Skip to main content
17 Φεβρουαρίου 2015 23:32

H ανατομία της ψηφιακής τηλεόρασης

Τι είναι και πώς δημιουργείται το transport stream

Γράφει: Μάκης Παπαδόπουλος
4ae8ae47e93bb78cc2322fb645ee1781 XL 423fe8bc

Ως γενικότερη εικόνα για την κωδικοποίηση ενός συστήματος απαιτούνται κάποιες ροές μεταφοράς, Transport Stream και Program Stream. Κάθε μία βελτιστοποιείται για ένα σύνολο αιτήσεων που θα ζητηθεί από τον δέκτη – αποκωδικοποιητή Integrated Receiver Decoder (IRD). Και οι 2 είναι αναγκαίες όμως για τον κατάλληλο συγχρονισμό ήχου /εικόνας…

Ως γενικότερη εικόνα για την κωδικοποίηση ενός συστήματος απαιτούνται κάποιες ροές μεταφοράς, Transport Stream και Program Stream. Κάθε μία βελτιστοποιείται για ένα σύνολο αιτήσεων που θα ζητηθεί από τον δέκτη – αποκωδικοποιητή Integrated Receiver Decoder (IRD). Και οι 2 είναι αναγκαίες όμως για τον κατάλληλο συγχρονισμό ήχου /εικόνας/δεδομένων κατά την αποκωδικοποίηση, καθώς και για την αποφυγή των φαινόμενων της υπερχείλισης (overflow) και έλλειψης δεδομένων (underflow) στο κύκλωμα των data buffers. Οι πληροφορίες κωδικοποιούνται σε σύνταξη χρησιμοποιώντας χρονικές σφραγίδες (time stamps), οι οποίες παρουσιάζουν χρόνους για την κωδικοποίηση και την παρουσίαση των κωδικοποιημένων πληροφοριών (encoder) ήχου/εικόνας, αλλά και του χρόνου παράδοσης της ροής μεταφοράς καθεαυτής.

Η βασική προσέγγιση πολυπλεξίας στοιχειωδών (Elementary Streams) ρευμάτων ήχου και εικόνας και λοιπών πληροφοριών φαίνεται στην εικόνα 1.

Tα δεδομένα ήχου και εικόνας είναι κωδικοποιημένα, όπως περιγράφεται από τον Διεθνή Οργανισμό Τηλεπικοινωνιών ITU-T Rec H.262 | ISO / IEC 13818-2 και κατά ISO / IEC 13818-3. Έπειτα συμπιέζονται, πακετάρονται και παράγουν τα PES (πακέτα). Ως εκ τούτου θα λέγαμε πως κάθε PES πακέτο είναι μια ‘ενθυλάκωση’ ενός πλαισίου των κωδικοποιημένων δεδομένων. Κάθε πακέτο PES περιέχει μια επικεφαλίδα (packet header) και τα δεδομένα ωφέλιμου φορτίου (payload data). Δεδομένου ότι ο αριθμός των bits για την αναπαράσταση ενός frame διαφέρει στα δεδομένα ήχου και εικόνας, το μέγεθος (σε αριθμό bits) των PES πακέτων ποικίλει επίσης.

Κάθε πακέτο PES έχει την εξής δομή: Η επικεφαλίδα PES ξεκινά με μέγεθος 3 byte έναρξης ως πρόθεμα κωδικού, που είναι πάντα ‘0x000001’ ακολουθούμενο από ένα byte – stream id (παράδειγμα Audio streams (0xC0-0xDF), Video streams (0xE0-0xEF)) το οποίο χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό μίας μοναδικής ροής. Αυτό μαζί με το πρόθεμα κωδικού που αναφέρθηκε πριν (3 bytes), αποτελούν τον κωδικό εκκίνησης (start code – συνολικά 4 bytes). Όπως επίσης αναφέραμε το μήκος ενός πακέτου PES ποικίλει και μπορεί να φτάσει έως 65536 bytes. Τα επόμενα 2 bytes στην επικεφαλίδα αποτελούν την χρονική σφραγίδα (time stamp) και περιέχουν πληροφορίες του χρόνου αναπαραγωγής, ο οποίος υπολογίζεται εφόσον γνωρίζουμε τον αριθμό πλαισίου (frame number).

Mpeg transport stream (MPEG-TS)

Τα πακέτα PES δεν έχουν συγκεκριμένη χωρητικότητα και γι’ αυτό θεωρείται δύσκολο να μεταδοθούν σε ένα επιρρεπή από λάθη δίκτυο/κανάλι, όπως ο αέρας. Ως εκ τούτου θα υποστούν ακόμα ένα στρώμα (layer) πακετοποίησης που θα οδηγήσει στη λεγόμενη ροή μεταφοράς TS (transport stream). Αυτές οι ροές μεταφοράς χρησιμοποιούν συγκεκριμένο μέγεθος (μήκος) σε αντίθεση με τα PES, καθώς και αναγνωριστικό (packet identifier) για να αναγνωρίζεται ξεχωριστά κάθε πακέτο μεταφοράς, έτσι όπως αυτά συμφύρουν στην τελική ροή μεταφοράς. Το αναγνωριστικό (packet identifier) είναι απόρροια του συστήματος MPEG που αναγνωρίζει το PES πακέτο είτε ως πληροφορία ήχου, είτε ως πληροφορία εικόνας. Κάθε TS πακέτο είναι 188 bytes, όπου περιλαμβάνει την επικεφαλίδα και το ωφέλιμο φορτίο δεδομένων. Η επικεφαλίδα καλύπτει τα 3 bytes μπορεί όμως να τροποποιηθεί για λόγους απλότητας αν και το συνολικό πλαίσιο (framework) θα παραμένει πάντα το ίδιο.

Πολυπλεξία

Κατά την πολυπλεξία οι ροές (transport streams) που ‘γεννιούνται’, μεταδίδονται με τέτοιο τρόπο (σωστός καταμερισμός των TS πακέτων), ώστε να αποφευχθούν φαινόμενα υπερχείλισης στα κυκλώματα των data buffers στην πλευρά του αποκωδικοποιητή (αποπολυπλέκτη). Τέτοιου είδους φαινόμενα είναι δυνατόν να δημιουργήσουν θέματα ασυγχρονισμού και παγώματα (skips/freezes) κατά την αναπαραγωγή των ήχων/εικόνων. Ένα προτεινόμενο διάγραμμα ροής κατά την πολυπλεξία των Elementary Streams (H.264 Video & Mpeg4 HE AAC v2 Audio) φαίνεται στην εικόνα 5.

Η βασική λογική βασίζεται στις αμφότερες αλληλουχίες ήχου και εικόνας ώστε να έχουν σταθερά πλαίσια (frame rates). Για το βίντεο, ο αριθμός των καρέ ανά δευτερόλεπτο θα παραμείνει ίδιος σε όλη την ακολουθία βίντεο. Στην ακουστική ακολουθία εφόσον η συχνότητα δειγματοληψίας παραμένει σταθερή και τα δείγματα είναι σταθερά ανά πλαίσιο (1024 stereo), η διάρκεια και αυτής προφανώς θα είναι σταθερή. Όπως είπαμε για την μετάδοση ενός PES πακέτου που σημαίνει ενός πλαισίου (frame) μη συγκεκριμένης χωρητικότητας απαιτείται η διάσπασή του σε n transport streams των 188 bytes (όπου n εξαρτάται από το μέγεθος του PES πακέτου). Ο ακριβής χρόνος παρουσίασης των TS πακέτων (PTAudio/VideoTS) βρίσκεται όπως φαίνεται παρακάτω, λαμβάνοντας υπόψη πως το ΝTSVideo/Audio είναι ο αριθμός των πακέτων TS πακέτων που ορίζουν ένα PES πακέτο ή πλαίσιο (frame).

Ισχύει:

NTSVideo=Video (PES length)/185 (1)

TS(Video duration)=1/FramesPerSecond Video*NTSVideo (2)

PT(Video TS)=PT(Video TS)+TS(Video Duration) (3)

Εξίσου για τον ήχο ισχύει:

NTSAudio=Audio (PES length)/185 (4)

TS (Audio duration)=1/FramesPerSecond Audio*NTSVideo (5)

Εδώ ο δείκτης FPS Audio μας δίνεται από την συχνότητα δειγματοληψίας (sampling frequency)/1024

PT(Audio TS)=PT(Audio TS)+TS(Audio Duration) (6)

Από τις (3) και (6) σχέσεις φαίνεται ότι ο ακριβής χρόνος παρουσίασης ενός transport stream εξαρτάται από τον χρόνο παρουσίασης του προηγούμενο ίδιου τύπου stream, συν το συνολικό χρόνο του transport stream.

Σε μια από τις περιπτώσεις των μπλοκ επεξεργασίας ήχου και εικόνας ο πρώτος έλεγχος που πραγματοποιείται από τον πολυπλέκτη μέσω του αλγορίθμου είναι να διαπιστωθεί αν βρίσκεται στην αρχή ή στην μέση ενός frame (time decision block). Εφόσον είναι ένα νέο πλαίσιο, τότε πραγματοποιούνται οι σχέσεις (2) και (5) για να διαπιστωθεί η διάρκεια του stream. Εφόσον μια ροή TS είναι του τελευταίου πακέτου TS, ένα νέο πακέτο PES αναπαράγεται για να δώσει το νέο πλαίσιο (frame). Πραγματοποιείται επανάληψη του πρώτου ελέγχου έως ότου ολοκληρωθεί ο κύκλος των frames.

Αποπολυπλεξία

Στην είσοδο του αποπολυπλέκτη το TS διασπάται σε δύο ES ξεχωριστά για ήχο /εικόνα τα οποία αποθηκεύονται προσωρινά. Μετά την λήψη του, ελέγχεται από το byte συγχρονισμού (0x47) εάν είναι έγκυρο ή όχι. Εάν δεν είναι έγκυρο απορρίπτεται και προχωράει στο επόμενο πακέτο. Μια έγκυρη επικεφαλίδα περιλαμβάνει αναγνωριστικό πακέτου (PID), τον έλεγχο προσαρμογής σημαίας (AFC), την έναρξη του ωφέλιμου φορτίου (PUS), καθώς και ένα μετρητή των 4 -bit. Με τον έλεγχο διαπιστώνεται αν όλα τα 185 bytes αποτελούν ωφέλιμο φορτίο ή αν πρέπει να υπολογιστεί μια offset τιμή. Το bit έναρξης ελέγχεται για να διαπιστωθεί αν το παρόν TS περιέχει επικεφαλίδα PES. Αν ναι, ελέγχεται η παρουσία του συγχρονισμού ακολουθίας (0x000001). Τελικά σε ένα έγκυρο πακέτο PES μετά την ανάγνωση της επικεφαλίδας διαβάζονται και εξάγονται μαζί οι υπόλοιπες πληροφορίες όπως το stream id, το μήκος του PES πακέτου, καθώς και ο αριθμός των πλαισίων (frames).

Αμέσως μόλις το ωφέλιμο φορτίο γραφτεί στα βίντεο/ήχο buffer, το βίντεο buffer ελέγχεται για πληρότητα. Δεδομένου ότι τα αρχεία βίντεο είναι μεγαλύτερα από εκείνα του ήχου, το βίντεο buffer γεμίζει πρώτα. Εφόσον γεμίσει, αναζητείται το επόμενο IDR πλαίσιο. Μόλις ολοκληρωθεί αυτή διαδικασία υπολογίζεται ο αριθμός των πλαισίων εικόνας και αυτό βοηθάει να υπολογιστεί ο αντίστοιχος αριθμός πλαισίων του ήχου, σημαντική λειτουργία για τον συγχρονισμό των δεδομένων.

{gallery}13964{/gallery}

ΑΛΛΑ ΑΡΘΡΑ ΣΕ ΑΥΤΗ ΤΗΝ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ

Η ΑΓΟΡΑ ΣΗΜΕΡΑ

  • Η AVM στην MWC 2024

    Η AVM στην MWC 2024

    Στη φετινή MWC που πραγματοποιήθηκε στη Βαρκελώνη, η AVM παρουσίασε πρωτοποριακές καινοτομίες και νέα προϊόντα FRITZ! για πανίσχυρες συνδέσεις. Το FRITZ!Box 5690 Pro, που υποστηρίζει συνδέσεις οπτ...
  • DiGiVIEW DV-512

    DiGiVIEW DV-512

    Η εταιρεία KAL Electronics ανακοινώνει την παραλαβή του νέου DiGiVIEW DV-512. Πρόκειται για ένα σετ που περιλαμβάνει ενισχυτή κεραίας ιστού για αναλογικά και ψηφιακά κανάλια VHF/UHF, καθώς και τρο...
  • Promax Ranger – Ολοκληρώθηκαν τα εκπαιδευτικά video

    Promax Ranger – Ολοκληρώθηκαν τα εκπαιδευτικά video

    Είναι πλέον διαθέσιμη η τέταρτη και τελευταία ομάδα εκπαιδευτικών video με ελληνική περιγραφή για τα πεδιόμετρα Promax Ranger. Τα συγκεκριμένα video έχουν προστεθεί στην Playlist Πεδιόμετρα RANGER...
  • Meliconi Slimstyle Plus 400 ST

    Meliconi Slimstyle Plus 400 ST

    Η Meliconi, ηγέτης στην κατηγορία των επιτοίχιων και επιτραπέζιων βάσεων TV, παρουσιάζει τη σειρά Slimstyle, με την εγγύηση της εξ ολοκλήρου ιταλικής κατασκευής. Αλλάξτε, λοιπόν, τον τρόπο που «βλ...
  • Bridge Cable KL017

    Bridge Cable KL017

    Η εταιρεία KAL Electronics ανακοινώνει την παραλαβή του νέου καλωδίου Bridge Cable KL017. Πρόκειται για καλώδιο LAN κατηγορίας CAT6, το οποίο είναι τύπου S/FTP. Διαθέτει τη μέγιστη δυνατή θωράκιση...
  • Ikusi FlasHD HDTF-C48V & HDTF-C48G

    Ikusi FlasHD HDTF-C48V & HDTF-C48G

    Οι πιο ισχυρές επίγειες κεραίες της Ikusi είναι τα μοντέλα FlasHD και συγκεκριμένα, τα HDTF-C48V & HDTF-C48G σε πράσινο και γκρι χρώμα. Με αξιόλογα χαρακτηριστικά και ισχυρή απόρριψη υψηλότερω...
  • Τα νέα της Mistral – Οδηγίες για μια καλή εγκατάσταση: Ενισχυτής κεραίας U20

    Τα νέα της Mistral – Οδηγίες για μια καλή εγκατάσταση: Ενισχυτής κεραίας U20

    Συνεχίζοντας την περιγραφή των προϊόντων της Mistral, στο τεύχος που κρατάτε στα χέρια σας προχωράμε σε περιγραφή των ενισχυτών κεραίας. Οι ενισχυτές κεραίας χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: 1) Οι...
  • Φωτοβολταϊκό πάνελ & ηλεκτρική γεννήτρια Patona

    Φωτοβολταϊκό πάνελ & ηλεκτρική γεννήτρια Patona

    Η εταιρεία AstraSat προσφέρει νέες λύσεις που μπορούν να καλύψουν τις ανάγκες για παροχή ρεύματος, χωρίς την ανάγκη ύπαρξης δικτύου από πάροχο ηλεκτρικής ενέργειας. Συγκεκριμένα, διατίθενται τα εξ...
  • D-Link DWA-X1850

    D-Link DWA-X1850

    Το Wi-Fi 6 είναι το μέλλον του Wi-Fi! Αναβαθμίστε το δίκτυό σας με την τελευταία λέξη της ασύρματης τεχνολογίας, χάρη στον αντάπτορα USB AX1800 Wi-Fi 6. Απλώς συνδέστε τον στον υπολογιστή σας και ...
  • Ikusi FTD-420

    Ikusi FTD-420

    Οι λύσεις οπτικών ινών – μεταξύ άλλων – είναι ιδανικές για διανομή ραδιοτηλεοπτικών σημάτων σε κεντρικές εγκαταστάσεις, από μία πολυκατοικία έως και ένα μεγάλο ξενοδοχειακό συγκρότημα. Το πιο σημα...
  • Ολοκληρώθηκε με μεγάλη επιτυχία η συμμετοχή της IDComs στην Athens Electronix 2024

    Ολοκληρώθηκε με μεγάλη επιτυχία η συμμετοχή της IDComs στην Athens Electronix 2024

    Η συμμετοχή της IDComs στην Athens Electronix 2024 στέφτηκε από μεγάλη επιτυχία, κατά τη διάρκεια του Σαββατοκύριακου 2 & 3 Μαρτίου. Από νωρίς το πρωί του Σαββάτου, πλήθος επισκεπτών κατέφθασε...
  • devolo Magic 2 WiFi next

    devolo Magic 2 WiFi next

    Το Magic 2 WiFi next της Devolo «ανεβάζει» το Internet στο σπίτι σας σε νέα επίπεδα. Χάρη στην εξαιρετική τεχνολογία Powerline, η πλήρης απόδοση της σύνδεσής σας στο Internet μεταφέρεται με ταχύτη...

ΣΕ ΑΥΤΟ ΤΟ ΤΕΥΧΟΣ

  • Ψηφιακή Τηλεόραση, Μάιος 2024

    Ψηφιακή Τηλεόραση, Μάιος 2024

    Κυκλοφορεί το νέο τεύχος Μαΐου 2024 του περιοδικού "Ψηφιακή Τηλεόραση" μαζί με το "Security Report" Το νέο τεύχος Μαΐου του περιοδικού «Ψηφιακή Τηλεόραση» κυκλοφορεί πάντα μαζί με το περιοδικό ...
  • Cosmote, Nova, Vodafone – Όλα τα πακέτα για streaming και υπερυψηλές ταχύτητες internet μέσω οπτικής ίνας

    Cosmote, Nova, Vodafone – Όλα τα πακέτα για streaming και υπερυψηλές ταχύτητες internet μέσω οπτικής ίνας

    Οι τηλεπικοινωνιακοί πάροχοι είναι πάντα περιζήτητοι! Εκτός από τις υπηρεσίες τηλεφωνίας και υψηλής ταχύτητας internet που παρέχουν, έχουν εμπλουτίσει το πορτφόλιό τους και με πλατφόρμες συνδρομητ...
  • Kathrein UFOpro

    Kathrein UFOpro

    Το UFOpro αποτελεί την πρόσφατη πλατφόρμα Headend της γερμανικής Kathrein, που προσφέρει ηγετική σχέση απόδοσης - τιμής στην αγορά! Είναι κατασκευασμένο για εφαρμογές τηλεόρασης επόμενης γενιάς σε...
  • Sat & Zap, Μάιος 2024

    Sat & Zap, Μάιος 2024

    Ελάχιστο το ευρωπαϊκό ενδιαφέρον στη γεωστατική τροχιά όπου το streaming έχει υπερκεράσει τους δορυφόρους. Αντίθετα, σε Ασία και Αφρική κάθε μήνα εμφανίζονται νέα ελεύθερα κανάλια. Al Shams...