Skip to main content
DIABASTE DWREAN DIG 194
625
SECURITY REPORT 152
satpraxis 2022
now 33 2022

ΡΟΗ ΕΙΔΗΣΕΩΝ

22 Νοεμβρίου 2024 10:07
17 Φεβρουαρίου 2015 22:32

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

Γιατί τα πεδιόμετρα Promax Ranger αποτελούν «ελβετικό σουγιά» των μετρήσεων
Ποιος δεν θυμάται τον ατρόμητο Angus MacGyver, ο οποίος, με μεγάλη πείρα και δεξιότητες, κουβαλούσε πάντα μαζί του τον ελβετικό σουγιά του στρατού για να σώσει την κατάσταση σε αμέτρητα σενάρια. Μ...
Grandstream GSC3574/3575
Η Grandstream συνεχίζει να ενδυναμώνει τη σειρά των συστημάτων ελέγχου εγκαταστάσεων και θυροτηλεοράσεών της, με την κυκλοφορία των νέων μοντέλων GSC3574 σε λευκό χρώμα και GSC3575 σε μαύρο. Η Par...
Αξιοποίηση της λήψης 4G/5G data σε δύσκολες περιοχές
«Αξιοποίηση της λήψης 4G/5G data σε δύσκολες περιοχές». Το webinar επικεντρώθηκε στην περιγραφή της τεχνολογίας με την οποία μπορούμε να έχουμε internet σε απομακρυσμένα σημεία, όπου δεν έχουμε αξ...
Amiko NXH-CO1 & NXH-C02
Η εταιρεία AstraSat ανακοινώνει νέα παραλαβή των combiners NXH-CO1 και NXH-CO2 της Amiko. Πρόκειται για μίκτες διανομής δορυφορικού και επίγειου ψηφιακού σήματος, οι οποίοι λειτουργούν σε εύρος ζώ...
Οι επίσημοι εισαγωγείς – διανομείς της Ikusi σε Ελλάδα και Κύπρο
Η IDComs - Ikusi Hellas εκφράζοντας την πολιτική της Ikusi για την Ελλάδα, την Κύπρο και τα Βαλκάνια, έχει εδώ και δεκαετίες δημιουργήσει στην κάθε περιοχή τις κατάλληλες δομές που της επιτρέπουν ...
Teletek UP01-SA & GUP04-SA
Η εταιρεία AstraSat ανακοινώνει νέα παραλαβή πριζών διανομής σήματος της Teletek. Πρόκειται για την UP01-SA (τερματική) και την GUP04-SA (διελεύσεως), οι οποίες είναι εξοπλισμένες με 3 εξόδους TV-...
Redline S150 HD
Η εταιρεία AstraSat ανακοινώνει την παραλαβή του Redline S150 HD. Πρόκειται για έναν οικονομικό δορυφορικό δέκτη με ανάλυση Full HD και λειτουργία τυφλής αναζήτησης υπηρεσιών. Χάρη στην υποστήριξη...
TP-Link EAP772
Το EAP772 είναι ένα επαγγελματικό Access Point Wi-Fi 7 τριών ζωνών της TP-Link, με εξαιρετικά λεπτή σχεδίαση που εξασφαλίζει κορυφαία σύνδεση με συνολική απόδοση έως και 9,3Gbps. Η συνολική απόδοσ...
GJ-1600
Η εταιρεία KAL Electronics ανακοινώνει την παραλαβή της GJ-1600, μιας τροχήλατης βάσης δαπέδου που είναι ιδανική για τηλεοράσεις με μέγεθος οθόνης από 32 έως 65 ίντσες. Είναι σχεδιασμένη για ευκολ...
Μετρήσεις δικτύων κινητής τηλεφωνίας 4G και 5G με τον Atlas NG της Promax
Ο Atlas NG της Promax είναι ο καθολικός αναλυτής εκπομπής που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε όλα τα στάδια της αλυσίδας μετάδοσης, από το στούντιο έως τα τελικά σημεία. Η νέα επιλογή μέτρησης δικτύων...
Supervoice SVC-WBT41
Το Supervoice SVC-WBT41 είναι ένα επαγγελματικό, ασύρματο μονοφωνικό ακουστικό κεφαλής Bluetooth V5.2, με προηγμένη τεχνολογία Ai dual-mic noise cancelling και πολυτελές design, με εξαιρετικά ελαφ...
Redline RL-SP8624G
Το RL-SP8624G είναι ένα Ethernet PoE Switch της Redline, που χρησιμοποιείται για την επέκταση ενός ενσύρματου δικτύου. Εκεί που οι θύρες του router δεν επαρκούν για τις ενσύρματες συνδέσεις όλων τ...

ΣΕ ΑΥΤΟ ΤΟ ΤΕΥΧΟΣ

Ψηφιακή Τηλεόραση, Δεκέμβριος 2024
Κυκλοφορεί το νέο τεύχος Δεκεμβρίου 2024 του περιοδικού “Ψηφιακή Τηλεόραση” μαζί με το “Security Report”. Το νέο τεύχος Δεκεμβρίου του περιοδικού «Ψηφιακή Τηλεόραση» κυκλοφορεί πάντα μαζί με το...
Creta Electronix 2024
Σάββατο 2 και Κυριακή 3 Νοεμβρίου 2024, έλαβε χώρα στο Διεθνές Εκθεσιακό Κέντρο Κρήτης ένα ιδιαιτέρως επιτυχημένο κλαδικό διήμερο: Η έκθεση Creta Electronix 2024, η δεύτερη κλαδική έκθεση συστημάτ...
Grandstream DP755
Η επικοινωνία, τόσο μεταξύ υπαλλήλων όσο και με πελάτες, είναι κρίσιμη για όλες τις επιχειρήσεις. Η ανάγκη για προϊόντα που μπορούν να καλύψουν αυτές τις απαιτήσεις είναι ζωτικής σημασίας. Για να...
Sat & Zap, Δεκέμβριος 2024
Αρκετά νέα κανάλια αυτόν τον μήνα, με το ενδιαφέρον να επικεντρώνεται στα αγγλόφωνα, όπως το αμερικανικό One America News κ.λπ. Επίσης, τουλάχιστον στα Δυτικά της χώρας, αλλά πιθανότατα και στα Νό...