Ключавыя словы: Асінхроннае аўдыё і відэа MPEG-2 PCR DTS PTS Кадавальнік Дэкодэр
З хуткім развіццём лічбавага тэлебачання ў маёй краіне і прасоўваннем лічбавай трансфармацыі гарадскіх радыё- і тэлевізійных сетак усё больш і больш людзей пачалі выкарыстоўваць прыстаўкі для прагляду праграм лічбавага тэлебачання. Але ў працэсе прагляду тэлеперадач праз прыстаўку гледачы часам выяўляюць, што некаторыя аўдыё і відэа не сінхранізуюцца. Гэта таксама прыцягнула нашу ўвагу.
Феномен і выпрабаванне
У канцы 2007 года горад Гуйян завяршыў лічбавую трансфармацыю сваёй радыё- і тэлевізійнай сеткі, і праграмы тэлеканала Гуйчжоу таксама перайшлі ў лічбавую сетку. Пасля ўваходу ў лічбавую сетку мы выявілі, што некалькі праграм нашай станцыі мелі з'яву несінхранізацыі аўдыё і відэа ў некаторых зонах, асабліва калі навіны трансліраваліся на спадарожнікавым відэаканале і канале People. Каб высветліць, у чым праблема, мы вырашылі правесці тэст сінхранізацыі вуснаў на ўсім шляху перадачы нашай праграмы. Для тэсту выкарыстоўвалася абсталяванне Tektronix WFM7120. Пры вымярэнні затрымкі аўдыя/відэа таксама неабходна згенераваць серыю кароткіх відэасігналаў каляровай паласы праз TG700 DVG7, і аўдыяпаслядоўнасць убудоўваецца ў гэтую групу відэасігналаў з інтэрвалам у 5 секунд, адпраўце такі сігнал у тэстуецца сістэма, і, нарэшце, адправіць сігнал на WFM7120 для вымярэння розніцы ў часе паміж аўдыя і відэа.
Унутраны тэст цэнтра кіравання трансляцыяй
Як паказана на малюнку 1, каб вызначыць, ці ёсць розніца ў затрымцы аўдыя/відэа ў сістэме тэлевізійнай станцыі, мы выкарыстоўваем час праверкі для запісу тэставага сігналу, які генеруецца TG700, на цвёрды дыск трансляцыі, прайгравання праз жорсткі дыск, і падайце тэставы сігнал на затрымку. Пасля модуля сінхранізацыі кадраў ён транслюецца па канале, а потым мы вымяраем гэтыя тры сігналы, перш чым аддзел перадачы перадае сігнал на кадавальнік сеткавай кампаніі. Вынікі вымярэнняў паказваюць, што розніца ў затрымцы аўдыё/відэа гэтых трох сігналаў не перавышае 12 мс, гэта значыць аднаго поля недастаткова, што паказвае на тое, што сігнал не мае праблемы сінхранізацыі аўдыё і відэа ў цэнтры кіравання трансляцыяй.
Тэставанне розных прыставак
У якасці другой кропкі вымярэнняў мы абралі парадную кампутарную залу сеткавай кампаніі. Як паказана на малюнку 2, тут мы абралі для тэставання асноўныя брэнды прыставак, якія зараз выкарыстоўваюцца ў Кітаі. Пасля кадавання тэставага сігналу TG700 праз арыгінальны кадавальнік, які мы выкарыстоўваем, устаўце яго ў канал, які мы зараз транслюем. Затым выкарыстоўвайце прыстаўку ў камп'ютэрным пакоі, каб дэмадуляваць тэлевізійны сігнал. Затым дэкадзіраваны аўдыя/відэасігнал адпраўляецца ў WFM7120 для вымярэння пасля АЦП і ўбудавання аналагавага сігналу праз відэарэгістратар Panasonic D950. Вынікі вымярэнняў паказваюць, што розніца ў затрымцы аўдыё/відэа гэтых тыпаў прыставак розная, некаторыя апярэджваюць 150 мс, а некаторыя адстаюць на 300 мс. Гэта сведчыць аб тым, што розныя прыстаўкі маюць розныя магчымасці для падтрымання сінхранізацыі паміж аўдыё/відэа сігналамі пасля дэмадуляцыі і дэкадавання аднаго і таго ж лічбавага тэлевізійнага сігналу.
Тэставанне розных кадавальнікаў
Як паказана на малюнку 3, мы па-ранейшаму выкарыстоўваем генератар сігналаў TG700 для тэставання розных кадавальнікаў і ўключаем кадавальнік, мадулятар і прыстаўку для стварэння мадэляванага асяроддзя трансляцыі/прагляду. Тут мы выкарыстоўваем некалькі кадавальнікаў розных марак. Пасля кадавання тэставы сігнал TG700 мадулюецца тым жа мадулятарам, а затым дэкадуецца сігнал той жа прыстаўкай. Ён таксама апрацоўваецца D950 і адпраўляецца на WFM7120 для вымярэння. Канчатковым вынікам вымярэння з'яўляецца тое, што некаторыя адрозненні ў затрымках аўдыё/відэа складаюць 30 мс, а некаторыя дасягаюць 300 мс, што паказвае на тое, што розныя кадавальнікі аказваюць большы ўплыў на сінхранізацыю аўдыё/відэа канчатковага сігналу прагляду прыстаўкі.
Аналіз прычын
Прынцып сінхранізацыі сістэмы MPEG-2
У цяперашні час у сістэме перадачы лічбавага тэлебачання маёй краіны стандарт MPEG-2 з'яўляецца важным стандартам сціску аўдыё і відэа. Ён сціскае, кадуе і мультыплексуе праграмныя сігналы на канцы крыніцы, а таксама демультиплексирует і дэкадуе сігналы на канцы прыёму. Шырока выкарыстоўваўся. Лічбавая сістэма перадачы, якую мы выкарыстоўваем, заснавана на стандарце MPEG-2. Давайце паглядзім на структуру сістэмы MPEG-2, як паказана на малюнку 4.
На малюнку 4 відаць, што аўдыя- і відэасігналы ўтвараюць асноўны паток пасля выдалення лішняй інфармацыі кодэрам сціску. Гэты элементарны паток кода не можа быць захаваны або перададзены непасрэдна. Яе трэба адпраўляць канкрэтнаму ўпакоўшчыку. Элементарны паток кода падзелены на абзацы ў адпаведнасці з пэўным фарматам, а таксама дадаюцца пэўныя ідэнтыфікацыйныя сімвалы для фарміравання так званага ўпакаванага элементарнага кодавага патоку (PES). Пакеты PES - гэта пакеты аўдыё- і відэададзеных зменнай даўжыні. Затым аўдыя- і відэапакеты PES і дапаможныя даныя адпраўляюцца ў падсістэму перадачы, якія падзяляюцца на невялікія пакеты даных з фіксаванай даўжынёй 188b і мультыплексуюцца шляхам мультыплексавання з часавым падзелам. Фарміруецца адзіны паток TS, і паток TS дасягае прыёмнага канца пасля перадачы праз канал.
Як вядома, сінхранізацыя з'яўляецца неабходнай умовай для карэктнага адлюстравання тэлевізара. Для лічбавага тэлебачання, паколькі буфер выкарыстоўваецца для захоўвання сігналу ў працэсе сціску і кадавання, часовая вось сігналу ў мультыплексары змяняецца, плюс колькасць надмернасці даных адрозніваецца, каэфіцыент сціску таксама адрозніваецца, таму вось часу Вялікія змены, асабліва ў апрацоўцы пласта групы кадраў, таксама змяніўся парадак B-кадраў і P-кадраў. Усё гэта прымушае сінхранізацыю лічбавых тэлевізійных сігналаў цалкам губляць канцэпцыю арыгінальнай паслядоўнасці. Эфектыўным спосабам дасягнення сінхранізацыі з'яўляецца даданне меткі часу да патоку сігнальнага кода кожны раз, калі праходзіць зададзены інтэрвал. З дапамогай гэтага тэга прыёмны канец можа быць зменены ў парадку ў адпаведнасці з гэтым тэгам часу падчас працэсу дэкадавання перад адлюстраваннем, рэканструяваць парадак выявы перад сцісканнем і кадаваннем, а таксама часавыя адносіны паміж гукам і выявай, такім чынам дасягаючы сінхранізацыі выявы і гук сінхранізуецца з выявай.
На малюнку 4 таксама відаць, што ў кадавальніку MPEG-27 існуе адзіны агульны сістэмны такт STC (2 МГц). Гэты гадзіннік выкарыстоўваецца для стварэння меткі часу, якая паказвае правільнае дэкадаванне і час адлюстравання аўдыя/відэа. У той жа час яго можна выкарыстоўваць для ўказання выбаркі. Імгненнае значэнне імгненнага часу сістэмнага гадзінніка. Гадзіннік мае фазавую сінхранізацыю па лініі сінхранізацыі ўваходнага відэа. Калі ўваходным сігналам з'яўляецца сігнал SDI, сістэмны такт кадавальніка генеруецца тактавым сігналам, падзеленым на 10. Гэта з'яўленне агульнага сістэмнага тактавага сігналу ў кадавальніку, а таксама рэгенерацыя тактавага сігналу ў дэкодэры і правільны выкарыстанне часовых метак, якія забяспечваюць аснову для правільнай сінхранізацыі аперацый у дэкодэры. Каб рэалізаваць тактавую сінхранізацыю кодэка, сістэмны такт STC падлічваецца ў кадавальніку, а значэнне выбаркі лічыльніка перадаецца атрымальніку ў адаптацыйным загалоўку абранага пакета TS кожны пэўны час перадачы ў якасці дэкадавання Праграмны тактавы сігнал працэсара, які з'яўляецца PCR. Дапушчальны біт PCR — 42b, сярод якіх старэйшы 33b — PCR_Base, які ўяўляе сабой значэнне падліку ў адзінцы тактавай частаты 27 МГц і тактавай частоты, падзеленай на 300, а нізкі 9b — гэта PCR_Extension, якое з'яўляецца значэннем адліку ў тактавай частаце 27 МГц як адзінка. У дадатак да ПЦР, метка часу дэкадавання DTS і метка часу адлюстравання PTS таксама вельмі важныя. Яны падобныя на PCR_Base. Яны таксама ствараюцца з сістэмным тактавым сігналам кадавальніка 27 МГц, падзеленым на 300 у якасці адзінкавага значэння. Сярод іх DTS выкарыстоўваецца для інструктавання дэкодэра, калі трэба дэкадаваць атрыманы кадр выявы і гуку, а PTS выкарыстоўваецца для паведамлення, калі трэба паказваць кадр дэкадаванага малюнка.
Пры выкарыстанні двухбаковага кадавання дэкадаванне пэўнага відарыса павінна быць выканана на працягу пэўнага перыяду часу перад яго адлюстраваннем, каб яго можна было выкарыстоўваць у якасці зыходных даных для дэкадавання відарыса B-кадра. Напрыклад, парадак адлюстравання малюнкаў - IBBP, але парадак перадачы малюнкаў - IPBB. Эталонная мадэль MPEG лічыць, што дэкадаванне адбываецца імгненна, гэта значыць дэкадаванне і адлюстраванне выконваюцца адначасова. Для аўдыякадраў і B-кадраў выявы час дэкадавання і час адлюстравання аднолькавыя, а PTS супадае з DTS, таму трэба перадаваць толькі PTS. Для кадраў відэа I і кадраў P з-за змены парадку кадраў час дэкадавання і час адлюстравання адрозніваюцца, і PTS і DTS павінны перадавацца адначасова. Калі дэкодэр атрымлівае паслядоўнасць малюнкаў IPBB, ён павінен дэкадаваць выявы I-кадра і P-кадра перад дэкадаваннем першага відарыса B-кадра. Дэкодэр можа дэкадаваць толькі адзін кадр выявы за раз, таму ён спачатку дэкадуе малюнак I кадра і захоўвае яго. Калі дэкадуецца выява P-кадра, ён выводзіць і адлюстроўвае дэкадзіраваную выяву I-кадра, а затым дэкадуе і адлюстроўвае выяву B-кадра. Табліцы 1, 2, 3 і 4 паказваюць паслядоўнасць уваходных і выходных малюнкаў кадавальніка, значэння PTS і DTS кожнага кадра, а таксама паслядоўнасць дэкадавання і адлюстравання кожнага кадра выявы дэкодэрам.
У табліцы 1 13 кадраў выяваў складаюць групу відарысаў, першы кадр I кадра выкарыстоўвае ўнутрыкадравае кадаванне, другі і трэці B кадры атрыманы шляхам двухнакіраванага прагназавання з першага і чацвёртага кадраў, а чацвёрты кадр P кадра прайшоў міма першага кадра. Атрымана з прагнозу. Пасля кадзіравання першага кадра кадавальнік спачатку буферызуе другі і трэці кадры, кадуе чацвёрты кадр, затым кадуе другі і трэці кадры, і гэтак далей, і канчатковая закадзіраваная выхадная паслядоўнасць паказана ў табліцы 2.
З табліц 3 і 4 відаць, што калі дэкодэр атрымлівае пэўны блок доступу, які змяшчае выяву I-кадра, пакет дадзеных файла павінен утрымліваць DTS і PTS, час паміж значэннямі гэтых двух тэгаў Інтэрвал роўны адзінцы перыяд малюнка. Пасля выявы кадра I з'яўляецца кадр P, таксама павінны быць DTS і PTS у пакеце даных файла, а інтэрвал часу паміж значэннямі двух тэгаў складае тры перыяды выявы. Затым ідуць два B-кадры, пакеты даных файлаў якіх утрымліваюць толькі PTS. Гэта значыць, малюнак I кадра будзе прайгравацца і адлюстроўвацца з затрымкай у адзін кадр пасля дэкадавання. Калі адлюстроўваецца I-кадр, чацвёрты кадр P-кадр дэкадуецца, але не прайграваецца і не адлюстроўваецца. Спачатку ён кэшуецца, а пасля прайгравання і адлюстравання кадра 1I адразу дэкадуе і адлюстроўвае кадры 2B, затым кадры 3B, затым адлюстроўвае буферызаваныя кадры 4P, адначасова дэкадуе і буферызуе кадры 7P і гэтак далей. Відаць, што паслядоўнасць дэкадзіраваных і паказаных малюнкаў адпавядае паслядоўнасці ўводу малюнкаў у табліцу 1.
Прынцып сінхранізацыі дэкодэра (прыстаўкі)
PTS і DTS - гэта толькі значэнні 33b. Калі няма спасылкі на вось часу, прадстаўленую ПЦР, гэта значэнне не мае сэнсу. Для падтрымання правільнага дэкадавання сістэмныя тактавыя частоты кадавальніка і дэкодэра (прыстаўкі) павінны быць заблакіраванымі, гэта значыць, іх частоты застаюцца аднолькавымі, а пачатковыя значэнні іх адпаведных лічыльнікаў аднолькавымі.
У дэкодэры (прыстаўцы) ёсць генератар з кіраваннем напругай (VCO) з частатой каля 27 МГц. Выхадны сігнал адпраўляецца на лічыльнік у якасці сістэмнага тактавага сігналу для стварэння бягучага значэння выбаркі STC, якое з'яўляецца значэннем 42b, як PCR. Сярод іх высокае 33b - гэта значэнне адліку ў тактавай частаце 27 МГц пасля частаты 300 ружовых, а нізкае 9b - значэнне адліку ў тактавай частаце 27 МГц. Калі новая праграма паступае ў дэкодэр (прыстаўку), дэкодэр (прыстаўка) атрымлівае значэнне PCR з патоку кода, параўноўвае яго значэнне PCR_Extention з малодшымі бітамі 9b бягучага STC і атрымлівае памылку сігналу, а затым праходзіць праз схему фазавай аўтападстройкі сігналу. Адрэгулюйце асцылятар, які кіруецца напругай, каб сістэмная тактавая частата дэкодэра (прыстаўкі) адпавядала сістэмнай тактавай частаце кадавальніка. Атрымайце значэнні PTS і DTS кожнага кадра паслядоўна з патоку кода і параўнайце іх са старэйшымі бітамі 33b бягучага значэння STC. Калі значэнне DTS большае за значэнне STC, паток кода буферызуецца і адначасова кантралюецца змяненне значэння STC. Калі значэнне STC павялічваецца да значэння DTS, паток кадравага кода дэкадуецца. Калі значэнне STC роўна значэнню PTS, прайграйце кадр. Калі з-за дрыгацення буфернай затрымкі сеткі перадачы, калі паток кода даходзіць да дэкодэра (прыстаўкі), яго значэнне PTS ужо меншае за значэнне STC, то дэкодэр (прыстаўка) прапускае гэты кадр і адкідае дадзеныя фрэйма. Паколькі PTS і DTS генеруюцца на аснове значэння PCR, першае атрыманае значэнне PCR павінна быць выкарыстана ў якасці пачатковага значэння для ўстаноўкі лічыльніка STC дэкодэра (прыстаўкі), каб зрабіць іх значэнні аднолькавымі, у адваротным выпадку, база часу будзе адрознівацца. , Такім чынам, памылка дэкадавання. Апрацоўка аўдыё і відэа аналагічная, але няма праблемы з перастаноўкай часу. На малюнку 5 паказана прынцыповая схема працы дэкодэра (прыстаўкі) PCR.
Прычыны несінхранізацыі аўдыё і відэа
У практычных прымяненнях некаторыя кадавальнікі выклікаюць дрыгаценне выхаднога тактавага сігналу з-за нестабільнай часовай базы ўваходнага відэасігналу, а інтэрвал кадравай сінхранізацыі не складае 40 мс. Для гэтых кадавальнікаў пасля ўстаноўкі пачатковага значэння DTS у адпаведнасці з PCR і затрымкай буферызацыі значэнне DTS кожнага кадра атрымліваецца шляхам дадання фіксаванага значэння да папярэдняга DTS (гэта значэнне можна вылічыць наступным чынам: 27 МГц дзеліцца на 300. Гэта роўна 90 кГц, а PAL TV складае 25 кадраў у секунду. Такім чынам, значэнне складае 90000/25=3600), а значэнне PTS разлічваецца ў залежнасці ад тыпу кадра і тыпу GOP. Аднак значэнне PCR не павялічылася на 3600 за гэты перыяд, што прывяло да таго, што DTS і PTS сталі больш або менш адносна PCR. Некаторыя дэкодэры (тэлевізійныя прыстаўкі) не выкарыстоўваюць асцылятар, які кіруецца напругай, і іх сістэмны гадзіннік мае фіксаваную частату 27 МГц, але выкарыстоўвае атрыманае значэнне PCR для ініцыялізацыі значэння лакальнага сістэмнага лічыльніка тактавага сігналу. Кадавальнік і дэкодэр (прыстаўка) не могуць падтрымліваць строгую блакіроўку, што можа прывесці да падзення кадраў дэкодэрам (прыстаўкі). Аднак некаторыя дэкодэры (прыстаўкі) больш не дэкадуюць і не адлюстроўваюць строга ў адпаведнасці з DTS і PTS пасля страты кадра, а дэкадуюць у адпаведнасці з сітуацыяй у буферы, таму што затрымка кадавання відэа і аўдыё адрозніваецца, гэта можа выклікаць аўдыё Карціна не сінхранізавана.
Акрамя таго, у працэсе перадачы ад кадавальніка да дэкодэра (прыстаўкі) з-за існавання буферных каналаў з зменнай затрымкай, такіх як мультыплексары і мадулятары, затрымка перадачы пакетаў PCR можа быць не пастаяннай і вар'іравацца ад вялікай да невялікія. Калі ПЦР не выправіць, могуць узнікнуць вышэйпералічаныя праблемы.
падсумоўваць
З прыведзенага вышэй аналізу відаць, што і кадавальнік, і дэкодэр (прыстаўка) могуць выклікаць узнікненне асінхранізацыі аўдыё і відэа. Пасля тэставання кадавальнікаў розных брэндаў наша станцыя абрала кадавальнік з лепшымі тэставымі паказчыкамі і замяніла арыгінальны кадавальнік, што значна палепшыла з'яву, калі гук і малюнак тэлевізара не сінхранізуюцца. На наступным этапе ўкаранення прыставак сеткавыя кампаніі таксама ўзмоцняць тэставанне адпаведных паказчыкаў для павышэння якасці ацэнак аўдыторыі. Безумоўна, у працэсе алічбоўкі радыё і тэлебачання маёй краіны нам усё яшчэ патрэбныя сумесныя намаганні нашых тэлевізійнікаў і вытворцаў абсталявання, каб нарэшце дасягнуць поўнага поспеху.v
Наш іншы прадукт:
