基本概念
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| TS/PS: Transport stream |
| Packetized Stream |
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| | PES: Packetized Elementary Stream | |
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| | | ES:Elementary stream | | |
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| | | | GOP:Group of pictures | | | |
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TS: DVB
PS:DVD
PTS：Presentation Time Stamp
DTS：Decoding Time Stamp
PCR：Program Clock Reference
STC：System Time Clock
1. SCR
SCR是存在于PS中的，即PS的pack里面的一个field。他用来指定这个PS的pack期望的到达decoder的时间。
2. ESCR
ESCR是位于PES里面的，即PES的header里面可能会有，当PES的packet要表示一个PES stream的时候，PES packet里面的ESCR就表示这个PES packet的所期望的到达decoder的时间。
3．PCR
PCR是TS里面的，即TS packet的header里面可能会有，他用来指定所期望的该ts packet到达decoder的时间，他的作用于SCR类似。
4．DTS, PTS
对于一个ES来说，比如视频，他又许多I,P,B帧，而P, B帧都是以I，P帧作为参考。由于B帧是前向后向参考，因此要对B帧作decode的话，就必须先decode该B帧后面的P,或者I帧，于是，decode的时间与帧的真正的present的时间就不一致了，按照DTS一次对各个帧进行decode，然后再按照PTS对各个帧进行展现。
有时候PES包头里面也会有DTS，PTS，对于PTS来说，他代表了这个PES包得payload里面的第一个完整地audio access unit或者video access unit的PTS时间（并不是每个audio/video access unit都带有PTS/DTS，因此，你可以在PES里面指定一个，作为开始）。
PES包头的DTS也是这个原理，只不过注意的是：对于video来说他的DTS和PTS是可以不一样的，因为B帧的存在使其顺序可以倒置。而对于audio来说，audio没有双向的预测，他的DTS和PTS可以看成是一个顺序的，因此可一直采用一个，即可只采用PTS。
Mpeg-2的同步及时间恢复--STC，PCR，DTS，PTS
摘要：Mpeg-2同步及时间恢复在编码、传输和解码中占有重要的地位，它不仅直接影响视音频的解码质量，还是衡量整个传输网络优劣的重要指标。本文将从原理上介绍Mpeg-2同步及时间恢复方法，并给出PCR测量的几个项目。
关键字：STC，PCR，DTS，PTS
一、引言
Mpeg-2用于视音频同步以及系统时钟恢复的时间标签分别在ES，PES和TS这3个层次 中。在ES层，与同步有关的主要是视频缓冲验证VBV（Video Buffer Verifier），用以防止×××的缓冲器出现上溢或者下溢；在PES层，主要是在PES头信息里出现的显示时间标签PTS（Presentation Time Stamp）和解码时间标签DTS（Decoding Time Stamp）；在TS层中，TS头信息包含了节目时钟参考PCR（Program Clock Reference），用于恢复出与编码端一致的系统时序时钟STC（System Time Clock）。
通常的视频压缩算法都采用了可变长编码，编码生成的视频码流是可变码率的。为了能够在实际的 固定码率信道或者可变码率信道上传输，需要引入缓冲区缓存视频码流数据。因此，视频编码算法必须提供一个有效的缓冲区管理策略，确保缓冲区不会发生上溢和 下溢。编码器通过码率控制算法，调整生成的视频码流满足既定的缓冲区管理策略；同时在码率控制算法中使用自适应量化方法，确保压缩视频的质量。
缓冲区管理策略通常都是建立在一个假想的×××模型上，该×××模型直接和编码器的输出相连 接，缓冲区管理策略通过控制编码视频数据流移入和移出×××缓冲区的时间以保证×××模型的数据缓冲区不上溢也不下溢。在Mpeg标准中，该×××模型称 为VBV。VBV在ES层中定义。
在Mpeg-2编码器中有单一的共同系统时钟，此时钟用来产生指示音频和视频的正确显示和解 码时序的时间标签，同时可用来指示在抽样瞬间系统时钟时间的瞬时值。正是编码器中共同系统时钟的出现，以及×××中时钟的重新生成和时间标签的正确使用， 才为×××中操作的正确同步提供了基准。
Mpeg-2规定的系统时钟频率为27MHz，传输流中的PCR，PTS/DTS等均为对该 共同系统时钟的采样值。解码端捕获PCR，恢复出本地的STC，作为音视频同步控制的基准，并依据PTS（DTS）时间标签来安排解码和显示时间表，使音 视频分别同步于STC，以实现音视频之间的同步。标准规定在原始音频和视频流中，PTS的间隔不能超过0.7s，而出现在TS包头的PCR间隔不能超过 0.1s。
二、STC与PCR
STC是视音频同步控制的基准，它是一串频率为27MHz的脉冲，触发计数器而形成一个二进 制表示的时间基准，再通过对该时间基准SCT进行取样得到PCR、PTS和DTS等时间标签。在编码和解码端，系统时钟脉冲是由振荡器等硬件产生，在解码 端STC通过在码流中定时传送的PCR利用锁相环（PLL）技术来与编码端STC保持一致。
PCR是由对系统时钟脉冲触发的计数器状态抽样而来，是放在TS包头的自适应区中传送。 PCR共占6Bytes，其中6bits预留，42bits有效位。42bits的PCR分为两部分：33bits的PCR-Base和9bits的 PCR-Ext。PCR-Base是由27MHz脉冲经300分频后的90kHz脉冲触发计数器，再对计数器状态进行取样得到的。PCR-Ext是由 27MHz脉冲直接触发计数器，再对计数器状态进行取样得到的。PCR的具体编码方式如下（编码在PCR(i)中的数值代表了t(i)，i指包含PCR- Base字段的最后一位的字节）：
PCR-Base(i)=90kHz×t(i), mod(233)
PCR-Ext(i)=27MHz×t(i), mod(300)
PCR(i)=PCR-Base(i)×300＋PCR-Ext(i)
当新节目的PCR到达×××时，需要更新时间基点，STC就被置位。通常第一个从解复用器中 解出的PCR被直接装入到STC计数器，其后PLL闭环操作。每当一个新节目的PCR到达×××时，此值被认为是锁相环的参考频率，用来与STC的当前值 比较，产生的差值e经过脉宽调制后被输入低通滤波器并经放大，输出控制信号f，用来控制振荡器（VCO）的瞬时频率，VCO输出的频率是在27MHz左右 振荡的信号，作为×××的系统时钟。27MHz时钟经过波形整理后输入到计数器中，产生当前的STC值，其33bits的90kHz部分用于和 PTS/DTS比较，产生解码和显示的同步信号。
PCR-Base的作用是在×××切换节目时，提供对×××PCR计数器的初始值，以让该PCR值与PTS、DTS最大可能地达到相同的时间起点。PCR-ext的作用是通过×××端的锁相环电路修正×××的系统时钟，使其达到和编码器一致的27MHz。
图1显示了×××如何用PCR 来重建每个节目的远地27MHz时钟。
图略
图1 用PCR重建远地27MHz时钟
三、DTS和PTS
DTS是编码器在编码时定义的，为×××预定的解码时间。该时间标记出现在PES层，在 PES头部时间域中存在。它也是一个33bits的计数值，也是对系统时钟的300分频的时钟的计数值。由于它和PCR有相同的起点，在PCR值连续的情 况下，可以起到时间定时的作用，当本机PCR值（连续）和DTS值相等时，表示它们计算了同样的时钟，也即它们经过了相同的时间。本机PCR起到的是连续 计数的功能，DTS则是在等待这个时间，一旦等到这个时间，就表明它的解码次序排好了，因为这个解码次序是在编码的时候规定的，对编码的具体细节我们可以 不做了解，我们只要查询到DTS就可以进行下一步的工作。这个也有利于编码器和×××研发的独立性，少了一些捆绑，多了一些兼容。DTS就视频来说，因为 视频编码的时候用到了双向预测，一个图像单元被解出，并非马上就被显示，可能在存储器中留一段时间，作为其余图像单元的解码参考，在被参考完毕后，才被显 示。针对视频的显示，Mpeg还提出了一个视频PTS。针对音频和视频的同步显示，又提出了一个音频PTS。由于声音没有用到双向预测，它的解码次序就是 它的显示次序，故对它只提出PTS的概念。
PTS是编码器定义的，为×××规定某个单元的显示时间。它也是一个33b的计数值，也是对 系统时钟的300分频的时钟的计数值。要注意的是，PCR、DTS、PTS应该具有相同的时间起点，选在模拟图像的场同步处开始计时是很好的办法。一个单 元解码后被显示，PCR计数器重新计数，开始下一个单元的工作。
四、PCR测量
㈠PCR 精度(PCR_AC)：接收PCR中所含27MHz时钟的不准确度，但不包含任何传输定时损伤。测量时传输码流中PCR字节位置作为起点，计算出PCR 到达时间。
㈡PCR 漂移率(PCR_DR)：PCR漂移率测量指的是PCR中的低频误差并计入了由PCR发生和再生引起的误差以及由传输损伤所引起的到达时间误差。即PCR 内所含27MHz时钟的低频变化速率，测量时以某一稳定外部基准作为参考，因此包含了任何传输定时变化。下面的例子可用来说明PCR 漂移率的重要性：
我们来看一下由PLL控制的本地时钟再生器。再生器输出端的信号频率应当跟踪输入信号频率， 随着输入信号频率的变化，PLL也随之作出响应，本地再生器将跟踪输入信号，随着输入信号变化速率的增加，PLL的跟踪能力会有所降低，最后将导致本地发 生信号失锁而丢失节目。PCR 漂移率的测量给出了一种测定方法，即如何更好地使去复用器/ ×××或再复用器的节目时钟锁定于输入TS中所包含的PCR(注意这里指的是漂移率的测量而不是绝对频率的测量，接收机端的PLL电路可以锁定于系统时 钟，该时钟有着固定的频率误差－如果是快速变化或漂移率大，则会出现问题)。
㈢PCR 总抖动(PCR_OJ)：PCR内所含27MHz时钟的高频变化，测量时以某一稳定外部基准作为参考，因此包含了任何传输定时变化。它是PCR测量中最重 要的一项，是PCR中高频误差的总体测量并且还包括来自PCR发生和PCR 再生的误差以及由传输损伤引起的到达时间误差。例如该项传输损伤可能会引入到接收机中的RF解调器中。接收机内再生的TS时钟以及去复用器/×××所使用 的TS时钟可能包含有基本高频变化，它会对PCR的恢复带来直接影响。在这种情形下，×××在复原PCR 中所发现的PCR 到达时间误差可能是±500ns容限的许多倍，给PCR精度带来不利。任何×××均靠接收PCR以准确再生其节目时钟并提供稳定的视频输出。与此相同，任 何再复用器均靠接收PCR以在其输出端精确地重新作出PCR标记。PCR的到达时间是严格的；因此，测量包含有到达时间误差和精度误差的总抖动 （PCR_OJ）就是非常必要的。
在理想运行系统中，传输损伤应当是可以设计的。然而在目前典型的分配网络中，包含有再复用器、ATM 层等各级链路，它们均会引入误差。PCR_AC是在复用器输出端直接测量的数值，不过它在网络中的运行监视常会使人迷惑不解，因为按照定义，它应当消除一切传输损伤。
㈣PCR频率偏置(PCR_FO)：即PCR中所含27MHz 时钟的频率偏置，测量时以某一稳定的外部基准作为参考。