PCR分析及校正

基于改进PCR校正算法的MPEG-2复用器电视技术2006年03期一种适用于软件复用器的PCR校正方法研究有线电视技术2005年07期基于MPEG-2的PCR校正策略《中国有线电视》-2006年19期–数字电视传输系统中PCR抖动的校正分析与实现电视技术2005年07期MPEG-2数字视频广播传输流中节目参考时钟的处理红外与激光工程2000年05期基于DM642的MPEG-2传输流解复用再复用系统设计中国图象图形学报2006年11期DVB系统中PCR的生成和PCR校正引自《广播电视信息》2008年1月从数字电视前端系统功能上来讲，传统的DVB数字硬件前端技术包含编码、复用、加扰、调制四个基本环节，而在实际的DVB前端系统中还有直接的TS流转发环节，如下图所示：上图中编码环节是将模拟视音频或者基带的数字视频和音频信号编码形成标准的TS流，而流转发环节是将卫星或者通过其它信道过来的信号转成符合当地标准的TS流，所有的TS进入复用环节进行复用。为了满足运营的需求，TS需要进入加扰环节进行加扰，然后进入调制器进行调制，最后进入本地的HFC网络。数字电视编解码是按照MPEG标准进行的，而在MPEG标准中，编解码设备在在处理TS流的时候，都有一个基础的时间参考，这个时间参考就是PCR。一般来说，PCR在编码端产生，需要准确的传输到解码端，供解码使用。一、PCR在解码端的作用PCR(programclockreference)，中文可以翻译为节目参考时钟，是DVB传输流里面的一个基础时钟。在数字电视传输流里面，PCR是一个分两个部分编码的42位字段，其中33位为PCR基础，9位为PCR扩展。PCR扩展以300为模进行计数，取模一次PCR基础加1，所有的计数都是以本地的基础27M时钟进行。作为数字电视流传输过程中的时钟基准，PCR在解码端有两个非常关键的作用：一是同步头端和终端的27M时钟，并借此同步头端和终端的色度平衡和帧率。在数字电视终端设备上，都有一个压控振荡器和一个内部的计数器，这个内部的计数器会对本地压控振荡器的时钟进行计数，并且和TS流内部的PCR数字进行比较，若本地计数器的变化率高于PCR的变化率，表征本地的27M时钟比头端27M时钟快，应该调整压控振荡器的电压，降低压控振荡器的频率；反之则提高本地振荡器的振荡频率。在PES层里面，还有一对时间信息，那就是DTS和PTS。其中DTS为解码时间标签，PTS为显示时间标签。对于视频数据来讲，针对于不同IPB类型解码时间和显示时间的关系是不同的，B帧的PTS和DTS相同，所以只有PTS；而对于音频数据来讲，由于音频的传输是严格按照顺序传输的，所以音频没有DTS，只有PTS。但是DTS、PTS和PCR的相互作用原理是一样的，都是为了在正确的时间对数据进行解码和显示，从而达到音频和视频相对于系统时间的同步，也在客观上实现了音频和视频之间的同步。在实际实现中，终端里面会维护另外一个计数器DTS_Base，DTS_Base的值会被PCR重置，同时随着本地时钟进行递加，当遇到音频（视频）帧头时，会记录当前帧的DTS(PTS)，DTS和DTS_Base的差在一定范围之内时，携带此DTS的那一帧就会被送进解码单元进行解码。在数字电视终端采用PCR主同步模式解码时，视频和音频分别按照自己的DTS（PTS）和本地时间的关系进行解码，前端合理的配置DTS（PTS）和PCR，不仅仅控制了音频和视频之间的相互同步，同时也控制了音频和视频整体相对于编码输入的延时。二、PCR生成PCR对于视频、音频的质量和相互延时都非常关键。但是TS流在传输过程中，每经过一次设备的处理，由于码率以及TS包之间相互关系的变化，都会对PCR的抖动和间隔产生比较大的影响，从而影响终端的正常解码。在最新的TR101290标准里面，对PCR的精度、漂移、抖动都有明确的要求。在实际系统中，PCR的生成和校正是最关键的处理要素。PCR的生成一般是在编码器里面实现。作为整个数字电视的最头端，编码器生成的PCR的质量对后端有着至关重要的作用，实际上，后端无论是采用何种校正方式，PCR的精度肯定会低于编码器发出的PCR。所以，对于编码器来讲，PCR要求的精度应该非常高。对于编码器来讲，要生成精度高的PCR，首先要有一个非常精准的系统时钟（27M），要保证这个时钟随时间和温度的漂移都非常小，其次，也要有一个合理的PCR生成策略。在编码器内部，在DVB系统里面，PCR是针对27M时钟产生的，ASI发出的时钟也是27M，这两个时钟要采取采用同源处理。从实现方式上，编码器内部维护一个PCR的计数器，以这个计数器为时间，计算PCR发送的间隔（DVB要求每40ms必须有一个PCR），然后在发送PCR字节的同时，锁定PCR计数器的数值，这样就可以保证PCR发送的无抖动。同时，这个计数器还要针对于视频的输入和音频的输入，对编码器发出的视音频的PTS(DTS)进行处理，以保证唇音同步。三、PCR校正如图所示是一个正常传输的TS流示意图，其中P1，P2，…，Pm是指TS包。其中Pn带有PCR1，Pm携带有PCR2。在判断PCR的时候，有两个比较关键的时间参数，分别是PCR2和PCR1两个数值的差Pd以及PCR2的到达时间Tpcr2和PCR1的到达时间Tpcr1之差Pi，其中Pd＝PCR2－PCR1；Pi＝Tpcr2－Tpcr1；其中，Pi我们可以看做是一个客观时间，而Pa＝Pd－Pi就是PCR的精度相对于客观时间的偏移。如果在编码器内部，系统处理得当的话，Pa应该非常小，如果不考虑编码器的时钟相对于客观时间的偏移，Pa是有可能等于0的。TS流从编码器发出之后，进入复用器、适配器、调制器等环节，码流就有了两个基本的变化，首先是码率发生了变化，其次以前的码流的相互关系被打乱，虽然每一个PID的包的顺序不可能发生变化，但是不同的PID发生交错，则整个包的顺序就发生了很大的变化。P2P1PnPCR1…PmPCR2Pm+1P2P1Pn’PCR1…Pm’PCR2Pm+1如图所示，在新生成的TS包中，携带PCR的两个TS包的相对顺序已经发生了变化，分别为Pn’和Pm’，若两个PCR的值没有发生变化，那么PCR2和PCR1两个数值Pd的差不变，而PCR2的发出时间Tpcr2’和PCR1的到达时间Tpcr1’之差Pi’则发生了变化数字电视复用器中的PCR校正技术中国广电信息网转自：本站原创时间：2007-11-815:22:00点击：2933一.引言在数字电视广播系统中，节目复用器和传输流再复用器是必不可少的。节目复用器的作用是将编码后的视频基本流（ES）、音频基本流、节目描述信息（ProgramSpecificationInformation，PSI）和辅助数据按MPEG-2系统层标准规定的格式复用成为一个传输流。同时，为了使收发端同步工作，系统时钟（STC）计数器的值将被插入到相应包的PCR字段中去。按照输出传输流中所含的节目数，传输流分为单节目传输流（SPTS）和多节目传输流（MPTS），相应地，节目复用器也被分为单节目复用器和多节目复用器。在传输流最终被送到信道设备进行信道发送之前，需要一台设备将不同来源的传输流合成为一个新的传输流，即传输流再复用器。同时，数据广播、电子节目指南（ElectricalProgramGuide，EPG）、条件接收（ConditionalAccessCA）等服务信息(SI)一般也通过再复用器插入到输出传输流。PCR校正是复用器的关键技术之一，PCR的作用是将发端的27MHz的时钟以PCR时间戳的形式注入码流中，而收端是否能够根据该信息无偏差地恢复出发端的参考时钟以达到收发同步，在对系统的性能有至关重要的影响，所以本文对PCR校正进行了详细的介绍。二.MPEG-2系统层标准MPEG-2标准，即ISOIEC13818是数字电视系统的基础,它规定了两种系统层码流格式：一种是节目码流（ProgramStream，PS），即PS复用器将一个或几个具有公共时间基准的PES包组合成单一码流，包的长度相对较长而且不固定，它适用于错误相对较少、信道较好的环境，如演播室、家庭环境存储媒介中。另一种是传输码流（TransportStream，TS），即PES流进入传输复用器中切割成一个个固定长度为188字节的包。适用于较容易发生错误的环境，如广播传输信道。在MPEG-2传输流中，包长固定为188byte每个包由4byte包头、可变数字节的适配域（Adaptationfield）以及净荷（Payload）组成。包头包括：同步字节、根据内容不同且长度固定为13bit的包标识（PacketIdentifier，PID)、包连续计数器及其他各种标志位.在自适应字段中，比较重要的信息包括42bit的节目时钟基准（ProgramClockReference，PCR）字段。三.复用器的关键技术如果在一个电视频道内复用几路TS流，也即在一个常规频道内传输多套数字电视节目，则称为多路节目的双层复用。第一层复用称为节目复用，第二层复用称为传输复用。传输复用器的基本功能是将来自不同传输流的包进行重新组合,然后放到输出传输流中去。其关键技术有PCR的校正、PSI信息的重构和PID的映射。（1）PCR校正（PCRcorrection）：PCR由33bit基值（Base）和9bit扩展值（Extension）组成，PCR值以系统参考时钟周期为单位记录了源端的时间信息，对于整个数字电视系统的同步起着关键作用。在节目复用器中，有一个分为两段的42bitPCR计数器，分别对应传输流PCR字段的基值和扩展值。扩展值以节目复用器系统参考时钟（2MHz）为基准在0～299之间循环计数；扩展值每计到300时清零，同时，基值加1。在PCR字段最后1个字节离开节目复用器前的那一时刻，基值和扩展值分别被插入到传输流包的相应位置。在接收端，通过对PCR值的提取，利用锁相环电路恢复出与源端基本一致的27MHz时钟，作为接收端工作的基准时钟。在再复用器中，由于输入传输流的各个包经过再复用器的处理后延时各不相同，有必要对各个节目PCR字段的内容分别进行修正，这种操作称为PCR校正。其基本算法用公式表示如下：其中，PCRin和PCRout分别为同一个包的PCR字段在进入再复用器和离开再复用器时的数值；为此字段数据随着相应的传输流包在整个再复用器进行各种处理后产生的延时总和。（2）PSI信息由MPEG-2标准规定，记录了关于信道、传输流和节目的基本信息。它主要包括节目关联表（ProgramAssociationTable，PAT）、节目映射表（ProgramMapTable，PMT）、网络信息表（NetworkInformationTable，NIT）和条件接收表（ConditionalAccessTable，CAT）。PSI的插入可以看作再复用器数据插入功能的一个特例。因为再复用器的输出传输流是由多个输入传输流和数据组合而成，所以输出TS的PSI信息需要根据输出流的组成结构重新生成。为了保证码流的随机接入性，MPEG-2标准规定PSI表的重复间隔不得超过100ms，而DVB标准则更加严格,要求不得超过40ms。（3）PID映射（PIDmapping）：在同一个传输流中，不同数据包PID的分配是互不冲突的，当来自多个传输流的包复用到一起时，则可能发生PID冲突的现象。另外，用户也可能需要修改某些PID，或将某些PID的包过滤掉。修改PID、根据PID使包选择性通过等操作统称为PID映射。四.PCR校正的重要性及PCR抖动1.PCR校正的重要性PCR是TS流中节目参考时钟的英文缩写，利用PCR可以使数字电视接收机或机顶盒的解码视频输出与编码器端的视频源同步。从MPEG-2的模型来看，必须要保证传输系统是一个恒定延时系统，它的端到端的延迟（从信号进入编码器到信号从解码器输出）是一个常数。如果不进行校正或者校正精度不能满足要求，解码器所恢复的图像容易掉彩色，还会出现周期性的黑屏现