Skip to main content
TM16
SEC 175 COVER
satpraxis 2022
now 33 2022
17 Φεβρουαρίου 2015 23:32

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

Kathrein BZD 32
Η Kathrein BZD 32 είναι μια υψηλής ποιότητας ενεργή εσωτερική κεραία ψηφιακής τηλεόρασης και ραδιοφώνου, ιδανική για λήψη DVB-T, DVB-T2 και DAB+ σημάτων σε εσωτερικούς χώρους. Με ενσωματωμένο ενισχυ…
Tesla XT850
Η εταιρεία AstraSat ανακοινώνει νέα παραλαβή του Tesla MediaBox XT850. Πρόκειται για ένα Android TV Box με ενσωματωμένο δέκτη DVB-T2 HEVC (H.265). Διαθέτει επίσημη πιστοποίηση Google και Netflix, γε…
PROMAX PROLITE-44 & PROLITE-45
Το OTDR είναι το απαραίτητο εργαλείο στην εργαλειοθήκη κάθε ομάδας εγκατάστασης και συντήρησης δικτύων οπτικών ινών, καθώς προσφέρει: Μέτρηση μερικής ή ολικής εξασθένησης σε όλο το μήκος μιας οπτ…
LINKVIL W610H & W710H
Το ασύρματο σύστημα πολλαπλών κυψελών LINKVIL της FANVIL προσφέρει απρόσκοπτη επεκτασιμότητα και επικοινωνία υψηλής απόδοσης. Εξασφαλίζει εξαιρετική χωρητικότητα κλήσεων και κάλυψη μεγάλης εμβέλειας…
Ruijie-Reyee RG-RAP62
Σε ένα επαγγελματικό δίκτυο, το ζητούμενο δεν είναι απλώς να «υπάρχει Wi-Fi». Είναι να υπάρχει κάλυψη που δουλεύει σωστά, χωρίς αποσυνδέσεις και χωρίς επιστροφές στον χώρο μετά την εγκατάσταση. Το R…
TELEVES Keystone Jacks
Διαθέσιμη στο Β2Β της EDISION μεγάλη γκάμα Keystone Jack RJ45 της TELEVES. Πρόκειται για θηλυκά βύσματα 180° που είναι συμβατά με την τεχνολογία PoE / PoE+ / PoE++ (Power over Ethernet), επιτρέποντα…
EDISION SELECT Rack 20U έως 42U
Οι νέες επιδαπέδιες καμπίνες EDISION SELECT 19” 600x600 (20U, 26U, 32U, 42U) και 600x800 (32U, 42U) black αποτελούν μια εξαιρετικά αναβαθμισμένη επαγγελματική επιλογή συναρμολογημένου αυτόνομου ερμα…
Kathrein KAZ 12
Το Kathrein KAZ 12 είναι μια διάταξη που προστατεύει τα εξαρτήματα του συστήματος λήψης και διανομής SAT, CATV και DVB-T, παρέχοντας ισχυρή αντικεραυνική προστασία. Προορίζεται για εγκατάσταση όσο τ…
Συνδεδεμένες λύσεις και συσκευές από την Alcatel-Lucent Enterprise
Περισσότεροι εργαζόμενοι εργάζονται και επικοινωνούν πλέον από όπου κι αν βρίσκονται, χωρίς φυσική παρουσία στον ίδιο χώρο. Με τις συνδεδεμένες λύσεις και τα τηλέφωνα της Alcatel-Lucent Enterprise…
Grandstream GWN7062M
Υπάρχουν εγκαταστάσεις που ξεκινούν με ένα βασικό πρόβλημα. Δεν υπάρχει γραμμή. Ή υπάρχει, αλλά δεν είναι αξιόπιστη. Εκεί δεν χρειάζεται απλώς ένα router. Χρειάζεται λύση που να δίνει δίκτυο από την…
Kathrein KAZ 11
εξαρτήματα του συστήματος σε συστήματα λήψης και διανομής κεραιών από παροδικές υπερτάσεις. Παρέχει εξαιρετική προστασία μειώνοντας τις υπερτάσεις μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού αγωγού σε…
Kathrein BZD 40
Η Kathrein BZD 40 είναι μια ενεργή εξωτερική κεραία τηλεόρασης και ραδιοφώνου, σχεδιασμένη για υψηλής απόδοσης λήψη ψηφιακών σημάτων DVB-T, DVB-T2 και DAB+ σε εξωτερικούς χώρους. Με ενσωματωμένο ενι…

ΣΕ ΑΥΤΟ ΤΟ ΤΕΥΧΟΣ

ΨΗΦΙΑΚΗ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ, Ιούνιος 2026
Το νέο τεύχος Ιουνίου 2026 του περιοδικού «Ψηφιακή Τηλεόραση» κυκλοφορεί πάντα μαζί με το περιοδικό «Security Report», που ηγείται στην αγορά των ηλεκτρονικών συστημάτων ασφαλείας. Θέματα τεύχους…
Ψηφιακή μετάβαση σε DVB-T2 και στην Κύπρο!
Σε εξέλιξη βρίσκεται η μετάβαση της Κύπρου στο νέο πρότυπο επίγειας ψηφιακής μετάδοσης, το DVB-T2. Από την 1η Ιουλίου, το DVB-T θα πάψει οριστικά να λειτουργεί και όλοι οι πολίτες της Μεγαλονήσου απ…
EUR’OHM ΟΧΧΟ από την aliberti
Μια εξαιρετική σειρά πριζών της γαλλικής εταιρείας EUR’OHM κυκλοφόρησε πρόσφατα στην ελληνική αγορά από την aliberti ΑΒΕΕ. Σχεδιασμένες μεπολλή καλή ποιότητα κατασκευής και υψηλή αισθητική για να τα…
Kathrein UFO 120/8
Η οικογένεια UFOprolite είναι η οικονομικά αποδοτική σειρά Compact Headend της Kathrein για την επόμενη γενιά εφαρμογών τηλεόρασης φιλοξενίας. Το UFO 120/8 προσφέρει όλα τα πλεονεκτήματα της σειράς…
Sat & Zap, Ιούνιος 2026
Αρκετή κινητικότητα στη δημοφιλή θέση στις 13 Ανατολικά. Νέα ρωσικά στην ειδική συχνότητα του τουρκικού δορυφόρου και αρκετά παλαιστινιακά σε ειδική συχνότητα στις 26 Ανατολικά. Palestine TV…