Palabras clave: Audio e vídeo asíncrono MPEG-2 PCR DTS PTS codificador decodificador
Co rápido desenvolvemento da televisión dixital no meu país e o avance da transformación dixital das redes de radio e televisión urbanas, cada vez hai máis xente que comeza a empregar decodificadores para ver programas de televisión dixital. Pero no proceso de ver programas de TV a través dun decodificador, ás veces os espectadores descubren que algúns son e vídeo están desincronizados. Isto tamén nos chamou a atención.
Fenómeno e proba
A cidade de Guiyang completou basicamente a transformación dixital da súa rede de radio e televisión a finais de 2007 e os programas da estación de televisión de Guizhou tamén entraron na transmisión de rede dixital. Despois de entrar na rede dixital, descubrimos que varios programas da nosa estación tiñan o fenómeno da non sincronización de audio e vídeo nalgunhas áreas, especialmente cando a noticia se emitía na canle de vídeo vía satélite e na canle de persoas. Para saber onde está o problema, decidimos realizar unha proba de sincronización labial en toda a ruta de transmisión do noso programa. O equipo usado para a proba é Tektronix WFM7120. Cando se fai a medición de atraso de audio / vídeo, tamén é necesario xerar unha serie de sinais de vídeo de barra de cor curta a través do TG700 DVG7, e a secuencia de audio está incrustada neste grupo de sinais de vídeo cun intervalo de 5 segundos, envíe tal sinal a o sistema en proba e, finalmente, envíe o sinal ao WFM7120 para medir a diferenza de tempo entre audio e vídeo.
Proba interna do centro de control de transmisión
Como se mostra na Figura 1, para medir se hai diferenzas de atraso de audio / vídeo no sistema de emisoras de TV, empregamos o tempo de inspección para gravar o sinal de proba xerado por TG700 no disco duro de transmisión, reproducilo a través do disco duro, e introduza o sinal de proba ao atrasador. Despois do módulo de sincronización de cadros, emítese nunha canle e medimos estes tres sinais antes de que o departamento de transmisión transmita o sinal ao codificador da compañía de rede. Os resultados da medición mostran que a diferenza de atraso de audio / vídeo destes tres sinais non supera os 12 ms, é dicir, un campo non é suficiente, o que indica que o sinal non ten o problema da sincronización de audio e vídeo no centro de control de transmisión.
Probas de diferentes decodificadores
Para o segundo punto de medición, escollemos a aula de informática da empresa da rede. Como se mostra na Figura 2, aquí seleccionamos as principais marcas de descodificadores que actualmente se usan en China para probar. Despois de codificar o sinal de proba TG700 a través do codificador orixinal que estamos a usar, insíreo na canle que estamos a emitir actualmente. A continuación, use un decodificador na sala de ordenadores do front-end para demodular o sinal de TV. O sinal de audio / vídeo descodificado envíase a WFM7120 para a súa medición despois de A / D e a incorporación do sinal analóxico a través dunha gravadora de vídeo Panasonic D950. Os resultados da medición mostran que a diferenza de atraso de audio / vídeo destes tipos de decodificadores é diferente, algúns adiantan os 150 ms e algúns están atrasados en 300 ms. Isto amosa que diferentes descodificadores teñen capacidades diferentes para manter a relación de sincronización entre sinais de audio / vídeo despois de demodular e descodificar o mesmo sinal de TV dixital.
Probas de diferentes codificadores
Como se mostra na Figura 3, aínda usamos o xerador de sinal TG700 para probar diferentes codificadores e habilitamos o codificador, o modulador e o set-top box para crear un entorno de transmisión / visualización simulado. Aquí usamos varios codificadores de diferentes marcas. Despois de codificar o sinal de proba do TG700, modúlase co mesmo modulador e logo o sinal descodifícase co mesmo decodificador. Tamén é procesado por D950 e enviado a WFM7120 para a súa medición. O resultado final da medición é que algunhas das súas diferenzas de atraso de audio / vídeo son de 30 ms, e algunhas alcanzan os 300 ms, o que indica que os diferentes codificadores teñen un maior impacto na sincronización de audio / vídeo do sinal de visualización final do decodificador.
Análise de causas
O principio de sincronización do sistema MPEG-2
Actualmente, no sistema de transmisión de TV dixital do meu país, o estándar MPEG-2 é un importante estándar de compresión de audio e vídeo. Comprime, codifica e multiplexa os sinais do programa no extremo fonte e demultiplexa e descodifica os sinais no extremo receptor. Foi moi utilizado. O sistema de transmisión dixital que estamos a usar está baseado no estándar MPEG-2. Vexamos a estrutura do sistema de MPEG-2, como se mostra na Figura 4.
Na figura 4 pódese ver que os sinais de audio e vídeo forman un fluxo básico despois de que a información redundante sexa eliminada polo codificador de compresión. Este fluxo de código elemental non se pode almacenar nin transmitir directamente. Debe enviarse a un empaquetador específico. O fluxo de código elemental divídese en parágrafos segundo un determinado formato e engádense caracteres de identificación específicos para formar o chamado fluxo de código elemental empaquetado (PES). Os paquetes PES son paquetes de datos de audio e vídeo con lonxitude variable. Despois envíanse ao subsistema de transmisión os paquetes PES de audio e vídeo e os datos auxiliares, que se dividen en pequenos paquetes de datos cunha lonxitude fixa de 188b e multiplexados por multiplexación por división de tempo. Fórmase un fluxo TS único e o fluxo TS chega ao extremo receptor despois da transmisión pola canle.
Como todos sabemos, a sincronización é unha condición necesaria para unha correcta visualización da TV. Para a televisión dixital, xa que o búfer se usa para almacenar o sinal durante o proceso de compresión e codificación, o eixe temporal do sinal no multiplexor cambia, ademais da cantidade de redundancia de datos é diferente, a relación de compresión tamén é diferente, eixe do tempo Grandes cambios, especialmente no procesamento da capa do grupo de cadros, tamén cambiou a orde dos cadros B e dos cadros P. Todo isto fai que a sincronización dos sinais dixitais de TV perda completamente o concepto da secuencia orixinal. Un xeito eficaz de lograr a sincronización é engadir unha etiqueta de tempo ao fluxo de código de sinal cada vez que pasou un intervalo especificado. Con esta etiqueta pódese ordenar de novo o extremo receptor segundo esta marca de tempo durante o proceso de descodificación antes da visualización, reconstruír a orde da imaxe antes da compresión e codificación e a relación de tempo entre son e imaxe, logrando así a sincronización de imaxe e o son sincronízase coa imaxe.
Na figura 4 tamén se pode ver que hai un único reloxo de sistema común STC (27 MHz) no codificador MPEG-2. Este reloxo úsase para xerar unha marca de tempo que indica a decodificación correcta e a sincronización de visualización de audio / vídeo. Ao mesmo tempo, pódese usar para indicar a mostraxe O valor instantáneo da hora instantánea do reloxo do sistema. A sincronización de liña do vídeo de entrada bloquea o reloxo. Cando a entrada é un sinal SDI, o reloxo do sistema do codificador é xerado polo reloxo dividido por 10. É a aparición dun reloxo de sistema común no codificador, así como a rexeneración do reloxo no decodificador e o correcto uso de marcas de tempo, que proporcionan a base para a sincronización correcta das operacións no decodificador. Para realizar a sincronización do reloxo do codec, o reloxo do sistema STC cóntase no codificador e o valor de mostraxe do contador transmítese ao receptor na cabeceira de adaptación do paquete TS seleccionado cada certo tempo de transmisión, como descodificación O sinal de referencia do reloxo do programa do procesador, que é PCR. O bit válido de PCR é 42b, entre os que o alto 33b é PCR_Base, que é o valor de reconto na unidade do reloxo de 27 MHz e o reloxo dividido por 300, e o 9b baixo é PCR_Extension, que é o valor de reconto no reloxo de 27 MHz. como a unidade. Ademais da PCR, a etiqueta de tempo de descodificación DTS e a etiqueta de tempo de visualización PTS tamén son moi importantes. Son similares a PCR_Base. Tamén se crean co reloxo do sistema do codificador a 27 MHz, dividido por 300 como valor de reconto da unidade. Entre eles, DTS úsase para indicar ao decodificador cando descodifica a imaxe e o cadro de audio recibidos, e PTS úsase para notificar cando se mostra o marco de imaxe decodificado.
Cando se usa unha codificación bidireccional, a descodificación dunha determinada imaxe debe realizarse nun período de tempo antes de que se amose, de xeito que poida usarse como datos de orixe para a descodificación da imaxe en marco B. Por exemplo, a orde de visualización das imaxes é IBBP, pero a orde de transmisión das imaxes é IPBB. O modelo de referencia MPEG cre que a descodificación ocorre instantaneamente, é dicir, a descodificación e a visualización realízanse ao mesmo tempo. Para os cadros de audio e os cadros de imaxe B, o tempo de descodificación e o tempo de visualización son os mesmos e o PTS é o mesmo que o DTS, polo que só hai que transmitir o PTS. Para os fotogramas de vídeo I e os fotogramas P, debido ao reordenamento de fotogramas, o tempo de descodificación e o tempo de visualización son diferentes e os PTS e DTS deben transmitirse ao mesmo tempo. Cando o descodificador recibe a secuencia de imaxes IPBB, debe descodificar as imaxes de fotograma I e fotograma P antes de descodificar a primeira imaxe de fotograma B. O descodificador só pode decodificar un cadro de imaxe á vez, polo que primeiro descodifica a imaxe de cadro I e gárdaa. Cando se descodifica a imaxe de marco P, emite e amosa a imaxe de marco I descodificada e logo descodifica e amosa a imaxe de marco B. As táboas 1, 2, 3 e 4 mostran a secuencia das imaxes de entrada e saída do codificador, os valores PTS e DTS de cada cadro e a secuencia de descodificación e visualización de cada cadro da imaxe polo descodificador.
Na táboa 1, 13 fotogramas de imaxes constitúen un grupo de imaxes, o primeiro fotograma I utiliza a codificación intra-fotograma, o segundo e o terceiro fotograma B obtéñense por predición bidireccional a partir do primeiro e o cuarto fotograma e o cuarto fotograma P é pasou polo primeiro cadro. Derivado da predición cara adiante. Despois de codificar o primeiro fotograma, o codificador primeiro almacena o segundo e o terceiro fotograma, codifica o cuarto fotograma e logo codifica o segundo e o terceiro fotograma, etc., e a secuencia de saída codificada final móstrase na táboa 2 que se mostra.
Na táboa 3 e na táboa 4 pódese ver que cando o descodificador recibe unha determinada unidade de acceso que contén unha imaxe de marco I, o paquete de datos do ficheiro debe conter DTS e PTS, o tempo entre os valores destas dúas etiquetas O intervalo é un período da imaxe. Despois de que a imaxe fotograma I sexa o fotograma P, tamén debería haber un DTS e un PTS no paquete de datos do ficheiro e o intervalo de tempo entre os valores das dúas etiquetas é de tres períodos de imaxe. Despois hai dous fotogramas B, cuxos paquetes de datos de ficheiro só conteñen PTS. É dicir, a imaxe de fotograma I reproducirase e mostrarase despois dun atraso dun fotograma despois da descodificación. Cando se mostra o fotograma I, o cuarto fotograma P descodifícase, pero non se reproduce e non se amosa. Primeiro caché e despois de reproducirse e amosarse o fotograma 1I, descodifica e amosa os fotogramas 2B inmediatamente, despois os fotogramas 3B, despois mostra os fotogramas 4P almacenados e descodifica e almacena os fotogramas 7P ao mesmo tempo, etc. Pódese ver que a secuencia de imaxes descodificadas e mostradas é consistente coa secuencia de entrada de imaxes na táboa 1.
Principio de sincronización do decodificador (decodificador)
PTS e DTS son só valores 33b. Se non hai ningunha referencia ao eixo temporal representado pola PCR, este valor non ten sentido. Para manter unha descodificación correcta, os reloxos do sistema do codificador e descodificador (decodificador) deben manterse bloqueados, é dicir, as súas frecuencias mantéñense e os valores iniciais dos seus respectivos contadores son os mesmos.
Hai un oscilador controlado por tensión (VCO) cunha frecuencia duns 27 MHz no decodificador (decodificador). O sinal de saída envíase ao contador como o reloxo do sistema para xerar o valor de mostra STC actual, que é un valor de 42b como a PCR. Entre eles, o alto 33b é o valor de conta na unidade de reloxo de 27 MHz despois de 300 frecuencias rosa, e o baixo de 9b é o valor de conta na unidade de reloxo de 27 MHz. Cando chega un novo programa ao descodificador (decodificador), o decodificador (decodificador) obtén o valor PCR do fluxo de código, compara o seu valor PCR_Extention cos bits inferiores de 9b do STC actual e obtén o erro sinal e pasa polo circuíto de bucle bloqueado por fase. Axuste o oscilador controlado por tensión para que a frecuencia do reloxo do sistema do decodificador (decodificador) sexa consistente coa frecuencia do reloxo do sistema do codificador. Obtén os valores PTS e DTS de cada fotograma secuencialmente a partir do fluxo de código e compáraos cos bits de 33b altos do valor STC actual. Se o valor DTS é maior que o valor STC, o fluxo de código almacénase e o cambio de valor STC contrólase ao mesmo tempo. Cando o valor STC aumenta ata igualar o valor DTS, o fluxo de código de trama descodifícase. Cando o valor STC sexa igual ao valor PTS, reproduce o cadro. Se debido ao atraso do buffer da rede de transmisión, cando o fluxo de código chega ao decodificador (decodificador), o seu valor PTS xa é inferior ao valor STC, entón o decodificador (decodificador) salta este cadro e descarta os datos do marco. Dado que PTS e DTS xéranse en función do valor PCR, o primeiro valor PCR obtido debe usarse como valor inicial para configurar o contador STC do decodificador (set-top box) para que os seus valores sexan os mesmos. a base de tempo será diferente. , Así, erro de descodificación. O procesamento de audio e vídeo é similar, pero non hai problema de reordenación temporal. Na figura 5 móstrase o diagrama de principio de funcionamento do PCR do descodificador (decodificador).
Motivos para o audio e o vídeo fóra de sincronización
Nas aplicacións prácticas, algúns codificadores provocan fluctuacións no reloxo de saída debido á base de tempo inestable do sinal de vídeo de entrada e o intervalo de sincronización de fotogramas non é de 40 ms. Para estes codificadores, despois de axustar o valor DTS inicial segundo PCR e o atraso do búfer, o valor DTS de cada trama obtense engadindo un valor fixo ao DTS anterior (este valor pódese calcular do seguinte xeito: 27MHz divídese por 300 É 90kHz e PAL TV son 25 fotogramas por segundo. Polo tanto, o valor é 90000/25 = 3600) e o valor PTS calcúlase segundo o tipo de fotograma e o tipo GOP. Non obstante, o valor da PCR non aumentou en 3600 durante este período, o que provocou que DTS e PTS fosen maiores ou menores en relación á PCR. Algúns descodificadores (decodificadores) non utilizan un oscilador controlado por tensión e o reloxo do sistema é fixo de 27 MHz, pero utiliza o valor PCR recibido para inicializar o valor do contador do reloxo do sistema local. O codificador e o descodificador (decodificador) non poden manter un bloqueo estrito, o que pode provocar que o decodificador (decodificador) caia cadros. Non obstante, algúns descodificadores (decodificadores) xa non descodifican e amosan estritamente segundo DTS e PTS despois da perda de cadros, senón que descodifican segundo a situación do búfer, porque o atraso da codificación de vídeo e audio é diferente, pode provocar audio A pintura non está sincronizada.
Ademais, no proceso de transmisión do codificador ao decodificador (decodificador), debido á existencia de enlaces de búfer de atraso variable como multiplexores e moduladores, o atraso de transmisión dos paquetes PCR pode non ser constante, variando de grande a pequena. Se non se correxe a PCR, tamén poden ocorrer os problemas anteriores.
para resumir
Pola análise anterior, pódese ver que tanto o codificador como o decodificador (decodificador) poden provocar a asincronización de audio e vídeo. Despois de probar os codificadores de varias marcas, a nosa estación escolleu un codificador con mellores indicadores de proba e substituíu o codificador orixinal, o que mellorou moito o fenómeno de que o son e a imaxe do televisor non están sincronizados. No seguinte paso da introdución de descodificadores, as empresas da rede tamén reforzarán a proba de indicadores relevantes para mellorar a calidade das valoracións da audiencia. Por suposto, no proceso de avanzar na dixitalización da radio e a televisión do meu país, aínda necesitamos os esforzos conxuntos dos nosos traballadores de televisión e fabricantes de equipos para conseguir finalmente un éxito completo.
Noso outro produto:
