數(shù)字電視機(jī)頂盒的同步問題

1、scrpcrptsdts這些都是時(shí)間概念2009-04-09 10:35scr (system_clock_reference)系統(tǒng)參考時(shí)鐘 存在于ts流和program流屮， 用于多節(jié)目流間的同亞pcr (programme 1 ock reference)節(jié)口參考吋鐘 存在于ts流里，用于確定同 一節(jié)目的解碼吋序；_pts (presentation_timc_stamp)顯示時(shí)鐘標(biāo)簽 pcs 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)訪問單 元在系統(tǒng)目標(biāo)彳軍碼器(std)里的的解碼時(shí)間。當(dāng)解碼時(shí)間不同于顯示時(shí)間時(shí)出現(xiàn)。數(shù)字電視廣播屮的編

2、解碼器的同步機(jī)制(轉(zhuǎn)) 2009-04-09 10:38弓i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。rtr丁全數(shù)字屯視系統(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)字電視在編解碼過程小因存儲(chǔ)、傳輸?shù)纫黄鹧訒r(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 吋自然是固定的，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)字壓縮系 統(tǒng)而言，每一幀圖像所占的數(shù)據(jù)量是

3、不同的，其依賴于圖像的編碼方式和圖像的 復(fù)雜度，血一般無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 沒有口然的同步概念。為了解決這一問題，mpeg-2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-2碼流層次簡(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、咅頻及其他輔助 數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字化后通過壓縮層完成信源壓縮編碼，分別形成視頻的基木流es (elementary stream) 音頻的基本流和其他輔助數(shù)據(jù)的基

4、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(packetiscd es)包，為了多路數(shù)據(jù) 節(jié)目流的復(fù)用和有效的傳輸，乂將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)定了兩利|碼流，分別是基于可變長(zhǎng)度打 包的節(jié)目流ps (program steam)和基于固定長(zhǎng)度打包的傳送流(tremsport stream) o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)、傳輸數(shù)據(jù)易丟失

5、或在噪聲媒介場(chǎng)合使用。用于視頻、咅 頻同步以及系統(tǒng)吋鐘恢復(fù)的吋間標(biāo)簽分別在es, pes和ts/ps這3個(gè)層次中。在 mpeg-2碼流的es層，和同步有關(guān)的主要是vbv-delay域，表示mpeg-2所定義 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)等待的吋間，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包頭屮包含scr,它的定義和作用與pcr域相

6、 似。3時(shí)間模型mpeg-2在其系統(tǒng)層語法中給出了一個(gè)貝有恒定的端到端的延遲的時(shí)間模 型，該模型可用來指導(dǎo)系統(tǒng)層編碼器與解碼器的同步。同步的好壞盲接影響到視 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)屮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)一恒定的延遲，在

7、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-2中，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，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 輸流屮，此系統(tǒng)時(shí)鐘頻率與視頻或音頻采樣時(shí)鐘z間任何時(shí)候都必須冇嚴(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)鐘用來產(chǎn)

8、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)可用來指示在抽樣間隙屮 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吋間標(biāo)簽稱為解碼吋間標(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) o解碼器通過 vbv delay 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 確定解碼和顯示次序，用pcr/scr來獲得系統(tǒng)時(shí)鐘的同步。解碼器屮的系統(tǒng)時(shí)鐘 和同步就是依*這些時(shí)間標(biāo)簽來進(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

9、/scr字段的最后離開復(fù)用器的那一時(shí)刻，同時(shí) 把27 mhz系統(tǒng)時(shí)鐘的采樣i舜時(shí)值作為pcr/scr字段插入到相應(yīng)的pcr/scr域。 pcr/scr 為 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吋鐘為單位的計(jì)數(shù)值。t (i)表示第i個(gè)包含pcr/scr字段的最后-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 同八pcr base( i )=系統(tǒng)時(shí)鐘頻率x t(i) d1v3oo%2

10、33pcr ext( i )二系統(tǒng)吋鐘頻率x t(i) %300 pcr( 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)訪問單元在 系統(tǒng)目標(biāo)解碼器屮的預(yù)定顯示時(shí)間，其具體的編碼方式如下：pts( k )二系統(tǒng)時(shí)間頻率x tp(k) div300%2 33 式屮：tp (k)顯示單垣p(k)的顯示吋間；p(k) 相應(yīng)于此分組數(shù)據(jù)的第一個(gè)訪問單元的顯示單元。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)訪問單元 在系統(tǒng)目標(biāo)解碼器屮的預(yù)定解碼時(shí)間，其具體的編碼方式如下：dts(

11、j )二系統(tǒng)時(shí)間頻率x td(j) div300%2 33 式中:td (j)訪問單元an(j)的解碼吋間;an(j) 相應(yīng)于此分組數(shù)據(jù)開始的第一個(gè)訪問單元的顯示單元。 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推薦的解碼模型(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

12、法如2(1) mpeg-2復(fù)用器從輸入碼流的包頭屮解出時(shí)間信息pcr/scr送入到系統(tǒng)時(shí) 間時(shí)鐘恢復(fù)電路；(2) 系統(tǒng)吋間吋鐘恢復(fù)電路在接收到每一個(gè)新的scr/pcr吋，進(jìn)行木地系統(tǒng)吋 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屮；(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)于沒有dts/pts的顯示單元，需要對(duì)其吋間標(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

13、單元開始顯示前，用其對(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，但曲于實(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。如杲在pes包頭中只出現(xiàn)了 pts, 我們就認(rèn)為dts二pts。5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，那么視頻和咅頻的解碼和顯示將口動(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/pcr值可用來設(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s

14、tc相匹配。但在實(shí)際屮，解碼器均有自主的系統(tǒng)吋間頻 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/pcr值來使解碼 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鎖相環(huán) (pll)。用鎖相環(huán)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)吋鐘恢復(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/scr到達(dá)解碼器 時(shí)，此值被認(rèn)為是鎖相環(huán)的參考頻率，用來和stc的當(dāng)前值比較，產(chǎn)生的差值e 經(jīng)過脈寬調(diào)制后被輸入低通濾波器

15、并經(jīng)放大，輸出為控制信號(hào)f ,用來控制振 蕩器（vco）的瞬時(shí)頻率，vco輸出的頻率是在27 mhz左右振蕩信號(hào)，它作為解 碼器的系統(tǒng)時(shí)鐘。27 miiz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比較，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 入到任何基木流解碼器的輸入緩沖區(qū)

16、，僅用于控制各解碼器工作。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木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，以利于后而 的解碼和顯示同步。針對(duì)以上分析，我們采用如下方法來達(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/dts值，同時(shí)mpeg-2碼流解復(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)，用來通知基本流解碼器，并將該幀圖像的 pts/d

17、ts寫入到fifo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)兩者相等吋，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)算出來的新的pts/dts插入到存放 pts/dts 的 fifo 中去,即: pts n =pts n -1+a pts

18、7pts/dts同步實(shí)現(xiàn)和失步處理27 mhz系統(tǒng)時(shí)鐘經(jīng)過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計(jì)數(shù)器的值小于半幀以上，即 pts-scr base-apts/2此吋說明系統(tǒng)解碼過慢，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scr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

19、到scr與pts/dts相等時(shí)，就可顯示/解碼。per pts dts2009-05-06 15:12dm500衛(wèi)星接收機(jī)小系統(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)鐘電路屮，絕大多數(shù)采用27mhz的系統(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)釗|，接收機(jī)所 需的其他時(shí)鐘（除lan電路外）如252mhz的cpu工作時(shí)鐘,均由27mhz時(shí)鐘經(jīng) 芯片內(nèi)部的pll電路分倍頻產(chǎn)生。pcr時(shí)鐘恢復(fù)功能1、pcr時(shí)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時(shí)鐘恢復(fù)功能。因 為數(shù)字電視系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)吋傳輸系統(tǒng)，為了

20、保證收發(fā)端的正常工作，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  pefcrcncc：節(jié)口參考時(shí)鐘）時(shí)鐘恢復(fù)功能。如果 沒有這個(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)由碩件時(shí)鐘電路 產(chǎn)生的27mhz時(shí)鐘，編碼過程屮不斷讀取27mhz時(shí)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咅頻幀、視頻幀等一起編碼成以188字節(jié)為1包

21、、 符合mpeg-2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時(shí)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)過傳送流解碼器解碼后，將取得的pcr與木地pcr比較，并用比較結(jié)果 形成的控制屯壓經(jīng)低通濾波器濾波后，產(chǎn)生一個(gè)宜流電壓去控制27mhz壓控振蕩 （vc0）電路，vc0電路調(diào)整本地27mhz時(shí)鐘，使之與發(fā)送端時(shí)鐘同步，這樣就 完成pcr時(shí)鐘的恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)收發(fā)端聲音和圖像完全同步。2、pcr吋鐘恢復(fù)功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)于dvb時(shí)鐘恢復(fù)功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)于dvb系統(tǒng)傳輸來說，恢復(fù)pcr時(shí)鐘是一個(gè)基本要求，因?yàn)橹粌觩cr時(shí)

22、鐘 正確,接收機(jī)才能恢復(fù)基準(zhǔn)27mhz （±30ppm）時(shí)鐘。在dvb系統(tǒng)時(shí)鐘電路中, 通過增設(shè)對(duì)27mhz吋鐘電路屮的vco閉路鎖相的硬件控制，來達(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vcxo電路，而是通過系 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(vcxo：voltage  control  x-tal  osc訂lator)芯片的解決方案。vcxo芯片簡(jiǎn)介1、pll502-02芯片簡(jiǎn)介在電路板上印制標(biāo)記為p50

23、2 (u23)芯片，是美國phaselink公司壓控晶振 專用pll502系列芯片小的一種，為pll502-02 z1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. 3vo釆用soic(small out 1 ine  ic：小輸出線集成電路)封裝方式。其中1、8腳接晶振兩端,6腳接+3.3v電源,4腳接地,3腳vc0n接cpu 的pwm信號(hào)控制端,5腳為27mhz輸出端。在pll502-02內(nèi)部,主要由vcxo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vco和分頻器

24、組成。晶體振蕩電路配合外部的晶振產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率，和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)rfl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的調(diào)諧控制電壓。vco輸出通過分頻器負(fù)反饋到相 位檢波器，迫使vco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 岀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)相同的還有美國一些公司的產(chǎn)品，如ics公罰的 mk3727、ami 半導(dǎo)體公司(amts)的 fs6128、pert com 半導(dǎo)體公司的 p16cx100-35、 tlsi公司的t83027a-0

25、2等，可以直接代換。2、t73227芯片簡(jiǎn)介美國test公司的t73227芯片，是一款高精度壓控品振專用芯片。輸入標(biāo)準(zhǔn) 的27mhz晶振信號(hào),輸出27mhz的時(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. 3vo有soic和msop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品振兩種方案，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,ft 13. 5mhz晶振(y

26、2)和負(fù)載電容c217、c218和pll5o2-o2 (u23)芯片內(nèi)部的vcxo電路構(gòu)成時(shí)鐘振蕩，再經(jīng)過芯片內(nèi)部的pll鎖相、緩沖 整形輸出27mhz的系統(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，則通過主芯片u15在軟件的控制 卜'，實(shí)地地解析出pcr與木地pcr的差值后，再通過主芯片內(nèi)部的pwm (脈寬調(diào) 制)單元輸出pwm控制信號(hào),經(jīng)過外部的r205、c215組成的低通濾波器，濾掉 pwm輸出的高頻信號(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)?二極管，使產(chǎn)生的木地系統(tǒng)吋鐘頻率，使之與發(fā)送端節(jié)口的系統(tǒng)吋鐘頻率同步。2、t732

27、27+27miiz 方案彩t73227+27mhz方案的系統(tǒng)時(shí)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27mhz即可。3、74hcu04+27mhz 方案后期的dm500灰殼機(jī)采用74hcu04+27mhz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74hcu04 (u23)芯片中的f6、f2兩 個(gè)反相器，其中f6和27mhz晶振以及c217、c218構(gòu)成構(gòu)成27mhz時(shí)鐘振蕩電路, f6在電路屮起反相激勵(lì)振蕩作用，

28、f2為輸出的振蕩波形進(jìn)行緩沖和整形。c217、c218為負(fù)載電容，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和品振并聯(lián)，在電路上起反饋?zhàn)饔? 以唯反相器輸入端的工作點(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。如果用芯片屮的反相 器來作振蕩，必須外接這個(gè)電阻，對(duì)于cmos芯片而言，該反饋電阻一般選取 21mq阻值。r204和晶振串聯(lián)，作為驅(qū)動(dòng)電位調(diào)整z用，預(yù)防止晶振被過分驅(qū) 動(dòng)而引起頻率上升，導(dǎo)致品振早期失效。該電路輸出的是固定的27m

29、hz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岀現(xiàn)上溢或者下溢；在pes層，主要是在 pes頭信息里岀現(xiàn)的顯示時(shí)間標(biāo)簽pts (presentation time stamp)和解碼時(shí)間 標(biāo)簽dts (decoding time stamp)；在ts層中，ts頭信息包含了節(jié)目時(shí)鐘參考pcr (program clo

30、ck reference),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采用了可變長(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)在碼率控制算法屮使用自適應(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 接和編碼器的輸出和連接，緩沖區(qū)管理策略通過控

31、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編碼器屮冇單一的共同系統(tǒng)時(shí)鐘，此時(shí)鐘用來產(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)可用來指示在抽樣瞬間系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)間 的瞬吋值。正是編碼器屮共同系統(tǒng)吋鐘的出現(xiàn)，以及解碼器屮吋鐘的重新生成和 吋間標(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)。mpcg-2規(guī)定的系統(tǒng)吋鐘頻率為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)岀本地的stc,作為音視頻同 步控制

32、的基準(zhǔn)，并依據(jù)pts (dts)時(shí)間標(biāo)簽來安排解碼和顯示時(shí)間表，使咅視 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0. 7s,而出現(xiàn)在ts包頭的pcr間隔不能超過0. is。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)，再通過對(duì)該時(shí)間基準(zhǔn)sct進(jìn)行取樣得到pcr、 pts和dts等吋間標(biāo)簽。在編碼和解碼端，系統(tǒng)吋鐘脈沖是由振蕩器等硬件產(chǎn)生, 在解碼端stc通過在碼流中定時(shí)傳送的pcr利用鎖相環(huán)(pi丄)技術(shù)來與編碼端 stc保持一致。pcr是由對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖觸

33、發(fā)的計(jì)數(shù)器狀態(tài)抽樣而來，是放在ts包頭的自適 應(yīng)區(qū)中傳送。pcr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 脈 沖經(jīng)300分頻后的90kilz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)):pcr-base (i)=90khz xt(i),

34、mod (233)pcr-ext (i)=27mhz xt(i), mod (300)pcr (i)=pcr-base (i) x 300+pcr-ext (i)當(dāng)新節(jié)口的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)用器屮解出的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)為是鎖和環(huán)的參考頻率，用來與 stc的當(dāng)前值比較，產(chǎn)生的差值e經(jīng)過脈寬調(diào)制后被輸入低通濾波器并經(jīng)放人， 輸出控制信號(hào)f,用來控制振蕩器(vc0)的瞬時(shí)頻率，vc0輸出的頻率是在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)過波

35、形整理后輸入到計(jì) 數(shù)器屮，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)廿時(shí)，提供對(duì)解碼器pcr計(jì)數(shù)器的初始 值，以讓該pcr值與pts、dts最大可能地達(dá)到相同的時(shí)間起點(diǎn)。pcr-cxt的作 用是通過解碼器端的鎖相環(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 27mhzo圖1顯示了解碼器如何用pcr來重建每個(gè)節(jié)目的遠(yuǎn)地27mhz時(shí)鐘。圖1用pcr重建遠(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)記岀現(xiàn) 在pes層,在pes頭部時(shí)間域中

36、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pcr有相同的起點(diǎn)，在pcr值連續(xù) 的情況下，可以起到時(shí)間定時(shí)的作用，當(dāng)木機(jī)pcr值(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)編碼的具休細(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就視頻來說， 因?yàn)橐曨l編碼的時(shí)候用到了雙向預(yù)

37、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)器屮留一段時(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，乂提出了一個(gè)咅頻pts。由于聲咅沒有用到雙向預(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

38、工作。四、pcr測(cè)量pcr精度(pcr_ac):接收pcrm所含27mhz時(shí)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)傳輸碼流屮pcr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): pcr漂移率測(cè)量指的是pcr屮的低頻誤差并計(jì)入了由pcr 發(fā)生和再生引起的誤并以及由傳輸損傷所引起的到達(dá)時(shí)間誤并。即pcr內(nèi)所含 27m脫吋鐘的低頻變化速率，測(cè)量吋以某一穩(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。下面的例子可用來說明pcr漂移率的重要性：我們來看一下由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

39、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。pcr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/解碼器或再復(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)釗a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)問題)。pcr總抖動(dòng)(pcr_0j): 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pcr測(cè)量中最重要的一 項(xiàng)，是pcr中高頻誤

40、差的總體測(cè)量并且還包括來自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)間謀差。例如該項(xiàng)傳輸損傷可能會(huì)引入到接收機(jī)中 的rf解調(diào)器屮。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)帶來直接影響。在這種情形下，解 碼器在復(fù)原pcr屮所發(fā)現(xiàn)的pcr到達(dá)吋間誤差可能是±500ns容限的許多倍， 給pcr精度帶來不利。任何解碼器均靠接收pcr以準(zhǔn)確再生其節(jié)0時(shí)鐘并提供穩(wěn) 定的視頻輸出。與此相同，任何再復(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)量包含冇到達(dá)時(shí)間誤差和精 度誤差的

41、總抖動(dòng)(pcr_oj)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，包含有再復(fù)用器、atm層等各級(jí)鏈路，它們均會(huì)引入誤差。pcr_ac是在 復(fù)用器輸出端直接測(cè)量的數(shù)值，不過它在網(wǎng)絡(luò)屮的運(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屮所含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)鐘用來產(chǎn)生指示咅頻 /視頻正確解碼和顯示時(shí)序的時(shí)間標(biāo)簽，同吋，可用來指示在抽樣瞬間系統(tǒng)吋鐘 時(shí)間的ii舜時(shí)值。該時(shí)鐘由輸入視頻的

42、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。正是編碼器屮共同系統(tǒng)時(shí)鐘的出現(xiàn)，以及 解碼器屮時(shí)鐘的重新生成和時(shí)間標(biāo)簽的止確使用，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時(shí)鐘,經(jīng)300分頻后的時(shí)鐘為單位的計(jì)數(shù)值, 低9b為pcrextension,是以27mhz時(shí)鐘為單位的計(jì)數(shù)值。除pcr外,解碼時(shí) 間標(biāo)簽dts和

43、顯示時(shí)間標(biāo)簽pts,也非常重要。它們與pcr.base ffl似，也是以 編碼器27mhz的系統(tǒng)吋鐘，經(jīng)300分頻后為單位的計(jì)數(shù)值親創(chuàng)建的。其中，dts 用于指示解碼器何時(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，如果沒有pcr所代表的時(shí)間軸做參考，這個(gè)數(shù) 值是沒有意義的。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)吋 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。數(shù)據(jù)ii腳i n編h 編碼!stc 3cc計(jì)數(shù)器系統(tǒng)時(shí)鐘 pcr baseda:a計(jì)數(shù)器pcr extendatats汀包復(fù)用器圖4 m

44、peg-m系蔬樨圖解碼器（機(jī)頂盒）屮有一個(gè)頻率為27mhz左右的壓控振蕩器（vco）,輸出信號(hào)作為 系統(tǒng)時(shí)鐘送入計(jì)數(shù)器屮產(chǎn)生當(dāng)前的stc樣值，它與pcr 一樣也是42b的一個(gè)數(shù)值。 其中，高33b是以27mhz經(jīng)過300粉頻后的時(shí)鐘為單位的計(jì)數(shù)值，低9b是以27mhz 吋鐘為單位的計(jì)數(shù)值。當(dāng)一個(gè)新節(jié)目到達(dá)解碼器（機(jī)頂盒）吋，解碼器（機(jī)頂盒） 從碼流中獲得pcr值,用其pcr_extention值與當(dāng)前stc的低9b位作比較,得 到誤差信號(hào)，再通過鎖相環(huán)電路玉調(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)鐘頻率保持一致。從碼流小依次獲得各幀的pts與 dts值，將其和當(dāng)前s

45、tc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)stc值的變化，當(dāng)stc值增大到與dts值和等時(shí)，對(duì)該幀 碼流進(jìn)行解碼，當(dāng)stc值與pts值相等吋，播放該幀。如果rfl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值己經(jīng)小于stc值，則解碼器 （機(jī)頂盒）跳過這幀，丟棄該幀數(shù)據(jù)。由于pts和dts是根據(jù)pcr值產(chǎn)生的，因 此必須將獲得的第一個(gè)pcr值，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)。咅頻與視頻的處理和 似，只是不存在時(shí)序重排的問題。圖5所示是解碼器（機(jī)頂盒）pcr工作原理圖。

46、視頻pew計(jì)數(shù)誥理頻稱碼300分頻音頻pes咅頻解碼比較器肖5解碼器（枇網(wǎng)和pcr工作棣理咅畫不同步產(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40mso這些編碼器，在根據(jù)pcr和緩沖延吋設(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:27miiz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g0p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pts和對(duì)pcr變大或變小。有些解碼器（機(jī)頂盒） 沒

47、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pcr值，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）的傳輸過程屮，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，冇大冇小。如果不 對(duì)pcr進(jìn)行修止，也可能導(dǎo)致以上問題的發(fā)生。mpeg-2的同步及時(shí)間恢復(fù)（轉(zhuǎn)載）stc, pcr, dts

48、, pts2009-04-09 16:38摘mpeg-2同步及吋間恢復(fù)在編碼、傳輸和解碼屮占有重要的地位，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mpcg-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)吋鐘恢復(fù)的吋間標(biāo)簽分別在es, pes和ts 這3個(gè)層次中。在es層，與同步冇關(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

49、(presentation time stamp)和解碼時(shí)間 標(biāo)簽dts (decoding time stamp)；在ts層中，ts頭信息包含了節(jié)目時(shí)鐘參考 pcr (program clock reference),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采用了可變長(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。編碼器通過碼率控制算法，調(diào)整生成的視頻碼流滿 足既定

50、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 接和編碼器的輸岀相連接，緩沖區(qū)管理策略通過控制編碼視頻數(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)鐘用來產(chǎn)生指示咅頻和視 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 吋間標(biāo)簽的正確使用，才為解碼器屮操作

51、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)岀本地的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)咅視頻z間的同步。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在原始咅頻和視頻流中, pts的間隔不能超過0. 7s,而出現(xiàn)在ts包頭的pcr間隔不能超過0. is。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)，再通過對(duì)該時(shí)間基準(zhǔn)sct進(jìn)行取樣得到pcr、 pts

52、和dts等吋間標(biāo)簽。在編碼和解碼端，系統(tǒng)吋鐘脈沖是由振蕩器等硬件產(chǎn)生, 在解碼端stc通過在碼流中定時(shí)傳送的pcr利用鎖相環(huán)(pi丄)技術(shù)來與編碼端 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，是放在ts包頭的自適 應(yīng)區(qū)中傳送。pcr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 脈 沖經(jīng)300分頻后的90kilz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)

53、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)):pcr-base (i) =90khz xt(i), mod (233)pcr-ext (i)二27mhz xt(i),mod (300)pcr(i)二pcr-base(i) x300 + 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)用器屮解出的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，用來與 stc的當(dāng)前值比較，產(chǎn)生的并

54、值e經(jīng)過脈寬調(diào)制后被輸入低通濾波器并經(jīng)放大， 輸出控制信號(hào)f,用來控制振蕩器(vco)的瞬時(shí)頻率，vco輸出的頻率是在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)過波形整理后輸入到計(jì) 數(shù)器屮，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)口吋，提供對(duì)解碼器pcr計(jì)數(shù)器的初始 值,以讓該pcr值與pts、dts最大可能地達(dá)到相同的時(shí)間起點(diǎn)。pcr-ext的作 用是通過解碼器端的鎖相環(huán)電路修止解碼器的系統(tǒng)時(shí)鐘，使其達(dá)到和編碼器一致 的 27mhzo圖1顯示了解碼器如何用pcr來重建每個(gè)節(jié)目