電視技術中音視頻同步技術及實現(xiàn)

唐紅陽

廣西河池市巴馬瑤族自治縣廣播電視局，廣西河池 547500

音視頻的數(shù)字化處理與同步傳輸是電視節(jié)目傳輸高質量的重要標志，也是數(shù)字電視技術和多媒體通信技術中一個極為特殊和重要的關鍵技術。隨著數(shù)字技術、網(wǎng)絡技術、通信技術和多媒體技術的進一步發(fā)展及數(shù)字電視的廣泛普及，廣大電視用戶對音頻與視頻服務質量的要求越來越高，如何確保音視頻同步己經成為電視技術研究領域的重點問題。

1 有線電視技術中的音視頻同步

同步，即將不同類型載體所傳輸?shù)男畔凑找欢ǖ臅r間、空間和邏輯關系組成一個有機的整體，再以某種形式在同一時間點展現(xiàn)出來。音視頻同步，就是確保具有一定相關性的音視頻信號能夠在同一時間點上進行播放，以達到電視節(jié)目完整呈現(xiàn)的目的。音頻和視頻技術的發(fā)展是音視頻同步技術發(fā)展的前提。如果不能保持音視頻同步，廣大電視用戶所收看到的電視節(jié)目的聲音和圖像就不是相互匹配，邏輯關系十分混亂，降低了數(shù)字電視傳輸質量，影響了用戶的視聽感受，使用戶無法正確理解數(shù)字電視所提供的電視節(jié)目信息。在傳統(tǒng)的模擬電視系統(tǒng)中，發(fā)送端在傳輸圖像與聲音信號時會同時發(fā)送同步信號，接收端也就能夠直接獲得時間信息，發(fā)送端與接收端夠保持同步，用戶所看到電視音視頻也就保持了統(tǒng)一。當前，數(shù)字電視已經逐步取代了模擬電視，被廣大用戶所接受。音視頻編解碼技術是數(shù)字電視技術的核心，圖像和聲音的數(shù)字化處理與傳輸取得突破性進展也正是其得以普及的重要原因。但在數(shù)字電視系統(tǒng)中，圖像編碼的類型不同，圖像的復雜程度明顯變化，編碼后也很難形成同步脈沖，幀與幀之間的延遲恒定性被打破，這就迫切需要新的技術來為音視頻同步服務。

2 影響音視頻同步的相關因素

音視頻數(shù)據(jù)自身的特性及其所處的環(huán)境是造成音視頻無法保持同步的重要原因。在現(xiàn)代數(shù)字電視系統(tǒng)中，發(fā)送端產生的音視頻數(shù)據(jù)需要通過一定的傳輸網(wǎng)絡才能為接收端所接受。而在信號傳輸?shù)倪^程中，音視頻數(shù)據(jù)的將會因一些特定的原因受到影響，從而導致音視頻數(shù)據(jù)被接收端接收時不能保持同步。具體來說，主要有如下幾個因素。

2.1 延時抖動

延時抖動，是指數(shù)據(jù)信號從起點傳輸?shù)浇K點時發(fā)生的延時變化。在有線電視技術系統(tǒng)中，音視頻信號在很多部位都可能發(fā)生延時抖動。延時抖動對于音視頻數(shù)據(jù)信號的同步影響較大，將導致視頻和音頻數(shù)據(jù)流的內部時序關系被打斷，二者之間的一致關系也被破壞。

2.2 時鐘偏差

在無全局時鐘的情況下，由于物理因素而導致發(fā)送端的信源與接收端本地時鐘頻率存在偏差，而音視頻數(shù)據(jù)的播放是由接收端的本地時鐘驅動的，在一段時間之后，接收端就可能產生數(shù)據(jù)不足或溢出的現(xiàn)象，從而影響有線電視的收視效果。

2.3 數(shù)據(jù)采集和傳輸時間偏差

當音視頻信號源頭為多個信源的時候，信源必須保持同步采集和傳輸，否則，就會引起接收端信號的不同步現(xiàn)象。

2.4 其他

音視頻信號在傳輸過程中由于受到影響，或者是有線電視網(wǎng)絡傳輸能力出現(xiàn)問題，都有可能造成信號丟失或者是時間邏輯關系混亂，導致音視頻無法同步。

3 MPEG-2 壓縮編碼技術及其在數(shù)字電視中的應用

MPEG-2 壓縮編碼技術是數(shù)字電視系統(tǒng)中的關鍵技術。MPEG，即活動圖像專家組英文表述的縮寫，Moving Picture Expert Group，MPEG-2 是由ISO/IEC 信息技術聯(lián)合技術委員會1988 年于制定的一種通用的活動圖像、伴音及其組合編碼的標準。這一標準支持較高范圍內的圖像分辨率。MPEG-2 壓縮編碼技術在數(shù)字電視技術體系中有重要地位。數(shù)字電視，是將原有的模擬信號轉換為數(shù)字信號，再經過 MPEG-2 壓縮編碼形成數(shù)字信號源，并在電視傳輸網(wǎng)絡上進行傳輸，用戶接收端在模擬電視機上安裝一個可以機頂盒，再經過調諧、QAM 解調、解擾等一系列處理后，將數(shù)字信號還原為模擬信號，最終實現(xiàn)用普通模擬電視來收看到高質量數(shù)字電視節(jié)目的電視技術。

4 主要的音視頻同步算法

音視頻同步是指音頻、視頻在經過存儲、處理、傳輸和播放等環(huán)節(jié)仍能維持同一的時間邏輯關系。這一時間邏輯關系是在獲取音視頻數(shù)據(jù)時同時確定的，并且要保持恒定，否則就會影響數(shù)字電視節(jié)目的播放質量。目前，在MPEG-2 標準下，以MPEG-2 實時解碼技術為核心的音視頻同步算法主要操作方法有：

4.1 恢復系統(tǒng)時鐘

針對因發(fā)送端與接收端時鐘不一致而導致的音視頻不同步現(xiàn)象，可以利用碼流中的PCR 恢復系統(tǒng)時鐘的STC，進而按照DTS 和PTS 所指示的時間解碼和播放音視頻幀，這樣音視頻就能保持同步。

4.2 音視頻跟蹤技術

利用MPEG-2 軟件解碼器進行解碼時可以采用這一方法。其中，音頻跟蹤技術主要是以音頻為主流媒體，視頻為從流媒體，在保持音頻的播放速率不變的基礎上，利用基于相同時間基點的數(shù)據(jù)單元的時間標簽，通過調整視頻的播放幀率來實現(xiàn)音視頻同步。而視頻跟蹤技術中，就是以視頻為主流媒體，音頻為從流媒體，處理方法同上。

4.3 其他

除上述方法之外，還可以將音頻信號，嵌入到視頻的傳輸系數(shù)中，再將這種混合了音視頻的數(shù)據(jù)一起進行編碼。接收端接收到數(shù)據(jù)信息之后，先從混合信號中提取出隱藏的音頻信息，再利用解碼器進行解碼，這時就可以實現(xiàn)音視頻信號的同步播放。

當前，數(shù)字電視已成為廣播電視主要播出時所采用的主要形式，數(shù)字電視高質量傳輸和播出的重要標志就是音視頻同步。音視頻同步具體是指音視頻信號經過信號存儲、轉換、傳輸、信號還原之后，在被播出時能夠保持一致。MPEG-2 是適用于廣播電視技術圖像及語音同步的編碼標準，針對造成音視頻信號不能同步的因素，制定有效方案來實現(xiàn)音視頻同步，為廣大用戶提供更高質量的有線數(shù)字電視播放服務。

[1]蔡安妮，孫景鰲.多媒體通信技術基礎[M].1版.北京：電子工業(yè)出版社，2000.