מילות מפתח: אודיו ווידאו אסינכרוני MPEG-2 PCR DTS PTS מקודד מפענח
עם ההתפתחות המהירה של הטלוויזיה הדיגיטלית במדיני והתקדמות השינוי הדיגיטלי של רשתות רדיו וטלוויזיה עירוניות, יותר ויותר אנשים החלו להשתמש בממ"דים לצפייה בתוכניות טלוויזיה דיגיטליות. אך בתהליך צפייה בתוכניות טלוויזיה דרך ממיר, צופים מגלים לפעמים שחלק מהאודיו והווידאו אינם מסונכרנים. זה גם משך את תשומת ליבנו.
תופעה ומבחן
גויאנג סיטי בעצם השלימה את השינוי הדיגיטלי של רשת הרדיו והטלוויזיה שלה בסוף שנת 2007, והתוכניות של תחנת הטלוויזיה גוויג'ו נכנסו גם להעברת הרשת הדיגיטלית. לאחר שנכנסנו לרשת הדיגיטלית, גילינו כי בכמה תוכניות של התחנה שלנו יש תופעה של אי סנכרון של שמע ווידאו באזורים מסוימים, במיוחד כאשר החדשות שודרו בערוץ הווידיאו הלוויני ובערוץ העם. על מנת לברר היכן הבעיה, החלטנו לערוך בדיקת שפת סינכרון על כל מסלול השידור של התוכנית שלנו. הציוד המשמש לבדיקה הוא Tektronix WFM7120. בעת ביצוע מדידת עיכוב שמע / וידאו, יש צורך גם ליצור סדרה של אותות וידאו קצרים של סרגל צבעים דרך ה- TG700 DVG7, ורצף השמע מוטמע בקבוצה זו של אותות וידאו עם מרווח של 5 שניות, שלח אות כזה ל את המערכת הנבדקת, ולבסוף שלח את האות ל- WFM7120 כדי למדוד את הפרש העיתוי בין אודיו ווידאו.
מבחן פנימי של מרכז הבקרה המשודר
כפי שמוצג באיור 1, כדי למדוד אם קיים הבדל בהשהיית שמע / וידאו במערכת תחנות הטלוויזיה, אנו משתמשים בזמן הבדיקה כדי להקליט את אות הבדיקה שנוצר על ידי TG700 לדיסק הקשיח המשודר, להשמיע אותו דרך הדיסק הקשיח, והכנס את אות הבדיקה למעכב. לאחר מודול סנכרון המסגרות, הוא משודר בערוץ ואז מודדים את שלושת האותות הללו לפני שמחלקת השידור מעבירה את האות למקודד של חברת הרשת. תוצאות המדידה מראות שהפרש השהיית השמע / הווידיאו בין שלושת האותות הללו אינו עולה על 12 ms, כלומר שדה אחד אינו מספיק, דבר המצביע על כך שהאות אינו סובל מסנכרון שמע ווידאו במרכז בקרת השידור.
בדיקת קופות שונות
לנקודת המדידה השנייה בחרנו בחדר המחשבים הקדמי של חברת הרשת. כפי שמוצג באיור 2, כאן, בחרנו את המותגים העיקריים של מכשירי ממיר המשמשים כיום בסין לבדיקה. לאחר קידוד של אות הבדיקה TG700 דרך המקודד המקורי בו אנו משתמשים, הכנס אותו לערוץ אותו אנו משדרים כרגע. לאחר מכן השתמש במערכת ממיר בחדר המחשבים הקדמי כדי לשנות את אות הטלוויזיה. אות האודיו / וידאו המפוענח נשלח ל- WFM7120 למדידה לאחר A / D והטמעה של האות האנלוגי באמצעות מקליט וידאו Panasonic D950. תוצאות המדידה מראות שהפרש השהיית השמע / הווידיאו בסוגים אלה של תיבות ממיר שונה, חלקן לפני 150ms וחלקן בפיגור של 300ms. זה מראה שלמרכזיות שונות יש יכולות שונות לשמור על יחסי הסנכרון בין אותות שמע / וידאו לאחר הפיחה ופענוח של אותו אות טלוויזיה דיגיטלי.
בדיקת מקודדים שונים
כפי שמוצג באיור 3, אנו עדיין משתמשים במחולל האותים TG700 לבדיקת מקודדים שונים, ומאפשרים למקודד, למוונן ולמכשיר לבנות סביבת שידור / צפייה מדומה. כאן אנו משתמשים במספר מקודדים של מותגים שונים. לאחר קידוד אות הבדיקה של TG700, הוא מווסת על ידי אותו אפנן, ואז האות מפוענח על ידי אותה ממיר. הוא מעובד גם על ידי D950 ונשלח אל WFM7120 למדידה. תוצאת המדידה הסופית היא שחלק מהבדלי עיכוב השמע / הווידיאו שלהם הם 30ms, וחלקם מגיעים ל 300ms, מה שמעיד שלקודנים שונים יש השפעה רבה יותר על סנכרון השמע / וידאו של אות הצפייה הסופי של ה- set-top box.
סיבה ניתוח
עיקרון התזמון של מערכת MPEG-2
נכון לעכשיו, במערכת העברת הטלוויזיה הדיגיטלית של ארצי, תקן MPEG-2 הוא תקן דחיסת שמע ווידאו חשוב. הוא דוחס, מקודד ומרבב את אותות התוכנית בקצה המקור, ומפרק אותות ומפענח את האותות בקצה המקבל. נעשה שימוש נרחב. מערכת השידור הדיגיטלית בה אנו משתמשים מבוססת על תקן MPEG-2. בואו נסתכל על מבנה המערכת של MPEG-2, כפי שמוצג באיור 4.
ניתן לראות באיור 4 כי אותות השמע והווידיאו יוצרים זרם בסיסי לאחר הסרת המידע המיותר על ידי מקודד הדחיסה. לא ניתן לאחסן או להעביר את זרם הקוד היסודי הזה ישירות. יש לשלוח אותו לארוז ספציפי. זרם הקוד האלמנטרי מחולק לפסקאות על פי פורמט מסוים, ותווי זיהוי ספציפיים מתווספים ליצירת מה שנקרא זרם קוד יסודי ארוז (PES). חבילות PES הן חבילות נתוני שמע ווידאו באורכים משתנים. לאחר מכן מנות ה- PES של אודיו ווידאו ונתוני העזר נשלחים לתת מערכת ההולכה, המחולקים לחבילות נתונים קטנות באורך קבוע של 188b ומורכבות על ידי ריבוב חלוקת זמן. נוצר זרם TS יחיד, וזרם TS מגיע לקצה המקבל לאחר השידור דרך הערוץ.
כידוע, סנכרון הוא תנאי הכרחי לתצוגת טלוויזיה נכונה. לטלוויזיה דיגיטלית, מכיוון שהמאגר משמש לאחסון האות בתהליך הדחיסה והקידוד, ציר הזמן של האות במולבב משתנה, בתוספת כמות יתירות הנתונים שונה, יחס הדחיסה שונה גם כן, כך ציר זמן שינויים גדולים, במיוחד בעיבוד שכבת קבוצת המסגרות, השתנה גם סדר מסגרות B ומסגרות P. כל אלה גורמים לסנכרון של אותות טלוויזיה דיגיטליים לאבד לחלוטין את מושג הרצף המקורי. דרך יעילה להשגת סנכרון היא להוסיף תווית זמן לזרם קוד האות בכל פעם שעובר מרווח מוגדר. עם תג זה, ניתן להזמין מחדש את הקצה המקבל על פי תג הזמן הזה בתהליך הפענוח לפני התצוגה, לשחזר את סדר התמונה לפני הדחיסה והקידוד, ואת הקשר בין צליל לתמונה, ובכך להשיג סנכרון תמונה ו הצליל מסונכרן עם התמונה.
ניתן לראות גם בתרשים 4 כי יש קודן STC משותף יחיד (27 מגה-הרץ) בקודן MPEG-2. שעון זה משמש להפקת חותמת זמן המציינת את הפענוח הנכון ותזמון התצוגה של שמע / וידאו. יחד עם זאת, ניתן להשתמש בו כדי לציין דגימה הערך המיידי של זמן שעון המערכת המיידי. השעון נעול שלב על ידי סנכרון הקו של וידאו הקלט. כאשר הקלט הוא אות SDI, שעון המערכת של המקודד נוצר על ידי השעון חלקי 10. זו הופעתו של שעון מערכת משותף בקודן, כמו גם התחדשות השעון במפענח והנכון שימוש בחותמות זמן המספקות בסיס לסנכרון נכון של פעולות במפענח. על מנת לממש את סנכרון השעון של ה- codec, שעון מערכת STC נספר בקודן, וערך הדגימה של המונה מועבר למקלט בכותרת ההסתגלות של חבילת TS שנבחרה בכל זמן שידור מסוים, כפענוח אות ההפניה לשעון התוכנית של המעבד, שהוא PCR. הסיביות התקפה ל- PCR היא 42b, ביניהן ה- 33b הגבוה הוא PCR_Base, שהוא ערך הספירה ביחידת השעון 27MHz והשעון מחולק ב -300, וה- 9b הנמוך הוא PCR_Extension, שהוא ערך הספירה בשעון 27MHz. כיחידה. בנוסף ל- PCR, תווית זמן הפענוח DTS ותווית זמן התצוגה PTS חשובות מאוד. הם דומים ל- PCR_Base. הם נוצרים גם עם שעון המערכת של המקודד 27MHz, מחולק ב -300 כערך ספירת היחידות. ביניהם, DTS משמש להנחיית המפענח מתי לפענח את מסגרת התמונה והשמע שהתקבלה, ו- PTS משמש כדי להודיע מתי להציג את מסגרת התמונה המפוענחת.
בעת שימוש בקידוד דו-כיווני, יש לבצע את הפענוח של תמונה מסוימת תוך פרק זמן לפני שהיא מוצגת, כדי שתוכל לשמש כנתוני המקור לפענוח תמונת ה- B-frame. לדוגמא, סדר התצוגה של התמונות הוא IBBP, אך סדר השידור של התמונות הוא IPBB. מודל הייחוס של MPEG סבור כי הפענוח מתרחש באופן מיידי, כלומר פענוח ותצוגה מבוצעים בו זמנית. עבור מסגרות שמע ומסגרות תמונה B, זמן הפענוח וזמן התצוגה זהים, ו- PTS זהה ל- DTS, ולכן יש להעביר רק PTS. עבור מסגרות וידאו I ומסגרות P, עקב סידור מחדש של מסגרות, זמן הפענוח וזמן התצוגה שונים, ויש להעביר בו זמנית PTS ו- DTS. כאשר המפענח מקבל את רצף תמונות ה- IPBB, עליו לפענח את תמונות ה- I-frame ו- P-frame לפני פענוח התמונה הראשונה מסוג B-frame. המפענח יכול לפענח רק מסגרת תמונה אחת בכל פעם, ולכן קודם כל היא מפענחת את תמונת ה- I frame ומאחסנת אותה. כאשר תמונת המסגרת P מפוענחת, היא מוציאה ומציגה את תמונת המסגרת I המפוענחת, ואז מפענחת ומציגה את תמונת המסגרת B. לוחות 1, 2, 3 ו -4 מציגים את רצף תמונות הקלט והפלט של המקודד, את ערכי ה- PTS וה- DTS של כל מסגרת, ואת רצף הפענוח והתצוגה של כל מסגרת של התמונה על ידי המפענח.
בטבלה 1, 13 מסגרות של תמונות מהוות קבוצת תמונות, המסגרת הראשונה I משתמשת בקידוד פנים-מסגרת, המסגרות השנייה והשלישית B מתקבלות על ידי חיזוי דו-כיווני מהמסגרת הראשונה והרביעית, ומסגרת ה- P המסגרת הרביעית היא עבר ליד המסגרת הראשונה. נגזר מחיזוי קדימה. לאחר קידוד המסגרת הראשונה, הקודן מאגר לראשונה את המסגרת השנייה והשלישית, מקודד את המסגרת הרביעית ואז מקודד את המסגרת השנייה והשלישית וכן הלאה, ורצף הפלט המקודד הסופי מוצג בטבלה 2 המוצגת.
ניתן לראות מטבלה 3 וטבלה 4 שכאשר המפענח מקבל יחידת גישה מסוימת המכילה תמונת מסגרת I, חבילת נתוני הקבצים צריכה להכיל DTS ו- PTS, הזמן שבין הערכים של שני התגים הללו המרווח הוא אחד תקופת תמונה. לאחר שתמונת ה- I frame היא מסגרת ה- P, צריכים להיות גם DTS ו- PTS בחבילת נתוני הקבצים, ומרווח הזמן בין הערכים של שני התגים הוא שלוש תקופות תמונה. ואז יש שתי מסגרות B, שחבילות נתוני הקבצים שלהן מכילות רק PTS. כלומר, תמונת ה- I frame תושמע ותוצג לאחר עיכוב של מסגרת אחת לאחר הפענוח. כאשר מוצגת מסגרת ה- I, מסגרת ה- P המסגרת הרביעית מפוענחת, אך היא לא מופעלת ומוצגת. תחילה הוא נשמר במטמון, ולאחר שמופעלת ומוצגת מסגרת 1I, פענח והציג מסגרות 2B באופן מיידי, ואז מסגרות 3B, ואז הציג את מסגרות ה- 4P שנאגרו, ופענח ותאגר את מסגרות ה- 7P בו זמנית וכן הלאה. ניתן לראות כי רצף התמונות המפוענחות והמוצגות תואם את רצף קלט התמונה בטבלה 1.
עיקרון תזמון של מפענח (ממיר)
PTS ו- DTS הם רק ערכי 33b. אם אין התייחסות לציר הזמן המיוצג על ידי PCR, ערך זה חסר משמעות. על מנת לשמור על פענוח נכון, יש לשמור על נעילת המערכת של המקודד והמפענח (ממיר), כלומר, התדרים שלהם נשמרים זהים, והערכים הראשוניים של המונים שלהם זהים.
יש מתנד מבוקר מתח (VCO) בתדר של כ- 27 מגה-הרץ במפענח (ממיר). אות הפלט נשלח לדלפק כשעון המערכת להפקת ערך הדגימה הנוכחי של STC, שהוא ערך של 42b כמו PCR. ביניהם, 33b הגבוה הוא ערך הספירה ביחידת השעון 27MHz לאחר תדר 300 ורוד, וה 9b הנמוך הוא ערך הספירה ביחידת השעון 27MHz. כאשר תוכנית חדשה מגיעה למפענח (ממיר קופסה), המפענח (ממיר קופסה) משיג את ערך ה- PCR מזרם הקוד, משווה את ערך ה- PCR_Extention שלו עם סיביות ה- 9b התחתונות של ה- STC הנוכחי ומקבל את השגיאה. ואז עובר דרך מעגל הלולאה הנעול שלב. כוונן את המתנד הנשלט על ידי המתח כך שתדירות שעון המערכת של המפענח (המארז) תואמת את תדר שעון המערכת של המקודד. השג את ערכי PTS ו- DTS של כל פריים ברצף מזרם הקוד, והשווה אותם עם הסיביות הגבוהות 33b של ערך STC הנוכחי. אם ערך DTS גדול מערך STC, זרם הקוד נאגר ונשמר בו זמנית על שינוי ערך STC. כאשר ערך STC עולה לשווה לערך DTS, זרם קוד המסגרת מפוענח. כאשר ערך STC שווה לערך PTS, הפעל את המסגרת. אם עקב ריצוד עיכוב החיץ של רשת השידור, כאשר זרם הקוד מגיע למפענח (ממיר), ערך ה- PTS שלו כבר נמוך מערך STC, אז המפענח (המארז) מדלג על מסגרת זו ו משליך את נתוני המסגרת. מאחר שנוצרים PTS ו- DTS על בסיס ערך ה- PCR, יש להשתמש בערך ה- PCR הראשון שהתקבל כערך ההתחלתי כדי להגדיר את מונה STC של המפענח (ממיר) כדי להפוך את ערכיהם לאותם, אחרת, בסיס הזמן יהיה שונה. , לפיכך שגיאת פענוח. העיבוד של אודיו ווידאו דומה, אך אין בעיה של סידור מחדש של תזמון. איור 5 מציג את תרשים עקרון העבודה של ה- PCR של המפענח (ממיר).
סיבות לאודיו ווידאו שאינם מסונכרנים
ביישומים מעשיים, מקודדים מסוימים גורמים לריצוד בשעון הפלט שלהם בגלל בסיס הזמן הלא יציב של אות הווידיאו הקלט, ומרווח סינכרון המסגרות אינו 40ms. עבור מקודדים אלה, לאחר הגדרת ערך DTS ראשוני על פי PCR ועיכוב חציצה, מתקבל ערך DTS של כל פריים על ידי הוספת ערך קבוע ל- DTS הקודם (ניתן לחשב ערך זה כדלקמן: 27 מגה-הרץ מחולק ב -300 זה 90kHz, ו- PAL TV הוא 25 פריימים לשנייה. לכן הערך הוא 90000/25 = 3600), וערך PTS מחושב לפי סוג המסגרת וסוג ה- GOP. עם זאת, ערך ה- PCR לא עלה ב- 3600 בתקופה זו, מה שגרם ל- DTS ו- PTS להיות גדולים או קטנים יותר ביחס ל- PCR. חלק מהמפעננים (ממירים) אינם משתמשים במתנד מבוקר מתח, ושעון המערכת שלהם הוא 27MHz קבוע, אלא משתמשים בערך ה- PCR שהתקבל כדי לאתחל את הערך של מונה שעון המערכת המקומי. המקודד והמפענח (ממיר) אינם יכולים לשמור על נעילה קפדנית, מה שעלול לגרום למפענח (המארז) להוריד מסגרות. עם זאת, כמה מפענחים (ממירים) כבר לא מפענחים בקפידה ומוצגים על פי DTS ו- PTS לאחר אובדן פריים, אלא מפענחים בהתאם למצב החיץ, מכיוון שהעיכוב בקידוד הווידיאו והשמע שונה, זה עלול לגרום לאודיו. הציור אינו מסונכרן.
בנוסף, בתהליך השידור מקודד למפענח (ממיר), עקב קיומם של קישורי חיץ עיכוב משתנים כגון מרבבים ומודולטורים, יתכן ועיכוב ההעברה של מנות PCR אינו קבוע, ומשתנה מגדול לגדול. קָטָן. אם PCR לא תוקן, הבעיות הנ"ל עשויות להתרחש גם.
לסיכום
מהניתוח לעיל ניתן לראות כי המקודד וגם המפענח (ממיר) יכולים לגרום להופעת אסינכרון של שמע ווידאו. לאחר בדיקת מקודדי המותגים השונים, התחנה שלנו בחרה בקודן עם מחווני בדיקה טובים יותר והחליפה את המקודד המקורי, מה ששיפר מאוד את התופעה שאודיו ותמונה בטלוויזיה אינם מסונכרנים. בשלב הבא של הצגת מכשירים מרכזיים, חברות הרשתות יחזקו גם את בדיקת המדדים הרלוונטיים לשיפור איכות דירוג הקהל. כמובן שבתהליך קידום הדיגיטיזציה של הרדיו והטלוויזיה של ארצי, אנו עדיין זקוקים למאמצים המשותפים של עובדי הטלוויזיה ויצרני הציוד שלנו על מנת להשיג סוף סוף הצלחה מלאה. V
המוצר השני שלנו:
