Ključne riječi: Asinkroni audio i video MPEG-2 PCR DTS PTS enkoder dekoder
S brzim razvojem digitalne televizije u mojoj zemlji i napretkom digitalne transformacije urbanih radijskih i televizijskih mreža, sve je više ljudi počelo koristiti TV prijemnike za gledanje programa digitalne televizije. No, u procesu gledanja TV programa kroz set-top box, gledatelji ponekad otkriju da neki audio i video podaci nisu sinkronizirani. Ovo nam je također privuklo pažnju.
Fenomen i test
Grad Guiyang u osnovi je dovršio digitalnu transformaciju svoje radijske i televizijske mreže krajem 2007. godine, a programi TV stanice Guizhou također su ušli u prijenos digitalne mreže. Nakon ulaska u digitalnu mrežu otkrili smo da je nekoliko programa naše stanice imalo fenomen nesinkronizacije zvuka i slike u nekim područjima, posebno kada su vijesti emitirane na satelitskom video kanalu i na kanalu people. Kako bismo saznali gdje je problem, odlučili smo provesti test sinkronizacije usana na cijelom putu prijenosa našeg programa. Oprema koja se koristi za test je Tektronix WFM7120. Prilikom mjerenja audio / video kašnjenja također je potrebno generirati niz kratkih video signala u boji kroz TG700 DVG7, a audio slijed ugrađen je u ovu skupinu video signala s intervalom od 5s, pošaljite takav signal na ispitni sustav i napokon pošaljite signal na WFM7120 za mjerenje vremenske razlike između zvuka i slike.
Interno ispitivanje centra za emitiranje
Kao što je prikazano na slici 1, kako bismo izmjerili postoji li razlika u kašnjenju zvuka i slike u sustavu TV stanice, koristimo vrijeme pregleda kako bismo snimili testni signal generiran od strane TG700 na emitirani tvrdi disk, reproducirali ga putem tvrdog diska, i unesite ispitni signal kašnjenju. Nakon modula za sinkronizaciju okvira, emitira se na kanalu, a zatim mjerimo ova tri signala prije nego što odjel za prijenos pošalje signal koderu mrežnog poduzeća. Rezultati mjerenja pokazuju da razlika u kašnjenju zvuka i slike ova tri signala ne prelazi 12 ms, odnosno jedno polje nije dovoljno, što ukazuje da signal nema problema sa sinhronizacijom zvuka i slike u kontrolnom centru emitiranja.
Testiranje različitih set-top boksova
Za drugo mjerno mjesto odabrali smo prednju računalnu učionicu mrežne tvrtke. Kao što je prikazano na slici 2, ovdje smo odabrali glavne marke prijemnika koji se trenutno koriste u Kini za testiranje. Nakon kodiranja testnog signala TG700 kroz izvorni koder koji koristimo, umetnite ga u kanal koji trenutno emitiramo. Zatim upotrijebite set-top box u prednjoj računalnoj sobi za demodulaciju TV signala. Dekodirani audio / video signal zatim se šalje na WFM7120 radi mjerenja nakon A / D i ugradnje analognog signala kroz Panasonic D950 video rekorder. Rezultati mjerenja pokazuju da je razlika u kašnjenju zvuka i slike kod ovih vrsta set-top box uređaja različita, neke su ispred 150 ms, a neke zaostaju za 300 ms. To pokazuje da različiti set-top box uređaji imaju različite mogućnosti održavanja odnosa sinkronizacije između audio / video signala nakon demodulacije i dekodiranja istog digitalnog TV signala.
Ispitivanje različitih enkodera
Kao što je prikazano na slici 3, i dalje koristimo generator signala TG700 za testiranje različitih enkodera, a enkoderu, modulatoru i set-top boxu omogućujemo izgradnju simuliranog okruženja za emitiranje / gledanje. Ovdje koristimo nekoliko kodera različitih marki. Nakon kodiranja testnog signala TG700, modulira ga isti modulator, a zatim signal dekodira isti set-top box. Također ga obrađuje D950 i šalje na mjerenje WFM7120. Konačni rezultat mjerenja je da su neke od njihovih razlika u audio / video kašnjenju 30 ms, a neke dosežu i 300 ms, što ukazuje da različiti koderi imaju veći utjecaj na audio / video sinkronizaciju konačnog signala gledanja set-top box-a.
Analiza uzroka
Načelo vremena MPEG-2 sustava
Trenutno je u sustavu prijenosa digitalne televizije u mojoj zemlji standard MPEG-2 važan standard kompresije zvuka i slike. Komprimira, kodira i multipleksira programske signale na kraju izvora, a demultipleksira i dekodira signale na prijemnom kraju. Široko se koristi. Digitalni prijenosni sustav koji koristimo zasnovan je na MPEG-2 standardu. Pogledajmo strukturu sustava MPEG-2, kao što je prikazano na slici 4.
Iz slike 4 može se vidjeti da audio i video signali čine osnovni tok nakon uklanjanja suvišnih podataka kodorom kompresije. Ovaj osnovni tok koda nije moguće izravno pohraniti ili prenijeti. Mora se poslati određenom pakiraču. Elementarni tok koda podijeljen je u odlomke prema određenom formatu, a dodani su specifični identifikacijski znakovi kako bi se formirao takozvani upakirani elementarni kodni tok (PES). PES paketi su audio i video podaci s promjenjivom duljinom. Tada se audio i video PES paketi i pomoćni podaci šalju prijenosnom podsustavu koji su podijeljeni u male podatkovne pakete fiksne duljine 188b i multipleksirani vremenskim multipleksiranjem. Formira se jedan TS tok, a TS tok doseže prijemni kraj nakon prijenosa kroz kanal.
Kao što svi znamo, sinkronizacija je nužan uvjet za ispravan TV prikaz. Za digitalnu TV, budući da se međuspremnik koristi za pohranu signala tijekom procesa kompresije i kodiranja, vremenska os signala u multiplekseru se mijenja, plus je količina redundancije podataka različita, omjer kompresije je također različit, tako da vremenska os Velike promjene, posebno u obradi sloja grupe okvira, promijenio se i redoslijed B okvira i P okvira. Zbog svega toga sinkronizacija digitalnih TV signala potpuno gubi koncept izvorne sekvence. Učinkovit način postizanja sinkronizacije je dodavanje vremenske oznake u tok signalnog koda svaki put kad prođe određeni interval. Pomoću ove oznake kraj prijema može se preurediti prema toj vremenskoj oznaci tijekom postupka dekodiranja prije prikaza, rekonstruirati redoslijed slike prije kompresije i kodiranja te vremenski odnos između zvuka i slike, čime se postiže sinkronizacija slike i zvuk se sinkronizira sa slikom.
Iz slike 4 također se može vidjeti da u MPEG-27 koderu postoji jedan zajednički sistemski takt STC (2MHz). Taj se sat koristi za generiranje vremenske oznake koja pokazuje ispravno dekodiranje i prikaz vremena audio / video zapisa. Istodobno se može koristiti za označavanje uzorkovanja Trenutna vrijednost trenutnog vremena sata sustava. Sat je fazno zaključan linijskom sinkronizacijom ulaznog videozapisa. Kada je ulaz SDI signal, sistemski sat kodera generira sat podijeljen s 10. To je pojava zajedničkog sistemskog sata u koderu, kao i regeneracija sata u dekoderu i ispravan korištenje vremenskih žigova koji pružaju osnovu za ispravnu sinkronizaciju operacija u dekoderu. Da bi se ostvarila sinkronizacija sata kodeka, sat STC sustava računa se u koderu, a vrijednost uzorkovanja brojača prenosi se na prijemnik u zaglavlju prilagodbe odabranog TS paketa svako određeno vrijeme prijenosa, kao dekodiranje Referentni signal programskog sata procesora, a to je PCR. Valjani bit PCR-a je 42b, među kojima je visokih 33b PCR_Base, što je vrijednost broja u jedinici sata 27MHz i sata podijeljena s 300, a niska vrijednost 9b je PCR_Extension, što je vrijednost broja u satu 27MHz kao jedinica. Uz PCR, vrlo su važne i oznaka vremena dekodiranja DTS i oznaka vremena prikaza PTS. Slični su PCR_Base. Također se kreiraju sa sistemskim taktom kodera od 27 MHz, podijeljenim s 300 kao vrijednošću broja jedinica. Među njima se DTS koristi za upućivanje dekodera kada treba dekodirati primljenu sliku i audio okvir, a PTS služi za obavještavanje kada treba prikazati dekodirani okvir slike.
Kada se koristi dvosmjerno kodiranje, dekodiranje određene slike mora se izvršiti u određenom vremenskom razdoblju prije nego što se prikaže, kako bi se mogla koristiti kao izvorni podaci za dekodiranje slike B-okvira. Na primjer, redoslijed prikaza slika je IBBP, ali redoslijed prijenosa slika je IPBB. MPEG referentni model vjeruje da se dekodiranje događa trenutno, odnosno dekodiranje i prikaz se izvode istovremeno. Za audio okvire i okvire slike B, vrijeme dekodiranja i vrijeme prikaza jednaki su, a PTS je isti kao DTS, pa treba prenositi samo PTS. Za video I i P okvire, zbog preuređivanja okvira, vrijeme dekodiranja i vrijeme prikaza razlikuju se, a PTS i DTS moraju se istodobno prenositi. Kad dekoder primi IPBB slijed slike, mora dekodirati I-frame i P-frame slike prije dekodiranja prve B-frame slike. Dekoder istodobno može dekodirati samo jedan okvir slike, pa prvo dekodira sliku I okvira i pohranjuje je. Kad se slika P okvira dekodira, ona izbacuje i prikazuje dekodiranu sliku okvira I, a zatim dekodira i prikazuje sliku B okvira. Tablice 1, 2, 3 i 4 prikazuju slijed ulaznih i izlaznih slika kodera, PTS i DTS vrijednosti svakog okvira te dekodiranje i slijed dekodiranja i prikaza svakog okvira slike.
U tablici 1. 13 okvira slika čine skupinu slika, prvi kadar I okvir koristi kodiranje unutar okvira, drugi i treći B okviri dobivaju se dvosmjernim predviđanjem iz prvog i četvrtog okvira, a četvrti okvir P okvira je prošao pored prvog kadra. Izvedeno iz predviđanja naprijed. Nakon kodiranja prvog okvira, koder prvo međuspremnik drugog i trećeg okvira, kodira četvrti okvir, a zatim kodira drugi i treći okvir, i tako dalje, a konačni kodirani izlazni slijed prikazan je u prikazanoj tablici 2.
Iz tablice 3 i tablice 4 može se vidjeti da kada dekoder primi određenu pristupnu jedinicu koja sadrži sliku okvira I, podatkovni paket datoteke treba sadržavati DTS i PTS, vrijeme između vrijednosti ove dvije oznake Interval je jedan slikovno razdoblje. Nakon što je slika I okvira P okvir, u paketu podataka datoteke također trebaju biti DTS i PTS, a vremenski interval između vrijednosti dviju oznaka je tri razdoblja slike. Zatim postoje dva B-okvira, čiji podatkovni paketi datoteka sadrže samo PTS. To će reći, slika I okvira reproducirat će se i prikazati nakon odgode od jednog kadra nakon dekodiranja. Kad se prikaže I okvir, četvrti kadar P dekodira se, ali se ne reproducira i ne prikazuje. Prvo se predmemorira, a nakon reprodukcije i prikaza 1I okvira, odmah dekodirajte i prikažite 2B okvire, zatim 3B okvire, zatim prikažite puferirane 4P okvire te istovremeno dekodirajte i baferirajte 7P okvire i tako dalje. Vidljivo je da je slijed dekodiranih i prikazanih slika u skladu sa slijedom unosa slike u tablici 1.
Načelište dekodera (set-top box)
PTS i DTS su samo 33b vrijednosti. Ako nema reference na vremensku os koja je predstavljena PCR-om, ova je vrijednost besmislena. Da bi se održalo ispravno dekodiranje, sistemski satovi kodera i dekodera (set-top box) moraju biti zaključani, tj. Njihove frekvencije su iste, a početne vrijednosti njihovih brojača jednake.
U dekoderu se nalazi oscilator s upravljanjem naponom (VCO) s frekvencijom od oko 27 MHz (set-top box). Izlazni signal šalje se brojaču kao sistemski sat kako bi se generirala trenutna vrijednost uzorka STC, što je vrijednost od 42b poput PCR-a. Među njima je visokih 33b vrijednost brojača u jedinici takta od 27 MHz nakon 300 ružičaste frekvencije, a niskih 9b vrijednost brojača u jedinici sata od 27 MHz. Kad novi program stigne na dekoder (set-top box), dekoder (set-top box) dobiva PCR vrijednost iz toka koda, uspoređuje svoju vrijednost PCR_Extention s donjih 9b bitova trenutnog STC-a i dobiva pogrešku signal, a zatim prolazi kroz krug fazno zaključane petlje. Prilagodite oscilator kontroliran naponom tako da sistemska frekvencija takta dekodera (set-top box) bude u skladu sa sistemskom frekvencijom takta kodera. Dobijte PTS i DTS vrijednosti svakog okvira sekvencijalno iz toka koda i usporedite ih s visokih 33b bitova trenutne STC vrijednosti. Ako je vrijednost DTS veća od vrijednosti STC, tok koda se međuspremnik i istodobno se prati promjena vrijednosti STC. Kada se vrijednost STC poveća na jednaku vrijednost DTS-a, tok kodnog okvira se dekodira. Kad je STC vrijednost jednaka PTS vrijednosti, reproducirajte kadar. Ako je zbog treperenja odgode međuspremnika prijenosne mreže, kada tok koda dosegne dekoder (set-top box), njegova PTS vrijednost već manja od STC vrijednosti, tada dekoder (set-top box) preskače ovaj okvir i odbacuje podatke okvira. Budući da se PTS i DTS generiraju na temelju PCR vrijednosti, prva dobivena PCR vrijednost mora se koristiti kao početna vrijednost za postavljanje STC brojača dekodera (set-top box) kako bi njihove vrijednosti bile iste, inače, vremenska baza bit će drugačija. , Dakle, pogreška u dekodiranju. Obrada zvuka i slike slična je, ali nema problema s vremenskim preslagivanjem. Slika 5 prikazuje dijagram principa rada dekodera (set-top box) PCR-a.
Razlozi za nesinkronizaciju zvuka i slike
U praktičnoj primjeni neki koderi uzrokuju podrhtavanje na izlaznom taktu zbog nestabilne vremenske baze ulaznog video signala, a interval sinkronizacije okvira nije 40 ms. Za ove enkodere, nakon postavljanja početne DTS vrijednosti prema PCR-u i kašnjenja međuspremnika, DTS vrijednost svakog okvira dobiva se dodavanjem fiksne vrijednosti prethodnom DTS-u (ta se vrijednost može izračunati na sljedeći način: 27 MHz je podijeljeno s 300 90kHz, a PAL TV iznosi 25 sličica u sekundi, pa je vrijednost 90000/25 = 3600), a PTS vrijednost izračunava se prema vrsti okvira i GOP tipu. Međutim, vrijednost PCR-a nije se povećala za 3600 tijekom tog razdoblja, što je uzrokovalo da DTS i PTS postanu veći ili manji u odnosu na PCR. Neki dekoderi (set-top boxovi) ne koriste oscilator kontroliran naponom, a njihov sistemski takt je fiksnih 27 MHz, već koristi primljenu PCR vrijednost za inicijalizaciju vrijednosti lokalnog brojača takta sustava. Koder i dekoder (set-top box) ne mogu održavati strogo zaključavanje, što može uzrokovati da dekoder (set-top box) ispušta okvire. Međutim, neki dekoderi (set-top boxovi) više ne striktno dekodiraju i prikazuju prema DTS-u i PTS-u nakon gubitka kadra, već dekodiraju prema situaciji međuspremnika, jer je kašnjenje kodiranja video i audio različito, što može prouzročiti audio Slika nije sinkronizirana.
Uz to, u procesu prijenosa od kodera do dekodera (set-top box), zbog postojanja veza međuspremnika s promjenjivim kašnjenjem kao što su multiplekseri i modulatori, kašnjenje prijenosa PCR paketa možda neće biti konstantno, varirajući od velikih do mali. Ako se PCR ne ispravi, mogu se također pojaviti gore navedeni problemi.
sažeti
Iz gornje analize može se vidjeti da i koder i dekoder (set-top box) mogu uzrokovati pojavu asinkronizacije zvuka i slike. Nakon testiranja kodera različitih marki, naša je postaja odabrala enkoder s boljim test indikatorima i zamijenila izvorni enkoder, što je uvelike poboljšalo pojavu da TV zvuk i slika nisu sinkronizirani. U sljedećem koraku uvođenja set-top boxova, mrežne će tvrtke također ojačati testiranje relevantnih pokazatelja kako bi poboljšale kvalitetu ocjene publike. Naravno, u procesu unapređenja digitalizacije radija i televizije moje zemlje, još uvijek su nam potrebni zajednički napori naših televizijskih radnika i proizvođača opreme kako bismo napokon postigli potpuni uspjeh.v
Naš drugi proizvod:
