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数字电视中的编解码器同步机制(图)![]() 所有的视频和音频经过采样(A/D变换)进入编码器后,经一恒定的延迟,在解码器分别输出显示,采样后的码率在编码器和解码器中应严格相等。在MPEG-2中,所有的时序被定义成一个共同的系统时钟(STC),故编码器、解码器的系统时钟必须同步。解码器的系统时钟应由编码器的系统时钟经恒定延迟后恢复出来,以服从于编码器。
对于PS(节目流)而言,这个时钟可以与视频或音频采样时钟之间有一个严格的特定比率,或者稍有区别,但仍足以提供精确的端到端的时序和时钟恢复。而在TS(传输流)中,此系统时钟频率与视频或音频的采样时钟之间任何时候都必须有严格的比率关系,其目的是为了在解码器中恢复视音频采样后的码率。 3、时间标签定义及同步机制 编码器中有一个系统时钟(其频率是27MHz),此时钟用来产生指示音视频的正确显示和解码的时间标签,同时可用来指示在采样过程中系统时钟本身的瞬时值。指示音视频显示时间的时间标签称为显示时间标签(PTS),指示音视频的解码时间标签称为解码时间标签(DTS),指示系统时钟本身的瞬时值的时间标签称为节目参考时钟标签(PCR)。解码器通过VBV_delay(视频流延时值,在解码时利用视频流缓冲区把视频流缓存到相应的vbv_delay时间后,再启动解码器解码、显示、实现音视频的同步。vbv_delay存在于视频ES的头部,长度为16bit)的数值来确定解码的开始,用解码时间标签(DTS)和显示时间标签(PTS)来确定解码和显示的次序,用PCR来获得系统时钟的同步。解码器中的系统时钟及其同步就是依靠这些时间标签来进行恢复和修正的。 PCR、PTS、DTS具体构成如下: PCR的插入必须在PCR字段的最后离开复用器的那一时刻,同时把27 MHz系统时钟的采样瞬时值作为PCR字段插入到相应的PCR域。27 MHz时钟经波形整理后分两路,一路是由27MHz脉冲直接触发计数器生成扩展域PCR_ext,长度为9bits。另一路经一个300分频器后的90 kHz脉冲送入一个33位计数器生成90KHZ基值,列入PCR_base(基值域),长度33bits,用于和PTS/DTS比较,产生解码和显示所需要的同步信号。这两部分被置入PCR域,共同组成了42位的PCR。 PTS域为33bits,编码成为3个独立的字段,表示此分组中第一个访问单元在系统目标解码器中的预定显示时间。 DTS域也为33bits,编码成为3个独立的字段,表示此分组中第一个访问单元在系统目标解码器中的预定解码时间。 解码器在解码时,首先利用PCR重建和编码器同步的27 MHz系统时钟,恢复27 MHz系统时钟后,再利用PES流中的DTS,PTS进行音频与视频间的同步,同时利用VBV_Delay设置解码器的缓冲时长,后启动初始解码。 解码器同步算法如下: (1) 解码器从输入码流的包头中解出时间信息PCR送入到系统时间时钟恢复电路;系统时间时钟恢复电路在接收到每一个新的PCR时,进行本地系统时间时钟恢复和锁相。 (2) 解复用器后,从PES包头中解出显示时间标签PTS和解码时间标签DTS,并送入到基本流解码器中。 (3) 基本流解码器在接收到新的PTS/DTS后,存入对应的FIFO(先进先处存储器)中进行管理;对于没有PTS/DTS的显示单元,需要对其时间标签进行插值,并送入到FIFO中管理。 (4) 每一显示单元开始解码前,用其对应的DTS与STC进行比较,当STC与DTS相等时开始解码; (5) 每一显示单元开始显示前,用其对应的PTS与STC进行比较,当STC与PTS相等时开始显示。 在理想情况下,PTS和DTS的值应该是相同的,但由于实际解码器在解码时需要一定的时间,所以PTS和DTS的值是不同的。如果在PES包头中只出现了PTS,我们就认为DTS=PTS。 4、系统时钟(STC)恢复 在解码器中,STC的恢复是同步的关键。如果解码器中的时钟频率和编码器的时钟频率严格匹配,那么视频和音频的解码和显示将自动和编码器保持相同的速率,此时,端到端的延迟是一个常数。在实际中,是利用接收到的PCR的值来使解码器时钟服从于编码器的系统时钟,其典型方法是通过锁相环(PLL)。 当一个新节目的PCR到达解码器时,就需要更新时间基点,STC要设置为PCR中的当前值。通常第一个从解复用器中解出的PCR被直接装入到STC的计数器,PCR的值作为锁相环的参考频率,用来和STC的当前值比较,产生的差值e,经过脉宽调制后输入到低通滤波器并经放大,成为控制信号f用来控制振荡器(VCO)的瞬时频率,VCO输出的频率是在27 MHz左右振荡信号,它作为解码器的系统时钟。如图3所示。 上一篇:
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