Mots clés: Décodeur encodeur asynchrone audio et vidéo MPEG-2 PCR DTS PTS
Avec le développement rapide de la télévision numérique dans mon pays et les progrès de la transformation numérique des réseaux de radio et de télévision urbains, de plus en plus de gens ont commencé à utiliser des décodeurs pour regarder des programmes de télévision numérique. Mais en regardant des programmes télévisés via un décodeur, les téléspectateurs constatent parfois que certains éléments audio et vidéo ne sont pas synchronisés. Cela a également attiré notre attention.
Phénomène et test
La ville de Guiyang a pratiquement achevé la transformation numérique de son réseau de radio et de télévision à la fin de 2007, et les programmes de Guizhou TV Station sont également entrés dans la transmission du réseau numérique. Après être entrés dans le réseau numérique, nous avons constaté que plusieurs programmes de notre station présentaient le phénomène de non-synchronisation de l'audio et de la vidéo dans certaines régions, en particulier lorsque les nouvelles étaient diffusées sur la chaîne vidéo satellite et la chaîne people. Afin de découvrir où se situe le problème, nous avons décidé de réaliser un test de synchronisation labiale sur l'ensemble du trajet de transmission de notre programme. L'équipement utilisé pour le test est le Tektronix WFM7120. Lors de la mesure du retard audio / vidéo, il est également nécessaire de générer une série de signaux vidéo à barres de couleurs courtes via le TG700 DVG7, et la séquence audio est intégrée dans ce groupe de signaux vidéo avec un intervalle de 5 s, envoyez un tel signal à le système testé, et enfin envoyer le signal au WFM7120 pour mesurer la différence de synchronisation entre l'audio et la vidéo.
Test interne du centre de contrôle de diffusion
Comme le montre la figure 1, afin de mesurer s'il y a une différence de retard audio / vidéo dans le système de la station de télévision, nous utilisons le temps d'inspection pour enregistrer le signal de test généré par TG700 sur le disque dur de diffusion, le lire via le disque dur, et entrez le signal de test dans le retardateur. Après le module de synchronisation de trame, il est diffusé sur un canal, puis nous mesurons ces trois signaux avant que le service de transmission ne transmette le signal au codeur de la société de réseau. Les résultats de mesure montrent que la différence de retard audio / vidéo de ces trois signaux ne dépasse pas 12 ms, c'est-à-dire qu'un champ ne suffit pas, indiquant que le signal ne présente pas le problème de la synchronisation audio et vidéo dans le centre de contrôle de diffusion.
Test de différents décodeurs
Pour le deuxième point de mesure, nous avons choisi la salle informatique frontale de la société réseau. Comme le montre la figure 2, nous avons sélectionné ici les principales marques de décodeurs actuellement utilisées en Chine pour les tests. Après avoir encodé le signal de test du TG700 via l'encodeur d'origine que nous utilisons, insérez-le dans le canal que nous diffusons actuellement. Utilisez ensuite un décodeur dans la salle informatique frontale pour démoduler le signal TV. Le signal audio / vidéo décodé est ensuite envoyé au WFM7120 pour une mesure après A / N et l'incorporation du signal analogique via un enregistreur vidéo Panasonic D950. Les résultats de la mesure montrent que la différence de retard audio / vidéo de ces types de décodeurs est différente, certains sont en avance de 150 ms, et certains sont en retard de 300 ms. Cela montre que différents décodeurs ont des capacités différentes pour maintenir la relation de synchronisation entre les signaux audio / vidéo après démodulation et décodage du même signal de télévision numérique.
Test de différents encodeurs
Comme le montre la figure 3, nous utilisons toujours le générateur de signal TG700 pour tester différents encodeurs et activer l'encodeur, le modulateur et le décodeur pour créer un environnement de diffusion / visualisation simulé. Ici, nous utilisons plusieurs encodeurs de différentes marques. Après avoir codé le signal de test du TG700, il est modulé par le même modulateur, puis le signal est décodé par le même décodeur. Il est également traité par le D950 et envoyé au WFM7120 pour mesure. Le résultat final de la mesure est que certaines de leurs différences de retard audio / vidéo sont de 30 ms et d'autres atteignent 300 ms, ce qui indique que différents encodeurs ont un impact plus important sur la synchronisation audio / vidéo du signal de visualisation final du décodeur.
Analyse de cause
Le principe de synchronisation du système MPEG-2
À l'heure actuelle, dans le système de transmission de télévision numérique de mon pays, la norme MPEG-2 est une norme importante de compression audio et vidéo. Il compresse, code et multiplexe les signaux de programme à l'extrémité source, et démultiplexe et décode les signaux à l'extrémité de réception. A été largement utilisé. Le système de transmission numérique que nous utilisons est basé sur la norme MPEG-2. Jetons un coup d'œil à la structure du système de MPEG-2, comme le montre la figure 4.
On peut voir sur la figure 4 que les signaux audio et vidéo forment un flux de base après que les informations redondantes ont été supprimées par le codeur de compression. Ce flux de code élémentaire ne peut pas être stocké ou transmis directement. Il doit être envoyé à un emballeur spécifique. Le flux de code élémentaire est divisé en paragraphes selon un certain format, et des caractères d'identification spécifiques sont ajoutés pour former ce que l'on appelle le flux de code élémentaire compressé (PES). Les paquets PES sont des paquets de données audio et vidéo de longueurs variables. Ensuite, les paquets PES audio et vidéo et les données auxiliaires sont envoyés au sous-système de transmission, qui sont divisés en petits paquets de données d'une longueur fixe de 188b et multiplexés par multiplexage temporel. Un seul flux TS est formé et le flux TS atteint l'extrémité de réception après transmission à travers le canal.
Comme nous le savons tous, la synchronisation est une condition nécessaire pour un affichage correct de la télévision. Pour la télévision numérique, puisque le tampon est utilisé pour stocker le signal pendant le processus de compression et de codage, l'axe du temps du signal dans le multiplexeur est modifié, plus la quantité de redondance des données est différente, le taux de compression est également différent, de sorte que le axe du temps Grands changements, en particulier dans le traitement des couches de groupe d'images, l'ordre des images B et P a également changé. Tout cela fait que la synchronisation des signaux de télévision numérique perd complètement le concept de la séquence originale. Un moyen efficace pour réaliser la synchronisation consiste à ajouter une étiquette de temps au flux de code de signal chaque fois qu'un intervalle spécifié s'est écoulé. Avec cette étiquette, l'extrémité de réception peut être réordonnée en fonction de cette étiquette de temps pendant le processus de décodage avant l'affichage, reconstruire l'ordre de l'image avant la compression et le codage, et la relation temporelle entre le son et l'image, réalisant ainsi la synchronisation de l'image et le le son est synchronisé avec l'image.
On peut également voir sur la figure 4 qu'il existe une seule horloge système commune STC (27 MHz) dans le codeur MPEG-2. Cette horloge est utilisée pour générer un horodatage indiquant le décodage correct et la synchronisation d'affichage de l'audio / vidéo. En même temps, il peut être utilisé pour indiquer l'échantillonnage La valeur instantanée de l'heure de l'horloge système instantanée. L'horloge est verrouillée en phase par la synchronisation de ligne de la vidéo d'entrée. Lorsque l'entrée est un signal SDI, l'horloge système du codeur est générée par l'horloge divisée par 10. C'est l'émergence d'une horloge système commune dans le codeur, ainsi que la régénération de l'horloge dans le décodeur et le bon l'utilisation d'horodatages, qui fournissent la base pour la synchronisation correcte des opérations dans le décodeur. Afin de réaliser la synchronisation d'horloge du codec, l'horloge du système STC est comptée dans le codeur, et la valeur d'échantillonnage du compteur est transmise au récepteur dans l'en-tête d'adaptation du paquet TS sélectionné à chaque instant de transmission, en tant que décodage. Le signal de référence d'horloge de programme du processeur, qui est PCR. Le bit valide PCR est 42b, parmi lesquels le 33b haut est PCR_Base, qui est la valeur de comptage dans l'unité de l'horloge 27MHz et l'horloge divisée par 300, et le 9b bas est PCR_Extension, qui est la valeur de comptage dans l'horloge 27MHz comme unité. En plus de la PCR, l'étiquette de temps de décodage DTS et l'étiquette de temps d'affichage PTS sont également très importantes. Ils sont similaires à PCR_Base. Ils sont également créés avec l'horloge système 27MHz du codeur, divisée par 300 comme valeur de comptage unitaire. Parmi eux, DTS est utilisé pour indiquer au décodeur quand décoder l'image reçue et la trame audio, et PTS est utilisé pour notifier quand afficher la trame d'image décodée.
Lors de l'utilisation d'un codage bidirectionnel, le décodage d'une certaine image doit être effectué dans un laps de temps avant son affichage, de sorte qu'il puisse être utilisé comme données source pour décoder l'image B-frame. Par exemple, l'ordre d'affichage des images est IBBP, mais l'ordre de transmission des images est IPBB. Le modèle de référence MPEG estime que le décodage se produit instantanément, c'est-à-dire que le décodage et l'affichage sont effectués en même temps. Pour les trames audio et les trames d'image B, le temps de décodage et le temps d'affichage sont les mêmes, et PTS est le même que DTS, donc seul PTS doit être transmis. Pour les images vidéo I et P, en raison de la réorganisation des images, le temps de décodage et le temps d'affichage sont différents, et PTS et DTS doivent être transmis en même temps. Lorsque le décodeur reçoit la séquence d'images IPBB, il doit décoder les images I-frame et P-frame avant de décoder la première image B-frame. Le décodeur ne peut décoder qu'une seule trame d'image à la fois, il décode donc d'abord l'image de trame I et la stocke. Lorsque l'image de trame P est décodée, il sort et affiche l'image de trame I décodée, puis décode et affiche l'image de trame B. Les tableaux 1, 2, 3 et 4 montrent la séquence des images d'entrée et de sortie du codeur, les valeurs PTS et DTS de chaque trame, et la séquence de décodage et d'affichage de chaque trame de l'image par le décodeur.
Dans le tableau 1, 13 trames d'images constituent un groupe d'images, la première trame I trame utilise un codage intra-trame, les deuxième et troisième trames B sont obtenues par prédiction bidirectionnelle à partir des première et quatrième trames, et la quatrième trame P trame est passé par la première image. Dérivé de la prédiction directe. Après avoir codé la première image, le codeur met d'abord en mémoire tampon les deuxième et troisième images, code la quatrième image, puis code les deuxième et troisième images, et ainsi de suite, et la séquence de sortie codée finale est indiquée dans le tableau 2 illustré.
On peut voir d'après les tableaux 3 et 4 que lorsque le décodeur reçoit une certaine unité d'accès contenant une image de trame I, le paquet de données de fichier doit contenir DTS et PTS, le temps entre les valeurs de ces deux balises L'intervalle est de un période d'image. Une fois que l'image de la trame I est la trame P, il devrait également y avoir un DTS et un PTS dans le paquet de données de fichier, et l'intervalle de temps entre les valeurs des deux balises est de trois périodes d'image. Ensuite, il y a deux trames B, dont les paquets de données de fichier ne contiennent que du PTS. C'est-à-dire que l'image de l'image I sera lue et affichée après un délai d'une image après le décodage. Lorsque l'image I est affichée, la quatrième image P est décodée, mais elle n'est ni lue ni affichée. Il est d'abord mis en cache, et après la lecture et l'affichage de l'image 1I, décode et affiche immédiatement 2B images, puis 3B images, puis affiche les images 4P tamponnées, décode et tamponne les images 7P en même temps, et ainsi de suite. On peut voir que la séquence des images décodées et affichées est cohérente avec la séquence d'entrée d'image dans le tableau 1.
Principe de synchronisation du décodeur (décodeur)
PTS et DTS ne sont que des valeurs de 33b. S'il n'y a pas de référence à l'axe des temps représenté par PCR, cette valeur n'a pas de sens. Afin de maintenir un décodage correct, les horloges système du codeur et du décodeur (boîtier décodeur) doivent être maintenues verrouillées, c'est-à-dire que leurs fréquences restent les mêmes et que les valeurs initiales de leurs compteurs respectifs sont les mêmes.
Il y a un oscillateur commandé en tension (VCO) avec une fréquence d'environ 27 MHz dans le décodeur (décodeur). Le signal de sortie est envoyé au compteur en tant qu'horloge système pour générer la valeur d'échantillon STC actuelle, qui est une valeur de 42b comme la PCR. Parmi eux, le haut 33b est la valeur de comptage dans l'unité d'horloge de 27 MHz après une fréquence rose de 300, et le bas 9b est la valeur de comptage dans l'unité d'horloge de 27 MHz. Lorsqu'un nouveau programme arrive au décodeur (boîtier décodeur), le décodeur (boîtier décodeur) obtient la valeur PCR du flux de code, compare sa valeur PCR_Extention avec les 9b bits inférieurs du STC actuel et obtient l'erreur signal, puis passe par le circuit de boucle à verrouillage de phase. Ajustez l'oscillateur commandé en tension de sorte que la fréquence d'horloge système du décodeur (boîtier décodeur) soit cohérente avec la fréquence d'horloge système du codeur. Obtenez les valeurs PTS et DTS de chaque trame séquentiellement à partir du flux de code et comparez-les avec les 33b bits de poids fort de la valeur STC actuelle. Si la valeur DTS est supérieure à la valeur STC, le flux de code est mis en mémoire tampon et le changement de valeur STC est surveillé en même temps. Lorsque la valeur STC augmente pour être égale à la valeur DTS, le flux de code de trame est décodé. Lorsque la valeur STC est égale à la valeur PTS, lisez l'image. Si, en raison de la gigue du délai de tampon du réseau de transmission, lorsque le flux de code atteint le décodeur (boîtier décodeur), sa valeur PTS est déjà inférieure à la valeur STC, alors le décodeur (boîtier décodeur) saute cette trame et supprime les données de trame. Puisque PTS et DTS sont générés sur la base de la valeur PCR, la première valeur PCR obtenue doit être utilisée comme valeur initiale pour régler le compteur STC du décodeur (boîtier décodeur) pour rendre leurs valeurs identiques, sinon, le la base de temps sera différente. , Donc erreur de décodage. Le traitement de l'audio et de la vidéo est similaire, mais il n'y a pas de problème de réarrangement temporel. La figure 5 montre le schéma de principe de fonctionnement du décodeur (décodeur) PCR.
Raisons de la désynchronisation de l'audio et de la vidéo
Dans les applications pratiques, certains codeurs provoquent une gigue dans leur horloge de sortie en raison de l'instabilité de la base de temps du signal vidéo d'entrée, et l'intervalle de synchronisation de trame n'est pas de 40 ms. Pour ces codeurs, après avoir défini la valeur DTS initiale en fonction de la PCR et du délai de mise en mémoire tampon, la valeur DTS de chaque trame est obtenue en ajoutant une valeur fixe au DTS précédent (cette valeur peut être calculée comme suit: 27MHz est divisé par 300 Il est 90 kHz, et PAL TV est de 25 images par seconde. Par conséquent, la valeur est 90000/25 = 3600), et la valeur PTS est calculée en fonction du type de trame et du type GOP. Cependant, la valeur de la PCR n'a pas augmenté de 3600 pendant cette période, ce qui a entraîné une augmentation ou une diminution du DTS et du PTS par rapport à la PCR. Certains décodeurs (décodeurs) n'utilisent pas d'oscillateur commandé en tension et leur horloge système est fixe à 27 MHz, mais utilise la valeur PCR reçue pour initialiser la valeur du compteur d'horloge système local. L'encodeur et le décodeur (boîtier décodeur) ne peuvent pas maintenir un verrouillage strict, ce qui peut entraîner la suppression de trames par le décodeur (boîtier décodeur). Cependant, certains décodeurs (décodeurs) ne décodent et ne s'affichent plus strictement selon DTS et PTS après une perte d'image, mais décodent en fonction de la situation de la mémoire tampon, car le retard de l'encodage vidéo et audio est différent, cela peut provoquer du son. La peinture n'est pas synchronisée.
De plus, dans le processus de transmission du codeur au décodeur (boîtier décodeur), en raison de l'existence de liens de tampon à retard variable tels que des multiplexeurs et des modulateurs, le délai de transmission des paquets PCR peut ne pas être constant, variant de grand à petit. Si la PCR n'est pas corrigée, les problèmes ci-dessus peuvent également survenir.
Pour résumer
D'après l'analyse ci-dessus, on peut voir que le codeur et le décodeur (décodeur) peuvent provoquer l'apparition d'une asynchronisation de l'audio et de la vidéo. Après avoir testé les encodeurs de différentes marques, notre station a choisi un encodeur avec de meilleurs indicateurs de test et a remplacé l'encodeur d'origine, ce qui a considérablement amélioré le phénomène de désynchronisation de l'audio et de l'image du téléviseur. Lors de la prochaine étape de l'introduction des décodeurs, les sociétés de réseau renforceront également les tests d'indicateurs pertinents pour améliorer la qualité des notations d'audience. Bien entendu, dans le processus de numérisation de la radio et de la télévision de mon pays, nous avons encore besoin des efforts conjoints de nos travailleurs de la télévision et de nos fabricants d'équipements pour enfin réussir complètement.v
Notre autre produit:
