Nyckelord: Asynkront ljud och video MPEG-2 PCR DTS PTS Encoder Decoder
Med den snabba utvecklingen av digital-tv i mitt land och utvecklingen av den digitala omvandlingen av stadsradio- och tv-nätverk har fler och fler människor börjat använda digitalboxar för att titta på digitala tv-program. Men när man tittar på TV-program via en digitalbox ser tittarna ibland att lite ljud och video inte är synkroniserade. Detta fick också vår uppmärksamhet.
Fenomen och test
Guiyang City slutförde i princip den digitala omvandlingen av sitt radio- och tv-nät i slutet av 2007, och Guizhou TV-stationens program har också gått in i det digitala nätöverföringen. Efter att ha gått in i det digitala nätverket fann vi att flera program på vår station hade fenomenet icke-synkronisering av ljud och video i vissa områden, särskilt när nyheterna sändes på satellitvideokanalen och folkkanalen. För att ta reda på var problemet är, bestämde vi oss för att genomföra ett läppsynkroniseringstest på hela överföringsvägen för vårt program. Utrustningen som används för testet är Tektronix WFM7120. När du gör ljud- / videofördröjningsmätning är det också nödvändigt att generera en serie korta färgfältvideosignaler genom TG700 DVG7, och ljudsekvensen är inbäddad i denna grupp videosignaler med ett intervall på 5s, skicka en sådan signal till systemet som testas och slutligen skicka signalen till WFM7120 för att mäta tidsskillnaden mellan ljud och video.
Broadcast Control Center Internt test
Som visas i figur 1 använder vi inspektionstiden för att spela in testsignalen som genereras av TG700 i sändningshårddisken, spela upp den via hårddisken för att mäta om det finns skillnader i ljud- / videofördröjning. och mata in testsignalen till fördröjaren. Efter ramsynkroniseringsmodulen sänds den på en kanal och sedan mäter vi dessa tre signaler innan överföringsavdelningen överför signalen till nätverksföretagets kodare. Mätresultaten visar att skillnaden mellan ljud och video fördröjning för dessa tre signaler inte överstiger 12 ms, det vill säga ett fält räcker inte, vilket indikerar att signalen inte har problem med ljud- och videosynkronisering i sändningskontrollcentret.
Test av olika digitalboxar
För den andra mätpunkten valde vi nätverksföretagets datorrum. Som visas i figur 2 har vi här valt ut de viktigaste varumärkena för digitalboxar som för närvarande används i Kina för testning. Efter att ha kodat TG700-testsignalen genom den ursprungliga kodaren vi använder, sätt in den i den kanal vi för närvarande sänder. Använd sedan en digitalbox i det främre datorrummet för att demodulera TV-signalen. Den avkodade ljud- / videosignalen skickas sedan till WFM7120 för mätning efter A / D och inbäddning av den analoga signalen via en Panasonic D950-videobandspelare. Mätresultaten visar att skillnaden mellan ljud / video fördröjning för dessa typer av digitalboxar är annorlunda, vissa ligger före 150 ms och andra släpar med 300 ms. Detta visar att olika digitalboxar har olika funktioner för att upprätthålla synkroniseringsförhållandet mellan ljud / videosignaler efter demodulering och avkodning av samma digitala TV-signal.
Test av olika kodare
Som visas i figur 3 använder vi fortfarande TG700-signalgeneratorn för att testa olika kodare och möjliggöra kodaren, modulator och digitalbox för att bygga en simulerad sändnings- / visningsmiljö. Här använder vi flera kodare av olika märken. Efter kodning av testsignalen för TG700 moduleras den av samma modulator och sedan avkodas signalen av samma digitalbox. Det bearbetas också av D950 och skickas till WFM7120 för mätning. Det slutliga mätresultatet är att vissa av deras skillnader i ljud / video-fördröjning är 30 ms, och vissa når 300 ms, vilket indikerar att olika kodare har större inverkan på ljud- / videosynkroniseringen av digitalboxens slutliga visningssignal.
Orsak Analys
Tidpunkten för MPEG-2-systemet
I mitt lands digitala TV-överföringssystem är för närvarande MPEG-2-standarden en viktig ljud- och videokomprimeringsstandard. Den komprimerar, kodar och multiplexar programsignaler vid källänden och demultiplexar och avkodar signaler i den mottagande änden. Har använts i stor utsträckning. Det digitala överföringssystemet vi använder är baserat på MPEG-2-standarden. Låt oss ta en titt på systemstrukturen för MPEG-2, som visas i figur 4.
Det framgår av figur 4 att ljud- och videosignalerna bildar en grundläggande ström efter att den redundanta informationen har tagits bort av kompressionskodaren. Denna elementära kodström kan inte lagras eller överföras direkt. Den måste skickas till en specifik förpackare. Den elementära kodströmmen är uppdelad i stycken enligt ett visst format, och specifika identifieringstecken läggs till för att bilda den så kallade packade elementära kodströmmen (PES). PES-paket är ljud- och videopaket med varierande längd. Sedan skickas PES-paket för ljud och video och hjälpdata till överföringsundersystemet, som är uppdelade i små datapaket med en fast längd på 188b och multiplexerat av tidsdelningsmultiplexering. En enda TS-ström bildas och TS-strömmen når den mottagande änden efter sändning genom kanalen.
Som vi alla vet är synkronisering ett nödvändigt villkor för korrekt TV-skärm. Eftersom bufferten används för att lagra signalen under komprimerings- och kodningsprocessen för digital-TV, ändras signalaxeln i multiplexern, plus mängden dataredundans är annorlunda, kompressionsförhållandet är också annorlunda, så tidsaxel Stora förändringar, speciellt i bearbetning av ramgruppslagret, har också ordningen på B-ramar och P-ramar förändrats. Alla dessa gör att synkroniseringen av digitala TV-signaler helt tappar begreppet den ursprungliga sekvensen. Ett effektivt sätt att uppnå synkronisering är att lägga till en tidsetikett till signalkodströmmen varje gång ett angivet intervall har passerat. Med den här taggen kan den mottagande änden beställas om enligt denna tidstagg under avkodningsprocessen före visning, rekonstruera bildens ordning före komprimering och kodning, och tidsförhållandet mellan ljud och bild, varigenom bildsynkronisering och ljudet synkroniseras med bilden.
Det kan också ses från figur 4 att det finns en enda gemensam systemklocka STC (27MHz) i MPEG-2-kodaren. Denna klocka används för att generera en tidsstämpel som indikerar korrekt avkodning och visningstidpunkt för ljud / video. Samtidigt kan den användas för att indikera sampling Det ögonblickliga värdet för den momentana systemklocktiden. Klockan är faslåst av linjesynkroniseringen av ingångsvideon. När ingången är en SDI-signal genereras kodarens systemklocka av klockan dividerad med 10. Det är uppkomsten av en gemensam systemklocka i kodaren, liksom regenerering av klockan i avkodaren och den korrekta användning av tidsstämplar, som utgör grunden för korrekt synkronisering av operationer i avkodaren. För att realisera klocksynkroniseringen av kodeken räknas STC-systemklockan i kodaren och samplingsvärdet för räknaren sänds till mottagaren i anpassningshuvudet för det valda TS-paketet varje viss sändningstid, som en avkodning Programmets klockreferenssignal för processorn, som är PCR. Den PCR-giltiga biten är 42b, bland vilken den höga 33b är PCR_Base, vilket är räknarvärdet i enheten på 27MHz klockan och klockan dividerat med 300, och den låga 9b är PCR_Extension, vilket är räknevärdet i 27MHz klockan som enheten. Förutom PCR är avkodningstidsetiketten DTS och visningstidsetiketten PTS också mycket viktiga. De liknar PCR_Base. De skapas också med kodarens 27MHz systemklocka, dividerat med 300 som enhetsräkningsvärde. Bland dem används DTS för att instruera avkodaren när den mottagna bilden och ljudramen ska avkodas, och PTS används för att meddela när den avkodade bildramen ska visas.
När du använder tvåvägskodning måste avkodningen av en viss bild utföras inom en tidsperiod innan den visas, så att den kan användas som källdata för avkodning av B-bildbilden. Till exempel är visningsordningen för bilder IBBP, men överföringsordningen för bilder är IPBB. MPEG-referensmodellen tror att avkodning sker omedelbart, det vill säga avkodning och visning utförs samtidigt. För ljudramar och bild B-ramar är avkodningstiden och visningstiden densamma och PTS är densamma som DTS, så endast PTS behöver sändas. För video I-ramar och P-ramar är avkodningstiden och visningstiden olika på grund av ramomordning, och PTS och DTS måste sändas samtidigt. När avkodaren tar emot IPBB-bildsekvensen måste den avkoda I-ram- och P-ram-bilderna innan den första B-bildbilden avkodas. Avkodaren kan endast avkoda en bildram i taget, så den avkodar först bildramen och lagrar den. När P-bildbilden avkodas matar den ut och visar den avkodade I-bildbilden och avkodar sedan och visar B-bildbilden. Tabellerna 1, 2, 3 och 4 visar sekvensen för in- och utmatningsbilderna för kodaren, PTS- och DTS-värdena för varje ram, och avkodnings- och visningssekvensen för varje bildruta av avkodaren.
I tabell 1 utgör 13 bildramar en grupp bilder, den första ram I-ramen använder kodning inom ram, den andra och tredje B-ramen erhålls genom dubbelriktad förutsägelse från den första och fjärde ramen, och den fjärde ramen P-ramen är passerat den första ramen. Hämtat från framåt förutsägelse. Efter kodning av den första ramen buffrar kodaren först den andra och tredje ramen, kodar den fjärde ramen och kodar sedan den andra och tredje ramen och så vidare, och den slutliga kodade utmatningssekvensen visas i tabellen 2 som visas.
Det framgår av tabell 3 och tabell 4 att när avkodaren tar emot en viss åtkomstenhet som innehåller en I-bild, bör datapaketet innehålla DTS och PTS, tiden mellan värdena för dessa två taggar. Intervallet är ett bildperiod. Efter att I-bildbilden är P-ram bör det också finnas en DTS och en PTS i fildatapaketet, och tidsintervallet mellan värdena för de två taggarna är tre bildperioder. Sedan finns det två B-ramar, vars fildatapaket endast innehåller PTS. Det vill säga I-bildbilden kommer att spelas upp och visas efter en fördröjning på en bildruta efter avkodning. När I-ramen visas avkodas den fjärde ramen P-ramen, men den spelas inte upp och visas inte. Den cachas först och efter att 1I-ramen har spelats upp och visas, avkoda och visa 2B-ramar omedelbart, sedan 3B-ramar, visa sedan de buffrade 4P-ramarna och avkoda och buffra 7P-ramarna samtidigt, och så vidare. Det kan ses att sekvensen för avkodade och visade bilder överensstämmer med sekvensen för bildinmatning i tabell 1.
Tidsprincip för avkodare (digitalbox)
PTS och DTS är bara 33b-värden. Om det inte finns någon referens till tidsaxeln som representeras av PCR är detta värde meningslöst. För att upprätthålla korrekt avkodning måste systemklockorna för kodaren och avkodaren (digitalbox) hållas låsta, det vill säga deras frekvenser hålls desamma och initialvärdena för deras respektive räknare är desamma.
Det finns en spänningsstyrd oscillator (VCO) med en frekvens på cirka 27 MHz i avkodaren (digitalbox). Utsignalen skickas till räknaren som systemklockan för att generera det aktuella STC-samplingsvärdet, vilket är ett värde på 42b som PCR. Bland dem är den höga 33b räknevärdet i enheten för 27MHz klocka efter 300 rosa frekvens, och den låga 9b är räkningsvärdet i enheten för 27MHz klocka. När ett nytt program anländer till avkodaren (set-top box), hämtar avkodaren (set-top box) PCR-värdet från kodströmmen, jämför sitt PCR_Extention-värde med de nedre 9b bitarna i den aktuella STC och får felet och går sedan igenom den faslåsta kretsen. Justera den spänningsstyrda oscillatorn så att systemets klockfrekvens för avkodaren (set-top box) överensstämmer med systemets klockfrekvens för kodaren. Skaffa PTS- och DTS-värdena för varje ram sekventiellt från kodströmmen och jämför dem med de höga 33b-bitarna i det aktuella STC-värdet. Om DTS-värdet är större än STC-värdet buffras kodströmmen och STC-värdeförändringen övervakas samtidigt. När STC-värdet ökar till lika med DTS-värdet avkodas ramkodströmmen. När STC-värdet är lika med PTS-värdet, spela upp ramen. Om på grund av buffertfördröjningsjitter i överföringsnätverket, när kodströmmen når avkodaren (set-top box), dess PTS-värde redan är mindre än STC-värdet, hoppar avkodaren (set-top box) över denna ram kasserar ramdata. Eftersom PTS och DTS genereras baserat på PCR-värdet, måste det första erhållna PCR-värdet användas som initialvärde för att ställa in STC-räknaren för avkodaren (set-top box) för att göra deras värden desamma, annars tidsbasen kommer att vara annorlunda. Således avkodningsfel. Bearbetningen av ljud och video är likartad, men det finns inga problem med tidsinställningen. Figur 5 visar arbetsprincipschemat för avkodaren (digitalbox) PCR.
Orsaker till att ljud och video inte är synkroniserade
I praktiska tillämpningar orsakar vissa kodare jitter i sin utgångsklocka på grund av den instabila tidsbasen för ingångsvideosignalen och ramsynkroniseringsintervallet är inte 40 ms. Efter inställning av det initiala DTS-värdet enligt PCR och buffertfördröjning erhålls för dessa kodare DTS-värdet för varje ram genom att lägga till ett fast värde till föregående DTS (detta värde kan beräknas enligt följande: 27MHz divideras med 300 Det är 90 kHz, och PAL TV är 25 bilder per sekund. Därför är värdet 90000/25 = 3600) och PTS-värdet beräknas enligt ramtyp och GOP-typ. PCR-värdet ökade dock inte med 3600 under denna period, vilket fick DTS och PTS att bli större eller mindre i förhållande till PCR. Vissa avkodare (digitalboxar) använder inte en spänningsstyrd oscillator, och deras systemklocka är fast 27MHz, men använder det mottagna PCR-värdet för att initialisera värdet på den lokala systemklockräknaren. Kodaren och avkodaren (digitalbox) kan inte hålla ett strikt lås, vilket kan göra att avkodaren (digitalboxen) tappar ramar. Vissa avkodare (digitalboxar) avkodar inte längre strikt och visas enligt DTS och PTS efter bildförlust, men avkodas beroende på buffertens situation, eftersom fördröjningen av video- och ljudkodning är annorlunda kan det orsaka ljud Målningen är synkroniserad.
Dessutom, i överföringsprocessen från kodaren till avkodaren (set-top box), på grund av förekomsten av variabla fördröjningsbuffertlänkar såsom multiplexorer och modulatorer, kan överföringsfördröjningen för PCR-paket kanske inte vara konstant, varierande från stor till små. Om PCR inte korrigeras kan ovanstående problem också uppstå.
För att sammanfatta
Från ovanstående analys kan man se att både kodaren och avkodaren (set-top box) kan orsaka asynkronisering av ljud och video. Efter att ha testat kodarna från olika märken valde vår station en kodare med bättre testindikatorer och ersatte den ursprungliga kodaren, vilket kraftigt förbättrade fenomenet att TV-ljudet och bilden inte är synkroniserade. I nästa steg med införandet av digitalboxar kommer nätverksföretag också att stärka testningen av relevanta indikatorer för att förbättra kvaliteten på publikens betyg. Naturligtvis, i processen att främja digitaliseringen av mitt lands radio och tv, behöver vi naturligtvis våra gemensamma ansträngningar från våra TV-arbetare och utrustningstillverkare för att äntligen uppnå en fullständig framgång. V
Vår andra produkt:
