ITU-R RAPPORT BT 2044 FRENCH-2004 Tolerable round-trip time delay for sound-programme and television broadcast programme inserts C Context and rationale《声音节目和电视广播节目插入的可容忍的往返时间延迟 背景.pdf

1、 Rap. UIT-R BT.2044 1 RAPPORT UIT-R BT.2044 Temps de propagation aller-retour tolrable pour les inserts de programmes radiophoniques et de tldiffusion Contexte et fondements (Question UIT-R 35/6) (2004) TABLE DES MATIRES Page 1 Champ dapplication . 2 2 Rfrences bibliographiques et Bibliographie 2 3

2、Termes et dfinitions 3 4 Abrviations et sigles . 3 5 Origines du retard et de lcho 4 5.1 Contexte 4 5.2 Rappel historique 4 5.3 Conception et configuration des systmes et mode dexploitation . 5 5.4 Facteurs lis la conception et la configuration des systmes qui sont lorigine du retard ou de lcho 6 5.

3、4.1 Processus de codage/dcodage. 6 5.4.2 Temps de propagation 6 5.5 Valeur du retard selon le support de transmission 7 5.6 Valeur du retard dans les codecs vido. 7 5.7 Valeur du retard dans les codecs audio. 8 5.8 Symtrie des circuits. 10 5.9 Origine de lcho dans la pratique. 10 5.10 Retard entre l

4、e son et limage 10 6 Effets du retard et de lcho 10 6.1 Retard audio et retard vido 10 6.2 Variables ayant une incidence sur les perturbations. 11 6.3 Echos et fusion 11 6.4 Types de perturbations et effets de ces perturbations. 12 6.5 Adaptation. 12 7 Rsum . 12 2 Rap. UIT-R BT.2044 1 Champ dapplica

5、tion Il sagit dans le prsent Rapport dtudier les effets du retard et le niveau de lcho dans une boucle de retour audio dans le contexte de la production de programmes de radiodiffusion. Les effets du retard entre le son et limage sont aussi examins. Les effets additionnels de la rverbration et du br

6、uit dans lenvironnement dcoute ne sont pas pris en compte et on suppose quil ny a pas de perte importante de qualit du signal lie au systme de contrle. 2 Rfrences bibliographiques et Bibliographie 1 ETSI juillet 1996 Rapport technique ETR 250 Transmission and Multiplexing (TM). Speech communication

7、quality from mouth to ear for 3.1 kHz handset telephony across networks. Institut europen des normes de tlcommunication. http:/pda.etsi.org/pda/queryform.asp. 2 ETSI janvier 1996 Rapport technique ETR 262 Broadband integrated services digital network (B-ISDN). Asynchronous transfer mode (ATM). Video

8、 on demand (VOD) network aspects. Institut europen des normes de tlcommunication. 3 ETSI avril 1996 Rapport technique ETR 275 Transmission and Multiplexing (TM). Considerations on transmission delay and transmission delay values for components on connections supporting speech communication over evol

9、ving digital networks. Institut europen des normes de tlcommunication. http:/pda.etsi.org/pda/queryform.asp. 4 Recommandation UIT-R BT.1359 Synchronisation relative du son et de limage en radiodiffusion. 5 ETSI fvrier 1992 ETSI/GSM Recommandation 06.10 Version 3.2.0. GSM Full Rate Speech Transcoding

10、. Institut europen des normes de tlcommunication. http:/pda.etsi.org/pda/queryform.asp. 6 DAVIS, P. 1995 A tutorial on MPEG audio compression. IEEE Multimedia pp 60-74. 7 ONVURAL, R. 1994 Asynchronous transfer mode networks: performance issues. Artech, Boston. 8 ETSI fvrier 1999 TR 100 815 V1.1.1 Di

11、gital video broadcasting; guidelines for the handling of Asynchronous transfer mode signals in DVB systems. Institut europen des normes de tlcommunication. 9 C.S0014-0 dcembre 1999 Version 1.0 Enhanced Variable Rate Codec (EVRC) (CDMA2000 specification). Third Generation Partnership Project 2 (3GPP2

12、) EIA/TIA. 10 SIU-WAH WONG 1991 An Evaluation of 6.4 kbit/s Speech Codecs for Inmarsat-M System. IEEE, p. 629-632. 11 Recommandation UIT-R BT.1377 Indication des temps de traitement des appareils audio et vido. 12 EVEREST, F.A. 1994 The Master Handbook of Acoustics. TAB Books/McGraw-Hill. 13 Recomma

13、ndation UIT-T G.114 (2003) Temps de transmission dans un sens. 14 Recommandation UIT-T G.131 (2001) Dgradations de la transmission dues au traitement vocal. 15 ETSI mars 1998 ES 200 677 V1.2.1 Public Switched Telephone Network (PSTN). Requirements for handset telephony. Institut europen des normes d

14、e tlcommunication. Rap. UIT-R BT.2044 3 16 Lochner, J.P.A. et Burger, J.F. 1958 The subjective masking of short time delayed echoes by their primary sounds and their contribution to the intelligibility of speech. Acustica, Vol. 8, 1 p. 1-10. 17 Meyer, E. et Schodder, G.R. 1952 ber den Einflu von Sch

15、allrckwrfen auf Richtungslokalisation und Lautstrke bei Sprache. Nachr. Akad. Wiss., Gttingen, 6. 18 Church, S. On beer le temps de codage type est environ le double de ces chiffres. Si la valeur donne au paramtre GoP est plus faible, le temps de codage minimal peut tre ramen, respectivement 33 ms e

16、t 40 ms au dtriment de la compression des donnes (dbit binaire lev) ou la qualit de limage un dbit binaire constant. 5.7 Valeur du retard dans les codecs audio Les caractristiques des codecs audio varient beaucoup selon lapplication. En radiodiffusion, on utilise souvent des tlphones fixes ou mobile

17、s pour les contributions aux programmes, en particulier pour les actualits et les programmes avec intervention dun participant par tlphone. La diffusion audio en continu sur Internet est de plus en plus frquente dans les services de radiodiffusion mais nest pas encore beaucoup utilise pour les contr

18、ibutions aux programmes. Les programmes audio de qualit peuvent aussi tre cods en vue de leur transmission avec un codec de qualit radiodiffusion. Les valeurs types du retard de transcodage pour une srie de systmes sont les suivantes: Tlphone mobile GSM 5: valeur recommande pour le retard de transco

19、dage: 20 ms au minimum et 30 ms au maximum. Tlphone mobile AMRC 10: valeur recommande pour le retard de codage: 20 ms au maximum; valeur recommande pour le retard de dcodage: 3 ms au maximum. Tlphones par satellite: plusieurs systmes sont en concurrence, notamment ICO, Iridium, AceS, AMSC-TMI et Inm

20、arsat. Ils peuvent tre classs en plusieurs catgories: systmes en orbite terrestre basse (LEO) (ICO, Globalstar, Iridium et Teledesic), ou systmes satellites gostationnaires en orbite autour de la Terre (GEO) (Inmarsat, Satphone, ASC, Thuraya, APMT, EAST). Un systme OSG type, comme le systme Inmarsat

21、 Mini-M, utilise un codage avec excitation multibande volue (AMBE) 4,8 kbit/s, et des retards de codage/dcodage comparables ceux des systmes de tlphonie mobile de Terre GSM et AMRC. Dans le cas dun systme OSG toutefois, le retard li la distance rend le retard de codage/dcodage ngligeable. Codec MPEG

22、 de studio. Les signaux audio pour la radiodiffusion peuvent tre intgrs aux signaux vido en utilisant un codage MPEG-2 ou tre achemins sur des lignes distinctes RNIS/ATM. Dans le premier cas, ils seront synchroniss avec les signaux vido. Dans le second cas, les signaux audio pourront tre dcompresss

23、et le retard de codage/dcodage sera alors ngligeable, ou compresss. Les algorithmes de compression varient dun fabricant lautre de sorte que lon indique les valeurs minimales et les valeurs types pour le retard. Compte tenu de la nature des signaux audio, un dbit binaire minimal pour une qualit du s

24、on donne varierait dun facteur de 10 ou plus avec le temps. En rgle gnrale, les intervalles de temps o le dbit binaire local est trs sollicit sont trs courts et entours dintervalles de temps o le dbit binaire est trs faible. Dans la plupart des schmas de codage audio modernes, on tablit une moyenne

25、du dbit binaire sur le temps pour obtenir un dbit binaire constant. Selon que le tampon ncessaire pour tablir cette moyenne est situ ct codeur ou ct dcodeur, le retard de codage ou de dcodage est plus long. Il y a plusieurs options pour la compression des signaux audio MPEG-1: Couche I, Couche II et

26、 Couche III. La Couche III est galement appele MP3. Le codage MPEG-2 en plus des Couches I, II et III offre un codage audio volu (AAC, advanced audio coding). Dans le codage MPEG-4, le codage AAC a t choisi comme codage de base pour les signaux audio naturels et plusieurs nouveaux outils et fonction

27、s lui ont t ajouts. Pour ce qui est du temps de propagation aller-retour, la version retard faible (LD) du codage AAC est lextension la plus visible. Rap. UIT-R BT.2044 9 Valeurs minimales du retard pour le codage MPEG-1 Couches I, II et III de 6, 18 Retard de bout en bout (y compris canal RNIS) pou

28、r un codec audio disponible sur le march 18. Retard de bout en bout pour les schmas de codage audio actuels. Les signaux audio MPEG cods avec les signaux vido MPEG auront en gnral le mme retard que les signaux vido. Couche Dbit binaire cible (kbit/s) Taux de compression Retard minimal thorique (ms)

29、AAC-LD 64 12/1 20 Couche I 192 4/1 19 Couche II 128 6/1 35 Couche II 64 12/1 59 Codage Dbit binaire (kbit/s) Taux dchantillonnage (kHz) Retard type (ms) AAC-LD stro 128 48 60 AAC-LD mono 64 48 50 AAC stro 128 48 172 Couche III stro 128 48 326 Couche II stro 128 48 224 Couche II stro 128 24 (half mod

30、e) 398 G.722 64 48 10 Codec Dbit binaire (kbit/s) Retard algorithmiqueavec rservoirde bits mis zro (ms) Pleine charge, transmissionpar salves (ms) Pleine charge, transmission continue (ms) Charge 30%, transmission par salves (ms) Charge 30%, transmission continue (ms) Couche 2 192 34 NA NA NA NA Cou

31、che 3 128 54 118 142 107 131 MPEG-4 AAC 96 55 82 211 63 192 MPEG-4 HE AAC 56 129 184 361 145 322 MPEG-4 AAC-LD 128 20 33 44 24 35 10 Rap. UIT-R BT.2044 5.8 Symtrie des circuits Il ne faut pas supposer automatiquement que les deux demi-boucles dune boucle de contribution aux programmes seront identiq

32、ues pour ce qui est du temps de traitement, du temps de propagation sur le trajet, du retard global ou des phnomnes de fuite. On a lhabitude en radiodiffusion dutiliser un circuit de haute qualit uniquement sur la ligne affecte aux programmes en extrieur et un circuit de qualit infrieure sur la lign

33、e de retour. Il est galement courant dutiliser un circuit retour uniquement audio mme sur des boucles de contribution vido. Ces deux lments auront une incidence sur le retard global et sur la gne lie au retard et lcho telle quelle est perue. 5.9 Origine de lcho dans la pratique Un certain retard est

34、 invitable dans un circuit audio mais lcho peut en gnral tre vit. Lcho peut tre d la conception ou une mauvaise utilisation du systme. Une bonne utilisation du systme ne garantira pas ncessairement quil ny aura pas dcho sur la boucle, mais lcho sera rduit au minimum. Lefficacit dune bonne utilisatio

35、n du systme dans la limitation de lcho dpend dans une large mesure de lcho inhrent une boucle. Dans un circuit 2 fils, lcho intrinsque est dtermin par la conception du systme. Dans un circuit 4 fils, lcho imputable au phnomne de fuite du signal audio entre les circuits de retour et les circuits affe

36、cts aux programmes peut tre limit en: utilisant une sortie directe ou partielle (mix-minus ou clean feed); et/ou coupant le circuit de retour lorsque les microphones sont allums, soit par un systme de verrouillage si on utilise un interrupteur manuel soit laide dun circuit activ par la voix (ducker)

37、; et/ou contrlant les casques dcoute ferms ou les oreillettes afin de limiter les fuites dans les microphones ouverts. 5.10 Retard entre le son et limage Le retard entre le son et limage a t bien tudi et des normes 4 sont en vigueur depuis un certain temps. Le principal problme au niveau de la perce

38、ption, avec ce type de retard, est la perte de synchronisation labiale. La norme de lUIT en vigueur spcifie un retard acceptable entre le son et limage de +25 ms (le son est en avance sur limage) 100 ms (limage est en avance sur le son), retard mesur au niveau du dispositif de slection de source fin

39、ale de programme (en rgle gnrale la rgie). Il est thoriquement facile de resynchroniser le son et limage en faisant varier le retard, mme si lquipement ncessaire peut tre onreux. Si le son est en avance sur limage, on peut utiliser une unit de retard audio simple et peu coteuse pour corriger la sync

40、hronisation. Si limage est en avance sur le son, limage doit tre retarde: lquipement ncessaire est en gnral plus coteux mme si ce dispositif peut tre disponible dans un serveur vido existant. 6 Effets du retard et de lcho 6.1 Retard audio et retard vido Les boucles de communications vido sont utilis

41、es depuis quelques annes dj en visioconfrence et en radiodiffusion mais elles reprsentent une technologie relativement nouvelle compares aux boucles de communications audio. Cest pourquoi, leffet subjectif dun retard important dans une boucle de communications vido (de plus dune trame) nest pas auss

42、i bien tudi que dans le cas dune boucle audio. Les informations concernant les effets subjectifs du retard dans les boucles vido sont donc relativement peu nombreuses compares celles dont on dispose pour les boucles Rap. UIT-R BT.2044 11 audio. La prsente contribution est donc base essentiellement s

43、ur les informations dont on dispose concernant leffet subjectif du retard et de lcho dans une boucle audio. En attendant davoir des informations plus dtailles sur les effets subjectifs du retard dans les boucles vido, on part de lhypothse que le retard audio et lcho constituent la principale cause d

44、es perturbations, quils constituent ou non le facteur limitatif dans le retard global sur une boucle audio-vido. 6.2 Variables ayant une incidence sur les perturbations Les retards dans une boucle audio perturbent les systmes de communications vocales. Les effets perturbateurs dpendent essentielleme

45、nt de deux facteurs: la longueur du retard et laffaiblissement sur le canal retour dans la boucle 1, 3. 6.3 Echos et fusion Pour des retards infrieurs la valeur seuil (voir la Fig. 1), loreille humaine ne peut pas faire la distinction entre les deux signaux entrants pour la plupart des types dinform

46、ations vocales ou musicales. Les deux sons semblent donc fusionner en un son plus fort, ce qui a un effet positif la fois sur lintensit sonore perue et sur lintelligibilit de la parole. Leffet de fusion diminue progressivement avec le retard, en particulier lorsque le retard est suprieur 30 ms. Lors

47、quil ny a pas fusion, lcho devient gnant. Rap 2044-010 20 40 60 80 100 120242016128404812abRetard (ms)Niveaude lcho (dB)parrapportauniveaudusignalsonoreprincipalCourbes a: Meyer et Schodder (niveau du signal sonore principal 55 Phons)b: Lochner et Burger (niveau du signal sonore principal 50 Phons)C

48、omparaison des seuils des courbes de perception.FIGURE 1Audibilit du signal retard en prsence du signal direct, en fonctiondu retard et du niveau relatif du signal 1612 Rap. UIT-R BT.2044 6.4 Types de perturbations et effets de ces perturbations Les perturbations imputables au retard et lcho sont es