隨著MPEG壓縮技術的應用,幾路不同的電視節目共享同一傳輸流進行傳送成為現實,人們開發了一種同步機制來接收節目,這種同步機制的原理是通過發送原始時鐘頻率的數字取樣值實現同步。這些原始時鐘頻率的取樣值被稱作節目時鐘基準(PCR),應用節目時鐘基準需要一種全新的抖動效果測量方法。
數字電視的同步處理的一個主要問題是同步處理的輸入信號源產生抖動,數字電視信號極易受到這類問題的影響。由于模擬電視信號和數字電視信號的不同,抖動產生的問題也有不同的表現形式。
如果各路節目最初是同步生成的,那么TS流的各路節目共享同一套PCR取樣值。實際上各路節目不一定相互關聯,它們之間不一定互相同步。在這種情況下,每一路節目都應有一套獨立的PCR取樣值。壓縮視頻信號通常使用兩種同步信號:一幀或一場的顯示時間;重建壓縮前原始信號所用的取樣時鐘。這些同步信息都被嵌入在壓縮數據流中,顯示時間標記(PTS)提供了幀同步,節目時鐘基準(PCR)主要用于恢復取樣頻率。
這里,主要介紹ETR290文件的TR101 290推薦的PCR抖動測量方法。
一. PCR的產生
當輸出比特率和PCR間隔值(DVB推薦的間隔不能大于40ms)設置到復用器后,復用器可以計算出哪個傳輸包需要包含PCR值以及具體的PCR值的大小。
PCR值被嵌入到傳輸流中稱為PCR-base和PCR-ext的兩個區域,并用27Mhz時鐘作為單位的時間t(i)指示,這里的i是包含PCR-base的最后一個比特的字節索引號。PCR(i)的計算公式如下:
PCR(i) = PCR_base(i)*300+PCR_ext(i)
PCR_base(i)=[(system_clock_frequency*t(i)) DIV 300] MOD 2^33
PCR_ext(i)=[(system_clock_frequency*t(i)) DIV 1] MOD 300

圖1顯示了對601數字視頻信號進行編碼時,產生和插入PCR值的過程框圖。我們可以看到在相應的PCR區域編碼的PCR值是從輸入的視頻信號本身提取,沒有使用穩定的主時鐘基準。實際上,使用輸入視頻信號來提取時鐘基準,為了適當地解碼和顯示信號,傳輸鏈末端的解碼器必須準確地鎖定這個信號。
27MHz時鐘是從27MHz或270MHz數字分量信號或復合模擬視頻信號的副載波中提取。這個從視頻信號中提取并用于MPEG-2壓縮處理的27MHz參考時鐘會與標稱頻率存在小的偏差。隨著時間變化,這個參考時鐘可能在頻率和速度或漂移率方面存在慢的變化,同時還可能帶有稱為抖動的小幅度快速頻率變化,抖動的幅度是測量的項目。
從圖1可以看出,在一個TS流中至少需要為每個節目提供兩個獨立的時鐘:與節目相關的PCR值和TS流本身的碼率。在接收端的解碼器需鎖定TS流碼率,而重建的視頻信號應與PCR值鎖定。
測量時需要考慮測量基準,對于頻率偏置、漂移率和總的抖動的測量,應該使用一個獨立、精確和穩定的時鐘基準。對于PCR精度測量,使用標稱TS碼率。

二. PCR抖動的來源
在輸入視頻信號中出現的各類頻率變化都被傳遞到編碼的PCR值。但是,這不是嵌入到TS流的PCR值的抖動的唯一來源。
下面是引起PCR誤差和PCR抖動的來源:
(1)計算過程中的算法誤差。這種情況下,在ISO/IEC13818中被稱為PCR精度,應限制在500ns以內。
(2)時間標記數字的取舍。通常發生在編碼復用、再復用和重新進行時間標記編碼階段。
(3)載有PCR信息的TS包在TS流的再定位和移動。可能發生在輸入輸出碼率相同的再復用階段,本地節目插入后,沒有攜帶二次時間標記。
(4)當通過包交換網絡傳輸TS流時,攜帶PCR信息的字節在TS流中再定位和移動。
A.PDH填充過程;B.ATM信元分配;C.SDH/SONET指針移動;D.ASI填充字節插入;E.如果從解碼器中提取的TS流再次用來傳輸,公共接口間隙的插入和刪除。F.再復用過程。
(5)在復用和解復用過程中,用于產生PCR時間標記的時鐘中存在的物理抖動。

三. PCR測量參數
DVB-MG定義了四種PCR測量參數來檢測包含在TS流中的節目PCR,這四種PCR測量參數定義如下:
PCR準確度(Program Clock Reference-Accuracy)是指實際的PCR值和根據該字節在TS流中實際位置的索引所應具有的PCR值之間的差值。由于PCR數值不準或者復用過程中的PCR值的變更均可導致PCR不準確,PCR數值的不準可能由于27MHz參考時鐘頻率的誤差或者是計數器的錯誤引起的。PCR準確度使用ns作為度量單位。ISO/IEC13818規定的PCR不準確度容限是±500ns。圖2顯示了測量PCR準確度的原理圖。對可變比特率傳輸流的PCR-AC測量結果沒有實際意義。
PCR頻率偏置(Program Clock Reference-Frequency Offset)是指節目時鐘頻率和按照絕對基準所測得的標稱時鐘頻率之間的差值。以Hz為單位的PCR頻率偏置計算公式為:測得的頻率-標稱頻率。用ppm的PCR頻率偏置計算公式為:[測得的頻率(Hz)-標稱頻率(Hz)]/標稱頻率(MHz)。ISO/IEC13818-1規定的容限是±810Hz或±30ppm。
PCR漂移率(Program Clock Reference-Drift-Rate)測量頻率對節目時鐘頻率和標稱時鐘頻率之差的低頻分量的一階導數。
PCR漂移率參數的測量單位為mHz/sec(在27MHz處)或ppm/hour。ISO/IEC13818-1規定的容限是±75mHz/sec(在27MHz處)或±10ppm/hour。
PCR全抖動(Program Clock Reference-Overall Jitter)應該到達某一測量點與以到達該點的PCR值之差的高頻分量的瞬時值。PCR全抖動包括了PCR不準確度、物理鏈路抖動和PCR到達時間抖動。由于數據率和線路速率不同步引起不確定的網絡延時,會造成PCR到達時間抖動。PCR全抖動的度量單位為ns。沒有規定容限大小,如果傳輸過程中的抖動為零,這個參數相當于ISO/IEC13818規定的PCR準確度的最大容限為±500ns。上述三個參數PCR-OJ、PCR-FO和PCR-DR的測量原理框圖如圖3所示。
PCR參數的儀器測量如圖4。

B&P