电视技术中音视频同步技术及实现

唐红阳

广西河池市巴马瑶族自治县广播电视局，广西河池 547500

音视频的数字化处理与同步传输是电视节目传输高质量的重要标志，也是数字电视技术和多媒体通信技术中一个极为特殊和重要的关键技术。随着数字技术、网络技术、通信技术和多媒体技术的进一步发展及数字电视的广泛普及，广大电视用户对音频与视频服务质量的要求越来越高，如何确保音视频同步己经成为电视技术研究领域的重点问题。

1 有线电视技术中的音视频同步

同步，即将不同类型载体所传输的信息按照一定的时间、空间和逻辑关系组成一个有机的整体，再以某种形式在同一时间点展现出来。音视频同步，就是确保具有一定相关性的音视频信号能够在同一时间点上进行播放，以达到电视节目完整呈现的目的。音频和视频技术的发展是音视频同步技术发展的前提。如果不能保持音视频同步，广大电视用户所收看到的电视节目的声音和图像就不是相互匹配，逻辑关系十分混乱，降低了数字电视传输质量，影响了用户的视听感受，使用户无法正确理解数字电视所提供的电视节目信息。在传统的模拟电视系统中，发送端在传输图像与声音信号时会同时发送同步信号，接收端也就能够直接获得时间信息，发送端与接收端够保持同步，用户所看到电视音视频也就保持了统一。当前，数字电视已经逐步取代了模拟电视，被广大用户所接受。音视频编解码技术是数字电视技术的核心，图像和声音的数字化处理与传输取得突破性进展也正是其得以普及的重要原因。但在数字电视系统中，图像编码的类型不同，图像的复杂程度明显变化，编码后也很难形成同步脉冲，帧与帧之间的延迟恒定性被打破，这就迫切需要新的技术来为音视频同步服务。

2 影响音视频同步的相关因素

音视频数据自身的特性及其所处的环境是造成音视频无法保持同步的重要原因。在现代数字电视系统中，发送端产生的音视频数据需要通过一定的传输网络才能为接收端所接受。而在信号传输的过程中，音视频数据的将会因一些特定的原因受到影响，从而导致音视频数据被接收端接收时不能保持同步。具体来说，主要有如下几个因素。

2.1 延时抖动

延时抖动，是指数据信号从起点传输到终点时发生的延时变化。在有线电视技术系统中，音视频信号在很多部位都可能发生延时抖动。延时抖动对于音视频数据信号的同步影响较大，将导致视频和音频数据流的内部时序关系被打断，二者之间的一致关系也被破坏。

2.2 时钟偏差

在无全局时钟的情况下，由于物理因素而导致发送端的信源与接收端本地时钟频率存在偏差，而音视频数据的播放是由接收端的本地时钟驱动的，在一段时间之后，接收端就可能产生数据不足或溢出的现象，从而影响有线电视的收视效果。

2.3 数据采集和传输时间偏差

当音视频信号源头为多个信源的时候，信源必须保持同步采集和传输，否则，就会引起接收端信号的不同步现象。

2.4 其他

音视频信号在传输过程中由于受到影响，或者是有线电视网络传输能力出现问题，都有可能造成信号丢失或者是时间逻辑关系混乱，导致音视频无法同步。

3 MPEG-2 压缩编码技术及其在数字电视中的应用

MPEG-2 压缩编码技术是数字电视系统中的关键技术。MPEG，即活动图像专家组英文表述的缩写，Moving Picture Expert Group，MPEG-2 是由ISO/IEC 信息技术联合技术委员会1988 年于制定的一种通用的活动图像、伴音及其组合编码的标准。这一标准支持较高范围内的图像分辨率。MPEG-2 压缩编码技术在数字电视技术体系中有重要地位。数字电视，是将原有的模拟信号转换为数字信号，再经过 MPEG-2 压缩编码形成数字信号源，并在电视传输网络上进行传输，用户接收端在模拟电视机上安装一个可以机顶盒，再经过调谐、QAM 解调、解扰等一系列处理后，将数字信号还原为模拟信号，最终实现用普通模拟电视来收看到高质量数字电视节目的电视技术。

4 主要的音视频同步算法

音视频同步是指音频、视频在经过存储、处理、传输和播放等环节仍能维持同一的时间逻辑关系。这一时间逻辑关系是在获取音视频数据时同时确定的，并且要保持恒定，否则就会影响数字电视节目的播放质量。目前，在MPEG-2 标准下，以MPEG-2 实时解码技术为核心的音视频同步算法主要操作方法有：

4.1 恢复系统时钟

针对因发送端与接收端时钟不一致而导致的音视频不同步现象，可以利用码流中的PCR 恢复系统时钟的STC，进而按照DTS 和PTS 所指示的时间解码和播放音视频帧，这样音视频就能保持同步。

4.2 音视频跟踪技术

利用MPEG-2 软件解码器进行解码时可以采用这一方法。其中，音频跟踪技术主要是以音频为主流媒体，视频为从流媒体，在保持音频的播放速率不变的基础上，利用基于相同时间基点的数据单元的时间标签，通过调整视频的播放帧率来实现音视频同步。而视频跟踪技术中，就是以视频为主流媒体，音频为从流媒体，处理方法同上。

4.3 其他

除上述方法之外，还可以将音频信号，嵌入到视频的传输系数中，再将这种混合了音视频的数据一起进行编码。接收端接收到数据信息之后，先从混合信号中提取出隐藏的音频信息，再利用解码器进行解码，这时就可以实现音视频信号的同步播放。

当前，数字电视已成为广播电视主要播出时所采用的主要形式，数字电视高质量传输和播出的重要标志就是音视频同步。音视频同步具体是指音视频信号经过信号存储、转换、传输、信号还原之后，在被播出时能够保持一致。MPEG-2 是适用于广播电视技术图像及语音同步的编码标准，针对造成音视频信号不能同步的因素，制定有效方案来实现音视频同步，为广大用户提供更高质量的有线数字电视播放服务。

[1]蔡安妮，孙景鳌.多媒体通信技术基础[M].1版.北京：电子工业出版社，2000.