کلمات کلیدی: رمزگشای رمزگذار همزمان و صوتی و تصویری MPEG-2 PCR DTS PTS
با توسعه سریع تلویزیون دیجیتال در کشور من و پیشرفت تحول دیجیتال شبکه های رادیویی و تلویزیونی شهری ، افراد بیشتری شروع به استفاده از جعبه تنظیمات برای تماشای برنامه های تلویزیون دیجیتال می کنند. اما در حین تماشای برنامه های تلویزیونی از طریق یک جعبه تنظیم ، بینندگان گاهی اوقات متوجه می شوند که برخی از موارد صوتی و تصویری از همگام سازی خارج شده اند. این نیز توجه ما را به خود جلب کرد.
پدیده و آزمون
Guiyang City اساساً تحول دیجیتالی شبکه رادیویی و تلویزیونی خود را در اواخر سال 2007 به پایان رساند و برنامه های ایستگاه تلویزیونی Guizhou نیز به شبکه انتقال دیجیتال وارد شده اند. پس از ورود به شبکه دیجیتال ، متوجه شدیم که چندین برنامه ایستگاه ما پدیده عدم هماهنگی صدا و تصویر در برخی مناطق را دارند ، به ویژه هنگامی که اخبار از کانال ویدئویی ماهواره ای و کانال مردم پخش می شود. برای اینکه بفهمیم مشکل از کجاست ، تصمیم گرفتیم آزمایش همگام سازی لب را در کل مسیر انتقال برنامه خود انجام دهیم. تجهیزات مورد استفاده برای آزمایش Tektronix WFM7120 است. هنگام انجام اندازه گیری تاخیر صوتی / تصویری ، تولید یک سری سیگنال های کوتاه نوار رنگی کوتاه از طریق TG700 DVG7 نیز ضروری است و توالی صوتی در این گروه از سیگنال های ویدیویی با فاصله 5 ثانیه جاسازی شده است ، چنین سیگنالی را به سیستم مورد آزمایش ، و در آخر سیگنال را به WFM7120 ارسال کنید تا اختلاف زمان بین صدا و تصویر را اندازه گیری کند.
آزمون داخلی مرکز کنترل پخش
همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است ، برای بررسی اینکه آیا اختلاف تاخیر صوتی / تصویری در سیستم ایستگاه تلویزیون وجود دارد ، ما از زمان بازرسی برای ضبط سیگنال آزمایش تولید شده توسط TG700 در دیسک سخت پخش استفاده می کنیم ، آن را از طریق دیسک سخت پخش می کنیم ، و سیگنال تست را به تأخیر دهنده وارد کنید. پس از ماژول هماهنگ سازی فریم ، از طریق کانال پخش می شود و سپس این سه سیگنال را قبل از انتقال بخش انتقال سیگنال به رمزگذار شرکت شبکه ، اندازه گیری می کنیم. نتایج اندازه گیری نشان می دهد که اختلاف تاخیر صوتی / تصویری این سه سیگنال از 12 میلی ثانیه بیشتر نیست ، یعنی یک قسمت کافی نیست ، این نشان می دهد که سیگنال مشکل هماهنگی صدا و تصویر در مرکز کنترل پخش را ندارد.
آزمایش انواع جعبه های تنظیم بالا
برای دومین نقطه اندازه گیری ، اتاق کامپیوتر جلویی شرکت شبکه را انتخاب کردیم. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است ، در اینجا ما مارک های اصلی جعبه تنظیم را که در حال حاضر در چین برای آزمایش استفاده می شود ، انتخاب کرده ایم. پس از رمزگذاری سیگنال تست TG700 از طریق رمزگذار اصلی که از آن استفاده می کنیم ، آن را در کانالی که در حال حاضر پخش می کنیم وارد کنید. سپس از یک جعبه تنظیم در اتاق رایانه جلویی برای تغییر شکل سیگنال تلویزیون استفاده کنید. سپس سیگنال صوتی / تصویری رمزگشایی شده برای اندازه گیری پس از A / D و تعبیه سیگنال آنالوگ از طریق ضبط کننده فیلم Panasonic D7120 برای WFM950 ارسال می شود. نتایج اندازه گیری نشان می دهد که اختلاف تاخیر صوتی / تصویری این نوع جعبه های تنظیم بالا متفاوت است ، برخی از 150 میلی متر جلوتر هستند و برخی دیگر 300 میلیمتر عقب هستند. این نشان می دهد که جعبه های تنظیم بالا دارای قابلیت های مختلفی برای حفظ رابطه همگام سازی بین سیگنال های صوتی / تصویری پس از تغییر شکل و رمزگشایی سیگنال تلویزیون دیجیتال یکسان هستند.
آزمایش رمزگذارهای مختلف
همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است ، ما هنوز از مولد سیگنال TG700 برای آزمایش رمزگذاران مختلف استفاده می کنیم و رمزگذار ، مدولاتور و جعبه تنظیم را برای ایجاد یک محیط پخش / مشاهده شبیه سازی شده فعال می کنیم. در اینجا ، ما از چندین رمزگذار با مارک های مختلف استفاده می کنیم. پس از رمزگذاری سیگنال تست TG700 ، توسط همان مدولاتور مدوله شده و سپس سیگنال توسط همان جعبه تنظیم بالا رمزگشایی می شود. همچنین توسط D950 پردازش و برای اندازه گیری به WFM7120 ارسال می شود. نتیجه نهایی اندازه گیری این است که برخی از اختلافات تاخیری صوتی / تصویری آنها 30 میلی ثانیه است و برخی از آنها به 300 میلی ثانیه می رسند ، این نشان می دهد که رمزگذاران مختلف تأثیر بیشتری در هماهنگ سازی صوتی / تصویری سیگنال مشاهده نهایی جعبه تنظیمات دارند.
تحلیلی بر علل
اصل زمان بندی سیستم MPEG-2
در حال حاضر ، در سیستم انتقال تلویزیون دیجیتال کشور من ، استاندارد MPEG-2 یک استاندارد مهم فشرده سازی صدا و تصویر است. این سیگنال های برنامه را در انتهای منبع فشرده ، رمزگذاری و مالتی پلکس می کند و در انتهای دریافت سیگنالها را از چندگانه و رمزگشایی می کند. به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است. سیستم انتقال دیجیتال ما از استاندارد MPEG-2 استفاده می کنیم. بیایید نگاهی به ساختار سیستم MPEG-2 بیاندازیم ، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است.
از شکل 4 مشاهده می شود که سیگنال های صوتی و تصویری پس از حذف اطلاعات اضافی توسط رمزگذار فشرده سازی ، یک جریان اساسی را تشکیل می دهند. این جریان کد ابتدایی قابل ذخیره یا انتقال مستقیم نیست. باید برای یک بسته بندی کننده خاص ارسال شود. جریان کد ابتدایی با توجه به یک قالب خاص به پاراگراف تقسیم می شود و شخصیت های شناسایی مشخص اضافه می شوند تا به اصطلاح جریان کد اولیه ابتدایی (PES) را تشکیل دهند. بسته های PES بسته های داده های صوتی و تصویری با طول متغیر هستند. سپس بسته های PES صوتی و تصویری و داده های کمکی به زیر سیستم انتقال ارسال می شوند ، که به بسته های کوچک داده با طول ثابت 188b تقسیم می شوند و توسط مالتی پلکسینگ زمان تقسیم می شوند. یک جریان واحد TS تشکیل می شود و جریان TS پس از انتقال از طریق کانال به انتهای دریافت می رسد.
همانطور که همه ما می دانیم ، همگام سازی شرط لازم برای نمایش صحیح تلویزیون است. برای تلویزیون دیجیتال ، از آنجا که از بافر برای ذخیره سیگنال در طی فرآیند فشرده سازی و رمزگذاری استفاده می شود ، محور زمان سیگنال در مالتی پلکسر تغییر می کند ، به علاوه مقدار افزونگی داده ها متفاوت است ، نسبت فشرده سازی نیز متفاوت است ، بنابراین محور زمان تغییرات بزرگ ، به ویژه در پردازش لایه گروه قاب ، ترتیب فریم های B و P نیز تغییر کرده است. همه اینها باعث می شود که همگام سازی سیگنال های تلویزیون دیجیتال مفهوم توالی اصلی را کاملا از دست بدهد. یک روش موثر برای دستیابی به همگام سازی ، افزودن برچسب زمان به جریان کد سیگنال با هر بار عبور یک بازه مشخص است. با استفاده از این برچسب ، می توان انتهای دریافت را با توجه به این برچسب زمان ، در طی فرآیند رمزگشایی قبل از نمایش ، دوباره مرتب کرد ، ترتیب تصویر را قبل از فشرده سازی و رمزگذاری و رابطه زمانی بین صدا و تصویر را بازسازی کرد ، در نتیجه به هماهنگی تصویر صدا با تصویر هماهنگ می شود.
از شکل 4 نیز می توان دریافت که یک ساعت مشترک سیستم مشترک STC (27 مگاهرتز) در رمزگذار MPEG-2 وجود دارد. این ساعت برای تولید یک مهر زمان استفاده می شود که رمزگشایی صحیح و زمان نمایش صوتی / تصویری را نشان می دهد. در همان زمان ، می توان از آن برای نشان دادن نمونه برداری مقدار لحظه ای زمان ساعت لحظه ای سیستم استفاده کرد. ساعت توسط همگام سازی خطی فیلم ورودی قفل شده است. هنگامی که ورودی یک سیگنال SDI است ، ساعت سیستم رمزگذار توسط ساعت تقسیم بر 10 تولید می شود. این ظهور یک ساعت سیستم مشترک در رمزگذار است ، و همچنین بازسازی ساعت در رمزگشای و صحیح است استفاده از تمبرهای زمانی که زمینه را برای هماهنگ سازی صحیح عملیات در رسیور فراهم می کند. به منظور تحقق بخشیدن به هماهنگ سازی ساعت کدک ، ساعت سیستم STC در رمزگذار محاسبه می شود و مقدار نمونه گیری شمارنده در هدر تطبیق بسته TS انتخاب شده به هر زمان انتقال خاص ، به عنوان رمزگشایی به گیرنده منتقل می شود سیگنال مرجع ساعت برنامه پردازنده است که PCR است. بیت معتبر PCR 42b است ، در این میان 33b بالا PCR_Base است که مقدار شمارش در واحد ساعت 27 مگاهرتز و ساعت تقسیم بر 300 است و 9b کم PCR_Extension است که مقدار شمارش در ساعت 27 مگاهرتز است. به عنوان واحد. علاوه بر PCR ، برچسب زمان رمزگشایی DTS و برچسب زمان نمایش PTS نیز بسیار مهم هستند. آنها شبیه PCR_Base هستند. آنها همچنین با ساعت سیستم رمزگذار 27 مگاهرتز ایجاد می شوند ، تقسیم بر 300 به عنوان مقدار شمارش واحد. در این میان ، DTS برای راهنمایی رمزگشای زمان رمزگشایی تصویر و قاب صوتی دریافت شده و از PTS برای اطلاع دادن به هنگام نمایش قاب تصویر رمزگشایی شده استفاده می شود.
هنگام استفاده از رمزگذاری دو طرفه ، رمزگشایی یک تصویر خاص باید در مدت زمانی قبل از نمایش انجام شود ، تا بتواند به عنوان داده منبع برای رمزگشایی تصویر قاب B استفاده شود. به عنوان مثال ، ترتیب نمایش تصاویر IBBP است ، اما ترتیب انتقال تصاویر IPBB است. مدل مرجع MPEG معتقد است که رمزگشایی بلافاصله اتفاق می افتد ، یعنی رمزگشایی و نمایش همزمان انجام می شود. برای فریم های صوتی و فریم B تصویر ، زمان رمزگشایی و زمان نمایش یکسان است و PTS همان DTS است ، بنابراین فقط PTS باید منتقل شود. برای فریم های ویدیویی I و فریم P ، به دلیل مرتب سازی مجدد فریم ، زمان رمزگشایی و زمان نمایش متفاوت است و PTS و DTS باید همزمان انتقال یابند. هنگامی که رمزگشایی توالی تصویر IPBB را دریافت می کند ، باید قبل از رمزگشایی اولین تصویر فریم B ، تصاویر I-frame و P-frame را رمزگشایی کند. رسیور می تواند هر بار فقط یک فریم از تصویر را رمزگشایی کند ، بنابراین ابتدا تصویر I frame را رمزگشایی و ذخیره می کند. هنگامی که تصویر قاب P رمزگشایی می شود ، تصویر قاب عکس رمزگشایی شده را نمایش داده و نمایش می دهد و سپس تصویر قاب B را رمزگشایی و نمایش می دهد. جداول 1 ، 2 ، 3 و 4 توالی تصاویر ورودی و خروجی رمزگذار ، مقادیر PTS و DTS هر فریم و توالی رمزگشایی و نمایش هر فریم تصویر توسط رسیور را نشان می دهد.
در جدول 1 ، 13 فریم از تصاویر گروهی از تصاویر را تشکیل می دهد ، قاب اول من از کدگذاری درون قاب استفاده می کند ، فریم های دوم و سوم B با پیش بینی دوسویه از فریم های اول و چهارم بدست می آیند و چهارمین قاب قاب P عبور از قاب اول. برگرفته از پیش بینی رو به جلو. پس از رمزگذاری فریم اول ، رمزگذار ابتدا فریم دوم و سوم را بافر می کند ، فریم چهارم را رمزگذاری می کند ، و سپس فریم دوم و سوم را رمزگذاری می کند و موارد دیگر ، و ترتیب خروجی رمزگذاری شده نهایی در جدول 2 نشان داده شده است.
از جدول 3 و جدول 4 می توان دریافت که وقتی رسیور یک واحد دسترسی خاص حاوی یک تصویر قاب I را دریافت می کند ، بسته داده پرونده باید حاوی DTS و PTS باشد ، زمان بین مقادیر این دو برچسب فاصله یک است دوره تصویر بعد از اینکه تصویر قاب I قاب P است ، باید یک بسته DTS و یک PTS در بسته داده پرونده وجود داشته باشد و فاصله زمانی بین مقادیر دو برچسب سه دوره تصویر است. سپس دو فریم B وجود دارد که بسته های داده پرونده فقط حاوی PTS هستند. به عبارت دیگر ، تصویر قاب I پس از تاخیر یک فریم پس از رمزگشایی پخش و نمایش داده می شود. هنگامی که قاب I نمایش داده می شود ، قاب چهارم قاب چهارم رمزگشایی می شود ، اما پخش و نمایش داده نمی شود. ابتدا حافظه پنهان می شود و پس از پخش و نمایش فریم 1I ، بلافاصله فریم های 2B را رمزگشایی و نمایش می دهیم ، سپس فریم های 3B را نمایش می دهیم ، سپس فریم های 4P بافر شده را نمایش می دهیم و همزمان فریم های 7P را رمزگشایی و بافر می کنیم و ... مشاهده می شود که توالی تصاویر رمزگشایی و نمایش داده شده با توالی ورودی تصویر در جدول 1 مطابقت دارد.
اصل زمان رسیور (جعبه تنظیم بالا)
PTS و DTS فقط مقادیر 33b هستند. اگر هیچ اشاره ای به محور زمان نشان داده شده توسط PCR نباشد ، این مقدار بی معنی است. برای حفظ رمزگشایی صحیح ، باید ساعتهای سیستم رمزگذار و رمزگشای (set-top box) قفل نگه داشته شوند ، یعنی فرکانسهای آنها یکسان باشد و مقادیر اولیه شمارنده های مربوطه آنها یکسان باشد.
یک اسیلاتور کنترل شده ولتاژ (VCO) با فرکانس حدود 27 مگاهرتز در رسیور (جعبه تنظیم) وجود دارد. سیگنال خروجی به عنوان ساعت سیستم به شمارنده ارسال می شود تا مقدار نمونه STC فعلی را تولید کند که مانند PCR مقدار 42b است. در میان آنها ، 33b بالا مقدار شمارش در واحد ساعت 27 مگاهرتز بعد از 300 فرکانس صورتی و 9b کم مقدار شمارش در واحد ساعت 27 مگاهرتز است. هنگامی که یک برنامه جدید به رمزگشای (set-top box) می رسد ، رمزگشای (set-top box) مقدار PCR را از جریان کد بدست می آورد ، مقدار PCR_Exention آن را با 9 بیت پایین تر STC فعلی مقایسه می کند و خطا را بدست می آورد سیگنال ، و سپس از طریق مدار حلقه قفل شده فاز می رود. اسیلاتور کنترل شده ولتاژ را طوری تنظیم کنید که فرکانس ساعت سیستم رسیور (جعبه تنظیم بالا) با فرکانس ساعت سیستم رمزگذار سازگار باشد. مقادیر PTS و DTS هر فریم را به ترتیب از جریان کد بدست آورید و آنها را با بیت های بالای 33b مقدار STC فعلی مقایسه کنید. اگر مقدار DTS از مقدار STC بیشتر باشد ، جریان کد بافر شده و تغییر مقدار STC همزمان کنترل می شود. وقتی مقدار STC برابر با مقدار DTS افزایش می یابد ، جریان کد قاب رمزگشایی می شود. وقتی مقدار STC برابر با مقدار PTS است ، فریم را بازی کنید. اگر به دلیل تاخیر بافر در شبکه انتقال ، وقتی کد کد به رسیور می رسد (ست جعبه تنظیم) ، مقدار PTS آن از قبل کمتر از مقدار STC است ، رمزگشای (جعبه تنظیم بالا) از این قاب عبور می کند و داده های فریم را کنار می گذارد. از آنجا که PTS و DTS بر اساس مقدار PCR تولید می شوند ، اولین مقدار PCR بدست آمده باید به عنوان مقدار اولیه استفاده شود تا شمارنده STC رسیور (جعبه تنظیم بالا) تنظیم شود تا مقادیر آنها یکسان باشد ، در غیر این صورت ، پایه زمانی متفاوت خواهد بود. ، بنابراین خطای رمزگشایی. پردازش صدا و تصویر مشابه است ، اما مشکلی در تنظیم مجدد زمان وجود ندارد. شکل 5 نمودار اصل کار رسیور (جعبه تنظیم) PCR را نشان می دهد.
دلایل صوتی و تصویری خارج از همگام سازی
در کاربردهای عملی ، برخی از رمزگذارها به دلیل بی ثباتی بودن پایه سیگنال ورودی ویدیویی ، باعث ایجاد لرزش در ساعت خروجی می شوند و فاصله هماهنگی قاب 40 میلی ثانیه نیست. برای این رمزگذاران ، پس از تنظیم مقدار اولیه DTS با توجه به PCR و تأخیر بافر ، مقدار DTS هر فریم با افزودن یک مقدار ثابت به DTS قبلی بدست می آید (این مقدار را می توان به صورت زیر محاسبه کرد: 27 مگاهرتز بر 300 تقسیم می شود این است 90kHz و تلویزیون PAL 25 فریم در ثانیه است بنابراین مقدار 90000/25 = 3600 است) و مقدار PTS با توجه به نوع فریم و نوع GOP محاسبه می شود. با این حال ، مقدار PCR در این مدت 3600 افزایش پیدا نکرد ، که باعث بزرگتر یا کوچکتر شدن DTS و PTS نسبت به PCR شد. برخی از رمزگشاها (جعبه های تنظیم بالا) از نوسانگر کنترل شده ولتاژ استفاده نمی کنند و ساعت سیستم آنها 27 مگاهرتز ثابت است ، اما از مقدار PCR دریافت شده برای مقدار دهی اولیه شمارنده ساعت محلی سیستم استفاده می کند. رمزگذار و رمزگشای (جعبه تنظیم بالا) نمی توانند قفل سختی را حفظ کنند ، که ممکن است باعث افت فریم های رمزگشای (جعبه تنظیم بالا) شود. با این حال ، برخی از رمزگشاها (جعبه های تنظیم بالا) پس از از دست دادن فریم ، دیگر کاملاً مطابق DTS و PTS رمزگشایی و نمایش داده نمی شوند ، اما با توجه به وضعیت بافر رمزگشایی می شوند ، زیرا تأخیر در رمزگذاری صدا و تصویر متفاوت است ، ممکن است باعث صوت شود نقاشی از همگام سازی خارج شده است.
علاوه بر این ، در روند انتقال از رمزگذار به رمزگشای (جعبه تنظیم بالا) ، به دلیل وجود پیوندهای بافر تاخیر متغیر مانند مالتی پلکسر و تعدیل کننده ، تاخیر انتقال بسته های PCR ممکن است ثابت نباشد ، از بزرگ به کم اهمیت. اگر PCR اصلاح نشود ، مشکلات فوق نیز ممکن است رخ دهد.
خلاصه
از تجزیه و تحلیل بالا ، می توان دریافت که هر دو رمزگذار و رمزگشای (جعبه تنظیم بالا) ممکن است باعث عدم هماهنگ سازی صدا و تصویر شوند. پس از آزمایش رمزگذارهای مارک های مختلف ، ایستگاه ما رمزگذار با شاخص های آزمایش بهتر را انتخاب کرد و رمزگذار اصلی را جایگزین کرد ، این امر پدیده عدم هماهنگی صدا و تصویر تلویزیون را بسیار بهبود بخشید. در گام بعدی معرفی جعبه های تنظیم بالا ، شرکت های شبکه همچنین آزمایش شاخص های مربوطه را برای بهبود کیفیت رتبه بندی مخاطبان تقویت می کنند. البته ، در روند پیشرفت دیجیتال سازی صدا و سیمای کشور من ، ما هنوز هم به تلاش مشترک کارگران تلویزیون و تولیدکنندگان تجهیزات نیاز داریم تا در نهایت به موفقیت کامل برسیم. v
محصول دیگر ما:
