Nøgleord: Asynkron lyd og video MPEG-2 PCR DTS PTS Encoder Decoder
Med den hurtige udvikling af digitalt tv i mit land og fremskridtet i den digitale transformation af byradio- og tv-netværk er flere og flere mennesker begyndt at bruge set-top-bokse til at se digitale tv-programmer. Men i færd med at se tv-programmer gennem en set-top-boks, oplever seerne nogle gange, at noget lyd og video er ude af synkronisering. Dette fangede også vores opmærksomhed.
Fænomen og test
Guiyang City afsluttede stort set den digitale transformation af sit radio- og tv-netværk i slutningen af 2007, og programmerne fra Guizhou TV Station er også gået ind i den digitale netværkstransmission. Efter at have gået ind i det digitale netværk, fandt vi ud af, at flere programmer på vores station havde fænomenet med ikke-synkronisering af lyd og video i nogle områder, især når nyhederne blev udsendt på satellitvideokanalen og folkekanalen. For at finde ud af, hvor problemet er, besluttede vi at udføre en læbesynkroniseringstest på hele vores programs transmissionssti. Udstyret brugt til testen er Tektronix WFM7120. Når man laver audio/video forsinkelsesmåling, er det også nødvendigt at generere en række korte farvebjælke videosignaler gennem TG700 DVG7, og lydsekvensen er indlejret i denne gruppe af videosignaler med et interval på 5s, sende et sådant signal til systemet under test, og til sidst sende signalet til WFM7120 for at måle tidsforskellen mellem lyd og video.
Broadcast kontrolcenter intern test
Som vist i figur 1, for at måle, om der er lyd-/videoforsinkelsesforskel i tv-stationssystemet, bruger vi inspektionstiden til at optage testsignalet, der genereres af TG700, på udsendelsesharddisken, afspille det gennem harddisken og indlæse testsignalet til delayer. Efter rammesynkroniseringsmodulet udsendes det på en kanal, og så måler vi disse tre signaler, inden transmissionsafdelingen sender signalet til netselskabets encoder. Måleresultaterne viser, at audio/video forsinkelsesforskellen for disse tre signaler ikke overstiger 12ms, det vil sige, at et felt ikke er nok, hvilket indikerer, at signalet ikke har problemet med lyd- og videosynkronisering i udsendelseskontrolcenteret.
Test af forskellige set-top bokse
Til det andet målepunkt valgte vi netværksselskabets front-end computerrum. Som vist i figur 2 har vi her udvalgt de vigtigste mærker af set-top-bokse, der i øjeblikket bruges i Kina til test. Efter at have kodet TG700-testsignalet gennem den originale encoder, vi bruger, skal du indsætte det i den kanal, vi i øjeblikket udsender. Brug derefter en set-top-boks i front-end computerrummet til at demodulere tv-signalet. Det afkodede audio/videosignal sendes derefter til WFM7120 til måling efter A/D og indlejring af det analoge signal gennem en Panasonic D950 videooptager. Måleresultaterne viser, at forskellen mellem lyd/videoforsinkelse for disse typer set-top-bokse er anderledes, nogle er foran 150 ms, og nogle halter med 300 ms. Dette viser, at forskellige set-top-bokse har forskellige muligheder for at opretholde synkroniseringsforholdet mellem audio/video-signaler efter demodulering og afkodning af det samme digitale tv-signal.
Test af forskellige encodere
Som vist i figur 3 bruger vi stadig TG700-signalgeneratoren til at teste forskellige indkodere og gør det muligt for indkoderen, modulatoren og set-top-boksen at bygge et simuleret udsendelses-/visningsmiljø. Her bruger vi flere encodere af forskellige mærker. Efter indkodning af testsignalet fra TG700, moduleres det af den samme modulator, og derefter afkodes signalet af den samme set-top-boks. Den behandles også af D950 og sendes til WFM7120 til måling. Det endelige måleresultat er, at nogle af deres audio/video-forsinkelsesforskelle er 30 ms, og nogle når 300 ms, hvilket indikerer, at forskellige indkodere har en større indflydelse på audio/video-synkroniseringen af det endelige visningssignal fra set-top-boksen.
Årsag analyse
Timingprincippet for MPEG-2-systemet
På nuværende tidspunkt, i mit lands digitale tv-transmissionssystem, er MPEG-2-standarden en vigtig lyd- og videokomprimeringsstandard. Den komprimerer, koder og multiplekser programsignaler i kildeenden og demultiplekser og dekoder signaler i modtageenden. Har været meget brugt. Det digitale transmissionssystem, vi bruger, er baseret på MPEG-2-standarden. Lad os tage et kig på systemstrukturen af MPEG-2, som vist i figur 4.
Det kan ses af figur 4, at lyd- og videosignalerne danner en grundlæggende strøm, efter at den redundante information er fjernet af kompressionskoderen. Denne elementære kodestrøm kan ikke lagres eller transmitteres direkte. Det skal sendes til en bestemt pakker. Den elementære kodestrøm er opdelt i afsnit efter et bestemt format, og specifikke identifikationstegn tilføjes for at danne den såkaldte pakket elementære kodestrøm (PES). PES-pakker er lyd- og videodatapakker med variable længder. Derefter sendes lyd- og video-PES-pakkerne og hjælpedata til transmissionsundersystemet, som er opdelt i små datapakker med en fast længde på 188b og multiplekset ved tidsdelt multipleksing. En enkelt TS-strøm dannes, og TS-strømmen når den modtagende ende efter transmission gennem kanalen.
Som vi alle ved, er synkronisering en nødvendig betingelse for korrekt tv-visning. For digitalt tv, da bufferen bruges til at lagre signalet under komprimering og kodningsprocessen, ændres tidsaksen for signalet i multiplekseren, plus mængden af dataredundans er anderledes, komprimeringsforholdet er også anderledes, så tidsaksen Store ændringer, især i billedgruppelagsbehandlingen, rækkefølgen af B-frames og P-frames har også ændret sig. Alle disse gør, at synkroniseringen af digitale tv-signaler fuldstændig mister konceptet om den originale sekvens. En effektiv måde at opnå synkronisering på er at tilføje en tidslabel til signalkodestrømmen, hver gang et specificeret interval er gået. Med denne tag kan den modtagende ende omarrangeres i henhold til dette tidstag under afkodningsprocessen før visning, rekonstruere rækkefølgen af billedet før komprimering og kodning, og tidsforholdet mellem lyd og billede, hvorved der opnås billedsynkronisering og Lyden synkroniseres med billedet.
Det kan også ses af figur 4, at der er en enkelt fælles systemur STC (27MHz) i MPEG-2 encoderen. Dette ur bruges til at generere et tidsstempel, der angiver den korrekte afkodning og visningstidspunkt for lyd/video. Samtidig kan den bruges til at angive sampling. Den øjeblikkelige værdi af den øjeblikkelige systemurtid. Uret er faselåst af linjesynkroniseringen af input-videoen. Når inputtet er et SDI-signal, genereres koderens systemur af uret divideret med 10. Det er fremkomsten af et fælles systemur i koderen, samt regenereringen af uret i dekoderen og korrekt brug af tidsstempler, der danner grundlag for den korrekte synkronisering af operationer i dekoderen. For at realisere clock-synkroniseringen af codec, tælles STC-systemuret i koderen, og samplingværdien af tælleren sendes til modtageren i adaptionsheaderen for den valgte TS-pakke hver bestemt transmissionstid, som en afkodning. Processorens programur-referencesignal, som er PCR. Den PCR gyldige bit er 42b, blandt hvilke den høje 33b er PCR_Base, som er tælleværdien i enheden for 27MHz uret og uret divideret med 300, og den lave 9b er PCR_Extension, som er tælleværdien i 27MHz uret som enhed. Ud over PCR er afkodningstidsmærket DTS og displaytidsmærket PTS også meget vigtige. De ligner PCR_Base. De er også oprettet med encoderens 27MHz systemur, divideret med 300 som enhedstalværdien. Blandt dem bruges DTS til at instruere dekoderen, hvornår den modtagne billed- og lydramme skal afkodes, og PTS bruges til at give besked om, hvornår den afkodede billedramme skal vises.
Ved brug af to-vejs kodning skal afkodningen af et bestemt billede udføres inden for et tidsrum, før det vises, så det kan bruges som kildedata til afkodning af B-frame billedet. For eksempel er visningsrækkefølgen af billeder IBBP, men transmissionsrækkefølgen af billeder er IPBB. MPEG-referencemodellen mener, at afkodning sker øjeblikkeligt, det vil sige, at afkodning og visning udføres på samme tid. For lydrammer og billed B-rammer er afkodningstiden og visningstiden den samme, og PTS er den samme som DTS, så kun PTS skal transmitteres. For video I-frames og P-frames er afkodningstiden og visningstiden forskellige på grund af frame-ombestilling, og PTS og DTS skal transmitteres på samme tid. Når dekoderen modtager IPBB-billedsekvensen, skal den afkode I-frame- og P-frame-billederne før afkodning af det første B-frame-billede. Dekoderen kan kun afkode en billedramme ad gangen, så den afkoder først I-frame-billedet og gemmer det. Når P-rammebilledet er afkodet, udsender og viser det det afkodede I-rammebillede og afkoder og viser derefter B-rammebilledet. Tabel 1, 2, 3 og 4 viser sekvensen af input- og outputbillederne af koderen, PTS- og DTS-værdierne for hver frame og afkodnings- og visningssekvensen for hver frame af billedet af dekoderen.
I tabel 1 udgør 13 billeder af billeder en gruppe billeder, den første ramme I-ramme bruger intra-frame-kodning, den anden og tredje B-frames opnås ved tovejsforudsigelse fra den første og fjerde frame, og den fjerde frame P-frame sendes af den første frame. Afledt af forudsigelse fremad. Efter indkodning af den første ramme buffer indkoderen først den anden og tredje ramme, koder den fjerde ramme og koder derefter den anden og tredje ramme, og så videre, og den endelige kodede outputsekvens er vist i den viste tabel 2.
Det kan ses af tabel 3 og tabel 4, at når dekoderen modtager en bestemt adgangsenhed indeholdende et I-frame-billede, skal fildatapakken indeholde DTS og PTS, tiden mellem værdierne af disse to tags. Intervallet er en billedperiode. Efter I-frame-billedet er P-frame, skal der også være en DTS og en PTS i fildatapakken, og tidsintervallet mellem værdierne af de to tags er tre billedperioder. Så er der to B-frames, hvis fildatapakker kun indeholder PTS. Det vil sige, at I-frame-billedet afspilles og vises efter en forsinkelse på et billede efter afkodning. Når I-rammen vises, afkodes den fjerde ramme P-ramme, men den afspilles og vises ikke. Det cachelagres først, og efter at 1I-rammen er afspillet og vist, afkode og vis 2B-frames med det samme, derefter 3B-frames, vis derefter de bufferlagrede 4P-frames, og afkod og buffer 7P-frames på samme tid, og så videre. Det kan ses, at sekvensen af afkodede og viste billeder stemmer overens med sekvensen af billedinput i tabel 1.
Timing princip for dekoder (set-top boks)
PTS og DTS er kun 33b-værdier. Hvis der ikke er nogen reference til tidsaksen repræsenteret af PCR, er denne værdi meningsløs. For at opretholde korrekt afkodning skal systemurene for koderen og dekoderen (set-top-boks) holdes låst, det vil sige, at deres frekvenser holdes de samme, og startværdierne for deres respektive tællere er de samme.
Der er en spændingsstyret oscillator (VCO) med en frekvens på omkring 27MHz i dekoderen (set-top boks). Udgangssignalet sendes til tælleren som systemuret for at generere den aktuelle STC-sampleværdi, som er en værdi på 42b ligesom PCR. Blandt dem er den høje 33b tælleværdien i enheden af 27MHz ur efter 300 pink frekvens, og den lave 9b er tælleværdien i enheden for 27MHz ur. Når et nyt program ankommer til dekoderen (set-top-boks), henter dekoderen (set-top-boksen) PCR-værdien fra kodestrømmen, sammenligner dens PCR_Extention-værdi med de nederste 9b bits af den aktuelle STC og opnår fejlsignalet og går derefter gennem det faselåste sløjfekredsløb. Juster den spændingsstyrede oscillator, så dekoderens systemclockfrekvens (set-top-boks) stemmer overens med encoderens systemclockfrekvens. Få PTS- og DTS-værdierne for hver frame sekventielt fra kodestrømmen, og sammenlign dem med de høje 33b bits af den aktuelle STC-værdi. Hvis DTS-værdien er større end STC-værdien, bufres kodestrømmen, og STC-værdiændringen overvåges på samme tid. Når STC-værdien stiger til at være lig med DTS-værdien, afkodes rammekodestrømmen. Når STC-værdien er lig med PTS-værdien, skal du afspille billedet. Hvis på grund af bufferforsinkelsesjitteren i transmissionsnetværket, når kodestrømmen når dekoderen (set-top-boks), dens PTS-værdi allerede er mindre end STC-værdien, så springer dekoderen (set-top-boksen) denne ramme over og kasserer rammedataene. Da PTS og DTS genereres baseret på PCR-værdien, skal den første opnåede PCR-værdi bruges som startværdi for at indstille STC-tælleren for dekoderen (set-top-boks) for at gøre deres værdier ens, ellers vil tidsbasen være anderledes. , Altså afkodningsfejl. Behandlingen af lyd og video er ens, men der er ikke noget problem med timing omarrangering. Figur 5 viser arbejdsprincipdiagrammet for dekoderen (set-top-boks) PCR.
Årsager til ude af synkronisering af lyd og video
I praktiske applikationer forårsager nogle indkodere jitter i deres output-ur på grund af den ustabile tidsbase for input-videosignalet, og rammesynkroniseringsintervallet er ikke 40ms. For disse indkodere, efter indstilling af den indledende DTS-værdi i overensstemmelse med PCR og bufferforsinkelse, opnås DTS-værdien for hver frame ved at tilføje en fast værdi til den tidligere DTS (denne værdi kan beregnes som følger: 27MHz er divideret med 300 Det er 90kHz, og PAL TV er 25 billeder pr. i henhold til rammetypen og GOP-typen. PCR-værdien steg dog ikke med 90000 i denne periode, hvilket medførte, at DTS og PTS blev større eller mindre i forhold til PCR. Nogle dekodere (set-top-bokse) bruger ikke en spændingsstyret oscillator, og deres systemur er et fast 25MHz, men bruger den modtagne PCR-værdi til at initialisere værdien af den lokale systemur-tæller. Encoderen og dekoderen (set-top-boks) kan ikke opretholde en streng lås, hvilket kan få dekoderen (set-top-boksen) til at tabe rammer. Nogle dekodere (set-top-bokse) dekoder og viser dog ikke længere strengt i henhold til DTS og PTS efter billedtab, men dekoder efter situationen for bufferen, fordi forsinkelsen af video- og lydkodning er forskellig, kan det forårsage lyd. Maleriet er ude af sync.
I transmissionsprocessen fra koderen til dekoderen (set-top-boks), på grund af eksistensen af variable forsinkelsesbufferlinks såsom multipleksere og modulatorer, er transmissionsforsinkelsen for PCR-pakker muligvis ikke konstant, varierende fra stor til lille. Hvis PCR ikke korrigeres, kan ovenstående problemer også opstå.
at opsummere
Ud fra ovenstående analyse kan det ses, at både indkoderen og dekoderen (set-top-boks) kan forårsage forekomsten af asynkronisering af lyd og video. Efter at have testet encoderne fra forskellige mærker, valgte vores station en encoder med bedre testindikatorer og erstattede den originale encoder, hvilket i høj grad forbedrede fænomenet, at tv'ets lyd og billede er ude af sync. I næste trin med at introducere set-top-bokse vil netværksvirksomheder også styrke testen af relevante indikatorer for at forbedre kvaliteten af publikumsvurderinger. I processen med at fremme digitaliseringen af mit lands radio og tv har vi naturligvis stadig brug for den fælles indsats fra vores tv-medarbejdere og udstyrsproducenter for endelig at opnå en fuldstændig succes.v
Vores andet produkt:
