Açar sözlər: Asenkron Səs və Video MPEG-2 PCR DTS PTS Kodlayıcı Dekoderi
Ölkəmdə rəqəmsal televiziyanın sürətli inkişafı və şəhər radio və televiziya şəbəkələrinin rəqəmsal çevrilməsinin inkişafı ilə getdikcə daha çox insan rəqəmsal televiziya proqramlarını izləmək üçün quraşdırılmış qutulardan istifadə etməyə başladı. Ancaq televiziya verilişlərini televiziya qutusundan izləmək prosesində izləyicilər bəzən bəzi səs və videoların sinxronizasiya olunduğunu görürlər. Bu da diqqətimizi çəkdi.
Fenomen və test
Guiyang Şehri, 2007-ci ilin sonunda radio və televiziya şəbəkəsinin rəqəmsal çevrilməsini tamamladı və Guizhou TV Stansiyasının proqramları da rəqəmsal şəbəkə yayımına girdi. Rəqəmsal şəbəkəyə girdikdən sonra stansiyamızın bir neçə proqramında, xüsusən xəbərlərin peyk video kanalı və insanlar kanalında yayımlandığı zaman, bəzi bölgələrdə səs və video sinxronizasiyası fenomeni olduğunu gördük. Problemin harada olduğunu öyrənmək üçün proqramımızın bütün ötürmə yolunda dodaq sinxronizasiyası testi aparmaq qərarına gəldik. Test üçün istifadə olunan avadanlıq Tektronix WFM7120-dir. Səs / video gecikmə ölçüsü edərkən TG700 DVG7 vasitəsilə bir sıra qısa rəngli çubuq video siqnalları yaratmaq lazımdır və səs ardıcıllığı 5s aralığında bu video siqnal qrupuna yerləşdirilib, belə bir siqnal göndərin. sistemi sınaqdan keçirin və nəhayət səs və video arasındakı zaman fərqini ölçmək üçün siqnalı WFM7120-ə göndərin.
Yayım mərkəzinin daxili testi
Şəkil 1-də göstərildiyi kimi, televiziya stansiyası sistemində səs / video gecikmə fərqinin olub olmadığını ölçmək üçün TG700 tərəfindən yaradılan test siqnalını yayımlanan sabit diskə yazmaq, sabit disk vasitəsilə səsləndirmək üçün yoxlama vaxtından istifadə edirik. və test siqnalını gecikdiriciyə daxil edin. Çərçivə sinxronizasiya modulundan sonra bir kanalda yayımlanır və sonra ötürmə şöbəsi siqnal şəbəkə şirkətinin kodlaşdırıcısına ötürmədən əvvəl bu üç siqnalı ölçürük. Ölçmə nəticələri göstərir ki, bu üç siqnalın səs / video gecikmə fərqi 12ms-i keçmir, yəni bir sahə kifayət etmir, bu da siqnalın yayım idarəetmə mərkəzində səs və video sinxronizasiya problemi olmadığını göstərir.
Fərqli üst qutuların sınağı
İkinci ölçmə nöqtəsi üçün şəbəkə şirkətinin ön kompüter otağını seçdik. Şəkil 2-də göstərildiyi kimi, burada test üçün hazırda Çində istifadə olunan əsas qutu markalarını seçdik. TG700 test siqnalını istifadə etdiyimiz orijinal kodlayıcı vasitəsi ilə kodladıqdan sonra yayımladığımız kanala daxil edin. Sonra TV siqnalını demodu etmək üçün ön kompüter otağında quraşdırılmış bir qutudan istifadə edin. Koddan çıxarılan audio / video siqnal daha sonra A / D ölçülməsi və Panasonic D7120 video qeyd cihazı vasitəsilə analoq siqnalın yerləşdirilməsi üçün WFM950-yə göndərilir. Ölçmə nəticələri göstərir ki, bu tip quraşdırılmış qutulardakı səs / video gecikmə fərqi fərqlidir, bəziləri 150 milyonu qabaqlayır, bəziləri isə 300 saniyədə geri qalır. Bu, eyni dəst televizorların eyni rəqəmsal televiziya siqnalının demodulasiyası və dekodlaşdırılmasından sonra səs / video siqnalları arasında sinxronizasiya əlaqəsini qorumaq üçün fərqli imkanlara malik olduğunu göstərir.
Müxtəlif kodlayıcıların sınağı
Şəkil 3-də göstərildiyi kimi, TG700 siqnal generatorunu müxtəlif kodlayıcıları sınaqdan keçirmək üçün istifadə edirik və kodlayıcı, modülatör və quraşdırılmış qutunun süni yayım / görüntüləmə mühiti yaratmasına imkan veririk. Burada fərqli markaların bir neçə kodlayıcıdan istifadə edirik. TG700 test siqnalını kodladıqdan sonra, eyni modülatör tərəfindən modulyasiya edilir və sonra eyni siqnal qutusu ilə siqnal dekodlaşdırılır. D950 tərəfindən işlənir və ölçülməsi üçün WFM7120-ə göndərilir. Son ölçmə nəticəsidir ki, səs / video gecikmə fərqlərindən bəzilərinin 30ms, bəzilərinin isə 300ms-ə çatması, fərqli kodlayıcıların set top qutusunun son baxış siqnalının səs / video sinxronizasiyasına daha çox təsir göstərdiyini göstərir.
Səbəb təhlili
MPEG-2 sisteminin zamanlama prinsipi
Hazırda ölkəmin rəqəmsal televiziya ötürülməsi sistemində MPEG-2 standartı vacib bir səs və video sıxılma standartıdır. Proqram siqnallarını mənbə ucunda, qəbul nöqtəsində demultipleksləri və dekodlarını sıxır, kodlayır və multipleksləşdirir. Geniş istifadə edilmişdir. İstifadə etdiyimiz rəqəmsal ötürmə sistemi MPEG-2 standartına əsaslanır. Şəkil 2-də göstərildiyi kimi MPEG-4-nin sistem quruluşuna nəzər salaq.
Şəkil 4-dən göründüyü kimi, səs və video siqnalları sıxılmış kodlayıcı tərəfindən lazımsız məlumat silindikdən sonra əsas bir axın meydana gətirir. Bu elementar kod axını birbaşa saxlanıla və ya ötürülə bilməz. Müəyyən bir qablaşdırıcıya göndərilməlidir. Elementar kod axını müəyyən bir formata görə paraqraflara bölünür və sözdə paket elementar kod axını (PES) yaratmaq üçün xüsusi identifikasiya simvolları əlavə olunur. PES paketləri dəyişkən uzunluqlu səs və video məlumat paketləridir. Daha sonra səs və video PES paketləri və köməkçi məlumatlar ötürülmə alt sisteminə göndərilir, onlar 188b sabit uzunluğu olan kiçik məlumat paketlərinə bölünür və zaman bölgüsü multipleksiyası ilə multipleksləşdirilir. Tək bir TS axını meydana gəlir və TS axını kanaldan ötürüldükdən sonra qəbul nöqtəsinə çatır.
Hamımızın bildiyimiz kimi, sinxronizasiya düzgün TV ekranı üçün zəruri şərtdir. Rəqəmsal TV üçün tampon siqnalın sıxılma və kodlaşdırma prosesi zamanı saxlanması üçün istifadə olunduğundan, multipleksordakı siqnalın vaxt oxu dəyişdirilir, üstəlik məlumat ehtiyatının miqdarı fərqlidir, sıxılma nisbəti də fərqlidir, buna görə də zaman oxu Böyük dəyişikliklər, xüsusən də çərçivə qrupu qatı işlənməsində, B çərçivələri və P çərçivələrinin sırası da dəyişdi. Bütün bunlar rəqəmsal TV siqnallarının sinxronizasiyasını orijinal ardıcıllıq konsepsiyasını tamamilə itirməyə məcbur edir. Sinxronizasiyaya nail olmağın təsirli bir yolu, hər dəfə müəyyən bir interval keçdikdə siqnal kodu axınına bir zaman etiketi əlavə etməkdir. Bu etiketlə, qəbul sonu, ekran əvvəl dekodlaşdırma prosesi zamanı bu zaman etiketinə uyğun olaraq yenidən sifariş edilə bilər, sıxılma və kodlaşdırmadan əvvəl görüntünün sırasını və səslə görüntü arasındakı zaman əlaqəsini yenidən quraraq, bununla da görüntü sinxronizasiyasına və səs görüntü ilə sinxronizasiya olunur.
Şəkil 4-dən MPEG-27 kodlayıcıda tək bir ümumi sistem saatı STC (2MHz) olduğu da görünə bilər. Bu saat səs / videonun düzgün dekodlanmasını və göstərilmə vaxtını göstərən vaxt damgası yaratmaq üçün istifadə olunur. Eyni zamanda, nümunə götürülməsini göstərmək üçün istifadə edilə bilər Ani sistem saat vaxtının ani dəyəri. Saat giriş videonun xətt sinxronizasiyası ilə faza kilidlənir. Giriş bir SDI siqnalı olduqda, kodlayıcı sistem saatı 10-a bölünən saat tərəfindən yaranır. Bu, kodlayıcıda ümumi bir sistem saatının ortaya çıxması, eyni zamanda dekoderdəki saatın bərpası və düzgündür. dekoderdə əməliyyatların düzgün sinxronizasiyası üçün zəmin yaradan zaman damğalarının istifadəsi. Kodekin saat sinxronizasiyasını həyata keçirmək üçün STC sistem saatı kodlayıcıda sayılır və sayğacın seçmə dəyəri seçilmiş TS paketinin uyğunlaşma başlığındakı qəbulediciyə hər bir müəyyən ötürülmə vaxtında, bir dekodlaşdırma şəklində ötürülür. PCR olan prosessorun proqram saatı istinad siqnalı. PCR etibarlı bit 42b-dir, bunların arasında yüksək 33b, 27MHz saatın vahidindəki sayma dəyəri və saatın 300-ə bölündüyü PCR_Base, aşağı 9b isə 27MHz saatdakı sayma dəyəri olan PCR_Extension-dir. vahid kimi. PCR-ə əlavə olaraq, DTS-nin dekodlaşdırma vaxtı etiketi və PTS-nin ekran vaxtı etiketi də çox vacibdir. PCR_Base-ə bənzəyirlər. Bunlar ayrıca kodlayıcıın vahid sayma dəyəri olaraq 27-ə bölünən 300MHz sistem saatı ilə yaradılmışdır. Bunlar arasında DTS, alınan şəklin və səs çərçivəsinin dekodlaşdırma vaxtını öyrətmək üçün, PTS isə dekodlaşdırılmış şəkil çərçivəsini nə vaxt göstərəcəyini bildirmək üçün istifadə olunur.
İki tərəfli kodlaşdırma istifadə edilərkən, müəyyən bir görüntünün dekodlanması, göstərilməmişdən əvvəl bir müddət ərzində həyata keçirilməlidir ki, B çərçivə şəklini deşifrə etmək üçün mənbə məlumatı kimi istifadə edilsin. Məsələn, şəkillərin göstərmə qaydası IBBP, lakin görüntülərin ötürülmə sırası IPBB-dir. MPEG istinad modeli, şifrələmənin anında meydana gəldiyinə, yəni dekodlama və ekranın eyni zamanda həyata keçirildiyinə inanır. Səs çərçivələri və görüntü B çərçivələri üçün kodun açılma müddəti və göstərilmə vaxtı eynidir və PTS DTS ilə eynidir, buna görə yalnız PTS ötürülməlidir. Video I kadrları və P kadrları üçün, kadrların yenidən sıralanması səbəbindən kodun açılma müddəti və göstərilmə vaxtı fərqlidir və eyni zamanda PTS və DTS ötürülməlidir. Dekoder IPBB görüntü ardıcıllığını aldıqda, ilk B kadr şəklini deşifr etməzdən əvvəl I kadr və P çərçivə şəkillərini deşifrə etməlidir. Dekoder bir dəfədə yalnız bir şəkil çərçivəsini deşifrə edə bilər, buna görə əvvəlcə I kadr şəklinin kodunu açır və saxlayır. P çərçivə şəkli deşifr olunduqda, dekod olunmuş I çərçivə şəklini çıxarır və göstərir, sonra B çərçivə şəklini deşifr edir və göstərir. Cədvəllər 1, 2, 3 və 4, enkoderin giriş və çıxış şəkillərinin ardıcıllığını, hər bir çərçivənin PTS və DTS dəyərlərini və dekoder tərəfindən görüntünün hər bir çərçivəsinin dekodlanması və ekran ardıcıllığını göstərir.
Cədvəl 1-də 13 şəkil şəkli bir qrup şəkil təşkil edir, birinci çərçivə çərçivə çərçivədaxili kodlamadan istifadə edir, ikinci və üçüncü B çərçivələr birinci və dördüncü kadrlardan ikitərəfli proqnozlaşdırma ilə əldə edilir və dördüncü çərçivə P çərçivə ilk çərçivədən keçdi. İrəli proqnozdan irəli gəlir. Birinci kadr kodlaşdırıldıqdan sonra kodlayıcı əvvəlcə ikinci və üçüncü kadrları buferləşdirir, dördüncü kadrları kodlayır, sonra ikinci və üçüncü kadrları və s. Kodlaşdırır və son kodlanmış çıxış ardıcıllığı göstərilən cədvəl 2-də göstərilir.
Cədvəl 3 və Cədvəl 4-dən görünə bilər ki, dekoder I çərçivə şəkli olan müəyyən bir giriş vahidi aldıqda, fayl məlumat paketində DTS və PTS, bu iki etiketin dəyərləri arasındakı vaxt olmalıdır. Aralıq birdir görüntü dövrü. I çərçivə şəkli P kadrası olduqdan sonra, fayl məlumat paketində bir DTS və bir PTS də olmalıdır və iki etiketin dəyərləri arasındakı vaxt intervalı üç şəkil dövrüdür. Bundan sonra fayl məlumat paketlərində yalnız PTS olan iki B kare var. Yəni I çərçivə şəkli dekodlandıqdan sonra bir kadr gecikmədən sonra oynanacaq və göstəriləcəkdir. I kadr göstərildikdə, dördüncü çərçivə P çərçivə dekodlanır, lakin oynanmır və göstərilmir. Əvvəlcə önbelleğe alınır və 1I çərçivəsi çalındıqdan və göstərildikdən sonra dekodlaşdırın və dərhal 2B kadrları, sonra 3B kadrları göstərin, sonra tamponlanmış 4P kadrları göstərin və eyni vaxtda 7P kadrların kodunu açın və bufer edin və s. Şifrələnmiş və göstərilən şəkillər ardıcıllığının Cədvəl 1-dəki görüntü giriş ardıcıllığı ilə uyğun olduğu görülür.
Dekoderin vaxt prinsipi (üst qutu)
PTS və DTS yalnız 33b dəyərləridir. PCR ilə təmsil olunan zaman oxuna istinad yoxdursa, bu dəyər mənasızdır. Düzgün dekodlaşdırmanı davam etdirmək üçün kodlayıcı və dekoderin sistem saatları (quraşdırılmış qutu) kilidli olmalıdır, yəni tezlikləri eyni saxlanılır və müvafiq sayğacların başlanğıc dəyərləri eynidır.
Dekoderdə (quraşdırılmış qutu) təxminən 27MHz tezlikli bir gərginliklə idarə olunan bir osilator (VCO) var. Çıxış siqnalı, PCR kimi 42b dəyərində olan cari STC nümunə dəyərini yaratmaq üçün sistem saatı kimi sayğaca göndərilir. Bunların arasında yüksək 33b, 27 çəhrayı tezlikdən sonra 300MHz saatlıq vahiddəki sayma dəyəridir və ən aşağı 9b, 27MHz saatlıq vahiddəki sayma dəyəridir. Dekoderə (set-box) yeni bir proqram gəldikdə, dekoder (set-top box) kod axınından PCR dəyərini alır, PCR_Extention dəyərini cari STC-nin aşağı 9b bitləri ilə müqayisə edir və xətanı alır. siqnal verir və sonra faz kilidli döngə dövrəsindən keçir. Gərginliklə idarə olunan osilatörü dekoderin sistem saat tezliyi (quraşdırılmış qutu) enkoderin sistem saat tezliyinə uyğun olması üçün tənzimləyin. Hər bir kadranın PTS və DTS dəyərlərini ardıcıl olaraq kod axınından əldə edin və cari STC dəyərinin yüksək 33b bitləri ilə müqayisə edin. DTS dəyəri STC dəyərindən böyükdürsə, kod axını bufer edilir və STC dəyər dəyişikliyi eyni zamanda izlənir. STC dəyəri DTS dəyərinə bərabər olduqda, çərçivə kodu axını dekodlanır. STC dəyəri PTS dəyərinə bərabər olduqda, çərçivəni çalın. Şanzıman şəbəkəsinin bufer gecikmə sarsıntısı səbəbindən kod axını dekoderə (set-box) çatdıqda, PTS dəyəri onsuz da STC dəyərindən azdırsa, dekoder (set-box) bu çərçivəni atlayır və çərçivə məlumatlarını atır. PTS və DTS, PCR dəyərinə əsaslanaraq yaradıldığından, alınan ilk PCR dəyəri, dekoderin STC sayğacını (üst qutu) dəyərlərini eyni vəziyyətə gətirmək üçün başlanğıc dəyər kimi istifadə olunmalıdır. zaman bazası fərqli olacaq. , Beləliklə deşifrə xətası. Səs və videonun işlənməsi bənzərdir, lakin vaxtın yenidən qurulması ilə bağlı heç bir problem yoxdur. Şəkil 5 dekoderin (quraşdırılmış qutu) PCR-nin iş prinsipi diaqramını göstərir.
Sinxronizasiya olunmayan səs və video üçün səbəblər
Praktik tətbiqetmələrdə bəzi kodlayıcılar giriş video siqnalının qeyri-sabit vaxt bazası səbəbindən çıxış saatlarında titrəməyə səbəb olur və çərçivə sinxronizasiya intervalı 40ms deyil. Bu kodlayıcılar üçün PCR-yə və tamponlama gecikməsinə görə başlanğıc DTS dəyərini təyin etdikdən sonra hər bir çərçivənin DTS dəyəri əvvəlki DTS-ə sabit bir dəyər əlavə etməklə əldə edilir (bu dəyər belə hesablana bilər: 27MHz 300-ə bölünür 90kHz və PAL TV saniyədə 25 kadrdır, buna görə də dəyər 90000/25 = 3600) və PTS dəyəri çərçivə tipinə və GOP tipinə görə hesablanır. Bununla birlikdə, bu dövrdə PCR dəyəri 3600 artmadı, bu da DTS və PTS-nin PCR ilə müqayisədə daha böyük və ya kiçik olmasına səbəb oldu. Bəzi dekoderlər (quraşdırılmış qutular) gərginliklə idarə olunan bir osilator istifadə etmir və sistem saatı sabit bir 27MHz-dir, lakin alınan sistem PCR dəyərindən istifadə edərək lokal sistem saatı sayğacının dəyərini işə salır. Kodlayıcı və dekoder (üst qutu) sərt bir kilidi saxlaya bilməz, bu da dekoderin (üst qutu) çərçivələrin düşməsinə səbəb ola bilər. Bununla birlikdə, bəzi dekoderlər (üst qutular) artıq çərçivə itkisindən sonra DTS və PTS-ə görə qətiliklə deşifr etmir və göstərmirlər, lakin buferin vəziyyətinə görə deşifr edirlər, çünki video və səs kodlamasının gecikməsi fərqli olduğundan səsə səbəb ola bilər Rəsm sinxronizasiya olunur.
Bundan əlavə, kodlayıcıdan dekoderə (top-qutu) ötürülmə prosesində, multipleksorlar və modulatorlar kimi dəyişkən gecikmə bufer əlaqələrinin mövcudluğu səbəbindən, PCR paketlərinin ötürmə gecikməsi sabit olmaya bilər, böyükdən dəyişir. kiçik. PCR düzəldilmirsə, yuxarıdakı problemlər də ola bilər.
cəmləşdirmək
Yuxarıdakı təhlildən göründüyü kimi həm kodlayıcı, həm də dekoder (səs qutusu) səs və video ilə asinxronizasiyanın baş verməsinə səbəb ola bilər. Müxtəlif markaların kodlayıcılarını sınaqdan keçirən stansiyamız daha yaxşı test göstəriciləri olan bir kodlayıcı seçdi və orijinal kodlayıcıyı əvəz etdi ki, bu da televiziya səsi və şəklinin sinxronlaşdırıldığı fenomenini xeyli yaxşılaşdırdı. Set-top qutularını tətbiqetmənin növbəti mərhələsində şəbəkə şirkətləri tamaşaçı reytinqlərinin keyfiyyətini artırmaq üçün müvafiq göstəricilərin sınağını da gücləndirəcəkdir. Əlbətdə ki, ölkəmin radio və televiziyasının rəqəmsallaşdırılması prosesində nəhayət tam bir uğur qazanmaq üçün televiziya işçilərimizin və avadanlıq istehsalçılarımızın birgə səylərinə ehtiyacımız var.
Bizim digər məhsul:
