Klíčová slova: Asynchronous Audio and Video MPEG-2 PCR DTS PTS Encoder Decoder
S rychlým rozvojem digitální televize v mé zemi a pokrokem v digitální transformaci městských rozhlasových a televizních sítí stále více lidí začalo využívat set-top boxy ke sledování programů digitální televize. Ale v procesu sledování televizních programů prostřednictvím set-top boxu diváci někdy zjistí, že některé audio a video nejsou synchronizovány. To také upoutalo naši pozornost.
Fenomén a test
Město Guiyang v zásadě dokončilo digitální transformaci své rozhlasové a televizní sítě na konci roku 2007 a do přenosu digitální sítě vstoupily také programy televizní stanice Guizhou. Po vstupu do digitální sítě jsme zjistili, že několik programů naší stanice mělo v některých oblastech fenomén nesynchronizace zvuku a videa, zejména když byly zprávy vysílány na satelitním video kanálu a kanálu lidí. Abychom zjistili, kde je problém, rozhodli jsme se provést test synchronizace rtů na celé přenosové cestě našeho programu. Zařízení použité pro zkoušku je Tektronix WFM7120. Při měření zpoždění zvuku / videa je také nutné generovat řadu krátkých barevných pruhů video signálů přes TG700 DVG7 a audio sekvence je zabudována do této skupiny video signálů s intervalem 5 s, odeslat takový signál do testovaný systém a nakonec odešlete signál do WFM7120, abyste změřili časový rozdíl mezi zvukem a videem.
Interní test vysílacího řídícího centra
Jak je znázorněno na obrázku 1, abychom změřili, zda je v systému TV stanic rozdíl zpoždění audio / video, použijeme inspekční čas k zaznamenání zkušebního signálu generovaného TG700 na vysílaný pevný disk, jeho přehrání přes pevný disk, a zadejte testovací signál do zpoždění. Po modulu synchronizace rámců je vysílán na kanálu a poté měříme tyto tři signály, než přenosové oddělení vysílá signál do kodéru síťové společnosti. Výsledky měření ukazují, že rozdíl zpoždění zvuku / videa u těchto tří signálů nepřesahuje 12 ms, to znamená, že jedno pole nestačí, což naznačuje, že signál nemá problém se synchronizací zvuku a videa v řídicím centru vysílání.
Testování různých set-top boxů
Pro druhý měřicí bod jsme vybrali front-end počítačovou místnost síťové společnosti. Jak je znázorněno na obrázku 2, zde jsme vybrali hlavní značky set-top boxů, které se v současné době používají v Číně k testování. Po zakódování testovacího signálu TG700 pomocí původního kodéru, který používáme, vložte jej do kanálu, který právě vysíláme. Poté použijte set-top box v počítačové místnosti front-end k demodulování televizního signálu. Dekódovaný audio / video signál je poté odeslán do WFM7120 k měření po A / D a vložení analogového signálu přes videorekordér Panasonic D950. Výsledky měření ukazují, že rozdíl zpoždění zvuku / videa u těchto typů set-top boxů je odlišný, některé jsou před 150 ms a některé zaostávají o 300 ms. To ukazuje, že různé set-top boxy mají různé schopnosti udržovat synchronizační vztah mezi audio / video signály po demodulaci a dekódování stejného digitálního televizního signálu.
Testování různých kodérů
Jak je znázorněno na obrázku 3, stále používáme generátor signálu TG700 k testování různých kodérů a umožňujeme kodéru, modulátoru a set-top boxu vytvářet simulované prostředí vysílání / prohlížení. Zde používáme několik kodérů různých značek. Po kódování testovacího signálu TG700 je modulován stejným modulátorem a poté je signál dekódován stejným set-top boxem. Je také zpracován D950 a odeslán do WFM7120 k měření. Konečným výsledkem měření je, že některé z jejich rozdílů zpoždění zvuku / videa jsou 30 ms a některé dosahují 300 ms, což naznačuje, že různé kodéry mají větší dopad na synchronizaci zvuku / videa konečného signálu sledování set-top boxu.
Analýza příčin
Princip načasování systému MPEG-2
V současné době je v přenosovém systému digitální televize v mé zemi standard MPEG-2 důležitým standardem komprese zvuku a videa. Komprimuje, kóduje a multiplexuje programové signály na konci zdroje a demultiplexuje a dekóduje signály na konci příjmu. Byl široce používán. Systém digitálního přenosu, který používáme, je založen na standardu MPEG-2. Podívejme se na strukturu systému MPEG-2, jak je znázorněno na obrázku 4.
Na obrázku 4 je vidět, že zvukové a obrazové signály tvoří základní proud po odstranění nadbytečných informací kompresním kodérem. Tento základní proud kódu nelze přímo ukládat ani přenášet. Musí být zasláno konkrétnímu baliči. Proud elementárního kódu je rozdělen do odstavců podle určitého formátu a jsou přidány specifické identifikační znaky pro vytvoření takzvaného zabaleného proudu elementárního kódu (PES). PES pakety jsou audio a video datové pakety s proměnnou délkou. Poté jsou audio a video PES pakety a pomocná data odesílány do přenosového subsystému, které jsou rozděleny na malé datové pakety s pevnou délkou 188b a multiplexovány časově děleným multiplexováním. Vytvoří se jediný tok TS a tok TS dosáhne přijímacího konce po přenosu kanálem.
Jak všichni víme, synchronizace je nezbytnou podmínkou pro správné zobrazení TV. U digitální televize, protože vyrovnávací paměť se používá k ukládání signálu během procesu komprese a kódování, se mění časová osa signálu v multiplexeru plus množství redundance dat, liší se také kompresní poměr, takže časová osa Velké změny, zejména při zpracování vrstev skupiny rámců, se také změnilo pořadí B snímků a P snímků. To vše způsobí, že synchronizace digitálních televizních signálů zcela ztratí koncept původní sekvence. Efektivním způsobem, jak dosáhnout synchronizace, je přidání časového štítku do proudu signálního kódu pokaždé, když uplyne zadaný interval. S touto značkou lze přijímací konec znovu objednat podle této časové značky během procesu dekódování před zobrazením, rekonstruovat pořadí obrazu před kompresí a kódováním a časový vztah mezi zvukem a obrazem, čímž se dosáhne synchronizace obrazu a zvuk je synchronizován s obrazem.
Z obrázku 4 je také patrné, že v kodéru MPEG-27 je jeden společný systémový takt STC (2 MHz). Tyto hodiny se používají ke generování časového razítka označujícího správné dekódování a načasování zobrazení zvuku / videa. Současně jej lze použít k indikaci vzorkování Okamžitá hodnota okamžitého času hodin systému. Hodiny jsou fázově blokovány linkovou synchronizací vstupního videa. Když je vstupem signál SDI, jsou systémové hodiny kodéru generovány hodinami dělenými 10. Jde o vznik společných systémových hodin v kodéru, stejně jako regeneraci hodin v dekodéru a správné použití časových značek, které poskytují základ pro správnou synchronizaci operací v dekodéru. Aby bylo možné realizovat synchronizaci hodin kodeku, jsou hodiny systému STC počítány v kodéru a vzorkovací hodnota čítače je přenášena do přijímače v adaptační hlavičce vybraného TS paketu vždy po určité době přenosu, jako dekódování Referenční signál programových hodin procesoru, kterým je PCR. Platný bit pro PCR je 42b, přičemž nejvyšší 33b je PCR_Base, což je hodnota počtu v jednotce 27MHz hodin a hodiny děleno 300, a nejnižší 9b je PCR_Extension, což je hodnota počtu v 27MHz taktu jako jednotka. Kromě PCR jsou velmi důležité také dekódovací časové označení DTS a zobrazovací časové označení PTS. Jsou podobné jako PCR_Base. Jsou také vytvořeny se systémovými hodinami kodéru 27 MHz, děleny 300 jako hodnota počtu jednotek. Mezi nimi se DTS používá k instruování dekodéru, kdy má dekódovat přijímaný obrazový a zvukový rámec, a PTS se používá k upozornění, kdy se má zobrazit dekódovaný obrazový rámec.
Při použití obousměrného kódování musí být dekódování určitého obrazu provedeno v časovém období před jeho zobrazením, aby jej bylo možné použít jako zdrojová data pro dekódování obrazu B-snímku. Například pořadí zobrazení obrázků je IBBP, ale pořadí přenosu obrázků je IPBB. Referenční model MPEG věří, že dekódování nastává okamžitě, to znamená, že dekódování a zobrazení jsou prováděny současně. U zvukových rámců a rámců obrazu B je doba dekódování a doba zobrazení stejná a PTS je stejný jako DTS, takže je třeba přenášet pouze PTS. U obrazových I snímků a P snímků se kvůli přeskupení snímků liší doba dekódování a doba zobrazení a PTS a DTS se musí vysílat současně. Když dekodér přijímá obrazovou sekvenci IPBB, musí před dekódováním prvního obrazu B-snímku dekódovat obrazy I-snímků a P-snímků. Dekodér může dekódovat pouze jeden snímek obrazu najednou, takže nejprve dekóduje obraz I snímku a uloží jej. Když je obraz rámce P dekódován, vydá a zobrazí dekódovaný obraz rámce I a poté dekóduje a zobrazí obraz rámce B. Tabulky 1, 2, 3 a 4 ukazují sekvenci vstupních a výstupních obrazů kodéru, hodnoty PTS a DTS každého snímku a dekódovací a zobrazovací sekvenci každého snímku obrazu dekodérem.
V tabulce 1 tvoří 13 snímků obrázků skupinu obrázků, první snímek I rámce používá kódování uvnitř rámce, druhý a třetí B snímek se získají obousměrnou predikcí z prvního a čtvrtého snímku a čtvrtý snímek P je prošel prvním rámem. Odvozeno z předpovědi vpřed. Po kódování prvního snímku kodér nejprve uloží do vyrovnávací paměti druhý a třetí snímek, zakóduje čtvrtý snímek a poté zakóduje druhý a třetí snímek atd. A konečná kódovaná výstupní sekvence je uvedena v zobrazené tabulce 2.
Z tabulky 3 a tabulky 4 je patrné, že když dekodér obdrží určitou přístupovou jednotku obsahující obraz I rámce, paket datových souborů by měl obsahovat DTS a PTS, čas mezi hodnotami těchto dvou značek Interval je jeden období obrazu. Poté, co je I snímek rámce P rámcem, měl by být v datovém paketu souboru také DTS a PTS a časový interval mezi hodnotami dvou značek je tři obrazové periody. Pak existují dva B-snímky, jejichž datové pakety souborů obsahují pouze PTS. To znamená, že I snímek se přehraje a zobrazí se zpožděním jednoho snímku po dekódování. Když je zobrazen snímek I, je dekódován snímek P čtvrtého snímku, ale není přehráván a zobrazen. Nejprve se uloží do mezipaměti a poté, co se přehraje a zobrazí snímek 1I, dekóduje a okamžitě zobrazí 2B snímky, poté 3B snímky, poté zobrazí 4P snímky s mezipamětí a dekóduje a současně uloží 7P snímky atd. Je vidět, že posloupnost dekódovaných a zobrazených obrazů je konzistentní se sledem obrazového vstupu v tabulce 1.
Princip časování dekodéru (set-top box)
PTS a DTS jsou pouze hodnoty 33b. Pokud neexistuje žádný odkaz na časovou osu představovanou PCR, nemá tato hodnota smysl. Aby bylo možné zachovat správné dekódování, musí být systémové hodiny kodéru a dekodéru (set-top box) udržovány uzamčené, to znamená, že jejich frekvence jsou udržovány stejné a počáteční hodnoty jejich příslušných čítačů jsou stejné.
V dekodéru (set-top box) je napěťově řízený oscilátor (VCO) s frekvencí přibližně 27 MHz. Výstupní signál je odeslán na čítač jako systémové hodiny, aby se vygenerovala aktuální hodnota vzorku STC, což je hodnota 42b jako PCR. Mezi nimi je vysoká 33b je hodnota počítání v jednotce 27MHz hodin po 300 růžových frekvencích a nízká 9b je hodnota počítání v jednotce 27MHz hodin. Když nový program dorazí k dekodéru (set-top box), získá dekodér (set-top box) hodnotu PCR z proudu kódu, porovná její hodnotu PCR_Extention s dolními 9 bity aktuálního STC a získá chybu signál a poté prochází fázově uzavřeným obvodem smyčky. Upravte napěťově řízený oscilátor tak, aby frekvence systémových hodin dekodéru (set-top boxu) odpovídala frekvenci systémových hodin kodéru. Získejte hodnoty PTS a DTS každého snímku postupně z toku kódu a porovnejte je s vysokými 33 bity aktuální hodnoty STC. Pokud je hodnota DTS větší než hodnota STC, proud kódu se uloží do vyrovnávací paměti a současně se sleduje změna hodnoty STC. Když se hodnota STC zvýší na stejnou hodnotu DTS, datový tok rámcového kódu se dekóduje. Když se hodnota STC rovná hodnotě PTS, přehrajte snímek. Pokud v důsledku jitteru zpoždění vyrovnávací paměti přenosové sítě, když proud kódu dosáhne dekodéru (set-top boxu), je jeho hodnota PTS již menší než hodnota STC, pak dekodér (set-top box) přeskočí tento rámec a zahodí data rámce. Vzhledem k tomu, že PTS a DTS jsou generovány na základě hodnoty PCR, musí být jako první hodnota použita první získaná hodnota PCR k nastavení čítače STC dekodéru (set-top box), aby byly jejich hodnoty stejné, jinak by časová základna bude jiná. , Tak chyba dekódování. Zpracování zvuku a videa je podobné, ale není problém s časovým přeskupením. Obrázek 5 ukazuje schéma pracovního principu dekodéru (set-top boxu) PCR.
Důvody pro nesynchronizaci zvuku a videa
V praktických aplikacích některé kodéry způsobují chvění výstupních hodin kvůli nestabilní časové základně vstupního videosignálu a interval synchronizace snímků není 40 ms. U těchto kodérů se po nastavení počáteční hodnoty DTS podle PCR a zpoždění vyrovnávací paměti získá hodnota DTS každého rámce přidáním pevné hodnoty k předchozímu DTS (tuto hodnotu lze vypočítat následovně: 27MHz se dělí 300 Je to 90kHz a PAL TV je 25 snímků za sekundu. Proto je hodnota 90000/25 = 3600) a hodnota PTS se počítá podle typu rámce a typu GOP. Hodnota PCR se však během tohoto období nezvýšila o 3600 27, což způsobilo, že DTS a PTS se ve srovnání s PCR zvětšily nebo zmenšily. Některé dekodéry (set-top boxy) nepoužívají napěťově řízený oscilátor a jejich systémové hodiny jsou pevně nastaveny na XNUMX MHz, ale pomocí přijaté hodnoty PCR inicializují hodnotu místního počítadla systémových hodin. Kodér a dekodér (set-top box) nemohou udržovat přísný zámek, což může způsobit, že dekodér (set-top box) zruší snímky. Některé dekodéry (set-top boxy) však po ztrátě rámce již striktně dekódují a nezobrazují podle DTS a PTS, ale dekódují podle situace vyrovnávací paměti, protože zpoždění kódování videa a zvuku je odlišné, může to způsobit zvuk Obraz není synchronizován.
Navíc v procesu přenosu z kodéru do dekodéru (set-top boxu) nemusí být kvůli zpoždění vyrovnávacích pamětí s variabilním zpožděním, jako jsou multiplexory a modulátory, přenosové zpoždění paketů PCR konstantní, od velkých po malý. Pokud není PCR opravena, mohou také nastat výše uvedené problémy.
abych to shrnul
Z výše uvedené analýzy je patrné, že kodér i dekodér (set-top box) mohou způsobit výskyt asynchronizace zvuku a videa. Po testování kodérů různých značek si naše stanice vybrala kodér s lepšími testovacími indikátory a nahradila původní kodér, což výrazně zlepšilo fenomén, že zvuk a obraz TV nejsou synchronizovány. V dalším kroku zavedení set-top boxů posílí síťové společnosti také testování příslušných indikátorů, aby zlepšily kvalitu hodnocení publika. Samozřejmě v procesu digitalizace rozhlasu a televize v mé zemi stále potřebujeme společné úsilí našich televizních pracovníků a výrobců zařízení, abychom konečně dosáhli úplného úspěchu. V
Náš další produkt:
