數(shù)字電視的碼流技術(shù)

數(shù)字電視原理數(shù)字電視碼流基礎(chǔ)數(shù)字電視碼流基礎(chǔ)數(shù)字電視信號是以碼流形式傳輸與模擬電視顯著不同。碼流內(nèi)容包含：信號的表示、碼流語法、碼流中的邏輯關(guān)系、碼流內(nèi)部所描述內(nèi)容、碼流的層次關(guān)系等。

模擬電視與數(shù)字電視的區(qū)別（信號及信號傳輸）

；數(shù)字電視碼流及分類；碼流的主要內(nèi)容；同步與時(shí)間標(biāo)識；條件接收，加密，加擾；附加信息，電子節(jié)目表，服務(wù)信息；模擬電視與數(shù)字電視模擬電視數(shù)字電視信號表示連續(xù)的電流或電壓利用二進(jìn)制數(shù)“0”、“1”表示信號傳輸采用掃描實(shí)現(xiàn)圖像信號的順序傳輸打包，碼流復(fù)用多套電視組成一個(gè)傳輸碼流串行傳輸音視頻頻分、同時(shí)傳輸打包，音視頻交替?zhèn)鬏斝盘柾嚼猛矫}沖信號同步利用時(shí)間信息，時(shí)間標(biāo)識，實(shí)現(xiàn)同步條件接收無加密、加擾附加信息無有如電子節(jié)目表數(shù)字電視碼流的類型ES（基本碼流）

視頻ES

音頻ES

數(shù)據(jù)流PES（節(jié)目基本碼流）——打包的基本碼流PS（節(jié)目碼流）——用于節(jié)目存儲，演播室，信道干擾小TS（傳輸碼流）——用于遠(yuǎn)距離信號傳輸，信道干擾較大ES視頻ES1音頻ES1數(shù)據(jù)1視頻ES2音頻ES2數(shù)據(jù)2打包打包打包

傳輸復(fù)用節(jié)目復(fù)用打包視頻PES1音頻PES1視頻PES2音頻PES2PS流1TS流數(shù)字電視碼流之間的層次關(guān)系1.基本碼流（ElementaryStream）

包含視頻、音頻、數(shù)據(jù)的連續(xù)碼流。

MPEG視頻碼流：

根據(jù)MPEG圖像序列的結(jié)構(gòu)，MPEG視頻ES的結(jié)構(gòu)由6層組成。圖像序列、圖像組、圖像幀、宏塊條、宏塊、塊。頭部信息數(shù)字電視碼流的形式是一串二進(jìn)制數(shù)據(jù)，要明白二進(jìn)制數(shù)據(jù)所代表的含義，還要借助于另一些二進(jìn)制數(shù)據(jù)來標(biāo)明哪些數(shù)據(jù)是屬于哪一層的，以及有關(guān)的參數(shù)，這些數(shù)據(jù)被置于有效數(shù)據(jù)的前面，而且有固定的碼字，我們稱之為頭部信息，一般頭部信息的起點(diǎn)由起始碼（StartCode）標(biāo)識。

序列頭序列頭序列擴(kuò)展擴(kuò)展與用戶圖像組擴(kuò)展與用戶圖像頭圖像編碼擴(kuò)展擴(kuò)展與用戶圖像數(shù)據(jù)序列結(jié)束ISO/IEC11172-2(MPEG-1)圖4—14MPEG一2視頻基本碼流（ES）的高層結(jié)構(gòu)（1）序列的頭部（sequenceheader）標(biāo)志整個(gè)編碼序列的開始，實(shí)際碼流中可以有多個(gè)序列頭，以實(shí)現(xiàn)編輯切換。該序列頭定義了有關(guān)圖像大小(水平和垂直尺寸)、幀率、碼率、用戶自定義幀內(nèi)／幀間量化矩陣等重要信息?？紤]到MPEG一2和MPEG一1的兼容性，頭部信息分成兩部分：一部分稱為序列頭——這是兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的共用部分，另一部分稱為序列擴(kuò)展或序列延伸(sequence

extension)——這是MPEG一2的標(biāo)志。（2）序列擴(kuò)展(sequenceextension)它規(guī)定了序列的其余信息，包括3個(gè)參數(shù)：①profile-and-level(型和級別)；②參數(shù)2規(guī)定了圖像格式：4：2：0、4：2：2、4：4：4；③progresssequence，說明是只有幀圖像，還是既有幀圖像又有場圖像。Sequenceextension起始碼是000001B5(16進(jìn)制)，后面是識別碼0001——說明是哪一個(gè)型Extension(Profile、Level)，如圖中ISO／IEC11172—2指MPEG—1。還有序列顯示擴(kuò)展、量化矩陣擴(kuò)展、序列分級(時(shí)間、空間、SNR)擴(kuò)展等。（3）擴(kuò)展與用戶(extension&user)

有擴(kuò)展起始碼，指明擴(kuò)展的開始。用戶數(shù)據(jù)是由用戶為其特殊應(yīng)用所定義的數(shù)據(jù)，用戶數(shù)據(jù)起始碼表明用戶數(shù)據(jù)開始。（4）圖像組頭(Groupofpictureheader)

①group—start—code：一個(gè)16進(jìn)制的字符串000001B8，表明圖像組頭部的開始。②time—code：一個(gè)25比特的字段，用于視頻磁帶記錄器的時(shí)間和控制碼。

③closed—gop及broken—link均涉及到對B幀的處理。在傳送來的圖像序列中，碼流中第一個(gè)I幀和P幀之間的B幀屬于前一個(gè)GOP，如果對當(dāng)前GOP進(jìn)行剪輯，除非這些B幀僅使用后向預(yù)測(closed—gop＝1)，否則它們無法正確重建；而broken—link，正常編碼過程置0，當(dāng)對GOP剪輯時(shí)則置1，說明該GOP的I、P幀之間的B幀無法正確解碼，除非closed—gop=1，否則解碼器必須跳幀，以避免顯示這些B幀。（5）圖像編碼擴(kuò)展(Picturecodingextension)

①picturestructure：說明是頂場(topfield)、底場(bottomfield)還是幀圖像(framepicture)。

②intra—dc—precision：規(guī)定幀內(nèi)直流系數(shù)的精度是8／9／l0／11bits中的哪一種。此外，還說明運(yùn)動矢量的變動范圍，是否是4：2：0格式等。③f—code：定義P、B幀運(yùn)動估計(jì)時(shí)搜索窗的范圍，由此限定了宏塊MV所能達(dá)到的最大值。④top—first—field、repeat—first—field及progress—frame的組合，形成MPEG一2視頻多種解碼、顯示方式。（6）圖像數(shù)據(jù)層(Picturedata)主要包括宏塊條頭、宏塊、塊等信息，MPEG—2通常取一行宏塊構(gòu)成一個(gè)Slice，是最小的同步單位。（7）擴(kuò)展系統(tǒng)層語法MPEG一2中有兩類數(shù)據(jù)碼流：傳送數(shù)據(jù)流和節(jié)目數(shù)據(jù)流。兩者都是由壓縮后的視頻數(shù)據(jù)或音頻數(shù)據(jù)(包括輔助數(shù)據(jù))組成的分組化單元數(shù)據(jù)流所組成。傳送數(shù)據(jù)流的運(yùn)行環(huán)境有可能出現(xiàn)嚴(yán)重的差錯(cuò)(比特誤碼或分組丟失)，而節(jié)目數(shù)據(jù)流的運(yùn)行環(huán)境則極少出現(xiàn)差錯(cuò)，或系統(tǒng)層的編碼基本上由軟件完成。由于在字頭上作了很多詳細(xì)規(guī)定，使用起來較為方便和靈活，可對每個(gè)分組設(shè)置優(yōu)先級；加密／解密或加擾；更換廣告內(nèi)容；插入多語種解說聲音和字幕等。一個(gè)8×8圖像塊DCT系數(shù)的量化（可變長度編碼）宏塊地址模式量化值運(yùn)動矢量塊模式編碼亮度塊色度塊起始碼起始碼起始碼宏塊條地址量化值宏塊0宏塊1…宏塊n－1圖像標(biāo)志量化加權(quán)矩陣宏塊條0宏塊條1…宏塊條m－1圖像序列參數(shù)圖像級和型圖像0圖像1…圖像p－1碼流各層的主要語法元素組成塊層宏塊層宏塊條層圖像層圖像序列層2.包的基本流（PacketElementary

StreamPES）

基本碼流是對編碼的視頻碼流、音頻碼流和其他編碼數(shù)據(jù)流的統(tǒng)稱。音頻或視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼后得到基本碼流（ES）還不能直接送入傳輸系統(tǒng)或節(jié)目系統(tǒng)。一個(gè)符合ISO11172規(guī)定的碼流是由一個(gè)或幾個(gè)基本碼流ES(elementarystream)復(fù)合而成的。數(shù)據(jù)傳輸需要分組打包，數(shù)據(jù)分組。ES流經(jīng)過打包后稱為打包的基本碼流，其包的長度可變，一般取單元長度。一個(gè)單元長度：一幅視頻圖像一個(gè)音頻幀

ISO11172將基本碼流復(fù)合在一起的辦法是將基本碼流先打成小包PES(packetelementarystream，即打包的基本流，實(shí)質(zhì)是碼流的數(shù)據(jù)分組)，每個(gè)小包都只能有一種基本碼流，比如視頻小包、音頻小包或其他，PES最大長度達(dá)216字節(jié)。一個(gè)小包不可能有兩種或兩種以上的基本碼流，其小包頭部都有碼流識別碼(streamid—codes)，可借以區(qū)別不同性質(zhì)的基本碼流。

在PES的頭部包含有許多信息，借此可以識別這個(gè)PES是視頻還是音頻或者是數(shù)據(jù)，也可以知道包有多長等。對于小包中的第一個(gè)存取單元，小包的頭部還包含解碼時(shí)間標(biāo)簽或時(shí)間戳DTS(decodingtimestamp)和顯示時(shí)間標(biāo)簽或時(shí)間戳PTS(presentationtimestamp)。碼流在時(shí)間上被分割成許多小包串行傳送，幾個(gè)小包又在系統(tǒng)復(fù)用層被打成大包便于信道編碼與傳送。（1）PES的組成

在PES數(shù)據(jù)塊的前面有一個(gè)PES的頭部，其頭部包含了許多信息，首先是包起始碼，它由一個(gè)起始碼前綴和后面的起始碼標(biāo)志組成。起始碼前綴是由一串字符共23個(gè)“0’’和一個(gè)“1”組成，即“000000000000

0000

00000001”。起始碼標(biāo)志是一個(gè)8bit的整數(shù)，說明起始碼的種類，即包標(biāo)志(stream－id)，說明這個(gè)包所屬碼流的性質(zhì)(視頻、音頻或數(shù)據(jù))及序號，起始碼的比特格式是專用的，在碼流中不會有同樣的組合是代表別的意思。

包標(biāo)志(stream-id)，說明這個(gè)包所屬碼流的性質(zhì)(視頻、音頻或數(shù)據(jù))及序號，比如：1100××××——MPEGAudiostream，Number××××；1111××××——MPEGVideostream，Number××××。stream-id后面的是PES包長度，說明這個(gè)字段后面有多少個(gè)字節(jié)。PES中2bit“10”是MPEG一2的標(biāo)志，其后的PESHeaderFlags即PES頭部識別標(biāo)志為14bit，PES組成及其PESHeaderFlags包含內(nèi)容如圖4—15所示。圖4—15PES的組成圖包起始碼標(biāo)識流標(biāo)識碼PES長度PES頭PES包數(shù)據(jù)“10”加擾控制優(yōu)先級指示數(shù)據(jù)校準(zhǔn)指示版權(quán)指示原始復(fù)制標(biāo)識包頭數(shù)據(jù)長度包數(shù)據(jù)塊PES字段解碼時(shí)間標(biāo)簽顯示時(shí)間標(biāo)簽ES系統(tǒng)時(shí)間標(biāo)識ES流數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)模式附加復(fù)制信息循環(huán)校驗(yàn)碼標(biāo)志PES擴(kuò)展標(biāo)志標(biāo)識包頭字段任意字段PES專用數(shù)據(jù)PES擴(kuò)展字段長度PES擴(kuò)展字段數(shù)據(jù)節(jié)目包序列節(jié)目碼流系統(tǒng)目標(biāo)解碼器緩沖器在圖4—15中，SC表示加擾指示，PR表示優(yōu)先級指示，DA說明相配合的數(shù)據(jù)，CR表示有無版權(quán)指示，OC表示原版或拷貝，PD表示是否有PTS及DTS，ESCR表示PES包頭部是否有ElementaryStreamClockReference，即基本碼流的時(shí)鐘基準(zhǔn)信息，RATE表示PES包頭部是否有ElementaryStreamRate即基本碼率信息，TM指出是否有8比特的字段說明DSM(digitalstoragemedia)的模式，AC未定義，CRC表示是否有循環(huán)校驗(yàn)碼，EXT說明是否有擴(kuò)展標(biāo)志。(2)傳輸包PES包進(jìn)入傳輸系統(tǒng)，要被分割成一個(gè)又一個(gè)固定長度為188字節(jié)的傳輸包，其PES包的數(shù)據(jù)，包括頭部都是作為傳輸包的凈負(fù)荷數(shù)據(jù)一個(gè)接一個(gè)地傳送。一個(gè)新的PES包數(shù)據(jù)總是開始一個(gè)新的傳輸包，如果PES包在一個(gè)傳輸包的中間處結(jié)束，那么傳輸包的余下的長度內(nèi)就用填充字填進(jìn)去。傳輸包的頭部結(jié)構(gòu)分為兩層，一層是固定長度的連接層(linklayer)，另一層是長度可變的適配(adaptationlayer)。其作用分別如下：①linklayer的作用是：

A．包同步。它是包中的第一個(gè)字節(jié)，用于建立包同步；

B．包識別符(PID)。包之所以能被復(fù)用和解復(fù)用，就是靠特定的基本碼流和控制碼流的包識別符號。由于PID在頭部的位置是固定的，要提取某個(gè)基本碼流的包很容易，只要同步建立后靠PID濾出這個(gè)包就行。

C．誤碼處理。解碼器中的打包層能夠作誤碼檢測是靠連續(xù)計(jì)數(shù)的字段來實(shí)現(xiàn)的，在發(fā)送端對所有的包都作0到15的重復(fù)計(jì)數(shù)，在接收機(jī)終端如發(fā)現(xiàn)連續(xù)計(jì)數(shù)器的值中斷，即表明數(shù)據(jù)在發(fā)送中丟失了，此時(shí)解碼器的傳輸處理器就會告訴解碼器某個(gè)基本碼流丟失了數(shù)據(jù)。

D．條件接收。MPEG一2傳輸格式允許包的數(shù)據(jù)作擾亂處理，各個(gè)基本碼流都可以獨(dú)立地進(jìn)行擾亂。傳輸包的連接頭信息要說明包中的凈負(fù)荷數(shù)據(jù)是否被擾亂了，如果是，則要標(biāo)志出解擾的密鑰。必須指出的是，頭部信息總是清楚的、不被擾亂的。②adaptationlayer的作用是：A．同步和定時(shí)。正如前文ISO11172中所說，壓縮后的數(shù)字圖像的各幀數(shù)據(jù)量相差很大，這就不可能從圖像數(shù)據(jù)的起始部分直接獲取定時(shí)信息，所以在數(shù)字碼流中沒有像在模擬電視中有“同步脈沖’’的概念。解決上述問題的方法是選擇一些包的適配頭傳送時(shí)間信息，這就是節(jié)目時(shí)鐘參考PCR(programclockreference)。它是一個(gè)27MHz的時(shí)鐘信息，指出在傳輸解碼器從碼流中讀完這個(gè)字段時(shí)的期望時(shí)間，在發(fā)送端利用計(jì)數(shù)器對系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)形成PCR；在解碼器中通過鎖相環(huán)電路，對當(dāng)?shù)?7MHz時(shí)鐘的相位和接收的瞬時(shí)PCR相比較，決定解碼過程是否同步。

B．隨機(jī)進(jìn)入壓縮的碼流。在節(jié)目調(diào)諧或節(jié)目更換時(shí)需要隨機(jī)進(jìn)入音頻和視頻，即隨機(jī)進(jìn)入I幀(在I幀前面的視頻序列的頭部應(yīng)該一個(gè)隨機(jī)進(jìn)入點(diǎn))。

C．當(dāng)?shù)毓?jié)目的插入。同步和時(shí)間標(biāo)志

圖像得以穩(wěn)定重現(xiàn)的前提是與發(fā)送端的正確同步。模擬電視圖像每幀的掃描時(shí)間是一定的，而且絕對是按次序傳送的，所以只要在每一幀和每一行起始的時(shí)間同步，就一定解決了整個(gè)圖像的同步問題，而且音頻與視頻是同時(shí)傳送的，不存在音頻與視頻的同步問題。

對于經(jīng)壓縮編碼的圖像來說，同步就是一個(gè)較為復(fù)雜的問題，這是因?yàn)椋?/p>

(1)I、P、B幀三類圖像經(jīng)壓縮后的字節(jié)數(shù)相差懸殊。

(2)由于幀間預(yù)測編解碼的需要，顯示圖像的次序不同于解碼器輸入圖像的次序。

(3)音頻的基本碼流和視頻的基本碼流是交錯(cuò)傳送的。解決同步問題的方法是在碼流中插入時(shí)間標(biāo)志，有了時(shí)間標(biāo)志就可以在顯示前重新排序，重建壓縮前的圖像序列的次序，并且使音頻和視頻同步顯示。要加時(shí)間標(biāo)志，首先要有統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，即如圖4—16所示的STC(systemtimeclock)，它對視頻和音頻都是有效的，運(yùn)行于90kHz，每天持續(xù)24小時(shí)，且解碼器的時(shí)間基準(zhǔn)同樣鎖定在STC上。有了時(shí)間基準(zhǔn)，那么在大包的頭部插入一個(gè)叫系統(tǒng)時(shí)鐘參考SCR(systemclockreference)的時(shí)間標(biāo)志，它是一個(gè)33bit的數(shù)，用以指明是SCR的最后一個(gè)字節(jié)離開編碼器的時(shí)間，在STD的輸入端則提取這個(gè)時(shí)間。

圖4—16時(shí)間標(biāo)志系統(tǒng)注：解碼器中的雙向箭頭進(jìn)出STC，表示可以有不同結(jié)構(gòu)收集圖像對STC取樣得到PTS收集音頻幀對STC取樣得到PTS復(fù)用系統(tǒng)編碼與緩沖編碼編碼對STC取樣得到SCR緩沖器解碼與顯示緩沖器解碼與顯示比較PTS比較PTS數(shù)字DSM存儲介質(zhì)STC

STC

未編碼的視頻視頻輸出未編碼的音頻音頻輸出3.節(jié)目碼流PS節(jié)目碼流是將一個(gè)或幾個(gè)具有公共時(shí)間基準(zhǔn)的PES組合成的復(fù)用流。所有的基本碼流就像單個(gè)節(jié)目碼流一樣同步解碼。

PS流比較適合于相對誤碼率小的傳輸環(huán)境中，如交互式多媒體環(huán)境和媒體存儲管理系統(tǒng)，演播室環(huán)境。

PS碼流的數(shù)據(jù)包長度相對比較長，并且是可變的。

PS是由兩層組成系統(tǒng)層：包頭，系統(tǒng)時(shí)鐘參考基本流和屬性壓縮層：PES數(shù)據(jù)流4.傳輸碼流TS

傳輸流是由一個(gè)或幾個(gè)不同的PES經(jīng)過傳輸打包后組成的復(fù)合流。

TS利用一套節(jié)目專用信息表PSI來管理碼流中各個(gè)PES的關(guān)系及其它的一些復(fù)用信息。

TS流的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為固定長度的包（188字節(jié)或204字節(jié)，其中有效數(shù)據(jù)固定為188字節(jié)），它適合在相對有干擾或誤碼的環(huán)境中傳輸，如有線電視或地面廣播。TS流的每個(gè)包數(shù)據(jù)分為包頭數(shù)據(jù)和凈荷數(shù)據(jù)兩部分。

同步與時(shí)間標(biāo)識模擬電視系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像信號的順序傳輸與圖像得以穩(wěn)定重現(xiàn)的前提是與發(fā)送端的正確同步。模擬電視圖像每幀的掃描時(shí)間是一定的，而且絕對是按次序傳送的，所以只要在每一幀和每一行起始的時(shí)間同步，就一定解決了整個(gè)圖像的同步問題，而且音頻與視頻是同時(shí)傳送的，不存在音頻與視頻的同步問題。數(shù)字電視系統(tǒng)中對于經(jīng)壓縮編碼的圖像來說，同步就是一個(gè)較為復(fù)雜的問題，這是因?yàn)椋?/p>

(1)I、P、B幀三類圖像經(jīng)壓縮后的字節(jié)數(shù)相差懸殊。

(2)由于幀間預(yù)測編解碼的需要，顯示圖像的次序不同于解碼器輸入圖像的次序。

(3)音頻的基本碼流和視頻的基本碼流是交錯(cuò)傳送的。在信號處理壓縮過程中，需要時(shí)間并且視音頻壓縮處理所需時(shí)間的不一致，不固定也會給同步造成困難。不同步問題在數(shù)字電視系統(tǒng)中，存在的不同步問題：序列圖像解碼和顯示重排（同步）的問題；圖像的行、場同步問題（圖像的空間同步）；視音頻同步問題（時(shí)間同步）無論是TS碼流還是PS碼流，每一套視頻流或音頻流都獨(dú)占了一個(gè)PID資源。各視/音頻數(shù)據(jù)包在時(shí)域上相互獨(dú)立，交錯(cuò)分布在碼率中，解碼端在獲取視音頻數(shù)據(jù)包后，采用緩沖機(jī)制，拼裝成視頻幀或音頻幀，經(jīng)解碼器解碼后進(jìn)行播放。如果在時(shí)間域上不加以控制，播放的圖像與聲音之間往往會出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象——音、像的時(shí)間不同步。為此就需要在碼流中添加視音頻數(shù)據(jù)間的時(shí)間相關(guān)性信息。數(shù)字電視的時(shí)間信號由碼流中的專門信息來傳遞，接收端應(yīng)該從碼流的這些信息中恢復(fù)時(shí)鐘。

系統(tǒng)時(shí)鐘在數(shù)字視頻應(yīng)用系統(tǒng)中，解碼和編碼之間需要經(jīng)過數(shù)字方式存儲，傳輸?shù)雀鞣N不同處理，不可能做到每個(gè)比特從編碼器到解碼器之間的間隔保持相同。為了實(shí)現(xiàn)各種不同應(yīng)用狀態(tài)下的編/解碼之間的同步，在MPEG系統(tǒng)中引入了系統(tǒng)時(shí)鐘（systemtimeclock，STC）的概念。解決同步問題的方法是在碼流中插入時(shí)間標(biāo)志，有了時(shí)間標(biāo)志就可以在顯示前重新排序，重建壓縮前的圖像序列的次序，并且使音頻和視頻同步顯示。要加時(shí)間標(biāo)志，首先要有統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，即如圖4—16所示的STC(systemtimeclock)，它對視頻和音頻都是有效的，運(yùn)行于90kHz，每天持續(xù)24小時(shí)，且解碼器的時(shí)間基準(zhǔn)同樣鎖定在STC上。有了時(shí)間基準(zhǔn)，那么在大包的頭部插入一個(gè)叫系統(tǒng)時(shí)鐘參考SCR(systemclockreference)的時(shí)間標(biāo)志，它是一個(gè)33bit的數(shù)，用以指明是SCR的最后一個(gè)字節(jié)離開編碼器的時(shí)間，在STD(系統(tǒng)目標(biāo)解碼器)的輸入端則提取這個(gè)時(shí)間。

圖4—16時(shí)間標(biāo)志系統(tǒng)注：解碼器中的雙向箭頭進(jìn)出STC，表示可以有不同結(jié)構(gòu)收集圖像對STC取樣得到PTS收集音頻幀對STC取樣得到PTS復(fù)用系統(tǒng)編碼與緩沖編碼編碼對STC取樣得到SCR緩沖器解碼與顯示緩沖器解碼與顯示比較PTS比較PTS數(shù)字DSM存儲介質(zhì)STC

STC

未編碼的視頻視頻輸出未編碼的音頻音頻輸出MPEG一2編解碼系統(tǒng)中有一個(gè)共同的節(jié)目參考時(shí)鐘(PCR)，此時(shí)鐘是用來產(chǎn)生指示音頻和視頻的正確顯示和解碼時(shí)序的時(shí)間標(biāo)簽或時(shí)間戳，同時(shí)可用來指示在抽樣間隙中系統(tǒng)時(shí)鐘本身的瞬時(shí)值。指示音頻和視頻顯示時(shí)間的時(shí)間標(biāo)簽為顯示時(shí)間標(biāo)簽(PTS)，指示解碼時(shí)間的為解碼時(shí)間標(biāo)簽(DTS)。在MPEG一2數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)中，傳輸流中PCR的插入至關(guān)重要，必須在PCR域(或字段)最后離開復(fù)用器的那一刻進(jìn)行，同時(shí)把27MHz系統(tǒng)時(shí)鐘的采樣作為PCR字段插入到相應(yīng)的PCR域中。在此之前插入的PCR，可能由于系統(tǒng)存在緩存，其緩存過程中各字節(jié)的延時(shí)會造成PCR的抖動，影響解碼器的時(shí)鐘恢復(fù)，這是不允許的。每個(gè)節(jié)目均有其本身的時(shí)間基準(zhǔn)，包含多節(jié)目的傳送碼流，各有其本身的PCR域值。為了解決同步問題，MPEG一2采用了在ES、PES和TS三個(gè)碼流中設(shè)置相關(guān)的時(shí)鐘信息，并通過聯(lián)合作用達(dá)到編解碼同步和視音頻同步。它實(shí)際上就是系統(tǒng)時(shí)鐘在不同的圖像顯示及聲音回放時(shí)刻的抽樣值。在每一個(gè)音頻幀和視頻幀的編碼比特所形成的PES的包頭中，包含了相應(yīng)的PTS值。接收端首先利用前面講的方法將本地時(shí)鐘恢復(fù)出來后，便形成了PTS的參考基準(zhǔn)，當(dāng)接收到任何的PTS包信號(包括音頻和視頻)時(shí)，經(jīng)過解碼后，在進(jìn)行顯示和回放之前，都要將它所攜帶的PTS與經(jīng)過恢復(fù)的PCR進(jìn)行比較，如果滿足：其中△t為PCR的抖動容限。那么表明此時(shí)圖像或聲音正好位于顯示或回放時(shí)刻，于是可立刻將圖像幀或音頻幀進(jìn)行顯示或回放，不需作任何同步處理；但是通常是PTS的到達(dá)與PCR時(shí)鐘恢復(fù)是兩個(gè)獨(dú)立的過程，上式一般不滿足，要進(jìn)行以下的同步調(diào)整：

(1)如果PTS<PCR－△t，那么立即將該幀丟棄，并重復(fù)已顯示幀，直至PTS值趕上來，并使式(4—9)得以滿足。

(2)如果PTS>PCR+△t，那么將已譯碼出來的音視頻幀放在顯示緩存器里等待，直至PCR的值增加起來，使式(4—9)得以滿足。此時(shí)，才將顯示緩存器里的內(nèi)容釋放出來。由于發(fā)端音視頻幀的PTS均以系統(tǒng)時(shí)鐘為基準(zhǔn)插入，所以通過上述的調(diào)整過程均可以保證接收端的音視頻同步。

在ES流中通過采用VBV—Delay確定解碼起始，在PES流中由解碼時(shí)間標(biāo)簽和顯示時(shí)間標(biāo)簽確定解碼和顯示次序。在接收端利用計(jì)數(shù)器形成本地時(shí)鐘參考LCR，再利用PCR重建和編碼端同步的27MHz系統(tǒng)時(shí)鐘。當(dāng)每一個(gè)新的PCR到達(dá)時(shí)，解碼器都會將其和自己本地27MHz系統(tǒng)時(shí)鐘的采樣值比較，利用兩者的誤差生成控制本地27MHzVCO（壓控振蕩器）的誤差電壓，從而使本地27MHz系統(tǒng)時(shí)鐘和編碼端的27MHz系統(tǒng)時(shí)鐘同步。恢復(fù)了27MHz系統(tǒng)時(shí)鐘后，再利用PES頭信息中的顯示時(shí)間標(biāo)簽和解碼時(shí)間標(biāo)簽進(jìn)行視音頻的同步，同時(shí)利用VBV—Delay在解碼器的緩沖器(Buffer)充盈到相應(yīng)程度后啟動初始解碼。

解碼端的27MHz時(shí)鐘全靠PCR產(chǎn)生，如果PCR插入不正確，那么將導(dǎo)致解碼端Buffer上溢或下溢。例如，編碼端的系統(tǒng)時(shí)鐘為27MHz，而解碼端的時(shí)鐘為27.001MHz，那么由于解碼速度偏快，最終將導(dǎo)致解碼端的Buffer的下溢；相反若解碼端時(shí)鐘低于27MHz，由于解碼速度偏慢將最終導(dǎo)致Buffer上溢?？梢姡琍CR的設(shè)計(jì)本身是用來恢復(fù)解碼時(shí)鐘的，并不是真正的系統(tǒng)時(shí)鐘值。

PCR為42bit計(jì)數(shù)值，其中33bit為PCR-Base，9bit為PCR-Ext，因此有PCR—time=PCR-Base×300+PCR-Ext。PCR的時(shí)間基準(zhǔn)為系統(tǒng)27MHz時(shí)鐘，PCR-Base為27MHz時(shí)鐘300分頻后90kHz的33位計(jì)數(shù)值；PCR-Ext則為27MHz時(shí)鐘的9位計(jì)數(shù)值，以提供PCR的精度。實(shí)際中，PCR每隔100ms至少被傳輸一次，在指定的TS分組的適配層中傳送。系統(tǒng)時(shí)鐘恢復(fù)

在解碼過程中，要做到與編碼端同步，就需要以編碼端的系統(tǒng)時(shí)鐘作為參考。

PCR或SCR都是系統(tǒng)時(shí)鐘的抽樣值，解碼端可以用它們來恢復(fù)編碼端的系統(tǒng)時(shí)鐘，使得解碼端和編碼端擁有共同的時(shí)鐘基準(zhǔn)。二者恢復(fù)機(jī)制相同，以PCR為例具體說明恢復(fù)機(jī)制。在TS碼流中，每個(gè)PCR到達(dá)解碼端的精確時(shí)間由PCR值指示，它就是PCR被發(fā)送時(shí)編碼端的本地時(shí)鐘。如果解碼端和編碼端的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率嚴(yán)格匹配，那么一旦根據(jù)PCR設(shè)定一次解碼端的本地時(shí)鐘以后解碼端和編碼端的系統(tǒng)時(shí)鐘就能保持同步。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定系統(tǒng)時(shí)鐘應(yīng)該維持在27000000±810Hz之間，每秒的變化率應(yīng)小于等于75×10－13Hz。實(shí)際上是很困難的。

如果二者頻率的偏差隨著時(shí)間的積累將會導(dǎo)致解碼器中要么數(shù)據(jù)過剩（節(jié)目內(nèi)容大量積壓），要么數(shù)據(jù)不足（節(jié)目時(shí)斷時(shí)續(xù)）。為了做到與編碼端系統(tǒng)時(shí)鐘保持同步，解碼端必須不斷地按照所到達(dá)的PCR來修正本地時(shí)鐘。為此采用鎖相壞（PLL）技術(shù)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)PCR到達(dá)時(shí)，PCR值被直接裝入系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器；將此后的本地系統(tǒng)時(shí)鐘值與當(dāng)前到達(dá)的PCR做差分運(yùn)算，得到的誤差值e;e通過低通濾波和增益控制后，輸出控制信號f；壓控振蕩器（VCO）在f的控制下輸出修正后的系統(tǒng)時(shí)鐘。音視頻同步（時(shí)間同步）在數(shù)字電視系統(tǒng)中，必須解決一個(gè)重要的音視頻同步即唇音同步問題。這是由于數(shù)字圖像壓縮編碼處理時(shí)間與聲音壓縮編碼所需要的信號處理時(shí)間不一致，因此如果在發(fā)送端不對接收端的視頻和音頻同時(shí)顯示與回放進(jìn)行標(biāo)志，那么在接收端將視頻和音頻信號解碼出來后，就不知道如何協(xié)調(diào)視頻和音頻信號的顯示及回放，以使之同步。為了避免出現(xiàn)音視頻顯示與回放的不同步而影響收看的問題，在發(fā)送端要將每幀圖像及其相應(yīng)聲音的顯示及回放時(shí)刻，以系統(tǒng)時(shí)鐘為參考表現(xiàn)出來，稱之為顯示時(shí)間標(biāo)志(presentationtimestamp)。數(shù)字電視系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)同步的1.建立系統(tǒng)時(shí)鐘STC，使發(fā)送端（編碼），接收端（解碼），TS碼流或PS碼流有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)志。在大包的頭部插系統(tǒng)時(shí)鐘參考SCR的時(shí)間標(biāo)志，用以指明是SCR的最后一個(gè)字節(jié)離開編碼器的時(shí)間，在STD(系統(tǒng)目標(biāo)解碼器)的輸入端則提取這個(gè)時(shí)間。

2.

編碼時(shí)，在ES、PES和TS三個(gè)碼流中設(shè)置相關(guān)的時(shí)鐘信息，并通過聯(lián)合作用達(dá)到編解碼同步和視音頻同步。

3.確定時(shí)間標(biāo)志，在打包碼流PES的包頭插入系統(tǒng)時(shí)鐘參考（SCR）節(jié)目時(shí)鐘參考(PCR)信息。(PCR)是用來產(chǎn)生：顯示時(shí)間標(biāo)簽(PTS)——指示音頻和視頻的正確顯示的時(shí)間標(biāo)簽；解碼時(shí)序的時(shí)間標(biāo)簽或時(shí)間戳(DTS)——指示解碼時(shí)間的解碼時(shí)間標(biāo)簽。4.STD(系統(tǒng)目標(biāo)解碼器)的輸入端，接收到PCR后采用鎖相壞（PLL）技術(shù)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)PCR到達(dá)時(shí)，PCR值被直接裝入系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器；將此后的本地系統(tǒng)時(shí)鐘值與當(dāng)前到達(dá)的PCR（每相隔100ms發(fā)送一次）做差分運(yùn)算，輸出控制信號f；壓控振蕩器（VCO）在f的控制下輸出修正后的系統(tǒng)時(shí)鐘STC。5.通常是PTS的到達(dá)與PCR時(shí)鐘恢復(fù)是兩個(gè)獨(dú)立的過程，式一般不滿足，要進(jìn)行同步調(diào)整以解決唇音同步問題；解碼時(shí)序的時(shí)間標(biāo)簽或時(shí)間戳(DTS)——指示解碼時(shí)間的解碼時(shí)間標(biāo)簽，解決圖像的空間同步和圖像序列顯示重排的問題條件接收，加密，加擾

1.條件接入（CA）的直接含義是：對某部分特權(quán)信息的訪問需要滿足一定的條件，也就是信息加解密技術(shù)。

2.數(shù)字電視條件接入系統(tǒng)構(gòu)成：用戶管理系統(tǒng)、節(jié)目管理系統(tǒng)、密鑰生成系統(tǒng)、加擾系統(tǒng)、服務(wù)信息生成系統(tǒng)、智能卡和解擾系統(tǒng)。

3.加密與加擾：實(shí)現(xiàn)條件接收，對信號要加擾（對編碼后的圖像碼流加擾），加擾是通過控制字實(shí)現(xiàn)的，而加密是對控制字進(jìn)行加密，而加擾的算法一般是公開的，而必須對控制字加密。加擾：控制字是用于對數(shù)字電視相關(guān)節(jié)目的碼流數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾的密鑰，由于加擾系統(tǒng)工作于實(shí)時(shí)狀態(tài)，必須保證較高的速度，再加上在許多標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中，加擾的算法基本上是公開化的，因此加擾系統(tǒng)一般采用某些比較常用的而且比較簡單的算法。為了防止系統(tǒng)被破解，要求控制字必須比較長而且經(jīng)常改變，同時(shí)要求生成方式應(yīng)該是隨機(jī)的，不能有固定的規(guī)律。一般實(shí)際系統(tǒng)中控制字每幾秒鐘就要改變一次。控制字的產(chǎn)生往往采用類白噪聲源的硬件產(chǎn)生。加密（控制字）：加擾的控制字必須由節(jié)目提供方送到接收端，接收端才能將加擾后的數(shù)字電視碼流正確解碼。由實(shí)時(shí)性和不斷變化的要求，這種傳送只能通過傳送電視碼流的信道傳送，必須對它進(jìn)行加密傳送。