Skip to main content
TM 839
SECURITY REPORT 170
satpraxis 2022
now 33 2022
17 Φεβρουαρίου 2015 22:32

H ανατομία της ψηφιακής τηλεόρασης

Τι είναι και πώς δημιουργείται το transport stream

Γράφει: Μάκης Παπαδόπουλος
4ae8ae47e93bb78cc2322fb645ee1781 XL 62bd1e17

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}

Η ΑΓΟΡΑ ΣΗΜΕΡΑ

Ομοαξονικά καλώδια Kathrein για αξιοπιστία, αποδοτικότητα και ανθεκτικότητα
Η σύνδεση δεν είναι απλώς τεχνολογία – είναι θέμα εμπιστοσύνης. Σε έναν κόσμο όπου η ποιότητα του σήματος και η σταθερότητα της μετάδοσης είναι κρίσιμη, τα καλώδια Kathrein προσφέρουν απόλυτη αξιοπι…
PROMAX TV Explorer NG
Είναι πλέον διαθέσιμο από την IDComs το πλήρες manual σε αρχείο PDF, για τον νέο επαναστατικό αναλυτή TV Explorer NG της PROMAX. Το συγκεκριμένο manual διαθέτει πάνω από 120 σελίδες με αναλυτικές πε…
ALE UC Solution
Η υβριδική εργασία αυξάνεται με ραγδαίο ρυθμό. Οι εργαζόμενοι εργάζονται και επικοινωνούν από όπου και αν βρίσκονται, χωρίς να κρίνεται απαραίτητη η φυσική παρουσία στον ίδιο χώρο. Με τη λύση ενοποι…
Akuvox Self-Organizing Network
Η Akuvox παρουσιάζει μια καινοτόμα προσέγγιση στον έλεγχο πρόσβασης για πολυκατοικίες και gated communities, με τη λύση Self-Organizing Network, σχεδιασμένη για να προσφέρει ευκολία, αποδοτικότητα κ…
EDISION διπλές πρίζες TV/R-SAT
Μια εξαιρετική νέα σειρά πριζών τηλεοπτικού και ραδιοφωνικού σήματος και αξεσουάρ είναι άμεσα διαθέσιμη από την EDISION. Οι πρίζες σχεδιάζονται και κατασκευάζονται από την EDISION, διαθέτουν εξαιρετ…
Multimedia Perspectives / Fagor COMPACT ROT 310C & ROR 260C
Η σειρά COMPACT της Multimedia Perspectives / Fagor περιλαμβάνει τον οπτικό πομπό ROT 310C και τον οπτικό δέκτη ROR 260C με ισχυρά χαρακτηριστικά και υψηλή αξιοπιστία, ενώ να σημειωθεί ότι τα παραπά…
Ομοαξονικά καλώδια της Multimedia Perspectives / Fagor
Στη νέα διευρυμένη γκάμα προϊόντων της IDComs συμπεριλαμβάνεται ένα σύνολο ιδιαίτερα αξιόλογων ομοαξονικών καλωδίων για όλες τις εφαρμογές λήψης και διανομής επίγειων και δορυφορικών τηλεοπτικών σημ…
Yeastar TB Series BRI VoIP Gateway
Η σειρά TB της Yeastar περιλαμβάνει τα TB200 και TB400, δύο συμπαγείς και αξιόπιστες αυτόνομες πύλες (gateways) VoIP που μετατρέπουν τις γραμμές ISDN BRI σε VoIP, επιτρέποντας σε επιχειρήσεις να ενσ…
Ruijie-Reyee RG-RAP62-Wall
Η συνδεσιμότητα είναι πλέον αναπόσπαστο κομμάτι της φιλοξενίας και το Ruijie-Reyee RG-RAP62-Wall δίνει τη λύση που κάθε ξενοδόχος χρειάζεται. Με τεχνολογία Wi-Fi 6 AX3000 και ταχύτητες έως 2.974Mbps…
Televes 552220 ενισχυτής γραμμής 3 εξόδων
O Televes 552220 είναι ένας ενισχυτής γραμμής τηλεοπτικού σήματος κατάλληλος για διαμερίσματα, με 3 εξόδους και αυτόματη αποκοπή παρεμβολών 5G / LTE. Διαθέτει 2 κύριες εξόδους και 1 για μία τοπική T…
TP-Link Omada OC220
Η σειρά εξειδικευμένων επιχειρηματικών λύσεων της TP-Link, Omada, μόλις κυκλοφόρησε τον OC220, έναν νέο ελεγκτή υλικού με 2,6 φορές ταχύτερη εκκίνηση από τον ελεγκτή προηγούμενης γενιάς. Μικρό κουτί…
Audien W-990B & W-176
Η εταιρεία KAL Electronics ανακοινώνει την παραλαβή των ηχείων W-990B μαζί με την κονσόλα χειρισμού W-176 της Audien, τα οποία έχουν σχεδιαστεί για να δημιουργούν ένα ολοκληρωμένο σετ ήχου, ιδανικό…

ΣΕ ΑΥΤΟ ΤΟ ΤΕΥΧΟΣ

ΨΗΦΙΑΚΗ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ, Ιανουάριος 2026
Το νέο τεύχος Ιανουαρίου 2026 του περιοδικού «Ψηφιακή Τηλεόραση» κυκλοφορεί πάντα μαζί με το περιοδικό «Security Report», που ηγείται στην αγορά των ηλεκτρονικών συστημάτων ασφαλείας.  Θέματα Τεύ…
SAT & ZAP, Ιανουάριος 2026
Για πρώτη φορά, είδα ελεύθερη μετάδοση ισραηλινών καναλιών του πακέτου ΥΕS (δύσκολου στα ΒΔ)! Στα αξιόλογα, στις 13 Ανατολικά το αγγλόφωνο CNBC Europe και το νέο ιταλικό κανάλι για την ποδηλασία. Αξ…
Εφαρμογές ευθυγράμμισης δορυφορικού κατόπτρου
Η δορυφορική λήψη παραμένει για πολλούς το αγαπημένο τους χόμπι, που κρατάει ζωντανό το ενδιαφέρον τους να αναζητούν στον ορίζοντα νέα τηλεοπτικά κανάλια από διάφορες χώρες του πλανήτη. Η ταράτσα στ…
«Η τεχνολογία είναι πάνω απ’ όλα ανθρώπινη υπόθεση»
Σε έναν κόσμο που αλλάζει με ταχύτητα, η τεχνολογία δεν είναι πια πολυτέλεια, είναι η δύναμη που ενώνει ανθρώπους, απλοποιεί διαδικασίες και δημιουργεί νέες εμπειρίες. Από την πρώτη στιγμή, η Par…
EDISION HDMI Modulator 3in1 mini loop
Ο ολοκαίνουργιος ψηφιακός διαμορφωτής της EDISION δοκιμάστηκε στο εργαστήριο της Ψηφιακής Τηλεόρασης για το τεύχος αυτού του μήνα. Πρόκειται για τον HDMI Modulator 3in1 mini loop, έναν ψηφιακό μονοκ…
Audien W-990B & W-176
Η Audien παρουσιάζει ένα ολοκληρωμένο σετ ηχητικού συστήματος, που είναι ευέλικτο στην εγκατάσταση και εύκολο στον χειρισμό του. Το σετ αυτό αποτελείται από τα ηχεία W-990B και την κονσόλα W-176, τα…
Amiko Mini Combo FTA
Τον τελευταίο δέκτη που κυκλοφόρησε η Amiko δοκιμάσαμε για αυτόν τον μήνα στο εργαστήριο της Ψηφιακής Τηλεόρασης. Πρόκειται για τον Mini Combo FTA, έναν οικονομικό δέκτη με ανάλυση Full HD, που όχι…
Επισκόπηση απορρήτου

Αυτός ο ιστότοπος χρησιμοποιεί cookie ώστε να μπορούμε να σας παρέχουμε την καλύτερη δυνατή εμπειρία χρήστη. Οι πληροφορίες cookie αποθηκεύονται στο πρόγραμμα περιήγησης σας και εκτελούν λειτουργίες όπως η ανάγνωση σας όταν επιστρέφετε στον ιστότοπο μας και η βοήθεια της ομάδας μας να κατανοήσει ποιες ενότητες του ιστοτόπου θεωρείτε πιο ενδιαφέρουσες και χρήσιμες.