Принцип формирования информационного пакета

Стандарт MPEG 2 предоставляет возможность формирования трех видов цифровых потоков:

• элементарного пакетированного потока,

• программного пакетированного информационного потока и

• транспортного пакетированного потока.

Определение «элементарный» означает, что цифровой поток состоит из одного вида информации: звукоданных, видеоданных или данных пользователя. Программный пакетированный информационный поток формируется внутренним мультиплексором, объединяющим в определенной последовательности элементарные пакетированные потоки сжатых видеоданных и элементарные пакетированные потоки сжатых звукоданных. На входы этого же мультиплексора подаются без сжатия служебные данные и синхрослова (см. рисунок 9).

Рисунок 9 - Принцип формирования информационного пакета

Системные часы кодера

Выходной буфер кодера производит с определенной скоростью кадры видео­последовательности. Каждый из этих кадров произведен в некоторый момент времени. Каждый кодер имеет встроенные часы, поэтому моменты времени, когда производится тот или иной кадр, легко зафиксировать и передать с ко­дера на декодер. Зачем это нужно?

Очень просто — декодер должен декодировать кадры с той же скоростью, с которой кодер их производит. Кроме того, кодер должен выдавать их в пра­вильной последовательности. На скорость кодера и декодера может влиять масса факторов — от напряжения в сети до температуры в помещении, по­этому их работу необходимо синхронизировать. Кроме того, канал связи мо­жет иметь переменную задержку и какую-то собственную буферизацию, т. е. скорость потока на входе декодера может непредсказуемо меняться (см. разд. 1.11).

В стандарте элементарных потоков имеется два значения, которые принима­ют участие в процессе синхронизации — они называются временными штампами DTC и PTS. Кроме того, может возникнуть необходимость пере­давать с кодера на декодер показания системных часов кодера. Это делается при помощи поля PCR. Поле PCR мы будем рассматривать в гл. 5, посвящен­ной транспортному потоку. Мы будем встречать эти значения, когда начнем рассматривать синтаксис элементарного потока.

Значение имеют даже не сами показания этих часов, а разницы показаний для разных кадров или моментов времени, поскольку нам необходимо синхрони­зировать скорость обработки информации.

Временной штамп декодера (Decoder Timestamp или DTC) — это время сис­темных часов, в которое кадр должен быть взят из входного буфера декодера и декодирован. Принимается, что такую операцию можно совершить мгно­венно. Таким образом, DTS показывает время, в которое кадр надо декодиро­вать и положить в выходной буфер декодера.

Временной штамп показа (Presentation Timestamp или PTS) — это время сис­темных часов, в которое кадр нужно показать зрителю, т. е. отправить из вы­ходного буфера декодера на устройство воспроизведения (например, на кодер PAL или интерфейс HDMI). Мы говорили в предыдущем разделе, что время показа может не соответствовать времени декодирования, поэтому PTS не всегда соответствует DTS. Например, при наличии В-кадров, время декоди­рования Р-кадров будет раньше, чем время их презентации.

Системные часы имеют тактовую частоту 27 МГц, т. е. "тикают" 1 раз в 3,7x10^-8 сек. Этого более чем достаточно для синхронизации. Для хранения значения системных часов обычно используется 32 бита, поэтому значения системных часов при этой частоте повторяются каждые 158 сек.

Для передачи от кодера к декодеру значения системных часов делятся на две части — базовую и дополнительную (см. разд. 5.2).

Зная значение DTS и PTS, декодер сможет "рассчитать" скорость, с которой нужно производить декодирование, и работать с этой скоростью. В H.264 применена несколько другая система синхронизации, основанная на исполь­зовании служебной информации, которая называется HRD (см. разд. 4.6).

Изменение порядка кадров в элементарном потоке

Внутренний мультиплексор из элементарных потоков формирует информационную часть — блок цифрового пакета фиксированной длины в 187 байтов и синхрослово в 1 байт.

Информационная часть затем дополняется головной частью и байтами кода Рида-Соломона, обеспечивающими защиту от ошибок блока информационных байтов (см. рисунок 10).

Рисунок 10 - Структура пакета транспортного потока информационных данных с защитой от ошибок кодом Рида-Соломона

Головная часть (до 200 байтов) содержит управляющие коды и включает в себя:

- один байт стартового кода, подготавливающий приемное устройство к началу приема данных;

- коды коррекции ошибочных битов (сверточные и т.п.); биты данных пользователя;

- биты идентификации, предназначенные для распознавания видео- и аудиоинформации в пакете;

- биты флага данных, несущие информацию о скремблировании (закрытости) канала, его приоритете;

- данные, указывающие на длину заголовка пакета, содержащего до 200 байтов. Они отмечают число байтов, которые могут присутствовать до начала передачи информационной части пакета.

Кодированные данные изображения и звука, а также различная дополнительная информация объединяются в мультиплексоре в единый поток данных: это по сути программный мультиплексор.

Эта часть аппаратуры цифрового ТВ составляет подсистему кодирования источника информации и мультиплексирования. Ее функция — максимально сжать информационный поток источника.

Объединение нескольких ТВ программ (1, 2, 3) в транспортный поток осуществляется в транспортном мультиплексоре (рис. 11).

Рисунок 11 – Формирование транспортного потока