Nøkkelord: Asynkron lyd og video MPEG-2 PCR DTS PTS Encoder Decoder
Med den raske utviklingen av digital TV i mitt land og fremgangen med den digitale transformasjonen av urbane radio- og TV-nettverk, har flere og flere begynt å bruke dekoder for å se digitale TV-programmer. Men i ferd med å se på TV-programmer gjennom en digitalbox, ser seerne noen ganger at noe lyd og video er ute av synkronisering. Dette fanget også vår oppmerksomhet.
Fenomen og test
Guiyang City fullførte i utgangspunktet den digitale transformasjonen av radio- og fjernsynsnettverket på slutten av 2007, og programmene til Guizhou TV Station har også kommet inn i overføringen av det digitale nettverket. Etter å ha kommet inn i det digitale nettverket, fant vi ut at flere programmer på stasjonen vår hadde fenomenet ikke-synkronisering av lyd og video i noen områder, spesielt når nyhetene ble sendt på satellittvideokanalen og folkekanalen. For å finne ut hvor problemet er, bestemte vi oss for å gjennomføre en lip sync-test på hele overføringsbanen til programmet vårt. Utstyret som brukes til testen er Tektronix WFM7120. Når du måler lyd- / videoforsinkelsesmåling, er det også nødvendig å generere en serie korte fargelinjevideosignaler gjennom TG700 DVG7, og lydsekvensen er innebygd i denne gruppen videosignaler med et intervall på 5s, send et slikt signal til systemet som testes, og til slutt sende signalet til WFM7120 for å måle tidsforskjellen mellom lyd og video.
Broadcast kontrollsenter intern test
Som vist i figur 1, for å måle om det er forskjell på lyd / video forsinkelse i TV-stasjonssystemet, bruker vi inspeksjonstiden til å registrere testsignalet generert av TG700 inn i kringkastingsharddisken, spille det gjennom harddisken, og legg inn testsignalet til forsinkeren. Etter rammesynkroniseringsmodulen sendes den på en kanal, og deretter måler vi disse tre signalene før overføringsavdelingen overfører signalet til koderen til nettselskapet. Måleresultatene viser at lyd / video forsinkelsesforskjellen til disse tre signalene ikke overstiger 12 ms, det vil si at ett felt ikke er nok, noe som indikerer at signalet ikke har problemet med lyd- og videosynkronisering i kringkastingssentralen.
Testing av forskjellige dekoder
For det andre målepunktet valgte vi datamaskinrommet til nettverket. Som vist i figur 2 har vi her valgt hovedmerker av set-top-bokser som for tiden brukes i Kina for testing. Etter å ha kodet TG700-testsignalet gjennom den originale koderen vi bruker, setter du den inn i kanalen vi for øyeblikket sender. Bruk deretter en digitalbox i frontend-datarommet for å demodulere TV-signalet. Det dekodede lyd- / videosignalet sendes deretter til WFM7120 for måling etter A / D og innebygging av det analoge signalet gjennom en Panasonic D950 videoopptaker. Måleresultatene viser at forskjellen i lyd / video forsinkelse for disse typer set-top-bokser er forskjellig, noen er foran 150 ms, og noen henger med 300 ms. Dette viser at forskjellige dekoder har forskjellige muligheter for å opprettholde synkroniseringsforholdet mellom lyd / videosignaler etter demodulering og dekoding av det samme digitale TV-signalet.
Testing av forskjellige kodere
Som vist i figur 3 bruker vi fremdeles TG700-signalgeneratoren til å teste forskjellige kodere, og gjør det mulig for koderen, modulatoren og digitalboxen å bygge et simulert kringkastings- / visningsmiljø. Her bruker vi flere kodere av forskjellige merker. Etter koding av testsignalet til TG700 moduleres det av samme modulator, og deretter dekodes signalet av samme digitalbox. Den behandles også av D950 og sendes til WFM7120 for måling. Det endelige måleresultatet er at noen av deres lyd / video forsinkelsesforskjeller er 30ms, og noen når 300ms, noe som indikerer at forskjellige kodere har større innvirkning på lyd / video-synkroniseringen av det endelige visningssignalet til digitalboxen.
Årsaksanalyse
Timingsprinsippet til MPEG-2-systemet
For tiden er MPEG-2-standarden i mitt lands digitale TV-overføringssystem en viktig lyd- og videokomprimeringsstandard. Den komprimerer, koder og multiplexer programsignaler ved kildesiden, og demultiplekser og dekoder signaler i mottakersiden. Har vært mye brukt. Det digitale overføringssystemet vi bruker er basert på MPEG-2-standarden. La oss ta en titt på systemstrukturen til MPEG-2, som vist i figur 4.
Det kan sees fra figur 4 at lyd- og videosignalene danner en grunnleggende strøm etter at den overflødige informasjonen er fjernet av kompresjonskoderen. Denne elementære kodestrømmen kan ikke lagres eller overføres direkte. Den må sendes til en bestemt pakker. Den elementære kodestrømmen er delt inn i avsnitt etter et bestemt format, og spesifikke identifikasjonstegn blir lagt til for å danne den såkalte pakket elementære kodestrømmen (PES). PES-pakker er lyd- og videodatapakker med variabel lengde. Deretter sendes lyd- og video-PES-pakkene og hjelpedataene til overføringsundersystemet, som er delt inn i små datapakker med en fast lengde på 188b og multiplexert av tidsdelingsmultipleksering. En enkelt TS-strøm dannes, og TS-strømmen når mottakersiden etter overføring gjennom kanalen.
Som vi alle vet, er synkronisering en nødvendig forutsetning for riktig TV-visning. Siden bufferen brukes til å lagre signalet under kompresjons- og kodingsprosessen, endres tidsaksen til signalet i multiplexeren, pluss mengden dataredundans er forskjellig, kompresjonsforholdet er også forskjellig, så tidsakse Store endringer, spesielt i behandlingen av rammegruppelaget, har rekkefølgen på B-rammer og P-rammer også endret seg. Alle disse gjør at synkroniseringen av digitale TV-signaler helt mister konseptet med den originale sekvensen. En effektiv måte å oppnå synkronisering på er å legge til en tidsetikett til signalkodestrømmen hver gang et spesifisert intervall har gått. Med denne merkelappen kan mottakersiden bestilles på nytt i henhold til denne tidskoden under avkodingsprosessen før visning, rekonstruere rekkefølgen på bildet før komprimering og koding, og tidsforholdet mellom lyd og bilde, og derved oppnå bildesynkronisering og lyden synkroniseres med bildet.
Det kan også sees fra figur 4 at det er en felles systemklokke STC (27MHz) i MPEG-2-koderen. Denne klokken brukes til å generere et tidsstempel som indikerer riktig dekoding og visningstidspunkt for lyd / video. Samtidig kan den brukes til å indikere prøvetaking. Øyeblikkelig verdi av øyeblikkelig systemklokketid. Klokken er faselåst av linjesynkroniseringen av inngangsvideoen. Når inngangen er et SDI-signal, genereres systemklokken til koderen av klokken delt på 10. Det er fremveksten av en vanlig systemklokke i koderen, så vel som regenerering av klokken i dekoderen og den riktige bruk av tidsstempler, som gir grunnlag for riktig synkronisering av operasjoner i dekoderen. For å realisere kloksynkroniseringen av kodeken, telles STC-systemklokken i koderen, og samplingsverdien til telleren overføres til mottakeren i tilpasningsoverskriften til den valgte TS-pakken hver bestemte overføringstid, som en avkoding Programklokke referansesignalet til prosessoren, som er PCR. PCR-gyldig bit er 42b, hvorav den høye 33b er PCR_Base, som er telleverdien i enheten til 27MHz klokken og klokken delt på 300, og den lave 9b er PCR_Extension, som er telleverdien i 27MHz klokken som enheten. I tillegg til PCR er dekodingstidsetiketten DTS og visningstidsetiketten PTS også veldig viktig. De ligner på PCR_Base. De er også opprettet med encoderens 27MHz systemklokke, delt på 300 som enhetsverdien. Blant dem brukes DTS til å instruere dekoderen når den mottatte bildet og lydrammen skal dekodes, og PTS brukes til å varsle når den dekodede bilderammen skal vises.
Når du bruker toveiskoding, må dekodingen av et bestemt bilde utføres innen en periode før det vises, slik at det kan brukes som kildedata for dekoding av B-rammebildet. For eksempel er visningsrekkefølgen for bilder IBBP, men overføringsrekkefølgen for bilder er IPBB. MPEG-referansemodellen mener at dekoding skjer øyeblikkelig, det vil si dekoding og visning utføres samtidig. For lydrammer og bilde B-rammer er dekodingstiden og visningstiden den samme, og PTS er den samme som DTS, så bare PTS trenger å overføres. For video I-rammer og P-rammer, på grunn av rammeomordning, er dekodingstiden og visningstiden forskjellig, og PTS og DTS må overføres samtidig. Når dekoderen mottar IPBB-bildesekvensen, må den dekode I-ramme- og P-rammebildene før det første B-rammebildet dekodes. Dekoderen kan bare dekode en bilderamme om gangen, så den dekoder først I-rammebildet og lagrer det. Når P-rammebildet dekodes, mates det ut og viser det dekodede I-rammebildet, og deretter dekoder og viser B-rammebildet. Tabellene 1, 2, 3 og 4 viser sekvensen av inngangs- og utgangsbildene til koderen, PTS- og DTS-verdiene for hver ramme, og dekodings- og visningssekvensen for hver ramme av bildet av dekoderen.
I tabell 1 utgjør 13 bilderammer en gruppe bilder, den første rammen I bruker rammen koding, den andre og tredje B-rammen oppnås ved toveis prediksjon fra den første og fjerde rammen, og den fjerde rammen P-rammen er passert den første rammen. Avledet av spådommer fremover. Etter koding av den første rammen buffrer koderen først den andre og tredje rammen, koder den fjerde rammen, og koder deretter den andre og tredje rammen, og så videre, og den endelige kodede utgangssekvensen er vist i tabellen 2 vist.
Det kan sees fra tabell 3 og tabell 4 at når dekoderen mottar en viss tilgangsenhet som inneholder et I-rammebilde, skal fildatapakken inneholde DTS og PTS, tiden mellom verdiene til disse to kodene. Intervallet er ett bildeperiode. Etter at jeg-ramme-bildet er P-rammen, bør det også være en DTS og en PTS i fildatapakken, og tidsintervallet mellom verdiene til de to kodene er tre bildeperioder. Deretter er det to B-rammer, hvis fildatapakker bare inneholder PTS. Det vil si at jeg-rammebildet vil bli spilt og vist etter en forsinkelse på en ramme etter dekoding. Når I-rammen vises, dekodes den fjerde rammen P-rammen, men den spilles ikke av og vises ikke. Den blir hurtigbufret, og etter at 1I-rammen er spilt og vist, dekoder og viser 2B-rammer umiddelbart, deretter 3B-rammer, og deretter viser de bufrede 4P-rammene, og dekoder og buffer 7P-rammer samtidig, og så videre. Det kan sees at sekvensen av dekodede og viste bilder stemmer overens med sekvensen for bildeinndata i tabell 1.
Tidsprinsipp for dekoder (set-top box)
PTS og DTS er bare 33b-verdier. Hvis det ikke er noen referanse til tidsaksen representert av PCR, er denne verdien meningsløs. For å opprettholde korrekt dekoding, må systemklokkene til koderen og dekoderen (set-top box) holdes låst, det vil si at deres frekvenser holdes de samme, og startverdiene til deres respektive tellere er de samme.
Det er en spenningsstyrt oscillator (VCO) med en frekvens på ca. 27MHz i dekoderen (set-top box). Utgangssignalet sendes til telleren som systemklokken for å generere den nåværende STC-samplingsverdien, som er en verdi på 42b som PCR. Blant dem er den høye 33b telleverdien i enheten på 27MHz klokke etter 300 rosa frekvens, og den lave 9b er telleverdien i enheten på 27MHz klokken. Når et nytt program kommer til dekoderen (set-top box), får dekoderen (set-top box) PCR-verdien fra kodestrømmen, sammenligner sin PCR_Extention-verdi med de nedre 9b bitene i gjeldende STC, og får feilen signalet, og går deretter gjennom den faselåste sløyfekretsen. Juster den spenningsstyrte oscillatoren slik at systemklokkefrekvensen til dekoderen (set-top box) er i samsvar med systemklokkefrekvensen til koderen. Få PTS- og DTS-verdiene til hver ramme sekvensielt fra kodestrømmen, og sammenlign dem med de høye 33b-bitene til den nåværende STC-verdien. Hvis DTS-verdien er større enn STC-verdien, blir kodestrømmen bufret og STC-verdiendringen overvåkes samtidig. Når STC-verdien øker til lik DTS-verdien, dekodes rammekodestrømmen. Når STC-verdien er lik PTS-verdien, spiller du rammen. Hvis på grunn av bufferforsinkelsesjitteren i overføringsnettverket, når kodestrømmen når dekoderen (set-top box), PTS-verdien allerede er mindre enn STC-verdien, hopper dekoderen (set-top box) denne rammen og forkaster rammedataene. Siden PTS og DTS genereres basert på PCR-verdien, må den første oppnådde PCR-verdien brukes som den opprinnelige verdien for å sette STC-telleren til dekoderen (set-top box) for å gjøre verdiene like, ellers vil tidsbasen vil være annerledes. Dermed dekodingsfeil. Behandlingen av lyd og video er lik, men det er ikke noe problem med omorganisering av timing. Figur 5 viser arbeidsprinsippdiagrammet til dekoderen (set-top box) PCR.
Årsaker til at lyd og video ikke synkroniseres
I praktiske applikasjoner forårsaker noen kodere jitter i utgangsklokken på grunn av den ustabile tidsbasen til inngangssignalet, og rammesynkroniseringsintervallet er ikke 40 ms. Etter innstilling av den opprinnelige DTS-verdien i henhold til PCR og bufferforsinkelse, oppnås DTS-verdien for hver ramme for disse koderne ved å legge til en fast verdi til den forrige DTS (denne verdien kan beregnes som følger: 27MHz er delt med 300 Det er 90 kHz, og PAL TV er 25 bilder per sekund. Derfor er verdien 90000/25 = 3600), og PTS-verdien beregnes i henhold til rammetype og GOP-type. Imidlertid økte ikke PCR-verdien med 3600 i denne perioden, noe som førte til at DTS og PTS ble større eller mindre i forhold til PCR. Noen dekodere (set-top-bokser) bruker ikke en spenningsstyrt oscillator, og systemklokken deres er en fast 27MHz, men bruker den mottatte PCR-verdien til å initialisere verdien til den lokale systemklokke-telleren. Koderen og dekoderen (digitalbox) kan ikke opprettholde en streng låsing, noe som kan føre til at dekoderen (digitalbox) faller rammer. Noen dekodere (dekoder) dekoder imidlertid ikke lenger strengt og vises i henhold til DTS og PTS etter rammetap, men dekoder i henhold til buffersituasjonen, fordi forsinkelsen på video- og lydkodingen er forskjellig, kan det føre til lyd Maleriet er ute av synkronisering.
I tillegg, i overføringsprosessen fra koderen til dekoderen (set-top box), på grunn av tilstedeværelsen av variabel forsinkelsesbufferkoblinger som multiplexere og modulatorer, kan det hende at overføringsforsinkelsen til PCR-pakker ikke er konstant, varierende fra stor til liten. Hvis PCR ikke blir rettet, kan de ovennevnte problemene også oppstå.
å oppsummere
Fra analysen ovenfor kan det sees at både koderen og dekoderen (set-top box) kan forårsake forekomst av asynkronisering av lyd og video. Etter å ha testet koderne fra forskjellige merker, valgte stasjonen vår en kode med bedre testindikatorer og erstattet den originale koderen, noe som i stor grad forbedret fenomenet at TV-lyd og bilde er ute av synkronisering. I det neste trinnet med å innføre set-top-bokser, vil nettverksselskaper også styrke testingen av relevante indikatorer for å forbedre kvaliteten på publikumsvurdering. Selvfølgelig, i ferd med å fremme digitaliseringen av mitt lands radio og fjernsyn, trenger vi fortsatt den felles innsatsen til våre TV-arbeidere og utstyrsprodusenter for å endelig oppnå en fullstendig suksess. V
Vår andre produkt:
