Ključne besede: Asinhroni avdio in video MPEG-2 PCR DTS PTS Encoder Decoder
S hitrim razvojem digitalne televizije v moji državi in napredkom digitalne preobrazbe mestnih radijskih in televizijskih omrežij je vse več ljudi začelo uporabljati sprejemnike za gledanje programov digitalne televizije. Toda v procesu gledanja televizijskih programov prek sprejemnika, gledalci včasih ugotovijo, da se nekateri zvoki in video ne sinhronizirajo. Tudi to je pritegnilo našo pozornost.
Fenomen in test
Mesto Guiyang je v bistvu konec leta 2007 zaključilo digitalno preobrazbo svojega radijskega in televizijskega omrežja, programi digitalne postaje Guizhou pa so vstopili tudi v prenos digitalnega omrežja. Po vstopu v digitalno omrežje smo ugotovili, da je več programov naše postaje na nekaterih področjih imelo pojav nesinhronizacije zvoka in videa, še posebej, ko so se novice predvajale na satelitskem video kanalu in kanalu people. Da bi ugotovili, kje je težava, smo se odločili, da izvedemo test sinhronizacije ustnic na celotni prenosni poti našega programa. Za preskus je bila uporabljena oprema Tektronix WFM7120. Pri merjenju zakasnitve avdio / video je treba skozi TG700 DVG7 ustvariti tudi vrsto kratkih video signalov v barvni vrstici, zvočno zaporedje pa je vgrajeno v to skupino video signalov z intervalom 5s, tak signal pa pošlje preskusni sistem in na koncu pošlje signal na WFM7120, da izmeri časovno razliko med zvokom in videom.
Notranji test nadzornega centra za oddajanje
Kot je prikazano na sliki 1, za merjenje, ali obstaja razlika v zakasnitvi zvoka / slike v sistemu televizijske postaje, uporabljamo čas pregleda, da testni signal, ki ga ustvari TG700, posnamemo na predvajani trdi disk in ga predvajamo skozi trdi disk, in vložite preskusni signal v zamudo. Po modulu za sinhronizacijo sličic se odda na kanalu, nato pa te tri signale izmerimo, preden oddajni oddelek signal prenese na kodirnik omrežnega podjetja. Rezultati meritev kažejo, da razlika v zakasnitvi zvoka / videa teh treh signalov ne presega 12 ms, to pomeni, da eno polje ni dovolj, kar kaže, da signal nima težave z avdio in video sinhronizacijo v nadzornem centru za oddajanje.
Testiranje različnih set-top boxov
Za drugo merilno točko smo izbrali čelno računalniško sobo omrežnega podjetja. Kot je prikazano na sliki 2, smo tukaj za testiranje izbrali glavne znamke set-top boxov, ki se trenutno uporabljajo na Kitajskem. Po kodiranju preizkusnega signala TG700 skozi originalni kodirnik, ki ga uporabljamo, ga vstavite v kanal, ki ga trenutno predvajamo. Nato s pomočjo TV-sprejemnika v računalniški učilnici demodulirajte TV-signal. Dekodirani avdio / video signal se nato pošlje na WFM7120 za merjenje po A / D in vdelavo analognega signala skozi Panasonic D950 video snemalnik. Rezultati meritev kažejo, da je razlika v zakasnitvi zvoka / videa pri teh vrstah sprejemnikov različna, nekatere so pred 150 ms, nekatere pa za 300 ms. To kaže, da imajo različni sprejemniki različne zmožnosti za vzdrževanje sinhronizacijskega razmerja med avdio / video signali po demodulaciji in dekodiranju istega digitalnega televizijskega signala.
Testiranje različnih kodirnikov
Kot je prikazano na sliki 3, še vedno uporabljamo generator signala TG700 za testiranje različnih kodirnikov in dajalniku, modulatorju in sprejemniku omogočamo, da ustvari simulirano okolje za oddajanje / gledanje. Tu uporabljamo več kodirnikov različnih blagovnih znamk. Po kodiranju testnega signala TG700 ga modulira isti modulator, nato pa signal dekodira isti set-top box. Prav tako ga obdela D950 in pošlje na merjenje WFM7120. Končni rezultat merjenja je, da so nekatere razlike v zakasnitvi zvoka / videa 30 ms, nekatere pa 300 ms, kar kaže, da imajo različni kodirniki večji vpliv na sinhronizacijo zvoka in slike končnega signala gledanja sprejemnika.
Analiza vzrokov
Časovno načelo sistema MPEG-2
Trenutno je v sistemu prenosa digitalne televizije v moji državi standard MPEG-2 pomemben standard kompresije zvoka in slike. Stisne, kodira in multipleksira programske signale na koncu vira, demultiplekse in dekodira pa na sprejemnem koncu. Je bil široko uporabljen. Digitalni prenosni sistem, ki ga uporabljamo, temelji na standardu MPEG-2. Oglejmo si sistemsko strukturo MPEG-2, kot je prikazano na sliki 4.
Iz slike 4 je razvidno, da avdio in video signali tvorijo osnovni tok, potem ko odvečne informacije odstrani dajalnik stiskanja. Tega osnovnega toka kode ni mogoče shraniti ali prenesti neposredno. Poslati ga je treba določenemu pakirniku. Elementarni tok kode je razdeljen na odstavke glede na določeno obliko in dodani so posebni identifikacijski znaki, ki tvorijo tako imenovani paket osnovnega koda (PES). Paketi PES so avdio in video podatkovni paketi s spremenljivo dolžino. Nato se avdio in video PES paketi in pomožni podatki pošljejo v prenosni podsistem, ki so razdeljeni na majhne podatkovne pakete s fiksno dolžino 188b in multipleksirani s časovnim multipleksiranjem. Oblikuje se en tok TS in tok TS po prenosu prek kanala doseže sprejemni konec.
Kot vsi vemo, je sinhronizacija nujen pogoj za pravilen prikaz televizorja. Ker se pri digitalni televiziji medpomnilnik uporablja za shranjevanje signala med stiskanjem in kodiranjem, se spremeni časovna os signala v multiplekserju, poleg tega pa je količina redundance podatkov drugačna, drugačno je tudi razmerje stiskanja časovna os Velike spremembe, zlasti pri obdelavi slojev skupine okvirjev, se je spremenil tudi vrstni red B okvirjev in P okvirjev. Zaradi tega sinhronizacija digitalnih televizijskih signalov popolnoma izgubi koncept prvotnega zaporedja. Učinkovit način za doseganje sinhronizacije je dodajanje časovne oznake toku signalne kode vsakič, ko mine določen interval. S to oznako lahko prejemni konec med postopkom dekodiranja pred prikazom preuredite glede na to časovno oznako, rekonstruirate vrstni red slike pred stiskanjem in kodiranjem ter časovno razmerje med zvokom in sliko, s čimer dosežete sinhronizacijo slike in zvok se sinhronizira s sliko.
Iz slike 4 je razvidno tudi, da je v dajalniku MPEG-27 ena sama skupna sistemska ura STC (2 MHz). Ta ura se uporablja za ustvarjanje časovnega žiga, ki označuje pravilno dekodiranje in prikaz časa avdio / video. Hkrati se lahko uporablja za označevanje vzorčenja Takojšnja vrednost trenutne sistemske ure. Ura je fazno zaklenjena z linijsko sinhronizacijo vhodnega videa. Ko je vhod signal SDI, sistemsko uro dajalnika generira ura, deljena z 10. To je pojav skupne sistemske ure v kodirniku, pa tudi regeneracija ure v dekoderju in pravilna uporaba časovnih žigov, ki so osnova za pravilno sinhronizacijo operacij v dekoderju. Za uresničitev sinhronizacije ure kodeka se sistemska ura STC prešteje v kodirniku, vrednost vzorčenja števca pa se vsakemu določenemu času oddajanja pošlje sprejemniku v prilagoditveni glavi izbranega paketa TS kot dekodiranje Referenčni signal programske ure procesorja, ki je PCR. Veljaven bit PCR je 42b, med katerimi je visokih 33b PCR_Base, kar je vrednost štetja v enoti ure 27MHz in ure, deljene s 300, nizka vrednost 9b pa PCR_Extention, kar je vrednost štetja v takt 27MHz kot enota. Poleg PCR sta zelo pomembni tudi oznaka časa dekodiranja DTS in oznaka časa prikaza PTS. Podobni so PCR_Base. Ustvarjeni so tudi s sistemsko uro 27MHz dajalnika, deljeno s 300 kot vrednostjo števila enot. Med njimi se DTS uporablja za navodila dekoderju, kdaj naj dekodira prejeto sliko in zvočni okvir, PTS pa za obveščanje, kdaj naj bo prikazan dekodiran slikovni okvir.
Pri dvosmernem kodiranju je treba dekodiranje določene slike izvesti v določenem časovnem obdobju, preden se prikaže, tako da se lahko uporablja kot izvorni podatek za dekodiranje slike B-okvira. Na primer, vrstni red prikaza slik je IBBP, vendar je vrstni red prenosa slik IPBB. Referenčni model MPEG verjame, da se dekodiranje zgodi v trenutku, to pomeni, da se dekodiranje in prikaz izvajata hkrati. Pri zvočnih okvirih in sličicah B sta čas dekodiranja in čas prikaza enaka, PTS pa enak DTS, zato je treba poslati samo PTS. Za video sličice I in sličice P sta zaradi preurejanja sličic čas dekodiranja in čas prikaza različni, hkrati pa se morata oddajati tudi PTS in DTS. Ko dekoder prejme zaporedje slik IPBB, mora pred dekodiranjem prve slike B-okvira dekodirati slike I-frame in P-frame. Dekoder lahko hkrati dekodira samo en okvir slike, zato najprej dekodira sliko I frame in jo shrani. Ko je slika okvirja P dešifrirana, prikaže in prikaže dekodirano sliko slike I, nato pa dekodira in prikaže sliko B slike. Tabele 1, 2, 3 in 4 prikazujejo zaporedje vhodnih in izhodnih slik dajalnika, vrednosti PTS in DTS vsakega okvira ter zaporedje dekodiranja in prikazovanja vsakega okvira slike s strani dekoderja.
V tabeli 1 13 slik slik predstavlja skupino slik, prvi okvir I okvir uporablja kodiranje znotraj sličic, drugi in tretji B okvir pa dobimo z dvosmerno napovedjo iz prvega in četrtega okvira, četrti okvir P pa je mimo prvega okvira. Izhaja iz napovedi naprej. Po kodiranju prvega okvirja kodirnik najprej medpomni drugi in tretji okvir, kodira četrti okvir, nato kodira drugi in tretji okvir itd., Končno kodirano izhodno zaporedje pa je prikazano v prikazani tabeli 2.
Iz tabel 3 in tabele 4 je razvidno, da mora dekoder, ko prejme določeno enoto za dostop, ki vsebuje sliko okvirja I, vsebovati datotečni podatkovni paket DTS in PTS, čas med vrednostma teh dveh oznak Interval je en obdobje slike. Ko je slika I frame okvir P, morata biti v podatkovnem paketu datoteke tudi DTS in PTS, časovni interval med vrednostma obeh oznak pa je tri obdobja slike. Nato sta dva B-okvira, katerih podatkovni paketi datotek vsebujejo samo PTS. To pomeni, da se slika I frame predvaja in prikaže po zamiku enega sličice po dekodiranju. Ko se prikaže okvir I, se četrti okvir P okvir dekodira, vendar se ne predvaja in prikaže. Najprej se predpomni, po predvajanju in prikazovanju okvira 1I pa takoj dekodirajte in prikažite 2B okvirje, nato 3B okvirje, nato prikažite medpomnjene okvire 4P ter hkrati dekodirajte in medpomnite okvire 7P itd. Vidimo lahko, da je zaporedje dekodiranih in prikazanih slik skladno z zaporedjem vnosa slik v tabeli 1.
Načelišče dekodirnika (set-top box)
PTS in DTS sta le 33b vrednosti. Če ni sklicevanja na časovno os, ki jo predstavlja PCR, je ta vrednost brez pomena. Da bi ohranili pravilno dekodiranje, morajo biti sistemske ure kodirnika in dekodirnika (set-top box) zaklenjene, to pomeni, da so njihove frekvence enake in začetne vrednosti njihovih števcev enake.
V dekoderju (set-top box) je napetostno nadzorovan oscilator (VCO) s frekvenco približno 27 MHz. Izhodni signal se pošlje na števec kot sistemska ura za generiranje trenutne vrednosti vzorca STC, kar je vrednost 42b, kot je PCR. Med njimi je visoka 33b vrednost štetja v enoti ure 27MHz po 300 roza frekvenci, nizka 9b pa vrednost štetja v enoti ure 27MHz. Ko nov program prispe na dekodirnik (set-top box), dekoder (set-top box) pridobi vrednost PCR iz toka kode, primerja svojo vrednost PCR_Extention z nižjimi 9b bitov trenutnega STC in dobi napako signal, nato pa gre skozi fazno zaklenjeno zanko. Nastavite oscilator z napetostjo, tako da je sistemska frekvenca dekodirnika (set-top box) skladna s sistemsko taktno frekvenco dajalnika. Vrednosti PTS in DTS vsakega okvira zaporedoma pridobite iz toka kode in jih primerjajte z visokimi 33b bitov trenutne vrednosti STC. Če je vrednost DTS večja od vrednosti STC, se tok kode medpomni in hkrati spremlja sprememba vrednosti STC. Ko se vrednost STC poveča na vrednost DTS, se koda okvirne kode dekodira. Ko je vrednost STC enaka vrednosti PTS, predvajajte okvir. Če je zaradi trepetanja zamude medpomnilnika prenosnega omrežja, ko tok kode doseže dekodirnik (set-top box), njegova vrednost PTS že manjša od vrednosti STC, potem dekoder (set-top box) preskoči ta okvir in zavrže podatke o okvirju. Ker se PTS in DTS generirata na podlagi vrednosti PCR, je treba prvo pridobljeno vrednost PCR uporabiti kot začetno vrednost za nastavitev števca STC dekodirnika (set-top box), da bodo njihove vrednosti enake, sicer pa časovna osnova bo drugačna. , Tako napaka pri dekodiranju. Obdelava zvoka in videa je podobna, vendar ni težav s časovno prerazporeditvijo. Slika 5 prikazuje diagram principa delovanja dekodirnika (set-top box) PCR.
Razlogi za nesinhronizacijo zvoka in videa
V praktičnih aplikacijah nekateri dajalniki povzročajo tresenje v svoji izhodni takt zaradi nestabilne časovne osnove vhodnega video signala, interval sinhronizacije sličic pa ni 40 ms. Za te dajalnike se po nastavitvi začetne vrednosti DTS glede na PCR in zamika medpomnilnika vrednost DTS vsakega okvira doda z dodajanjem fiksne vrednosti prejšnjemu DTS (to vrednost lahko izračunamo na naslednji način: 27 MHz je deljeno s 300 90 kHz, PAL TV pa 25 sličic na sekundo, zato je vrednost 90000/25 = 3600), vrednost PTS pa se izračuna glede na vrsto okvirja in tip GOP. Vendar se vrednost PCR v tem obdobju ni povečala za 3600, zaradi česar sta DTS in PTS postala večja ali manjša glede na PCR. Nekateri dekodirniki (set-top box) ne uporabljajo oscilatorja z nadzorovanim napetostjo, njihova sistemska ura pa je fiksnih 27MHz, ampak s pomočjo prejete vrednosti PCR inicializira vrednost lokalnega sistemskega števca ure. Dajalnik in dekodirnik (set-top box) ne moreta vzdrževati strogega zaklepanja, kar lahko povzroči, da dekoder (set-top box) spušča okvirje. Vendar nekateri dekoderji (set-top boxi) po izgubi sličic ne dekodirajo in prikazujejo v skladu z DTS in PTS, ampak dekodirajo glede na situacijo medpomnilnika, ker je zakasnitev kodiranja videa in zvoka drugačna, lahko povzroči zvok Slika ni sinhronizirana.
Poleg tega v postopku prenosa od kodirnika do dekodirnika (set-top box) zaradi obstoja povezav medpomnilnika s spremenljivo zakasnitvijo, kot so multiplekserji in modulatorji, zakasnitev prenosa paketov PCR morda ne bo stalna in se spreminja od velike do majhna. Če PCR ni popravljen, se lahko pojavijo tudi zgornje težave.
da povzamem
Iz zgornje analize je razvidno, da lahko dajalnik in dekodirnik (set-top box) povzročita asinhronizacijo zvoka in slike. Po preizkusu dajalnikov različnih blagovnih znamk je naša postaja izbrala kodirnik z boljšimi testnimi indikatorji in zamenjala originalni kodirnik, kar je močno izboljšalo pojav, da zvok in slika televizorja nista sinhronizirana. V naslednjem koraku uvajanja televizijskih sprejemnikov bodo omrežna podjetja okrepila tudi preizkušanje ustreznih kazalnikov za izboljšanje kakovosti ocen občinstva. Seveda v procesu pospeševanja digitalizacije radia in televizije moje države še vedno potrebujemo skupna prizadevanja naših televizijskih delavcev in proizvajalcev opreme, da bi končno dosegli popoln uspeh.v
Naš drugi izdelek:
