Проверка временных меток в Transport Stream

PCR Repetition error: означает превышение дельты между двумя последовательными значения PCR на 40 мс. Данная ошибка была исключена из регламента, т.к. по мнению экспертов, пороговое значение в 40 мс являлось слишком строгим требованием и не приводило к заметным проблемам. PCR discontinuity indicator error — детектируется при превышении дельты между двумя последовательными значения PCR на 100 мс. PCR accuracy — отражает точность расстановки PCR у выбранной программы — показывает разницу между ожидаемым и фактическим значениями PCR. При превышении порога в 500 нс детектируется ошибка. Чем точнее расставлены PCR, тем ровнее будет осуществляться вещание.PTS error: ошибка возникает, когда повторение отметки времени PTS превышает 700 мс².Рассмотрим видеопоток с частотой кадров равной 25, где за 1 секунду воспроизводится 25 видеокадров. Следовательно, длительность показа одного кадра составляет 40 мс (дельта между двумя последовательными PTS равна 40 мс). В соответствии с регламентами ошибка будет зафиксирована при превышении дельты PTS на 700 мс. Тогда как дельты 41-700 не будут являться ошибками, однако, такие приросты времени свидетельствуют об отсутствии данных или, другими словами, дырах в вещании. В большинстве случаев проверка ETSI TR 101-290 является достаточной, но не полной, поэтому переходим ко второму этапу.

III Визуальный анализ динамики временных меток

Stream Analyzer позволяет построить график для любого целочисленного значения. Чтобы сформировать график PTS или DTS, на панели Explorer необходимо поставить флажок PES напротив интересующего потока. Список PES пакетов отобразится в центральном окне. Выберите любой пакет, затем на панели Property щелкните правой кнопкой мыши по значению PTS и воспользуйтесь функцией Add to graphic control. В окне Graphics появится график. Для построения графика PCR алгоритм действий аналогичен, однако, метки времени PCR (в отличие от PTS/DTS) расположены в пакетах TS. PTS и DTS имеют разрешение 90 кГц. Максимальное значение 2³³ — 1, система является цикличной. Значения должны монотонно возрастать с каждым последующим PES пакетом. Данное утверждение справедливо для видео кадров в display последовательности. ! В процессе сжатия энкодер может переупорядочить кадры, создав две последовательности:

1. stream, в которой кадры были сжаты и уложены в поток;
2. display, в которой кадры будут воспроизведены.

По аналогии с PTS/DTS, значения PCR должны монотонно увеличиваться. Эталонный график динамики временных меток имеет форму прямой (Рис. 3).

Отклонения свидетельствуют о проблемах с мультиплексированием, что может быть следствием ошибок во входном потоке, некорректно настроенном транскодере или мультиплексоре (Рис. 4).

Рассмотрим вариант с OTT. Плеер воспроизводит HLS TS чанки последовательно. Каждый HLS чанк получается с помощью нарезки единого TS на множество отдельных файлов. Но OTT — это лишь часть дистрибьюции. Поэтому график нескольких последовательно соединенных HLS чанков должен иметь вид прямой, монотонно возрастая без разрывов.

IV Отсутствие ошибок относительно ETSI TR 101-290 и линейные графики временных меток не гарантируют отсутствия проблем в потоке.

Необходимо проверить чередование временных меток. Для этого воспользуемся инструментом Time Dynamics:

1. Выберем мод PTS only, в качестве Base укажем Video PID, а в качестве Complementary Audio PID. График показывает разброс между Видео и Аудио временными метками 3 секунды (Рис. 5).

Чем сильнее разбросаны PTS, тем больше требуется размер буфера для синхронизации данных. Рабочий диапазон — до 1 секунды. Превышение порога может привести к следующим последствиям:

1. возникновению дополнительной задержки;
2. мультиплексор, модулятор или пакетайзер не сможет сформировать корректный TS, что будет видно по рваному графику вещания и логу с большим числом ошибок;
3. с большой вероятностью приставки и плееры не смогут корректно воспроизвести такой поток. Будут наблюдаться рывки и замирания изображения, а также рассинхронизация аудио и видео.

Важно отметить, что на графике не должен наблюдаться тренд на увеличение или уменьшение дельты, т.к. это свидетельствует о постепенном разбегании меток, что точно приведет к описанным выше проблемам.

2. Выберем мод PTS only, Видео PID и PTS/DTS Dynamics. График показывает разницу между двумя последовательными значениями PTS для видео. По аналогии можно построить график для аудио. Данный график визуализирует ошибку второго приоритета PTS error, пороговое значение 700 мс (Рис. 6).

3. Выберем мод PTS/DTS, Видео PID и PTS/DTS Dynamics. График показывает разницу между PTS и DTS. В нормальных условиях график имеет вид константы, но возможны небольшие коллебания в верхнюю область. Тренд к росту или падению говорит о разбегании меток. Отрицательные дельты соответствуют случаю, при котором значения DTS больше PTS, такого быть не должно. В результате обоих вариантов с большой вероятностью возникнут проблемы с синхронизацией на отправляющей и принимающей стороне (Рис. 7).

4. PCR Dynamics показывает дельту между двумя последовательными значениями PCR. Пороговые значения 40 мс и 100 мс, при превышении которых детектируются ошибки 2 приоритета: PCR Repetition error и PCR discontinuity indicator error соответственно (Рис. 8).

5. Выбираем видео или аудио PID, PTS/PCR Dynamics. График показывает разброс между PTS и PCR метками для одного и того же момента. Рабочий диапазон — до 1 секунды. На рисунке 9 дельта составила 3 секунды. Возможны проблемы, описанные в пункте 1.

6. Offset/PCR Dynamics — график показывает дельты между позициями TS пакетов, содержащих метки PCR, и отражает насколько равномерно распределены значения PCR в потоке (Рис. 10). В нормальных условиях график имеет вид константы. На практике возможны колебания вокруг некоторого среднего значения как в нижнюю, так и в верхнюю области. На графике не должен наблюдаться выраженный наклон (тренд) к росту/падению.

7. PCR Accuracy — визуализация отклонения значений PCR от ожидаемых значений для выбранной программы (Рис. 11). Допустимое отклонение лежит в диапазоне ±500 нс, в противном случае, детектируется ошибка второго приоритета PCR accuracy. От точности расстановки PCR меток зависит битрейт всей программы, поэтому DVB/ATCS модуляторы крайне чувствительны к данной ошибке.

В этом руководстве мы рассмотрели основные аспекты формирования TS, роль временных меток PTS, DTS, PCR и их валидацию. Приведенная информация поможет более эффективно настраивать, обслуживать и локализовать неисправности в сетях цифрового телевидения IPTV, DVB/ATSC и OTT.

¹В рамках данной статьи не рассматривается вариант реализации с кодами Рида-Соломона.

²В рамках данной статьи мы не рассматриваем вариант «Still pictures».

Автор

Александр Круглов — ведущий инженер компании Elecard. Работает в сфере видеоанализа с 2018 года. Александр отвечает за работу с крупнейшими клиентами Elecard, такими как Netflix, Cisco, Walt Disney Studios и др.