Kľúčové slová: Asynchrónny zvuk a video MPEG-2 PCR DTS PTS dekodér dekodéra
S rýchlym rozvojom digitálnej televízie v mojej krajine a pokrokom v digitálnej transformácii mestských rozhlasových a televíznych sietí začalo čoraz viac ľudí na sledovanie programov digitálnej televízie využívať set-top boxy. Ale v procese sledovania televíznych programov cez set-top box diváci niekedy zistia, že niektoré audio a video nie sú synchronizované. To tiež upútalo našu pozornosť.
Fenomén a test
Mesto Guiyang v zásade ukončilo digitálnu transformáciu svojej rozhlasovej a televíznej siete na konci roku 2007 a do digitálneho sieťového prenosu vstúpili aj programy televíznej stanice Guizhou. Po vstupe do digitálnej siete sme zistili, že niekoľko programov našej stanice malo v niektorých oblastiach fenomén nesynchronizácie zvuku a videa, najmä keď sa správy vysielali na satelitnom video kanáli a na ľudskom kanáli. Aby sme zistili, kde je problém, rozhodli sme sa vykonať test synchronizácie pier na celej prenosovej ceste nášho programu. Zariadením použitým na test je Tektronix WFM7120. Pri meraní oneskorenia zvuku / videa je tiež potrebné vygenerovať sériu krátkych farebných pruhov obrazových signálov cez TG700 DVG7 a zvuková sekvencia je zakomponovaná do tejto skupiny obrazových signálov s intervalom 5 s, takýto signál odoslať do testovaného systému a nakoniec pošlite signál do WFM7120, aby ste zmerali časový rozdiel medzi zvukom a videom.
Interný test riadiaceho centra vysielania
Ako je znázornené na obrázku 1, aby sme mohli zmerať, či existuje rozdiel v oneskorení zvuku a videa v systéme televíznych staníc, použijeme kontrolný čas na zaznamenanie testovacieho signálu generovaného TG700 na vysielaný pevný disk a jeho prehranie cez pevný disk, a vložte testovací signál do delayera. Po module synchronizácie rámcov sa vysiela na kanáli a potom tieto tri signály zmeriame predtým, ako prenosové oddelenie prenesie signál do kódovacieho zariadenia sieťovej spoločnosti. Výsledky merania ukazujú, že rozdiel oneskorenia zvuku / videa týchto troch signálov nepresahuje 12 ms, to znamená, že jedno pole nestačí, čo naznačuje, že signál nemá problém so synchronizáciou zvuku a videa v riadiacom centre vysielania.
Testovanie rôznych set-top boxov
Pre druhý merací bod sme zvolili front-end počítačovú miestnosť sieťovej spoločnosti. Ako je znázornené na obrázku 2, tu sme vybrali hlavné značky set-top boxov, ktoré sa v súčasnosti v Číne používajú na testovanie. Po kódovaní testovacieho signálu TG700 cez pôvodný kódovač, ktorý používame, vložte ho do kanálu, ktorý práve vysielame. Potom použite set-top box v počítačovej miestnosti front-end na demoduláciu televízneho signálu. Dekódovaný audio / video signál sa potom pošle do WFM7120 na meranie po A / D a vloženie analógového signálu cez videorekordér Panasonic D950. Výsledky merania ukazujú, že rozdiel medzi oneskorením zvuku a videa u týchto typov set-top boxov je odlišný, niektoré sú pred 150 ms a niektoré zaostávajú o 300 ms. To ukazuje, že rôzne set-top boxy majú rôzne schopnosti udržiavať synchronizačný vzťah medzi audio / video signálmi po demodulácii a dekódovaní rovnakého digitálneho televízneho signálu.
Testovanie rôznych kódovacích zariadení
Ako je znázornené na obrázku 3, stále používame generátor signálu TG700 na testovanie rôznych kódovacích zariadení a umožňujeme kódovacímu zariadeniu, modulátoru a set-top boxu vytvárať simulované prostredie vysielania a sledovania. Tu používame niekoľko kódovacích zariadení rôznych značiek. Po kódovaní testovacieho signálu TG700 je modulovaný rovnakým modulátorom a potom je signál dekódovaný rovnakým set-top boxom. Spracúva ju tiež procesor D950 a odosiela sa na meranie do WFM7120. Konečným výsledkom merania je, že niektoré z ich rozdielov oneskorenia zvuku a videa sú 30 ms a niektoré dosahujú 300 ms, čo naznačuje, že rôzne kódovacie zariadenia majú väčší vplyv na synchronizáciu zvuku a videa konečného sledovacieho signálu set-top boxu.
Príčina analýzy
Princíp načasovania systému MPEG-2
V súčasnosti je v digitálnom televíznom prenosovom systéme mojej krajiny štandard MPEG-2 dôležitým štandardom kompresie zvuku a videa. Komprimuje, kóduje a multiplexuje programové signály na konci zdroja a demultiplexuje a dekóduje signály na konci prijímania. Bol široko používaný. Digitálny prenosový systém, ktorý používame, je založený na štandarde MPEG-2. Pozrime sa na štruktúru systému MPEG-2, ako je to znázornené na obrázku 4.
Na obrázku 4 je zrejmé, že zvukové a obrazové signály tvoria základný prúd po odstránení nadbytočných informácií kompresným kódovačom. Tento elementárny prúd kódu nie je možné uložiť alebo preniesť priamo. Musí sa poslať konkrétnemu baličovi. Prúd základného kódu je rozdelený do odsekov podľa určitého formátu a sú pridané špecifické identifikačné znaky, aby sa vytvoril takzvaný zabalený prúd základného kódu (PES). Pakety PES sú zvukové a obrazové dátové pakety s premenlivou dĺžkou. Potom sa audio a video PES pakety a pomocné dáta pošlú do prenosového subsystému, ktoré sú rozdelené na malé dátové pakety s pevnou dĺžkou 188b a multiplexované časovo deleným multiplexovaním. Vytvorí sa jediný tok TS a tok TS dosiahne po prijatí cez kanál prijímací koniec.
Ako všetci vieme, synchronizácia je nevyhnutnou podmienkou správneho zobrazenia televízora. Pokiaľ ide o digitálnu televíziu, pretože vyrovnávacia pamäť sa používa na ukladanie signálu počas procesu kompresie a kódovania, mení sa časová os signálu v multiplexore plus iná miera redundancie údajov, takže sa líši aj kompresný pomer, takže časová os Veľké zmeny, najmä pri spracovaní skupinovej vrstvy rámcov, sa zmenilo aj poradie B rámcov a P rámcov. To všetko spôsobuje, že synchronizácia digitálnych televíznych signálov úplne stráca koncept pôvodnej postupnosti. Účinným spôsobom, ako dosiahnuť synchronizáciu, je pridať časovú značku k toku signálneho kódu zakaždým, keď uplynie zadaný interval. Pomocou tejto značky je možné podľa tejto časovej značky pred dekódovaním pred zobrazením znova zoradiť prijímací koniec, rekonštruovať poradie obrazu pred kompresiou a kódovaním a časový vzťah medzi zvukom a obrazom, čím sa dosiahne synchronizácia obrazu a zvuk je synchronizovaný s obrazom.
Na obrázku 4 je tiež zrejmé, že v kodéri MPEG-27 je jeden spoločný systémový takt STC (2 MHz). Tieto hodiny sa používajú na generovanie časovej pečiatky označujúcej správne dekódovanie a načasovanie zobrazenia zvuku / videa. Zároveň sa môže použiť na indikáciu vzorkovania Okamžitá hodnota okamžitého času hodín systému. Hodiny sú fázovo blokované synchronizáciou linky so vstupným videom. Keď je vstupom signál SDI, systémové hodiny kódovacieho zariadenia sú generované hodinami vydelenými 10. Ide o vznik bežných systémových hodín v kódovacom zariadení, ako aj o regeneráciu hodín v dekodéri a správne použitie časových pečiatok, ktoré poskytujú základ pre správnu synchronizáciu operácií v dekodéri. Aby sa uskutočnila synchronizácia hodín kodeku, hodiny systému STC sa počítajú v kódovacom zariadení a vzorkovacia hodnota počítadla sa prenáša do prijímača v adaptačnej hlavičke vybraného paketu TS každý určitý čas vysielania ako dekódovanie Referenčný signál programových hodín procesora, ktorým je PCR. Bit platný pre PCR je 42b, medzi ktorými je vysoká 33b PCR_Base, čo je hodnota počítania v jednotke hodín 27 MHz a hodiny delené 300, a dolná 9b je PCR_Extension, čo je hodnota počítania v hodinách 27 MHz ako jednotka. Okrem PCR sú veľmi dôležité aj dekódovacie časové značky DTS a zobrazovacie časové značky PTS. Sú podobné ako PCR_Base. Sú tiež vytvorené so systémovými hodinami 27 MHz kódovacieho zariadenia, vydelené 300 ako hodnotou počtu jednotiek. Medzi nimi sa DTS používa na inštruovanie dekodéra, kedy má dekódovať prijatý obrazový a zvukový rámec, a PTS sa používa na oznámenie, kedy sa má zobraziť dekódovaný obrazový rámec.
Pri použití obojsmerného kódovania musí byť dekódovanie určitého obrazu uskutočnené v časovom období pred jeho zobrazením, aby ho bolo možné použiť ako zdrojové dáta na dekódovanie obrazu B-rámca. Napríklad poradie zobrazenia obrázkov je IBBP, ale poradie prenosu obrázkov je IPBB. Referenčný model MPEG verí, že dekódovanie sa vyskytuje okamžite, to znamená, že dekódovanie a zobrazenie sa vykonávajú súčasne. Pre zvukové rámce a rámce obrazu B je čas dekódovania a čas zobrazenia rovnaký a PTS je rovnaký ako DTS, takže je potrebné preniesť iba PTS. V prípade snímok videa I a snímok P sa z dôvodu zmeny poradia snímok líši čas dekódovania a čas zobrazenia a PTS a DTS sa musia vysielať súčasne. Keď dekodér dostane obrazovú sekvenciu IPBB, musí pred dekódovaním prvého obrazu B-snímky dekódovať obrazy I-snímky a P-snímky. Dekodér dokáže dekódovať iba jeden rám obrazu súčasne, takže najskôr dekóduje obrázok rámu I a uloží ho. Keď je obraz P rámca dekódovaný, vyšle a zobrazí dekódovaný obraz I rámca a potom dekóduje a zobrazí obraz B rámca. Tabuľky 1, 2, 3 a 4 ukazujú postupnosť vstupných a výstupných obrazov kódovacieho zariadenia, hodnoty PTS a DTS každého rámca a dekódovaciu a zobrazovaciu sekvenciu každého rámca obrazu.
V tabuľke 1 tvorí 13 snímkových snímok skupinu obrazov, prvá snímková snímka I používa kódovanie vnútri snímkovej schémy, druhá a tretia snímková snímka B sa získavajú obojsmernou predikciou z prvého a štvrtej snímkovej snímky a štvrtá snímková P snímka je prešiel prvým rámcom. Odvodené z predikcie dopredu. Po kódovaní prvého rámca kódovač najskôr uloží do vyrovnávacej pamäte druhý a tretí rámec, zakóduje štvrtý rámec a potom zakóduje druhý a tretí rámec atď., A konečná kódovaná výstupná sekvencia je uvedená v tabuľke 2.
Z tabuľky 3 a tabuľky 4 je zrejmé, že keď dekodér prijme určitú prístupovú jednotku obsahujúcu obraz I rámca, paket dátových súborov by mal obsahovať DTS a PTS, čas medzi hodnotami týchto dvoch značiek Interval je jeden obdobie obrazu. Potom, čo je obrazom snímky I rámec P, v súborovom dátovom pakete by mal byť aj DTS a PTS a časový interval medzi hodnotami dvoch značiek je tri obrazové periódy. Potom existujú dva B-rámce, ktorých dátové pakety súborov obsahujú iba PTS. To znamená, že obraz I snímky sa prehrá a zobrazí po oneskorení jednej snímky po dekódovaní. Keď sa zobrazí I snímka, dekóduje sa štvrtá snímková P snímka, ktorá sa však prehrá a nezobrazí. Najskôr sa uloží do medzipamäte a potom, čo sa prehrá a zobrazí rámec 1, dekóduje sa a okamžite sa zobrazia rámce 2B, potom rámce 3B, potom sa zobrazia medzipamäťové rámce 4P a súčasne sa dekódujú a vyrovnajú rámce 7P atď. Je zrejmé, že postupnosť dekódovaných a zobrazených obrázkov je v súlade so postupnosťou vstupu obrazu v tabuľke 1.
Princíp načasovania dekodéra (set-top box)
PTS a DTS sú iba hodnoty 33b. Ak neexistuje žiadny odkaz na časovú os predstavovanú PCR, je táto hodnota bezvýznamná. Aby sa zachovalo správne dekódovanie, musia sa systémové hodiny kódovacieho zariadenia a dekodéra (set-top boxu) udržiavať zamknuté, to znamená, že ich frekvencie sa udržiavajú rovnaké a počiatočné hodnoty ich príslušných počítadiel sú rovnaké.
V dekodéri (set-top box) je napäťovo riadený oscilátor (VCO) s frekvenciou okolo 27MHz. Výstupný signál sa posiela na počítadlo ako systémové hodiny na generovanie aktuálnej hodnoty vzorky STC, čo je hodnota 42b ako pri PCR. Medzi nimi vysoká 33b je hodnota počítania v jednotke 27MHz hodín po 300 ružovej frekvencii a nízka 9b je hodnota počítania v jednotke 27MHz hodín. Keď nový program dorazí k dekodéru (set-top box), dekodér (set-top box) získa hodnotu PCR z toku kódu, porovná svoju hodnotu PCR_Extention s dolnými 9b bitmi aktuálneho STC a získa chybu signál a potom prechádza obvodom fázovo blokovanej slučky. Nastavte napäťovo riadený oscilátor tak, aby systémová frekvencia hodín dekodéra (set-top box) bola v súlade s frekvenciou hodín systému kódovača. Získajte hodnoty PTS a DTS každého rámca postupne z toku kódu a porovnajte ich s vysokými 33b bitmi aktuálnej hodnoty STC. Ak je hodnota DTS vyššia ako hodnota STC, tok kódu sa uloží do vyrovnávacej pamäte a súčasne sa monitoruje zmena hodnoty STC. Keď sa hodnota STC zvýši na rovnakú hodnotu DTS, tok rámcového kódu sa dekóduje. Keď sa hodnota STC rovná hodnote PTS, prehrajte snímku. Ak v dôsledku jittera oneskorenia medzipamäte prenosovej siete, keď prúd kódu dosiahne dekodér (set-top box), jeho hodnota PTS je už nižšia ako hodnota STC, dekodér (set-top box) tento rámček preskočí a zahodí dáta rámca. Pretože PTS a DTS sú generované na základe hodnoty PCR, prvá získaná hodnota PCR sa musí použiť ako počiatočná hodnota na nastavenie počítadla STC dekodéra (set-top box), aby boli ich hodnoty rovnaké, inak by sa hodnota časová základňa bude iná. , Takto chyba dekódovania. Spracovanie zvuku a videa je podobné, ale nie je problém s časovým usporiadaním. Obrázok 5 zobrazuje schému pracovného princípu dekodéra (set-top boxu) PCR.
Dôvody pre nesynchronizáciu zvuku a videa
V praktických aplikáciách spôsobujú niektoré kódovacie zariadenia chvenie výstupných hodín z dôvodu nestabilnej časovej základne vstupného videosignálu a interval synchronizácie snímok nie je 40ms. U týchto kódovacích zariadení sa po nastavení počiatočnej hodnoty DTS podľa PCR a oneskorenia medzipamäte získa hodnota DTS každého rámca pridaním pevnej hodnoty k predchádzajúcemu DTS (túto hodnotu je možné vypočítať nasledovne: 27MHz je vydelené 300 Je to 90kHz a PAL TV je 25 snímok za sekundu. Preto je hodnota 90000/25 = 3600) a hodnota PTS sa počíta podľa typu rámca a typu GOP. Avšak hodnota PCR sa počas tohto obdobia nezvýšila o 3600 27, čo spôsobilo, že DTS a PTS sa v porovnaní s PCR zväčšili alebo zmenšili. Niektoré dekodéry (set-top boxy) nepoužívajú napäťovo riadený oscilátor a ich systémové hodiny sú pevné XNUMX MHz, ale pomocou prijatej hodnoty PCR inicializujú hodnotu miestneho počítadla hodín systému. Kodér a dekodér (set-top box) nemôžu udržiavať prísne uzamknutie, čo môže spôsobiť, že dekodér (set-top box) zruší rámce. Niektoré dekodéry (set-top boxy) však už po strate rámca striktne dekódujú a nezobrazujú podľa DTS a PTS, ale dekódujú podľa situácie medzipamäte, pretože oneskorenie kódovania videa a zvuku je odlišné, môže to spôsobiť zvuk Obraz nie je synchronizovaný.
Okrem toho v procese prenosu z kódovacieho zariadenia do dekodéra (set-top box) nemusí byť v dôsledku existencie odkazov vyrovnávacej pamäte s variabilným oneskorením, ako sú multiplexory a modulátory, prenosové oneskorenie paketov PCR konštantné, od veľkého po veľké malý. Ak sa PCR neopraví, môžu sa vyskytnúť aj vyššie uvedené problémy.
sumarizovať
Z vyššie uvedenej analýzy je zrejmé, že kodér aj dekodér (set-top box) môžu spôsobiť výskyt asynchronizácie zvuku a videa. Po vyskúšaní kódovacích zariadení rôznych značiek si naša stanica vybrala kódovací modul s lepšími testovacími indikátormi a nahradila pôvodný kódovací kód, čo výrazne zlepšilo jav, že zvuk a obraz televízora nie sú synchronizované. V ďalšom kroku zavedenia set-top boxov sieťové spoločnosti tiež posilnia testovanie príslušných ukazovateľov s cieľom zlepšiť kvalitu sledovanosti. Samozrejme, v procese napredovania digitalizácie rozhlasu a televízie v našej krajine stále potrebujeme spoločné úsilie našich televíznych pracovníkov a výrobcov zariadení, aby sme konečne dosiahli úplný úspech.v
Náš ďalší produkt:
