Kata kunci: Audio dan Video Asynchronous MPEG-2 PCR DTS PTS Encoder Decoder
Dengan perkembangan pesat televisyen digital di negara saya dan kemajuan transformasi digital rangkaian radio dan televisyen bandar, semakin banyak orang mula menggunakan set-top box untuk menonton program televisyen digital. Tetapi dalam proses menonton program TV melalui set-top box, penonton kadang-kadang mendapati bahawa beberapa audio dan video tidak selaras. Ini juga menarik perhatian kita.
Fenomena dan ujian
Guiyang City pada dasarnya menyelesaikan transformasi digital rangkaian radio dan televisyennya pada akhir tahun 2007, dan program Stesen TV Guizhou juga telah memasuki transmisi rangkaian digital. Setelah memasuki rangkaian digital, kami mendapati bahawa beberapa program di stesen kami mengalami fenomena penyegerakan audio dan video di beberapa kawasan, terutama ketika berita itu disiarkan di saluran video satelit dan saluran orang. Untuk mengetahui di mana masalahnya, kami memutuskan untuk melakukan ujian penyegerakan bibir pada keseluruhan laluan penghantaran program kami. Peralatan yang digunakan untuk ujian ini adalah Tektronix WFM7120. Semasa melakukan pengukuran kelewatan audio / video, juga diperlukan untuk menghasilkan rangkaian isyarat video bar warna pendek melalui TG700 DVG7, dan urutan audio disertakan dalam kumpulan isyarat video ini dengan selang 5 detik, kirimkan isyarat seperti itu ke sistem yang diuji, dan akhirnya menghantar isyarat ke WFM7120 untuk mengukur perbezaan masa antara audio dan video.
Ujian dalaman pusat kawalan siaran
Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1, untuk mengukur apakah ada perbezaan kelewatan audio / video dalam sistem stesen TV, kami menggunakan waktu pemeriksaan untuk merakam isyarat ujian yang dihasilkan oleh TG700 ke dalam cakera keras siaran, memainkannya melalui cakera keras, dan masukkan isyarat ujian kepada penunda. Setelah modul penyegerakan bingkai, ia disiarkan di saluran, dan kemudian kami mengukur ketiga-tiga isyarat ini sebelum jabatan penghantaran menghantar isyarat ke pengekod syarikat rangkaian. Hasil pengukuran menunjukkan bahawa perbezaan kelewatan audio / video ketiga-tiga isyarat ini tidak melebihi 12ms, iaitu satu bidang tidak mencukupi, menunjukkan bahawa isyarat tersebut tidak menghadapi masalah penyegerakan audio dan video di pusat kawalan siaran.
Menguji pelbagai set-top box
Untuk titik pengukuran kedua, kami memilih ruang komputer bahagian depan syarikat rangkaian. Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2, di sini, kami telah memilih jenama utama set-top box yang kini digunakan di China untuk diuji. Setelah mengekodkan isyarat ujian TG700 melalui pengekod semula yang kami gunakan, masukkan ke dalam saluran yang sedang kami siarkan. Kemudian gunakan set-top box di ruang komputer bahagian depan untuk menurunkan isyarat TV. Isyarat audio / video yang disahkod kemudian dihantar ke WFM7120 untuk pengukuran setelah A / D dan penyisipan isyarat analog melalui perakam video Panasonic D950. Hasil pengukuran menunjukkan bahawa perbezaan kelewatan audio / video jenis set-top box ini berbeza, ada yang mendahului 150ms, dan ada yang ketinggalan 300ms. Ini menunjukkan bahawa kotak set-top yang berbeza mempunyai keupayaan yang berbeza untuk mengekalkan hubungan penyegerakan antara isyarat audio / video setelah menyahkod dan menyahkod isyarat TV digital yang sama.
Ujian pengekod yang berbeza
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3, kami masih menggunakan penjana isyarat TG700 untuk menguji pengekod yang berbeza, dan memungkinkan pengekod, modulator dan set-top box untuk membina persekitaran siaran / tontonan simulasi. Di sini, kami menggunakan beberapa pengekod dari pelbagai jenama. Setelah mengekodkan isyarat ujian TG700, ia dimodulasi oleh modulator yang sama, dan kemudian isyarat tersebut disahkod oleh set-top box yang sama. Ia juga diproses oleh D950 dan dikirim ke WFM7120 untuk pengukuran. Hasil pengukuran terakhir adalah bahawa beberapa perbezaan kelewatan audio / video mereka adalah 30ms, dan beberapa mencapai 300ms, menunjukkan bahawa pengekod yang berbeza mempunyai kesan yang lebih besar pada penyegerakan audio / video dari isyarat tontonan akhir dari set-top box.
Sebab Penyebab
Prinsip pemasaan sistem MPEG-2
Pada masa ini, dalam sistem penghantaran TV digital negara saya, standard MPEG-2 adalah standard pemampatan audio dan video yang penting. Ia memampatkan, mengekod, dan memberi isyarat program multiplex di hujung sumber, dan demultiplex dan menyahkodkan isyarat pada hujung penerima. Telah digunakan secara meluas. Sistem transmisi digital yang kami gunakan adalah berdasarkan standard MPEG-2. Mari kita lihat struktur sistem MPEG-2, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.
Dari Gambar 4 dapat dilihat bahawa isyarat audio dan video membentuk aliran asas setelah maklumat berlebihan dikeluarkan oleh pengekod mampatan. Aliran kod dasar ini tidak dapat disimpan atau dihantar secara langsung. Ia mesti dihantar ke pembungkus tertentu. Aliran kod dasar dibahagikan kepada perenggan mengikut format tertentu, dan watak pengenalan tertentu ditambahkan untuk membentuk aliran kod dasar yang disebut (PES). Paket PES adalah paket data audio dan video dengan panjang berubah. Kemudian paket PES audio dan video dan data tambahan dihantar ke subsistem penghantaran, yang dibahagikan kepada paket data kecil dengan panjang tetap 188b dan digandakan oleh pembahagian multiplexing. Satu aliran TS terbentuk, dan aliran TS mencapai hujung penerima setelah dihantar melalui saluran.
Seperti yang kita semua ketahui, penyegerakan adalah syarat yang diperlukan untuk paparan TV yang betul. Untuk TV digital, kerana penyangga digunakan untuk menyimpan isyarat semasa proses pemampatan dan pengekodan, paksi masa isyarat dalam multiplexer diubah, ditambah jumlah redundansi data berbeza, nisbah mampatan juga berbeza, sehingga paksi masa Perubahan besar, terutamanya dalam pemprosesan lapisan kumpulan bingkai, susunan bingkai B dan bingkai P juga telah berubah. Semua ini menjadikan penyegerakan isyarat TV digital benar-benar kehilangan konsep urutan asal. Cara yang berkesan untuk mencapai penyegerakan adalah dengan menambahkan label masa ke aliran kod isyarat setiap kali selang waktu yang ditentukan telah berlalu. Dengan tag ini, hujung penerima dapat disusun semula mengikut tanda waktu ini semasa proses penyahkodan sebelum dipaparkan, menyusun semula susunan gambar sebelum pemampatan dan pengekodan, dan hubungan waktu antara suara dan gambar, sehingga mencapai penyegerakan gambar dan The suara diselaraskan dengan gambar.
Dari Gambar 4 juga dapat dilihat bahawa terdapat satu jam sistem biasa STC (27MHz) dalam pengekod MPEG-2. Jam ini digunakan untuk menghasilkan cap waktu yang menunjukkan penyahkodan dan waktu paparan audio / video yang betul. Pada saat yang sama, dapat digunakan untuk menunjukkan pengambilan sampel Nilai sesaat dari waktu jam sistem sesaat. Jam dikunci secara fasa oleh penyegerakan talian input video. Apabila input adalah isyarat SDI, jam sistem pengekod dihasilkan oleh jam dibahagi dengan 10. Ini adalah kemunculan jam sistem yang sama dalam pengekod, serta penjanaan semula jam dalam penyahkod dan yang betul penggunaan setem masa, yang menjadi asas untuk penyelarasan operasi yang betul dalam penyahkod. Untuk mewujudkan penyegerakan jam codec, jam sistem STC dikira dalam pengekod, dan nilai pensampelan kaunter dihantar ke penerima dalam header adaptasi paket TS yang dipilih setiap waktu penghantaran tertentu, sebagai penyahkodan Isyarat rujukan jam program pemproses, yang merupakan PCR. Bit valid PCR adalah 42b, di antaranya 33b tinggi adalah PCR_Base, yang merupakan nilai kiraan dalam unit jam 27MHz dan jam dibahagi dengan 300, dan 9b rendah adalah PCR_Extension, yang merupakan nilai hitungan dalam jam 27MHz sebagai unit. Selain PCR, label masa penyahkodan DTS dan label masa paparan PTS juga sangat penting. Mereka serupa dengan PCR_Base. Mereka juga dibuat dengan jam sistem pengekod 27MHz, dibahagi dengan 300 sebagai nilai kiraan unit. Di antaranya, DTS digunakan untuk menginstruksikan decoder kapan harus menyahkod bingkai gambar dan audio yang diterima, dan PTS digunakan untuk memberitahu kapan untuk menampilkan bingkai gambar yang didekodkan.
Ketika menggunakan pengekodan dua arah, penyahkodan gambar tertentu harus dilakukan dalam jangka waktu sebelum ditampilkan, sehingga dapat digunakan sebagai sumber data untuk menyahkod gambar B-bingkai. Contohnya, susunan paparan gambar adalah IBBP, tetapi susunan penghantaran gambar adalah IPBB. Model rujukan MPEG percaya bahawa penyahkodan berlaku seketika, iaitu penyahkodan dan paparan dilakukan pada masa yang sama. Untuk bingkai audio dan bingkai gambar B, waktu penyahkodan dan waktu paparan adalah sama, dan PTS sama dengan DTS, jadi hanya PTS yang perlu dihantar. Untuk bingkai video I dan bingkai P, kerana penyusunan semula bingkai, waktu penyahkodan dan waktu paparan berbeza, dan PTS dan DTS mesti dihantar pada masa yang sama. Apabila penyahkod menerima urutan gambar IPBB, ia mesti menyahkod gambar I-frame dan P-frame sebelum menyahkod gambar B-frame pertama. Dekoder hanya dapat menyahkod satu bingkai gambar pada satu masa, jadi pertama kali menyahkod gambar bingkai I dan menyimpannya. Apabila gambar bingkai P disahkod, ia mengeluarkan dan memaparkan gambar bingkai I yang disahkod, dan kemudian menyahkod dan memaparkan gambar bingkai B. Jadual 1, 2, 3, dan 4 menunjukkan urutan gambar input dan output pengekod, nilai PTS dan DTS setiap bingkai, dan urutan penyahkodan dan paparan setiap bingkai gambar oleh penyahkod.
Dalam Jadual 1, 13 bingkai gambar membentuk sekumpulan gambar, bingkai pertama bingkai I menggunakan pengekodan intra-bingkai, bingkai B kedua dan ketiga diperoleh dengan ramalan dua arah dari bingkai pertama dan keempat, dan bingkai P bingkai keempat adalah melewati kerangka pertama. Berasal dari ramalan ke hadapan. Setelah mengekod bingkai pertama, pengekod pertama menyangga bingkai kedua dan ketiga, mengekod bingkai keempat, dan kemudian mengekod bingkai kedua dan ketiga, dan seterusnya, dan urutan output terkod terakhir ditunjukkan dalam jadual 2 yang ditunjukkan.
Hal ini dapat dilihat dari Jadual 3 dan Jadual 4 bahawa apabila penyahkod menerima unit akses tertentu yang berisi gambar bingkai I, paket data fail harus berisi DTS dan PTS, waktu antara nilai kedua tag ini Selang adalah satu tempoh gambar. Setelah gambar bingkai I adalah bingkai P, harus ada juga DTS dan PTS dalam paket data file, dan selang waktu antara nilai dua tag adalah tiga periode gambar. Kemudian ada dua bingkai B, paket data fail yang hanya mengandungi PTS. Maksudnya, gambar bingkai I akan dimainkan dan dipaparkan setelah kelewatan satu bingkai setelah penyahkodan. Apabila bingkai I dipaparkan, bingkai P bingkai keempat disahkod, tetapi tidak diputar dan dipaparkan. Ia disimpan dalam cache terlebih dahulu, dan setelah bingkai 1I dimainkan dan dipaparkan, Decode dan paparkan bingkai 2B dengan segera, kemudian bingkai 3B, kemudian paparkan bingkai 4P yang disangga, dan decode dan buffer bingkai 7P pada masa yang sama, dan seterusnya. Dapat dilihat bahawa urutan gambar yang didekodkan dan dipaparkan sesuai dengan urutan input gambar dalam Jadual 1.
Prinsip masa penyahkod (set-top box)
PTS dan DTS hanyalah nilai 33b. Sekiranya tidak ada rujukan untuk paksi masa yang diwakili oleh PCR, nilai ini tidak bermakna. Untuk mengekalkan penyahkodan yang betul, jam sistem pengekod dan penyahkod (set-top box) mesti dikunci, iaitu, frekuensi mereka tetap sama, dan nilai awal kaunter masing-masing adalah sama.
Terdapat pengayun voltan terkawal (VCO) dengan frekuensi sekitar 27MHz dalam penyahkod (set-top box). Isyarat output dihantar ke kaunter sebagai jam sistem untuk menghasilkan nilai sampel STC semasa, yang merupakan nilai 42b seperti PCR. Antaranya, 33b tinggi adalah nilai kiraan dalam unit jam 27MHz setelah 300 frekuensi merah jambu, dan 9b rendah adalah nilai kiraan dalam unit jam 27MHz. Apabila program baru tiba di dekoder (set-top box), decoder (set-top box) memperoleh nilai PCR dari aliran kod, membandingkan nilai PCR_Extention dengan bit 9b yang lebih rendah dari STC semasa, dan memperoleh ralat isyarat, dan kemudian melalui litar gelung terkunci fasa. Laraskan pengayun voltan supaya frekuensi jam sistem penyahkod (set-top box) selaras dengan frekuensi jam sistem pengekod. Dapatkan nilai PTS dan DTS setiap bingkai secara berurutan dari aliran kod, dan bandingkan dengan nilai bit 33b tinggi dari nilai STC semasa. Sekiranya nilai DTS lebih besar daripada nilai STC, aliran kod disangga dan perubahan nilai STC dipantau pada masa yang sama. Apabila nilai STC meningkat untuk menyamai nilai DTS, aliran kod bingkai dinyahkod. Apabila nilai STC sama dengan nilai PTS, Mainkan bingkai. Sekiranya disebabkan oleh penunda penunda rangkaian penghantaran, ketika aliran kod mencapai penyahkod (set-top box), nilai PTSnya sudah kurang dari nilai STC, maka penyahkod (set-top box) melewati bingkai ini dan membuang data bingkai. Oleh kerana PTS dan DTS dihasilkan berdasarkan nilai PCR, nilai PCR pertama yang diperoleh mesti digunakan sebagai nilai awal untuk menetapkan kaunter STC penyahkod (set-top box) agar nilainya sama, jika tidak, asas masa akan berbeza. , Oleh itu ralat penyahkodan. Pemprosesan audio dan video adalah serupa, tetapi tidak ada masalah pengaturan semula masa. Rajah 5 menunjukkan rajah prinsip kerja PCR penyahkod (set-top box).
Sebab-sebab audio dan video yang tidak segerak
Dalam aplikasi praktikal, sebilangan pengekod menyebabkan kekacauan pada jam outputnya kerana asas masa isyarat video input yang tidak stabil, dan selang penyegerakan bingkai tidak 40ms. Untuk pengekod ini, setelah menetapkan nilai DTS awal menurut PCR dan penangguhan buffering, nilai DTS setiap bingkai diperoleh dengan menambahkan nilai tetap ke DTS sebelumnya (nilai ini dapat dikira seperti berikut: 27MHz dibahagi dengan 300 90kHz, dan TV PAL adalah 25 bingkai sesaat. Oleh itu, nilainya adalah 90000/25 = 3600), dan nilai PTS dikira mengikut jenis bingkai dan jenis GOP. Namun, nilai PCR tidak meningkat sebanyak 3600 selama periode ini, yang menyebabkan DTS dan PTS menjadi lebih besar atau lebih kecil dibandingkan dengan PCR. Sebilangan penyahkod (set-top box) tidak menggunakan pengayun terkawal voltan, dan jam sistemnya adalah 27MHz tetap, tetapi menggunakan nilai PCR yang diterima untuk menginisialisasi nilai kaunter jam sistem tempatan. Pengekod dan penyahkod (set-top box) tidak dapat mengekalkan kunci yang ketat, yang boleh menyebabkan penyahkod (set-top box) menjatuhkan bingkai. Walau bagaimanapun, beberapa penyahkod (set-top box) tidak lagi menyahkod dan dipaparkan dengan tegas menurut DTS dan PTS setelah kehilangan bingkai, tetapi menyahkod mengikut keadaan penyangga, kerana kelewatan pengekodan video dan audio berbeza, ia boleh menyebabkan audio Lukisannya tidak segerak.
Di samping itu, dalam proses penghantaran dari pengekod ke penyahkod (set-top box), kerana adanya pautan penampan penundaan berubah-ubah seperti multiplexer dan modulator, kelewatan penghantaran paket PCR mungkin tidak tetap, berbeza dari besar hingga besar kecil. Sekiranya PCR tidak diperbetulkan, masalah di atas juga mungkin berlaku.
untuk menyimpulkan
Dari analisis di atas, dapat dilihat bahawa pengekod dan penyahkod (set-top box) boleh menyebabkan berlakunya penyinkronan audio dan video. Setelah menguji pengekod pelbagai jenama, stesen kami memilih pengekod dengan petunjuk ujian yang lebih baik dan menggantikan pengekod semula, yang sangat meningkatkan fenomena bahawa audio dan gambar TV tidak segerak. Pada langkah berikutnya memperkenalkan set-top box, syarikat rangkaian juga akan memperkuat pengujian indikator yang relevan untuk meningkatkan kualiti penilaian khalayak. Sudah tentu, dalam proses memajukan digitalisasi radio dan televisyen negara saya, kita masih memerlukan usaha bersama para pekerja televisyen dan pengeluar peralatan kita agar akhirnya dapat mencapai kejayaan sepenuhnya.v
produk kami yang lain:
