L2) и для пары низших слоев (слоя L1 и слоя L0), которые соответствуют волоконному каналу (ВК), описанному в ISO/IEC CD 14165-1 "Волоконный канал - часть 1". Слой L1 и слой L2 соответствуют волоконным канальным уровням ВК-1 и ВК-0 [1,11].

Транспортные потоки от различных источников могут иметь различные скорости передачи данных. Для восстановления первоначальной тактовой частоты используются цепи автоматической подстройки частоты и фазы в приемнике.

ISO/IEC CD 14165-1 определяет интерфейсы для одномодового волокна, многомодовых волокон, коаксиального кабеля и витой пары.

В настоящем разделе представлены для АПИ два различных типа интерфейсов: интерфейс для коаксиального кабеля и интерфейс для мультимодового оптоволоконного кабеля, использующий светоизлучающие приборы. Скорость передачи данных для АПИ равна 270,000 Мбит/с.

6.1.1 Передающие системы с асинхронными интерфейсами

На рисунках 16 и 17 представлен метод передачи с АПИ по электрическому коаксиальному кабелю и оптико-волоконному кабелю соответственно.

Рисунок 16 - Коаксиальная последовательная асинхронная линия передачи

Рисунок 17 - Стекло-волоконная последовательная асинхронная линия передачи

Данные, которые должны быть переданы, представляются в форме синхронизированных байтов, представленных в виде MPEG TS транспортных пакетов. Затем байты преобразуются кодом 8В/10В. В процессе кодирования для получения 8-битового байта ставится в соответствие 10-битовое слово. 10-битовые слова проходят через преобразователь параллельного кода в последовательный, на выходе которого скорость передачи равна 270,000 Мбит/с.

В поток вставляется синхронизирующее слово, если в процессе преобразования параллельного кода в последовательный возникает временная пауза, не воспринимаемое приемником. В случае применения коаксиального кабеля преобразованный последовательный битовый поток поступает на коаксиальный разъем через соединительные цепи.

В случае применения оптического кабеля последовательный битовый поток поступает на буферный усилитель светодиодного излучателя, который подсоединен к волоконному кабелю через механический разъем.

Принятые данные, поступающие с коаксиального кабеля через разъемы и соединительную линию, подаются на цепи восстановления тактовых частот и данных.

В случае волоконно-оптической передачи фоточувствительный детектор преобразует световые сигналы в электрические сигналы, которые затем подаются в цепи восстановления тактовой частоты и данных.

Восстановленные последовательные биты данных поступают на декодер, который преобразует передаваемые 10-битовые слова в исходные 8-битовые байты. Для того, чтобы восстановить байты из последовательности битов, декодер сначала выделяет синхронизирующие слова. Синхронизирующее слово представляет собой 10-битовый код, который отсутствует при кодировании 8В/10В в информационных данных. Начало синхронизирующего слова фиксирует границу принимаемых последовательных слов данных.

Физически АПИ состоит из двух частей: передающей и приемной. Соединение между передающим и приемным портами производится оптическим или электрическим кабелем, образующим линию передачи, в которую включается физическое оборудование (устройство компрессии видео и аудио сигналов, мультиплексоры, модуляторы).

Спецификация АПИ определяет линии передачи от точки к точке.

6.1.2 Протокол асинхронного последовательного интерфейса

Протокол асинхронного последовательного интерфейса (АПИ) имеет три структурных слоя: слой L0, слой L1, слой L2.

Слой L0

Слой L0 определяет среду передачи, драйверы, приемники и скорости передачи.

Для передачи используется оптическое многомодовое волокно и электрический коаксиальный кабель.

Скорость канала передачи равна 270 Мбит/с.

Базовым блоком слоя L0 является линия передачи. Точки S и R, где требуется согласование, показаны на рисунке 18.

Рисунок 18 - Опорные точки последовательной линии слоя L0

При передаче по кабелю джиттер определяется как случайный и зависимый от данных, а также как искажения вследствие различия в длительности единичных и нулевых временных интервалов.

При применении оптических волокон джиттер характеризуется как случайный (СД) и детерминированный (ДД).

Случайный джиттер обусловлен тепловыми шумами в системе и обычно моделируется Гауссовым случайным процессом.

Детерминированный джиттер состоит из зависимого от данных джиттера и искажений вследствие различия в длительности единичных и нулевых временных интервалов.

Детерминированный джиттер возникает вследствие временных искажений в передающей системе. Он определяется разностью задержки распространения между временем нарастания и временем спада сигнала, а также ограничением полосы передачи последовательности символов.

Скорость в линии передачи 8В/10В блоковых кодов равна 270 Мбит/с. В передатчике в процессе преобразования параллельного кода в последовательный используется генератор тактовой частоты 270 Мбит/с. Из данной тактовой частоты формируется байтовая тактовая частота, которая используется при преобразовании последовательного кода в параллельный.

В приемнике восстанавливается тактовая частота передачи с использованием генератора с автоматической подстройкой частоты и фазы (АПЧФ), управляемыми битовыми переходами во входном потоке данных. Фазовая подстройка байтовой тактовой частоты производится восстановленной частотой передачи бит.

Скорость в кодированной линии передачи должна быть (270±10) Мбод.

Перед синхронизацией байтов данных в приемнике должна осуществляться битовая синхронизация. Время установления битовой синхронизации должно быть не более 1 мс.

Номинальное волновое сопротивление кабеля должно быть равным 75 Ом.

Применяемый разъем должен иметь механические характеристики, совпадающие с характеристиками разъема BNC-типа (вследствие своей высокой механической стабильности рекомендуется 50-омный разъем BNC-типа в соответствии с IEC 169-8 [6]).

Электрические характеристики разъема должны допускать его использование в диапазоне частот специфицированного интерфейса.

Электрические измерения должны производиться с интерфейсом, заканчивающимся специфицированным выше разъемом с 75-омной нагрузкой. Полные электрические характеристики приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Спецификация электрических характеристик для линии передачи с асинхронным последовательным интерфейсом

Интерфейс должен соединяться с коаксиальной системой через трансформатор.

Глазковая диаграмма передатчика, рисунок 19, должна находиться внутри маски, обозначенной на рисунке 20.

Рисунок 19 - Схема испытаний коаксиального передатчика

Рисунок 20 - Маска глазковой диаграммы передатчика при измерении джиттера

Слой L1 - Кодирование данных

Протокол передачи АПИ включает правила последовательного кодирования, специальные символы и контроль ошибок. Он использует биполярный 8В/10В код передачи. В соответствии с таблицей кодов каждый 8-битовый байт преобразуется в 10-битовый код со следующими свойствами: длина серии одинаковых битов составляет не более 4, а постоянная составляющая имеет минимальное значение. Этот код обеспечивает проверку ошибок как при неверно принятом коде, так и при нарушении четности. Специальные символы определяются в расширении таблицы кодов. В частности, символ К28.5 в таблице А.1 используется для битовой синхронизации в передающей линии с АПИ.

Требования к кодированию

Передающий слой L1 АПИ включает кодирование/декодирование, которые не зависят от среды передачи. В слое L1 применено кодирование 8В/10В, которое обеспечивает самопроверку и байтовую синхронизацию при приеме с линии. Код передачи 10 В определяется текущей разностью единичных бит и нулевых бит в передаваемом последовательном потоке данных. Каждый байт с кодом 8В имеет два вида 10-битового кода, соответствующих положительной и отрицательной текущей разности. Передатчик отслеживает текущую разность в формируемом последовательном битовом потоке и выбирает подходящий 10-битовый код, чтобы следующая разность укладывалась в диапазон от -1 до 1. Приемник проверяет входной битовый поток по текущим значениям разностей.

Кодирование в линии

Код передачи 8В/10В должен иметь метод кодирования, использованный в интерфейсе АПИ слоя L1.

В приложении А приведена таблица А.2, в которой приведены коды кодирования 8В/10В.

Байтовая синхронизация

Для байтовой синхронизации используется код К28.5 (приложение А, таблица А.1).

В приемнике синхронизация байтов должна осуществляться после приема двух последовательных кодов К28.5.

Требования к коэффициенту битовых ошибок

Коэффициент битовых ошибок (КБО) должен быть меньше 10 и измеряется там, где данные поступают из слоя L1 в слой L2, т.е. на выходе 8В/10В декодера.

Пакетная синхронизация

Каждому транспортному пакету слоя L2 должны предшествовать два слова кодовой синхронизации К28.5.

Слой L2 - транспортный поток

Стандарт слоя L2 передачи с АПИ использует пакеты транспортного потока MPEG-2, определенные ИСО/МЭК 13818 и ETS 300429 [12] как основные единицы сообщения.

Транспортные пакеты могут быть переданы единым блоком, без введения синхробайтов К28.5 в передаваемый пакет, или с введением синхробайта К28.5 между отдельными байтами, или в комбинации последовательных байтов и синхробайтов.

Каждому транспортному потоку слоя L2 должны предшествовать два слова кодовой синхронизации К28.5.

Байт синхронизации MPEG TS транспортного пакета рассматривается в слое L2, для того, чтобы в приемнике осуществлялась пакетная синхронизация.

Транспортные требования

В слое L2 АПИ интерфейса используется синтаксис транспортного пакета MPEG-2 с дополнительным требованием, состоящим в том, что каждому транспортному пакету должны предшествовать, по крайней мере, два слова синхронизации К28.5. Хотя приемник 8В/10В может осуществлять синхронизацию без этого требования, оно позволяет осуществлять синхронизацию одного транспортного пакета, если в линии передачи происходит потеря слова синхронизации.

Формат транспортного пакета

Структура транспортного пакета должна соответствовать спецификациям ИСО/МЭК 13818 и ETS 300429 для пакетов транспортного потока. Длина пакета может быть 188 байт или 204 байта.

Временная структура транспортного пакета

Транспортные пакеты могут быть представлены в слое L2 либо как непрерывная последовательность байт, как показано для пакетов с 188 байтами на рисунке 21, или как отдельные байты, передаваемые во времени, как показано на рисунке 22.

Рисунок 21 - Формат передачи пакетных данных

Рисунок 22 - Формат передачи отдельных байт

В таблице 6 представлены обозначения, используемые в таблице А.2 при кодировании.

Таблица 6 - Обозначения при кодировании

Бит "a" передается первым. Каждый передаваемый символ в таблице А.2 обозначен как , , где - десятичное битов EDCBA, а - десятичное значение битов HGF.

() дец.=(EDCBA)bin

() дец.=(HGF)bin.

Дополнительно существуют 10В кодовые слова, именуемые специальными кодами , которые приведены в таблице А.1.

Специальный символ К28.5 используется в качестве байтовой синхронизации.

Пример кодирования синхробайта MPEG 47 hex=01000111 (байт данных с именем D7.2) приведен в таблице 7.

Таблица 7 - Пример кодирования синхробайта

Кодирование зависит от текущей разности (TP), которая определяется соотношением нулей и единиц в процессе передачи. Переключение между кодовыми словами, зависящее от TP, в передатчике и приемнике позволяет поддерживать постоянную составляющую, приблизительно равную нулю.

Текущая разность рассчитывается на основе двух субблоков: abcdei битов и fghi битов передаваемого символа. Текущая разность в начале субблока есть рассчитанная TP последнего субблока. Текущая разность в конце любого субблока положительна, если субблок содержит больше единиц, чем нулей, или субблок равен 000111 или 0011. Текущая разность в конце любого субблока отрицательна, если субблок равен 111000 или 1100. Если возникает иной вариант, принимается последняя текущая разность. Инициализация начала работы передатчика осуществляется негативной текущей разностью. Независимо от достоверности передаваемых символов, принятые символы должны быть использованы как ТР приемника для последующих принимаемых символов.

Избыточность 8В/10В кода передачи может быть использована для обнаружения ошибок.

Ошибка кодирования может быть результатом предыдущей ошибки, которая изменила ТР битового потока. Пример приведен в таблице 8.

Таблица 8 - Пример нарушения задержанных кодов

6.2 Характеристики оптико-волоконной линии передачи

Оптико-волоконная линия передачи включает одну секцию оптико-волоконного кабеля, связывающего передатчик и приемник. Применяется волокно с номинальным диаметром 62,5/125 мкн, параметры которого определяются IEC 793-2, тип А16 за исключениями, приведенными ниже [13].

Затухание не должно превышать 1,5 дБ/км на длине волны оптического излучения 1300 нм.

Более высокие потери в волокне допустимы для более коротких оптико-волоконных кабелей.

Каждое оптическое волокно должно иметь нулевую дисперсию в диапазоне от 1295 км до 1365 км, и скорость изменения дисперсии не должна превышать 0,110 пс/(км·нм). Каждое оптическое волокно должно иметь дисперсионную характеристику в диапазоне, представленном в таблице 9.

Таблица 9 - Требования к хроматической дисперсии

Разъемы волоконно-оптического кабеля должны соответствовать IEC 874-14 [10]. Параметры передающего и приемного интерфейсов для скорости 270 Мбит/с для многомодового волокна приведены ниже. Параметры должны удовлетворять температурному диапазону, диапазону амплитуд и требованиям к долговечности системы. Оптические измерения должны быть проведены с кабелем, имеющим оптический разъем и оптическое волокно, описанные выше. Длина оптического волокна должна быть достаточна, чтобы гарантировать стабильный режим работы. Методы измерения даны в EN 50083-9 [14].

Полная спецификация приведена на рисунке 23 и в таблице 10.

- максимальная спектральная ширина, нм; - длина волны излучения, нм; - время нарастания/спада

Рисунок 23 - Ширина спектра передатчика

Таблица 10 - Спецификации оптических характеристик для линии передачи с асинхронным последовательным интерфейсом

Приложение А
(справочное)

Таблицы кодирования 8B/10B

Таблица А.1 - Специальные коды

Таблица А.2 - Значения кодов

Продолжение таблицы А.2

Окончание таблицы А.2

Библиография

Электронный текст документа

и сверен по:

, 2013