數(shù)字電視機(jī)頂盒的同步問(wèn)題

1、數(shù)字電視機(jī)頂盒的同步問(wèn)題作者:日期:scrpcrptsdts這些都是時(shí)間概念2009-04-09 10:35scr (system_clock_referenee ) 系統(tǒng)參考時(shí)鐘 存在于ts 流和 program 流中, 用于多節(jié)目流間的同步；pcr (program-_clock_referenee)節(jié)目參考時(shí)鐘 存在于ts 流里，用于確定同節(jié)目的解碼時(shí)序；pts( presentation_time_stamp ) 顯示時(shí)鐘標(biāo)簽 pes 里的字段，dts (decod_time-stamp )解碼時(shí)間標(biāo)簽pes里的字段，用于指明一個(gè)訪問(wèn)單元在系統(tǒng)目標(biāo)解碼器(std)里的的解碼時(shí)間。當(dāng)解碼

2、時(shí)間不同于顯示時(shí)間時(shí)出現(xiàn)。數(shù)字電視廣播中的編解碼器的同步機(jī)制(轉(zhuǎn))2009-04-09 10:381引言高清晰度數(shù)字電視(HDTV信源解碼器的同步系統(tǒng)是高清晰電視解碼 器中的重要部分。由于全數(shù)字電視系統(tǒng)采用數(shù)字編解碼和數(shù)字電視傳輸技術(shù)，因而和傳統(tǒng)的模擬電視有本質(zhì)的區(qū)別。高清晰度電視與模擬信號(hào)的重要區(qū)別除了信 號(hào)傳輸?shù)膲嚎s編碼方式外，由于數(shù)字電視在編解碼過(guò)程中因存儲(chǔ)、 傳輸?shù)纫黄鹧?時(shí)，在同步方式上也有明顯的區(qū)別。 對(duì)于模擬電視而言，圖像信息以同步方式傳 輸，因而接收機(jī)可以從圖像同步信號(hào)中直接獲得時(shí)鐘信號(hào)，其每一幀端到端的傳輸延時(shí)自然是固定的，同步相對(duì)簡(jiǎn)單，其發(fā)送和接收是嚴(yán)格同步的。但對(duì)數(shù)字壓

3、縮系統(tǒng)而言，每一幀圖像所占的數(shù)據(jù)量是不同的，其依賴于圖像的編碼方式和圖 像的復(fù)雜度，而一般無(wú)線廣播的傳輸信道碼率是固定的，因而對(duì)于每一幀而言， 其傳輸時(shí)延是可變的，從而不能從圖像數(shù)據(jù)的開始處獲得定時(shí)信息，傳輸和顯示之間沒(méi)有自然的同步概念。為了解決這一問(wèn)題，MPEG-采用了在ES,PES和TS/PS 這3個(gè)碼流層次中設(shè)置相關(guān)的時(shí)鐘信息，并通過(guò)其聯(lián)合作用達(dá)到編解碼器的同步 和音頻、視頻的同步。2MPEG-2S流層次簡(jiǎn)介MPEG-2的結(jié)構(gòu)可分為壓縮層和系統(tǒng)層。一路節(jié)目的視頻、音頻及其他 輔助數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)字化后通過(guò)壓縮層完成信源壓縮編碼，分別形成視頻的基本流 ES (ElementaryStream )

4、、音頻的基本流和其他輔助數(shù)據(jù)的基本流；緊接著系統(tǒng)層將不同的基本流分別加包頭打包為PES(Packetised ES)包，為了多路數(shù)據(jù)節(jié)目流的復(fù)用和有效的傳輸，又將PES包作為負(fù)載分割后插入傳送流包(TS 包)或節(jié)目流包(PS包)中，MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種碼流，分別是基于可變長(zhǎng) 度打包的節(jié)目流PS(ProgramSteam)和基于固定長(zhǎng)度打包的傳送流(Tran sportStream )。這兩種碼流分別適應(yīng)于不同的場(chǎng)合應(yīng)用，節(jié)目流PS適合在相對(duì)出錯(cuò)較少的環(huán)境下使用，其長(zhǎng)度是變化的，而傳送流TS能夠把多個(gè)節(jié)目在基于一個(gè)或多個(gè)時(shí)間標(biāo)識(shí)的基礎(chǔ)上構(gòu)成一個(gè)流，傳送流適合于出錯(cuò)較多的場(chǎng)合下使用，如在存儲(chǔ)

5、、傳輸數(shù)據(jù)易丟失或在噪聲媒介場(chǎng)合使用。用于視頻、 音頻同步以及系統(tǒng)時(shí)鐘恢復(fù)的時(shí)間標(biāo)簽分別在ES, PES和 TS/PS這3個(gè)層次中。在MPEG-2S流的ES層，和同步有關(guān)的主要是 VBV-Delay域，表示MPEG-新定 義的一個(gè)假設(shè)的解碼器視頻緩存校驗(yàn)器在收到圖像起始碼的最后一個(gè)字節(jié)后，至 當(dāng)前解碼幀解碼開始所應(yīng)等待的時(shí)間， 用以防止解碼器的緩沖器（buffer ）出現(xiàn) 上溢或下溢。在PES層，主要是在PES包頭信息中出現(xiàn)的PTS（顯示時(shí)間標(biāo)簽）和 DTS（解碼時(shí)間標(biāo)簽）。而在TS流中，TS包頭包含了 PCR節(jié)目時(shí)鐘參考），用于 解碼器的系統(tǒng)時(shí)鐘恢復(fù)。在節(jié)目流PS包頭中包含SCR它的定義和作

6、用與PCF域 相似。3時(shí)間模型MPEG-2在其系統(tǒng)層語(yǔ)法中給出了一個(gè)具有恒定的端到端的延遲的時(shí) 間模型，該模型可用來(lái)指導(dǎo)系統(tǒng)層編碼器與解碼器的同步。同步的好壞直接影響 到視頻和音頻的連續(xù)性和配合效果，因而，系統(tǒng)層編碼器與解碼器之間同步的實(shí) 現(xiàn)在整個(gè)系統(tǒng)中占有極為重要的地位，而解碼器是否同步于編碼器也成為解碼器 件設(shè)計(jì)優(yōu)劣的一個(gè)判定標(biāo)準(zhǔn)。在MPEG-2系統(tǒng)層時(shí)間模型中，它的端到端延遲一一從信號(hào)進(jìn)入編碼器到信號(hào)從 解碼器輸出是一個(gè)常數(shù)，信號(hào)總共經(jīng)過(guò)編碼器、編碼緩沖器、多路復(fù)用器、傳輸 或存儲(chǔ)、解復(fù)用器、解碼緩沖器以及解碼器等器件的延遲，其時(shí)間模型如圖2所示。所有的視頻和音頻采樣進(jìn)入編碼器后，經(jīng)一恒

7、定的延遲，在解碼器分 別輸出顯示，采樣率在編碼器和解碼器中應(yīng)嚴(yán)格相等。在MPEG-沖，所有的時(shí)序被定義成一個(gè)共同的系統(tǒng)時(shí)鐘，即系統(tǒng)時(shí)間時(shí)鐘（STC，故編碼器、解碼器 的系統(tǒng)時(shí)鐘必須同步。解碼器的系統(tǒng)時(shí)鐘應(yīng)由編碼器的系統(tǒng)時(shí)鐘經(jīng)恒定延遲后恢 復(fù)出來(lái)，以服從于編碼器。對(duì)于節(jié)目流而言，這個(gè)時(shí)鐘可以與視頻或音頻采樣時(shí)鐘之間有一個(gè)嚴(yán)格的 特定比率，或者稍有區(qū)別，但仍足以提供精確的端到端的時(shí)序和時(shí)鐘恢復(fù)，而在傳輸流中，此系統(tǒng)時(shí)鐘頻率與視頻或音頻采樣時(shí)鐘之間任何時(shí)候都必須有嚴(yán)格的 比率關(guān)系，其目的是為了在解碼器中恢復(fù)采樣率。4時(shí)間標(biāo)簽定義及同步機(jī)制編碼器中有單一的共同系統(tǒng)時(shí)鐘（其頻率惟 27 MHZ，此時(shí)鐘用

8、來(lái)產(chǎn) 生指示音頻和視頻的正確顯示和解碼時(shí)序的時(shí)間標(biāo)簽，同時(shí)可用來(lái)指示在抽樣間隙中系統(tǒng)時(shí)鐘本身的瞬時(shí)值。指示音頻和視頻顯示時(shí)間的時(shí)間標(biāo)簽稱為顯示時(shí)間 標(biāo)簽（PTS，指示音頻和視頻的解碼時(shí)間標(biāo)簽稱為解碼時(shí)間標(biāo)簽（ DTS，指示 系統(tǒng)時(shí)鐘本身的瞬時(shí)值的時(shí)間標(biāo)簽稱為節(jié)目參考時(shí)鐘標(biāo)簽（PCR/SCR。解碼器通過(guò)VBVDelay來(lái)確定解碼起始，用解碼時(shí)間標(biāo)簽（DTS和顯示時(shí)間標(biāo)簽（PTS 來(lái)確定解碼和顯示次序，用PCR/SCR來(lái)獲得系統(tǒng)時(shí)鐘的同步。解碼器中的系統(tǒng)時(shí) 鐘和同步就是依*這些時(shí)間標(biāo)簽來(lái)進(jìn)行恢復(fù)和修正。PCR/SCR PTS DTS具體編碼方式如下：PCR/SCR的插入必須在PCR/SCR字段的最

9、后離開復(fù)用器的那一時(shí)刻， 同時(shí)把27 MHz系統(tǒng)時(shí)鐘的采樣瞬時(shí)值作為PCR/SCR字段插入到相應(yīng)的PCR/SCR 域。PCR/SCR 42 bits 的計(jì)數(shù)值，其中 33 bits 為 PCR Base/SCR Base 是以 27 MHz時(shí)鐘經(jīng)300分頻后的時(shí)鐘為單位的計(jì)數(shù)值； 9 bits 的PCR Ext/SCR Ext， 則是以27 MHz時(shí)鐘為單位的計(jì)數(shù)值。t（i）表示第i個(gè)包含PCR/SCF字段的最 后一位的字節(jié)最后離開復(fù)用器的時(shí)間。PCR具體編碼方式如下（SCR的編碼方式 和 PCR雷同）:PCR Base（ i ）= 系統(tǒng)時(shí)鐘頻率x t（i） DIV300%2 33PCR Ex

10、t( i )= 系統(tǒng)時(shí)鐘頻率x t(i) %300PCR( i )=PCR Base( i ) x 300+PCR Ext( i )PTS域?yàn)?3 bits，編碼成為3個(gè)獨(dú)立的字段，表示此分組中第一個(gè)訪問(wèn)單元在 系統(tǒng)目標(biāo)解碼器中的預(yù)定顯示時(shí)間，其具體的編碼方式如下：PTS( k )=系統(tǒng)時(shí)間頻率x tp(k) DIV300 %2 33 式中：tp (k)顯示單垣p(k)的顯示時(shí)間；p(k)相應(yīng)于此分組數(shù)據(jù)的第一個(gè)訪問(wèn)單元的顯示單元。DTS域也為33 bits，編碼成為3個(gè)獨(dú)立的字段，表示此分組中第一個(gè)訪問(wèn)單元 在系統(tǒng)目標(biāo)解碼器中的預(yù)定解碼時(shí)間，其具體的編碼方式如下：DTS( j )= 系統(tǒng)時(shí)間

11、頻率x td(j) DIV300 %2 33式中：td (j )訪問(wèn)單元An(j)的解碼時(shí)間；An(j)相應(yīng)于此分組數(shù)據(jù)開始的第一個(gè)訪問(wèn)單元的顯示單元。一般地，解碼端解碼時(shí)，首先利用 PCR重建和編碼器同步的27 MHz系統(tǒng)時(shí)鐘， 恢復(fù)27 MHz系統(tǒng)時(shí)鐘后，再利用PES流中的DTS PTS進(jìn)行音、視頻的同步，同 時(shí)利用VBV Delay在解碼器中的Buffer充盈到相應(yīng)程度后啟動(dòng)初始解碼。由MPEG-2隹薦的解碼模型(見圖3)可以知道，MPEG-2解碼器的同步是由系統(tǒng) 層解復(fù)用器、時(shí)鐘控制單元和基本流解碼器三者共同配合來(lái)完成的。根據(jù)該模型以及本文前面的分析，可知解碼器同步算法如下：(1) M

12、PEG-2復(fù)用器從輸入碼流的包頭中解出時(shí)間信息PCR/SC送入到系統(tǒng)時(shí) 間時(shí)鐘恢復(fù)電路；(2) 系統(tǒng)時(shí)間時(shí)鐘恢復(fù)電路在接收到每一個(gè)新的SCR/PC時(shí)，進(jìn)行本地系統(tǒng)時(shí) 間時(shí)鐘恢復(fù)和鎖相；(3) 解復(fù)用器從輸入碼流的PES包頭中解出顯示時(shí)間標(biāo)簽PTS和解碼時(shí)間標(biāo)簽 DTS并送入到基本流解碼器中；(4) 基本流解碼器在接收到新的PTS/DTS存入對(duì)應(yīng)的FIFO中進(jìn)行管理；(5) 對(duì)于沒(méi)有DTS/PTS的顯示單元，需要對(duì)其時(shí)間標(biāo)簽進(jìn)行插值，并送入到 FIFO中管理；(6) 每一顯示單元開始解碼前，用其對(duì)應(yīng)的 DTS與 STC進(jìn)行比較，當(dāng)STC與 DTS相等時(shí)開始解碼；(7) 每一顯示單元開始顯示前，用

13、其對(duì)應(yīng)的 PTS與 STC進(jìn)行比較，當(dāng)STC與 PTS相等時(shí)開始顯示。在理想情況下，PTS和 DTS的值應(yīng)該是相同的，但由于實(shí)際解碼器解 碼需要一定的時(shí)間，一般PTS和 DTS的值是不同的。如果在PES包頭中只出現(xiàn)了 PTS我們就認(rèn)為DTS=PTS5系統(tǒng)時(shí)鐘(STC恢復(fù)在編碼器中，STC的恢復(fù)是同步的關(guān)鍵。如果解碼器中的時(shí)鐘頻率和 編碼器的時(shí)鐘頻率嚴(yán)格匹配，那么視頻和音頻的解碼和顯示將自動(dòng)和編碼器保持 相同的速率，而端到端的延遲將為常數(shù)。當(dāng)編碼器與解碼器匹配時(shí)，任何正確的 SCR/PC值可用來(lái)設(shè)置解碼器STC的瞬時(shí)值，而且此后不需要更多的調(diào)整，解碼 器的STC就與編碼器的STC相匹配。但在實(shí)際

14、中，解碼器均有自主的系統(tǒng)時(shí)間頻 率，并不和編碼器的系統(tǒng)時(shí)鐘匹配，因而需要利用接收到的SCR/PC值來(lái)使解碼 器服從于編碼器，使解碼器的時(shí)鐘服從于接收的數(shù)據(jù)流的典型方法是通過(guò)鎖相環(huán)(PLL)。用鎖相環(huán)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)鐘恢復(fù)的框圖如圖4所示。當(dāng)一個(gè)新節(jié)目的PCR到達(dá)解碼器時(shí)，需要更新時(shí)間基點(diǎn)，STC被設(shè)置 為編碼于PCR/SCR中的當(dāng)前值。通常第一個(gè)從解復(fù)用器中解出的 PCR/SCR被直接 裝入到STC的計(jì)數(shù)器，其后PLL為閉環(huán)操作。每當(dāng)一個(gè)新節(jié)目的PCR/SC到達(dá)解 碼器時(shí)，此值被認(rèn)為是鎖相環(huán)的參考頻率， 用來(lái)和STC的當(dāng)前值比較，產(chǎn)生的差 值e經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制后被輸入低通濾波器并經(jīng)放大，輸出為控制信

15、號(hào)f ，用來(lái)控 制振蕩器（VCO的瞬時(shí)頻率，VCO俞出的頻率是在27 MHz左右振蕩信號(hào)，它作 為解碼器的系統(tǒng)時(shí)鐘。27 MHz時(shí)鐘經(jīng)波形整理后輸入到計(jì)數(shù)器中，產(chǎn)生當(dāng)前的 STC值，其33 bits的90 kHz部分用于和PTS/DTS:匕較，產(chǎn)生解碼和顯示的同 步信號(hào)。6DTS/PTS的 管理STC輸出的33 bits 中，90 kHz部分（即PCR-Base域）用于與PTS 和DTS作比較，當(dāng)二者相同時(shí)，相應(yīng)的單元被顯示或者解碼。但按照MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，PTS/DTS位于PES包的包頭中，而解復(fù)用器所解出的 PES包頭的字節(jié) 不被送入到任何基本流解碼器的輸入緩沖區(qū)，僅用于控制各解碼器

16、工作。每當(dāng)解復(fù)用解到一個(gè)PTS/DTS時(shí)，就表明其后送入各個(gè)基本流解碼器的輸入緩沖器中的 編碼數(shù)據(jù)的顯示/解碼時(shí)間，但此時(shí)送入信道緩沖器中的基本流并不一定立即被 解碼，因此基本流解碼器必須記錄當(dāng)前這個(gè) PTS/DTS及所對(duì)應(yīng)的碼流位置，以利 于后面的解碼和顯示同步。針對(duì)以上分析，我們采用如下方法來(lái)達(dá)到解碼與顯示的同步：在每一 個(gè)基本流解碼器中建立一個(gè) 33 bits的PTS/DTS先入先出存儲(chǔ)器（FIFO），用以 存放PTS/DTSfi，同時(shí)MPEG-23流解復(fù)用器中加入一個(gè)檢測(cè)電路，每當(dāng)碼流開 始新的一幀圖像時(shí)，則產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，用來(lái)通知基本流解碼器，并將該幀圖像的 PTS/DTS寫入到FIF

17、O中，同時(shí)，每當(dāng)解碼器解到一幀圖像時(shí)，就從 FIFO中讀出 相應(yīng)的PTS/DTS此PTS/DTS與 STC進(jìn)行比較，當(dāng)兩者相等時(shí)，當(dāng)前圖像就開始 顯示/解碼。在MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)中，并非每一個(gè)PES包或每一幀圖像均有 PTS和DTS 一般 PS流中每?jī)蓚€(gè)PTS之間的間隔是0.7 s,而TS流中每?jī)蓚€(gè)PTS之間的間隔是0.1 s，所以在沒(méi)有PTS和 DTS的一幀圖像出現(xiàn)時(shí)，我們可以在前一 PTS/DTS的基礎(chǔ) 上加一增量得到對(duì)應(yīng)該幀圖像的 PTS/DTS并將計(jì)算出來(lái)的新的PTS/DTS插入到 存放PTS/DTS的 FIFO中去，即：PTS n =PTS n -1+ PTS7PTS/DTS同步實(shí)現(xiàn)和

18、失步處理27 MHz系統(tǒng)時(shí)鐘經(jīng)過(guò)1/300分頻后，得到本地的33 bits PCR Base ， 該時(shí)鐘與寄存器中當(dāng)前圖像的 PTS/DTS進(jìn)行比較，系統(tǒng)軟件根據(jù)比較結(jié)果做出相 應(yīng)的處理：（1）若當(dāng)前的PTS/DTS比 PCR數(shù)器的值小于半幀以上，即PTS-SCR Basec - PTS/2此時(shí)說(shuō)明系統(tǒng)解碼過(guò)慢，解碼器處于失步狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)該幀的結(jié)構(gòu)做出相應(yīng)的同 步調(diào)整；（2）若當(dāng)前的PTS/DTS比 SCF計(jì)數(shù)器的值在半幀時(shí)間以內(nèi)，我們認(rèn)為此時(shí)系統(tǒng) 解碼正常，立即顯示/解碼當(dāng)前幀；（3）若當(dāng)前的PTS/DTS大于SCR計(jì)數(shù)器的值，則此時(shí)解碼器正?；蛏钥欤谶@ 種情況下，只需等到SCR與 PTS

19、/DTS相等時(shí)，就可顯示/解碼。per pts dts2009-05-06 15:12DM500!星接收機(jī)中系統(tǒng)時(shí)鐘電路的正常工作，是確保整機(jī)能夠正常工作的前 提。在MPEG-2解碼方案的DVB系統(tǒng)時(shí)鐘電路中，絕大多數(shù)采用 27MHZ勺系統(tǒng)時(shí) 鐘。主要為接收機(jī)中的解復(fù)用和解碼器提供系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)鐘和視頻時(shí)鐘，接收機(jī)所需的其他時(shí)鐘（除LAN電路外）如252MHZ勺CPUT作時(shí)鐘，均由27MHZ寸鐘經(jīng) 芯片內(nèi)部的PLL電路分倍頻產(chǎn)生。PCR寸鐘恢復(fù)功能1、PCR寸鐘恢復(fù)功能原理為了保持時(shí)鐘頻率的穩(wěn)定性，數(shù)字接收機(jī)都應(yīng)該具有PCR寸鐘恢復(fù)功能。 因?yàn)閿?shù)字電視系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)， 為了保證收發(fā)端的正常

20、工作，接收端與 發(fā)送端的頻率和相位一致，必須建立收發(fā)端的 PCR（Program Clock Peferenee :節(jié)目參考時(shí)鐘）時(shí)鐘恢復(fù)功能。如果 沒(méi)有這個(gè)功能，接收機(jī)工作較長(zhǎng)時(shí)間后，時(shí)鐘誤差就會(huì)累積，累積到一定程度就 會(huì)出現(xiàn)接收畫面停幀或技幀現(xiàn)象。PCR時(shí)鐘恢復(fù)功能原理，在發(fā)送端的視頻編碼器中，有一個(gè)由硬件時(shí)鐘 電路產(chǎn)生的27MHZ寸鐘，編碼過(guò)程中不斷讀取27MHZ寸鐘。同時(shí)利用計(jì)數(shù)器對(duì)系 統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)，形成PCR然后每隔一段時(shí)間將PCR隨基本流數(shù)據(jù)一起放入傳送流 編碼器中，在傳送流編碼器中匯同音頻幀、視頻幀等一起編碼成以188字節(jié)為1包、符合MPEG-2

21、標(biāo)準(zhǔn)的TS流，傳送出去。接收端有一個(gè)正在工作的本地系統(tǒng) 27MHZ寸鐘，其額定頻率與發(fā)送端時(shí) 鐘相等，同樣也有一個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì)它計(jì)數(shù)形成一個(gè)本地PCR接收端將從發(fā)送端獲取的TS流經(jīng)過(guò)傳送流解碼器解碼后，將取得的 PCR與本地PCF比較，并用比較 結(jié)果形成的控制電壓經(jīng)低通濾波器濾波后， 產(chǎn)生一個(gè)直流電壓去控制27MHZ±控 振蕩（VCO電路，VCO電路調(diào)整本地27MHZ寸鐘，使之與發(fā)送端時(shí)鐘同步，這 樣就完成PCR寸鐘的恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)收發(fā)端聲音和圖像完全同步。2、PCR寸鐘恢復(fù)功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)于DVB寸鐘恢復(fù)功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)于DVB系統(tǒng)傳輸來(lái)說(shuō)，恢復(fù)PCR寸鐘是一個(gè)基本要求，因?yàn)橹挥?PCR 時(shí)鐘正確

22、，接收機(jī)才能恢復(fù)基準(zhǔn) 27MHZ（土 30PPM時(shí)鐘。在DVB系統(tǒng)時(shí)鐘電路中，通過(guò)增設(shè)對(duì)27MHZ寸鐘電路中的VCO閉路鎖相的硬件控制，來(lái)達(dá)到PCR時(shí)鐘 恢復(fù)的目的。一些普及型衛(wèi)星接收機(jī)為節(jié)省硬件成本， 并未采用VCXOfe路，而是通過(guò) 系統(tǒng)軟件程序避免這種情況，或讓這種情況出現(xiàn)時(shí)不那么明顯。不過(guò)在DM500原廠機(jī)和早期仿制機(jī)中，均運(yùn)用了普通晶振 +壓控晶振（VCXOVoltage&n bsp;C on trol&n bsp;X-tal&n bsp;Oscillator）芯片的解決方案。VCXC芯片簡(jiǎn)介1、PLL502-02芯片簡(jiǎn)介在電路板上印制標(biāo)記為P502（U23）

23、芯片，是美國(guó)Phaselink公司壓控 晶振專用PLL502系列芯片中的一種，為PLL502-02二倍頻芯片，其典型可調(diào)頻 率范圍是土 250PPM額定工作電源電壓為3.3V。采用SOIC（Small&n bsp;Outli ne&n bsp;IC :小輸出線集成電路）圭寸裝方式。其中1、8腳接晶振兩端，6腳接+3.3V電源，4腳接地，3腳VCO接CPU 的PWMI號(hào)控制端，5腳為27MHZ俞出端。在PLL502-02內(nèi)部，主要由VCXC電 路和PLL （鎖相環(huán)）電路構(gòu)成，其中PLL電路部分由基準(zhǔn)頻率、相位檢波器、電 荷泵、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器 VCC和分頻器組成。晶體振蕩電

24、路配合外部的晶振產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率，相位檢波器用于比較基準(zhǔn) 頻率信號(hào)和反饋信號(hào)的相位，環(huán)路濾波器對(duì)由相位檢波器的電荷泵所產(chǎn)生的電流 脈沖進(jìn)行積分，以生成施加于 VCO勺調(diào)諧控制電壓。VCO俞出通過(guò)分頻器負(fù)反饋 到相位檢波器，迫使VCC在達(dá)到平衡時(shí)產(chǎn)生與基準(zhǔn)頻率兩倍相等的頻率。當(dāng)VCO的輸出頻率和相位都與基準(zhǔn)頻率和相位相等時(shí)，就認(rèn)為PLL處于“鎖定”狀態(tài)。與PLL502-02芯片功能結(jié)構(gòu)相同的還有美國(guó)一些公司的產(chǎn)品，如ICS公司的MK3727 AMI半導(dǎo)體公司（AMIS的FS6128 PERICO半導(dǎo)體公司的 P16CX100-35 TLSI公司的T83027A-02等，可以直接代換。2、T73227

25、芯片簡(jiǎn)介美國(guó)TLSI公司的T73227芯片，是一款高精度壓控晶振專用芯片。輸入 標(biāo)準(zhǔn)的27MHz晶振信號(hào)，輸出27MHZ勺時(shí)鐘信號(hào)，其典型可調(diào)頻率范圍是 ± 150PPM額定電源電壓為3.3V。有SOIC和 MSO兩種封裝方式封 裝。系統(tǒng)時(shí)鐘電路DM500接收機(jī)所采用的系統(tǒng)時(shí)鐘電路，主要有 PLL502-02芯片+13.5MHZ 晶振和T73227芯片+27MHz晶振兩種方案，其電路原理是一樣的。1、PLL502-02+13.5MHZ方案采用PLL502-02+13.5MHZ方案的系統(tǒng)時(shí)鐘部分電路 板。在該電路中，由13.5MHZ晶振（丫2）和負(fù)載電容C217 C218和PLL502

26、-02 （ U23芯片內(nèi)部的VCXO電路構(gòu)成時(shí)鐘振蕩，再經(jīng)過(guò)芯片內(nèi)部的 PLL 鎖相、緩沖整形輸出27MHZ勺系統(tǒng)時(shí)鐘，這也是機(jī)器剛開始復(fù)位工作時(shí)本地的強(qiáng) 制時(shí)鐘。一旦接收機(jī)接收到信號(hào)并成功鎖定后，則通過(guò)主芯片U15在軟件的控制下，實(shí)地地解析出PCF與本地PCR勺差值后，再通過(guò)主芯片內(nèi)部的PWM永 寬調(diào)制）單元輸出PWMI制信號(hào)，經(jīng)過(guò)外部的R205 C215組成的低通濾波器， 濾掉PWM&出的高頻信號(hào)，保留低頻的直流分量，送到U23的3腳，調(diào)節(jié)片內(nèi)的 變?nèi)荻O管，使產(chǎn)生的本地系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，使之與發(fā)送端節(jié)目的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率同2、T73227+27MH方案彩T73227+27MH方案的系統(tǒng)時(shí)

27、鐘部分電路板，實(shí)際上 T73227芯 片和PLL502-02芯片完全兼容，因此組成的電路也完成相同，只是將晶振由 13.5MHZ更換為27MHZI卩可。3、74HCU04+27MH方案后期的DM500灰殼機(jī)采用74HCU04+27MH晶振方案74HCU04是 74系列邏輯集成電路中一種六反相器， 芯片含有6個(gè) 非門，該方案系統(tǒng)時(shí)鐘電路。該電路采用皮爾斯振蕩電路，使用 74HCU0（ U23）芯片中的F6、 F2兩個(gè)反相器，其中F6和27MHZi振以及C217、C218構(gòu)成構(gòu)成27MHZ寸鐘振 蕩電路，F(xiàn)6在電路中起反相激勵(lì)振蕩作用，F(xiàn)2為輸出的振蕩波形進(jìn)行緩沖和整 形。C217、C218為負(fù)載

28、電容，與晶振一起決定負(fù)載諧振頻率，負(fù)載電 容常用標(biāo)準(zhǔn)值有12PF 16PF 20PF和30PF等。R203、R204為負(fù)載電阻，其中R203和晶振并聯(lián)，在電路上起反 饋?zhàn)饔茫晕ǚ聪嗥鬏斎攵说墓ぷ鼽c(diǎn)電壓在 VDD/2;這樣在振蕩信號(hào)反饋在輸入 端時(shí)，能保證反相器工作在適當(dāng)?shù)墓ぷ鲄^(qū)， 使得振蕩幅度趨于穩(wěn)定。如果用芯片 中的反相器來(lái)作振蕩，必須外接這個(gè)電阻，對(duì)于 CMO芯片而言，該反饋電阻一 般選取1MQ阻值。R204和晶振串聯(lián)，作為驅(qū)動(dòng)電位調(diào)整之用，預(yù)防止晶振被 過(guò)分驅(qū)動(dòng)而引起頻率上升，導(dǎo)致晶振早期失 效。該電路輸出的是固定的27MHz本地系統(tǒng)時(shí)鐘，不能夠隨發(fā)送端的 時(shí)鐘作同步調(diào)節(jié)Mpeg-2的

29、同步及時(shí)間恢復(fù)2009-05-06 14:52一、引言Mpeg-2用于視音頻同步以及系統(tǒng)時(shí)鐘恢復(fù)的時(shí)間標(biāo)簽分別在ES, PES和TS這3個(gè)層次中。在ES層，與同步有關(guān)的主要是視頻緩沖驗(yàn)證 VBV(Video Buffer Verifier )，用以防止解碼器的緩沖器出現(xiàn)上溢或者下溢；在 PES層，主要是在 PES頭信息里出現(xiàn)的顯示時(shí)間標(biāo)簽 PTS (Presentation Time Stamp)和解碼時(shí)間 標(biāo)簽DTS( Decodi ng Time Stamp；在TS層中，TS頭信息包含了節(jié)目時(shí)鐘參考 PCR( Program Clock Referenee )，用于恢復(fù)出與編碼端一致的系統(tǒng)

30、時(shí)序時(shí)鐘 STC (System Time Clock )。通常的視頻壓縮算法都米用了可變長(zhǎng)編碼，編碼生成的視頻碼流是可變碼率的。 為了能夠在實(shí)際的固定碼率信道或者可變碼率信道上傳輸，需要引入緩沖區(qū)緩存視頻碼流數(shù)據(jù)。因此，視頻編碼算法必須提供一個(gè)有效的緩沖區(qū)管理策略，確保緩沖區(qū)不會(huì)發(fā)生上溢和下溢。編碼器通過(guò)碼率控制算法，調(diào)整生成的視頻碼流滿 足既定的緩沖區(qū)管理策略；同時(shí)在碼率控制算法中使用自適應(yīng)量化方法，確保壓縮視頻的質(zhì)量。緩沖區(qū)管理策略通常都是建立在一個(gè)假想的解碼器模型上，該解碼器模型直接和編碼器的輸出相連接，緩沖區(qū)管理策略通過(guò)控制編碼視頻數(shù)據(jù)流移入和移出 解碼器緩沖區(qū)的時(shí)間以保證解碼器模型

31、的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)不上溢也不下溢。在Mpeg標(biāo)準(zhǔn)中，該解碼器模型稱為VBV VBV在 ES層中定義。在Mpeg-2編碼器中有單一的共同系統(tǒng)時(shí)鐘，此時(shí)鐘用來(lái)產(chǎn)生指示音頻和視 頻的正確顯示和解碼時(shí)序的時(shí)間標(biāo)簽，同時(shí)可用來(lái)指示在抽樣瞬間系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)間 的瞬時(shí)值。正是編碼器中共同系統(tǒng)時(shí)鐘的出現(xiàn)，以及解碼器中時(shí)鐘的重新生成和 時(shí)間標(biāo)簽的正確使用，才為解碼器中操作的正確同步提供了基準(zhǔn)。Mpeg-2規(guī)定的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為27MHz傳輸流中的PCR PTS/DTS等均為對(duì) 該共同系統(tǒng)時(shí)鐘的采樣值。解碼端捕獲PCR恢復(fù)出本地的STC作為音視頻同步控制的基準(zhǔn)，并依據(jù)PTS (DTS時(shí)間標(biāo)簽來(lái)安排解碼和顯示時(shí)間表，使音視 頻

32、分別同步于STC以實(shí)現(xiàn)音視頻之間的同步。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在原始音頻和視頻流中， PTS的間隔不能超過(guò)0.7s，而出現(xiàn)在TS包頭的PCR、可隔不能超過(guò)0.1s。二、STC與 PCRSTC是視音頻同步控制的基準(zhǔn)，它是一串頻率為 27MHz的脈沖，觸發(fā)計(jì)數(shù)器 而形成一個(gè)二進(jìn)制表示的時(shí)間基準(zhǔn)，再通過(guò)對(duì)該時(shí)間基準(zhǔn)SCT®行取樣得到PCR PTS和 DTS等時(shí)間標(biāo)簽。在編碼和解碼端，系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖是由振蕩器等硬件產(chǎn)生， 在解碼端STC通過(guò)在碼流中定時(shí)傳送的PCR利用鎖相環(huán)(PLL)技術(shù)來(lái)與編碼端 STC保持一致。PCR是由對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖觸發(fā)的計(jì)數(shù)器狀態(tài)抽樣而來(lái)，是放在TS包頭的自適 應(yīng)區(qū)中傳送。PCF共占

33、6Bytes，其中6bits 預(yù)留，42bits有效位。42bits的PCR分為兩部分：33bits 的 PCR-Base和 9bits 的 PCR-Ext。PCR-Base是由 27MHzB 沖經(jīng)300分頻后的90kHz脈沖觸發(fā)計(jì)數(shù)器，再對(duì)計(jì)數(shù)器狀態(tài)進(jìn)行取樣得到的。 PCR-Ext是由27MHz脈沖直接觸發(fā)計(jì)數(shù)器，再對(duì)計(jì)數(shù)器狀態(tài)進(jìn)行取樣得到的。PCR 的具體編碼方式如下(編碼在 PCR(i)中的數(shù)值代表了 t(i) ，i指包含PCR-Base 字段的最后一位的字節(jié))：PCRBase(i)=90kHz x t(i),mod(233)PCRExt(i)=27MHz x t(i),mod(300)

34、PCR(i)=PCR-Base(i) x 300+ PCR-Ext(i)當(dāng)新節(jié)目的PCF到達(dá)解碼器時(shí)，需要更新時(shí)間基點(diǎn)，STC就被置位。通常第 一個(gè)從解復(fù)用器中解出的PCR被直接裝入到STC計(jì)數(shù)器，其后PLL閉環(huán)操作。每 當(dāng)一個(gè)新節(jié)目的PCR到達(dá)解碼器時(shí)，此值被認(rèn)為是鎖相環(huán)的參考頻率，用來(lái)與 STC的當(dāng)前值比較，產(chǎn)生的差值e經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制后被輸入低通濾波器并經(jīng)放大， 輸出控制信號(hào)f,用來(lái)控制振蕩器(VCO的瞬時(shí)頻率，VCO俞出的頻率是在27MHz 左右振蕩的信號(hào)，作為解碼器的系統(tǒng)時(shí)鐘。27MHz時(shí)鐘經(jīng)過(guò)波形整理后輸入到計(jì) 數(shù)器中，產(chǎn)生當(dāng)前的STC值，其33bits的90kHz部分用于和PTS/D

35、TS比較，產(chǎn) 生解碼和顯示的同步信號(hào)。PCR-Base的作用是在解碼器切換節(jié)目時(shí)，提供對(duì)解碼器PCF計(jì)數(shù)器的初始值，以讓該P(yáng)CRfi與PTS DTS最大可能地達(dá)到相同的時(shí)間起點(diǎn)。PCR-ext的作 用是通過(guò)解碼器端的鎖相環(huán)電路修正解碼器的系統(tǒng)時(shí)鐘，使其達(dá)到和編碼器一致的 27MHz圖1顯示了解碼器如何用PCR來(lái)重建每個(gè)節(jié)目的遠(yuǎn)地27MHz時(shí)鐘。三、DTS和 PTSDTS是編碼器在編碼時(shí)定義的，為解碼器預(yù)定的解碼時(shí)間。該時(shí)間標(biāo)記出現(xiàn) 在PES層，在PES頭部時(shí)間域中存在。它也是一個(gè) 33bits的計(jì)數(shù)值，也是對(duì)系 統(tǒng)時(shí)鐘的300分頻的時(shí)鐘的計(jì)數(shù)值。由于它和PCF有相同的起點(diǎn)，在PCF值連續(xù) 的情

36、況下，可以起到時(shí)間定時(shí)的作用，當(dāng)本機(jī)PCRfi （連續(xù)）和DTS值相等時(shí)，表示它們計(jì)算了同樣的時(shí)鐘，也即它們經(jīng)過(guò)了相同的時(shí)間。本機(jī)PCR起到的是連 續(xù)計(jì)數(shù)的功能，DTS則是在等待這個(gè)時(shí)間，一旦等到這個(gè)時(shí)間，就表明它的解碼 次序排好了，因?yàn)檫@個(gè)解碼次序是在編碼的時(shí)候規(guī)定的， 對(duì)編碼的具體細(xì)節(jié)我們 可以不做了解，我們只要查詢到DTS就可以進(jìn)行下一步的工作。這個(gè)也有利于編 碼器和解碼器研發(fā)的獨(dú)立性，少了一些捆綁，多了一些兼容。DTS就視頻來(lái)說(shuō)，因?yàn)橐曨l編碼的時(shí)候用到了雙向預(yù)測(cè)，一個(gè)圖像單元被解出，并非馬上就被顯示， 可能在存儲(chǔ)器中留一段時(shí)間，作為其余圖像單元的解碼參考，在被參考完畢后， 才被顯示。針

37、對(duì)視頻的顯示，Mpeg還提出了一個(gè)視頻PTS針對(duì)音頻和視頻的同 步顯示，又提出了一個(gè)音頻PTS由于聲音沒(méi)有用到雙向預(yù)測(cè)，它的解碼次序就 是它的顯示次序，故對(duì)它只提出 PTS的概念。PTS是編碼器定義的，為解碼器規(guī)定某個(gè)單元的顯示時(shí)間。它也是一個(gè) 33b 的計(jì)數(shù)值，也是對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘的300分頻的時(shí)鐘的計(jì)數(shù)值。要注意的是，PCR DTS PTS應(yīng)該具有相同的時(shí)間起點(diǎn)，選在模擬圖像的場(chǎng)同步處開始計(jì)時(shí)是很好的辦法。一個(gè)單元解碼后被顯示，PCR計(jì)數(shù)器重新計(jì)數(shù)，開始下一個(gè)單元的工作。四、PCF測(cè)量PCR精度(PCR_AC)接收PCR中所含27MHZ寸鐘的不準(zhǔn)確度，但不包含任何傳 輸定時(shí)損傷。測(cè)量時(shí)傳輸碼流中

38、PCF字節(jié)位置作為起點(diǎn)，計(jì)算出PCR到達(dá)時(shí)間。PCR漂移率(PCR_DR) PCF漂移率測(cè)量指的是PCF中的低頻誤差并計(jì)入了由PCR 發(fā)生和再生引起的誤差以及由傳輸損傷所引起的到達(dá)時(shí)間誤差。即PCR內(nèi)所含27MHz時(shí)鐘的低頻變化速率，測(cè)量時(shí)以某一穩(wěn)定外部基準(zhǔn)作為參考，因此包含了 任何傳輸定時(shí)變化。下面的例子可用來(lái)說(shuō)明 PCR漂移率的重要性：我們來(lái)看一下由PLL控制的本地時(shí)鐘再生器。再生器輸出端的信號(hào)頻率應(yīng)當(dāng) 跟蹤輸入信號(hào)頻率，隨著輸入信號(hào)頻率的變化，PLL也隨之作出響應(yīng)，本地再生器將跟蹤輸入信號(hào)，隨著輸入信號(hào)變化速率的增加，PLL的跟蹤能力會(huì)有所降低， 最后將導(dǎo)致本地發(fā)生信號(hào)失鎖而丟失節(jié)目。P

39、CR漂移率的測(cè)量給出了一種測(cè)定方 法，即如何更好地使去復(fù)用器/解碼器或再?gòu)?fù)用器的節(jié)目時(shí)鐘鎖定于輸入 TS中 所包含的PCR注意這里指的是漂移率的測(cè)量而不是絕對(duì)頻率的測(cè)量，接收機(jī)端 的PLL電路可以鎖定于系統(tǒng)時(shí)鐘，該時(shí)鐘有著固定的頻率誤差一如果是快速變化 或漂移率大，則會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題)。PCR總抖動(dòng)(PCR_OJ): PCR內(nèi)所含27MHz時(shí)鐘的高頻變化，測(cè)量時(shí)以某一穩(wěn)定 外部基準(zhǔn)作為參考，因此包含了任何傳輸定時(shí)變化。它是PCRM量中最重要的一 項(xiàng)，是PCR中高頻誤差的總體測(cè)量并且還包括來(lái)自 PCR發(fā)生和PCR再生的誤差 以及由傳輸損傷引起的到達(dá)時(shí)間誤差。例如該項(xiàng)傳輸損傷可能會(huì)引入到接收機(jī)中 的RF

40、解調(diào)器中。接收機(jī)內(nèi)再生的TS時(shí)鐘以及去復(fù)用器/解碼器所使用的TS時(shí)鐘 可能包含有基本高頻變化，它會(huì)對(duì)PCR的恢復(fù)帶來(lái)直接影響。在這種情形下，解 碼器在復(fù)原PCR中所發(fā)現(xiàn)的PCR到達(dá)時(shí)間誤差可能是土 500ns容限的許多倍， 給PCR精度帶來(lái)不利。任何解碼器均靠接收PCR以準(zhǔn)確再生其節(jié)目時(shí)鐘并提供穩(wěn) 定的視頻輸出。與此相同，任何再?gòu)?fù)用器均靠接收PCR以在其輸出端精確地重新 作出PCR標(biāo)記。PCR的到達(dá)時(shí)間是嚴(yán)格的；因此，測(cè)量包含有到達(dá)時(shí)間誤差和精 度誤差的總抖動(dòng)(PCR_OJJ就是非常必要的。在理想運(yùn)行系統(tǒng)中，傳輸損傷應(yīng)當(dāng)是可以設(shè)計(jì)的。然而在目前典型的分配網(wǎng) 絡(luò)中，包含有再?gòu)?fù)用器、ATM層等各級(jí)

41、鏈路，它們均會(huì)引入誤差。PCR_A是在 復(fù)用器輸出端直接測(cè)量的數(shù)值，不過(guò)它在網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)行監(jiān)視常會(huì)使人迷惑不解， 因?yàn)榘凑斩x，它應(yīng)當(dāng)消除一切傳輸損傷。PCR頻率偏置(PCR_FO)即PCR中所含27MHz時(shí)鐘的頻率偏置，測(cè)量時(shí)以某一 穩(wěn)定的外部基準(zhǔn)作為參考。MPEG-2編碼器中有單一的共同系統(tǒng)時(shí)鐘 STC（27MHz）,此時(shí)鐘用來(lái)產(chǎn)生指示音頻 /視頻正確解碼和顯示時(shí)序的時(shí)間標(biāo)簽，同時(shí)，可用來(lái)指示在抽樣瞬間系統(tǒng)時(shí)鐘 時(shí)間的瞬時(shí)值。該時(shí)鐘由輸入視頻的行同步鎖相，當(dāng)輸入是SDI信號(hào)時(shí)，由其時(shí) 鐘經(jīng)10分頻產(chǎn)生編碼器的系統(tǒng)時(shí)鐘。正是編碼器中共同系統(tǒng)時(shí)鐘的出現(xiàn)，以及 解碼器中時(shí)鐘的重新生成和時(shí)間標(biāo)簽的正

42、確使用，才為解碼器中操作的正確同步提供了基準(zhǔn)。為實(shí)現(xiàn)編解碼器的時(shí)鐘同步，在編碼器中對(duì)STC系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)， 每隔一定的傳輸時(shí)間，在經(jīng)過(guò)選擇的 TS包的適應(yīng)頭中，傳輸該計(jì)數(shù)器的抽樣值 給接收機(jī)，作為解碼器的節(jié)目時(shí)鐘參考信號(hào)，既PCR PCR有效位為42b,其中高33b為PCR_Base是以27MHZ寸鐘，經(jīng)300分頻后的時(shí)鐘為單位的計(jì)數(shù)值， 低9b為PCR_Extension,是以27MHz時(shí)鐘為單位的計(jì)數(shù)值。除 PCF外，解碼時(shí) 間標(biāo)簽DTS和顯示時(shí)間標(biāo)簽PTS也非常重要。它們與 PCR_Bas湘似，也是以 編碼器27MHZ的系統(tǒng)時(shí)鐘，經(jīng)300分頻后為單位的計(jì)數(shù)值來(lái)創(chuàng)建的。其中， DTS 用

43、于指示解碼器何時(shí)對(duì)接收的圖像、音頻幀進(jìn)行解碼，PTS用于通知何時(shí)顯示已解碼的圖像幀。PTS和 DTS只是一個(gè)33b的數(shù)值，如果沒(méi)有PCF所代表的時(shí)間軸做參考，這個(gè)數(shù) 值是沒(méi)有意義的。為了保持正確解碼，必須使編碼器和解碼器（機(jī)頂盒）的系統(tǒng)時(shí) 鐘保持鎖定，即它們的頻率保持一致，以及它們各自的計(jì)數(shù)器的初始值一致。一蠶pEsns#莎蹋匸 音a廻> -ESI兀R E/trDara亠PCR B-itse Dara從碼流中獲得PCRfi，用其PCR_Extention值與當(dāng)前STC的低9b位作比較，得 到誤差信號(hào)，再通過(guò)鎖相環(huán)電路去調(diào)整壓控振蕩器， 使解碼器（機(jī)頂盒）的系統(tǒng)時(shí) 鐘頻率，與編碼器的系統(tǒng)時(shí)

44、鐘頻率保持一致。從碼流中依次獲得各幀的PTS與DTS值，將其和當(dāng)前STC值的高33b位作比較。如果DTS值大于STC值，則對(duì)碼 流進(jìn)行緩存，同時(shí)監(jiān)測(cè)STCfi的變化，當(dāng)STC值增大到與DTS值相等時(shí)，對(duì)該幀 碼流進(jìn)行解碼，當(dāng)STCfi與PTS值相等時(shí)，播放該幀。如果由于傳輸網(wǎng)絡(luò)的緩沖 延時(shí)抖動(dòng)，當(dāng)碼流到達(dá)解碼器（機(jī)頂盒）時(shí)，其PTS值已經(jīng)小于STC值，則解碼器 （機(jī)頂盒）跳過(guò)這一幀，丟棄該幀數(shù)據(jù)。由于PTS和 DTS是根據(jù)PCRfi產(chǎn)生的，因 此必須將獲得的第一個(gè)PCRfi,作為初始值去置位解碼器（機(jī)頂盒）的STC計(jì)數(shù)器， 使它們的值一樣，否則，將導(dǎo)致時(shí)基不同，從而解碼出錯(cuò)。音頻與視頻的處理相

45、 似，只是不存在時(shí)序重排的問(wèn)題。圖 5所示是解碼器（機(jī)頂盒）PCR工作原理圖。i十?dāng)?shù)蓋i十?dāng)?shù)蓋300分壩音師PES音頻解奶咱計(jì)數(shù)器*現(xiàn)頻解碼音畫不同步產(chǎn)生原因在實(shí)際應(yīng)用中，有些編碼器由于輸入視頻信號(hào)的時(shí)基不穩(wěn)，導(dǎo)致其輸出時(shí)鐘發(fā)生抖動(dòng)，幀同步的間隔不是 40ms這些編碼器，在根據(jù) PCR和緩沖延時(shí)設(shè)定初始 的DTS值后，每幀的DTS值，由上一個(gè)DTS加上一個(gè)固定值得到（該值可由如下 計(jì)算而得：27MHz經(jīng)300分頻后為90kHz, PAL制電視每秒為25幀，由此，該值 是90000/25=3600），并根據(jù)幀類型和 GOP類型計(jì)算出PTS值。但這段時(shí)間PCR 值并不是增加3600,導(dǎo)致DTS和P

46、TS相對(duì)PCF變大或變小。有些解碼器（機(jī)頂盒） 沒(méi)有采用壓控震蕩器，其系統(tǒng)時(shí)鐘為固定的 27MHz只是用接收到的PCRfi，初 始化本地系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的值。編碼器和解碼器（機(jī)頂盒）之間不能保持嚴(yán)格的鎖 定，這樣就可能導(dǎo)致解碼器（機(jī)頂盒）丟幀。而有的解碼器（機(jī)頂盒）在發(fā)生丟幀的情況后就不再嚴(yán)格按DTS和PTS解碼顯示，而是根據(jù)緩沖區(qū)的情況來(lái)解碼，由于 視音頻編碼的延時(shí)不一樣，就可能導(dǎo)致音畫不同步。此外，在從編碼器到解碼器(機(jī)頂盒)的傳輸過(guò)程中，由于存在著復(fù)用器、調(diào)制器 等變延時(shí)緩存的環(huán)節(jié)，可能導(dǎo)致 PCR包的傳輸延時(shí)不恒定，有大有小。如果不 對(duì)PCR進(jìn)行修正，也可能導(dǎo)致以上問(wèn)題的發(fā)生。Mpeg-

47、2的同步及時(shí)間恢復(fù)(轉(zhuǎn)載)STC, PCR DTS PTS2009-04-09 16:38摘要：Mpeg-2同步及時(shí)間恢復(fù)在編碼、傳輸和解碼中占有重要的地位，它不僅 直接影響視音頻的解碼質(zhì)量，還是衡量整個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)劣的重要指標(biāo)。本文將從原理上介紹Mpeg-2同步及時(shí)間恢復(fù)方法，并給出 PCR測(cè)量的幾個(gè)項(xiàng)目。關(guān)鍵字：STC PCR DTS PTS一、引言Mpeg-2用于視音頻同步以及系統(tǒng)時(shí)鐘恢復(fù)的時(shí)間標(biāo)簽分別在ES, PES和TS這3個(gè)層次中。在ES層，與同步有關(guān)的主要是視頻緩沖驗(yàn)證 VBV(Video Buffer Verifier )，用以防止解碼器的緩沖器出現(xiàn)上溢或者下溢；在PES層，主要

48、是在PES頭信息里出現(xiàn)的顯示時(shí)間標(biāo)簽 PTS (Presentation Time Stamp)和解碼時(shí)間 標(biāo)簽DTS( Decodi ng Time Stamp)；在TS層中，TS頭信息包含了節(jié)目時(shí)鐘參考 PCR( Program Clock Referenee )，用于恢復(fù)出與編碼端一致的系統(tǒng)時(shí)序時(shí)鐘 STC (System Time Clock )。通常的視頻壓縮算法都米用了可變長(zhǎng)編碼，編碼生成的視頻碼流是可變碼率的。 為了能夠在實(shí)際的固定碼率信道或者可變碼率信道上傳輸，需要引入緩沖區(qū)緩存視頻碼流數(shù)據(jù)。因此，視頻編碼算法必須提供一個(gè)有效的緩沖區(qū)管理策略，確保緩沖區(qū)不會(huì)發(fā)生上溢和下溢。編碼

49、器通過(guò)碼率控制算法，調(diào)整生成的視頻碼流滿 足既定的緩沖區(qū)管理策略；同時(shí)在碼率控制算法中使用自適應(yīng)量化方法，確保壓縮視頻的質(zhì)量。緩沖區(qū)管理策略通常都是建立在一個(gè)假想的解碼器模型上，該解碼器模型直接和編碼器的輸出相連接，緩沖區(qū)管理策略通過(guò)控制編碼視頻數(shù)據(jù)流移入和移出 解碼器緩沖區(qū)的時(shí)間以保證解碼器模型的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)不上溢也不下溢。在Mpeg標(biāo)準(zhǔn)中，該解碼器模型稱為VBV VBV在 ES層中定義。在Mpeg-2編碼器中有單一的共同系統(tǒng)時(shí)鐘，此時(shí)鐘用來(lái)產(chǎn)生指示音頻和視 頻的正確顯示和解碼時(shí)序的時(shí)間標(biāo)簽，同時(shí)可用來(lái)指示在抽樣瞬間系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)間 的瞬時(shí)值。正是編碼器中共同系統(tǒng)時(shí)鐘的出現(xiàn)，以及解碼器中時(shí)鐘的重新

50、生成和 時(shí)間標(biāo)簽的正確使用，才為解碼器中操作的正確同步提供了基準(zhǔn)。Mpeg-2規(guī)定的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為27MHz傳輸流中的PCR PTS/DTS等均為對(duì)該共同系統(tǒng)時(shí)鐘的采樣值。解碼端捕獲 PCR恢復(fù)出本地的STC作為音視頻同 步控制的基準(zhǔn)，并依據(jù)PTS(DTS時(shí)間標(biāo)簽來(lái)安排解碼和顯示時(shí)間表，使音視 頻分別同步于STC以實(shí)現(xiàn)音視頻之間的同步。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在原始音頻和視頻流中， PTS的間隔不能超過(guò)0.7s，而出現(xiàn)在TS包頭的PCR間隔不能超過(guò)0.1s。二、STC與 PCRSTC是視音頻同步控制的基準(zhǔn)，它是一串頻率為 27MHZ勺脈沖，觸發(fā)計(jì)數(shù)器 而形成一個(gè)二進(jìn)制表示的時(shí)間基準(zhǔn)，再通過(guò)對(duì)該時(shí)間基準(zhǔn)SCT&

51、#174;行取樣得到PCR PTS和 DTS等時(shí)間標(biāo)簽。在編碼和解碼端，系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖是由振蕩器等硬件產(chǎn)生， 在解碼端STC通過(guò)在碼流中定時(shí)傳送的PCR利用鎖相環(huán)(PLL)技術(shù)來(lái)與編碼端 STC保持一致。PCR是由對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖觸發(fā)的計(jì)數(shù)器狀態(tài)抽樣而來(lái)，是放在TS包頭的自適 應(yīng)區(qū)中傳送。PCF共占6Bytes，其中6bits 預(yù)留，42bits有效位。42bits的PCR 分為兩部分：33bits 的 PCR-Base和 9bits 的 PCR-Ext。PCR-Base是由 27MHZ永 沖經(jīng)300分頻后的90kHz脈沖觸發(fā)計(jì)數(shù)器，再對(duì)計(jì)數(shù)器狀態(tài)進(jìn)行取樣得到的。PCR-Ext是由27MHZ永沖直

52、接觸發(fā)計(jì)數(shù)器，再對(duì)計(jì)數(shù)器狀態(tài)進(jìn)行取樣得到的。PCR 的具體編碼方式如下(編碼在 PCR(i)中的數(shù)值代表了 t(i) ，i指包含PCR-Base 字段的最后一位的字節(jié))：33PCRBase(i)=90kHz x t(i),mod(2 )PCRExt(i)=27MHz x t(i),mod(300)PCR(i)=PCR-Base(i) x 300+ PCR-Ext(i)當(dāng)新節(jié)目的PCR到達(dá)解碼器時(shí)，需要更新時(shí)間基點(diǎn)，STC就被置位。通常第 一個(gè)從解復(fù)用器中解出的PCR被直接裝入到STC計(jì)數(shù)器，其后PLL閉環(huán)操作。每 當(dāng)一個(gè)新節(jié)目的PCR到達(dá)解碼器時(shí)，此值被認(rèn)為是鎖相環(huán)的參考頻率，用來(lái)與 STC的

53、當(dāng)前值比較，產(chǎn)生的差值e經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制后被輸入低通濾波器并經(jīng)放大， 輸出控制信號(hào)f,用來(lái)控制振蕩器(VCO的瞬時(shí)頻率，VCO俞出的頻率是在27MHz 左右振蕩的信號(hào)，作為解碼器的系統(tǒng)時(shí)鐘。27MHz時(shí)鐘經(jīng)過(guò)波形整理后輸入到計(jì) 數(shù)器中，產(chǎn)生當(dāng)前的STC值，其33bits的90kHz部分用于和PTS/DTS比較，產(chǎn) 生解碼和顯示的同步信號(hào)。PCR-Base的作用是在解碼器切換節(jié)目時(shí)，提供對(duì)解碼器PCR數(shù)器的初始值，以讓該P(yáng)CRfi與PTS DTS最大可能地達(dá)到相同的時(shí)間起點(diǎn)。PCR-ext的作 用是通過(guò)解碼器端的鎖相環(huán)電路修正解碼器的系統(tǒng)時(shí)鐘，使其達(dá)到和編碼器一致的 27MHz圖1顯示了解碼器如何用PCR來(lái)重建每個(gè)節(jié)目的遠(yuǎn)地27MHz寸鐘。圖1用PCR