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TS 188字节流结构图


应该说真正了解 TS TS,还是看了朋友推荐的《数字电视业务信息及其 编码》一书之后,MPEG2 TS 和数字电视是紧密不可分割的,值得总 结一下其中的一些关系。 ISO/IEC-13818-1:系统部分; ISO/IEC-13818-2:视频; ISO/IEC-13818-3:音频; ISO/IEC-13818-4:一致性测试; ISO/IEC-13818-5:软件部分; IS

O/IEC-13818-6:数字存储媒体命令与控制; ISO/IEC-13818-7:高级音频编码; ISO/IEC-13818-8:系统解码实时接口; MPEG2 系统任务包括: 1. 规定以包传输数据的协议; 2. 规定收发两端数据流同步的协议; 3. 提供多个数据流的复用和解复用协议; 4. 提供数据流加密的协议。以包形式存储和传送数据流是 MPEG2 系 统之要点。 ES 是直接从编码器出来的数据流,可以是编码过的视频数据流,音 频数据流,或其他编码数据流的统称。ES 流经过 PES 打包器之后, 被转换成 PES 包。 包由包头和 payload 组成, PES 具体格式摘录如下:

可以看到 PTS/DTS 是打在 PES 包里面的,这两个 parameters 是解决 视音频同步显示,防止解码器输入缓存上溢或下溢的关键。PTS 表示 显示单元出现在系统目标解码器(STD: system target decoder)的时 间,DTS 表示将存取单元全部字节从 STD 的 ES 解码缓存器移走的时 刻。每个 I、P、B 帧的包头都有一个 PTS 和 DTS,但 PTS 与 DTS 对 B 帧都是一样的,无须标出 B 帧的 DTS。对 I 帧和 P 帧,显示前一定要 存储于视频解码器的重新排序缓存器中,经过延迟(重新排序)后再 显示,一定要分别标明 PTS 和 DTS。 上面介绍过,ES 首先需打包成 PES 流包,然后 PES 根据需 要打包成 PS 或 TS 包进行存储或传输。其每路 ES 只包含一路信源的 编码数据流,所以每路 PES 也只包含相对应信源的数据流。 对 PS 流而言,每个 PES 包头含有 PTS 和 DTS,流识别码,用于区别 不同性质 ES。然后通过 PS 复用器将 PES 包复用成 PS 包。实际上是

将 PES 包分解为更细小的 PS 包。在解码的时候,解复用器将 PS 分 解成一个个 PES 包,拆包器然后将 PES 包拆成视频和音频的 ES,最 后输入至各自解码器进行解 码。一个问题是:各个 ES 在解码时,如 何保证视音频的同步呢?除了 PTS 和 DTS 的配合工作外, 还有一个重 要的参数是 SCR(system clock reference)。在编码的时候,PTS, DTS 和 SCR 都是由 STC(system time clock)生成的,在解码时,STC 会再生,并通过锁相环路(PLL-phase lock loop),用本地 SCR 相 位与输入的瞬时 SCR 相位锁相比较,以确定解码过程是否同步,若不 同步,则用这个瞬时 SCR 调整 27MHz 的本地时钟频率。最 后,PTS, DTS 和 SCR 一起配合, 解决视音频同步播放的问题。 格式摘录如下: PS

PS 包的长度比较长且可变,主要用于无误码环境里,因为越长的话, 同步越困难,且在丢包的情况下,重组也越困难。所以,PS 适合于 节目信息的编辑和本地内容应用的 application。

TS 流也是由一个或多个 PES 组合而来的,他们可以具有相同的时间 基准,也可以不同。其基本的复用思想是,对具有相同时间基准的多 个 PES 现进行节目复用,然后再对相互有独立时间基准的各个 PS 进 行传输复用,最终产生出 TS TS。

TS 包由包头和包数据 2 部分组成,其中包头还可以包括扩展的自适 用区。包头长度占 4bytes,自使用区和包数据共占 184bytes,整个 TS 包长度相当于 4 个 ATM 包长。TS 包的包头由如下图摘录所示的同 TS 步字节、传输误码指示符、有效载荷单元起始指示符、传输优先、包 识别(PID-Packet Identification)、传输加扰控制、自适应区控 制和连续计数器 8 个部分组成。

其中,可用同步字节位串的自动相关特性,检测数据流中的包限制,

建立包同步;传输误码指示符,是指有不能消除误码时,采用误码校 正解码器可表示 1bit 的误码,但无法校正;有效载荷单元起始指示 符,表示该数据包是否存在确定的起始信息;传输优先,是给 TS 包 分配优先权;PID 值是由用户确定的,解码器根据 PID 将 TS 上从不 同 ES 来的 TS 包区别出来,以重建原来的 ES;传输加扰控制,可指 示数据包内容是否加扰,但包头和自适应区永远不加扰;自适应区控 制,用 2 bit 表示有否自适应区,即(01)表示有有用信息无自适应 区,(10)表示无有用信息有自适应区,(11)表示有有用信息有自 适应区,(00)无定义;连续计数器可对 PID 包传送顺序计数,据计 数器读数,接收端可判断是否有包丢失及包传送顺序错误。显然,包 头对 TS 包具有同步、识别、检错及加密功能。

TS 包自适应区由自适应区长、各种标志指示符、与插入标志有 关的信息和填充数据 4 部分组成。其中标志部分由间断指示符、随机 存取指示符、ES 优化指示符、PCR 标志、接点标志、传输专用数据标 志、原始 PCR 标志、自适应区扩展标志 8 个部分组成。重要的是标志 部分的 PCR 字段,可给编解码器的 27MHz 时钟提供同步资料,进行同 字段 步。 其过程是, 通过 PLL, 用解码时本地用 PCR 相位与输入的瞬时 PCR 相位锁相比较,确定解码过程是否同步,若不同步,则用这个瞬时 PCR 调整 调整时钟频率。因为,数字图像采用了复杂而不同的压缩编码算 法,造成每幅图像的数据各不相同,使直接从压缩编码图像数据的开 始部分获取时钟信息成为不可能。为此,选择了某些(而非全部)TS TS

包的自适应区来传送定时信息。于是,被选中的 TS 包的自适应区, 可用于测定包信息的控制 bit 和重要的控制信息。 自适应区无须伴随 每个包都发送,发送多少主要由选中的 TS 包的传输专用时标参数决 定。标志中的随机存取指示符和接点标志,在节目变动时,为随机进 入 I 帧压缩的数据流提供随机进入点,也为插入当地节目提供方便。 自适应区中的填充数据是由于 PES 包长不可能正好转为 TS 包的整数 倍,最后的 TS 包保留一小部分有用容量,通过填充字节加以填补, 这样可以防止缓存器下溢,保持总码率恒定不变。

前面 3 节总结了 MPEG2 TS 的基本格式,其中包括 PES,PS 和 TS,以 TS 及相关字段 字段的介绍。 那么作为一种传输流, 将内容进行打包/复用, 字段 TS 让其媒体内容变成 TS 传输,并最终在解码端解码。简单来看,TS 是 TS 一个传输层的协议栈,它可以承载各种内容的传输,比如 MPEG, WMV, H264,甚至是 IP,那么其中的传输规范是如何定义的呢?这个即是 PSI(节目特定信息)要做的事情。

PSI 由四张表构成:PAT,PMT,CAT 和 NIT,这四张表分别描述了一 个 TS 所包括的所有 ES 流的传输结构。首先的一个概念是,TS 是以 TS 包形式传播, 在编解码端都需要以一定的包 ID 来标识 TS 流里承载的 内容,比如,PAT 表会存在于一个或多个 TS 包里,所以要用一个特

别的包 ID 来表示,另外,不同的 ES 流也需要不同的包 ID 来标识。 我们有了 PAT 和 PMT 这两种表,解码器就可以根据 PID,将 TS 上从 不同 ES 来的 TS 包区分出来进行解码。

TS 的解码分两步进行,其一,是从 PID 为 0 的 TS 包里,解析出 PAT 表,然后从 PAT 表里找到各个节目源的 PID,一般此类节目源都由若 干个 ES 流组成,并描述在 PMT 表里面,然后通过节目源的 PID,就 可以在 PMT 表里检索到各个 ES 的 PID。其二,解码器根据 PMT 表里 的 ES 流的 PID,将 TS 流上的包进行区分,并按不同的 ES 流进行解 码。所以,TS 是经过节目复用和传输复用两层完成的,即在节目复 TS 用时,加入了 PMT,在传输复用时,加入了 PAT。同样在节目解复用 时,可以得到 PMT,在传输解复用时,可以得到 PAT。下图很好地概 述了其思想。

TS 是支持多路复用的,所以它可用来传输经复用后的多层节目。在 复用过程中,要注意的是,解码过程中所需要面对的时间参考和同步

问题,因为解复用是需要各种信息同步进行的,所以在复用过程中, 就需要插入相关的时间信息:PTS,DTS,PCR。 在 TS 形成过程中,PTS 和 DTS 是在 ES 打包成 PES 时,根据 STC 的参 考, 将其时钟信息注入 PES 包中的, 而之后在 PES 切成 TS 时, 再将 PID 和 PCR 信息注入到 TS 包中,当多路 TS 再进行复用的时候,各路 TS 的 PCR 将会被提取出来,再进行分析,然后再根据统一的 STC 参考, 将新的 PCR 生成并注入到 TS 中去,最后,因为原来 PAT 表信息不在 适用,所以新的 PAT 表需要再生成,并附加到新的 TS 流中去。经过 这多层的复用之后,新的 TS 流即可以进入调制,传输阶段。过程可 参见下图:

解码过程要面对的问题是:解复用,视音频的同步,解码缓存器无上 下溢。解复用即是将 TS 在同一信道里不同时序进行传输的节目分离 出来;视音频同步由 DTS, PTS 和 PCR 三者协调完成,并且 PCR 是重 建系统时间基准的绝对时标, DTS 和 PTS 是解码和重现时刻的相对 而 时标;对解码缓存器无上下溢的问题,必须 借助于系统目标解码器 (STD)模型来对其进行实现,基本思想如下:

1. TS 流进入解码器后,首先由换向器,按照一定的时序关系,将 各种 ES 流分解出来(其中也包括 PSI 信息流)。 2. 分解过后的 ES 流会进入各自的传输缓存器,通过之后,其 PES 流进入各自的主存储器,注意的是:PSI 信息流会进入系统缓 存器,最后也到达主存储器。 3. 最后,解码器根据 DTS 信息,从各个主存储器分别提取媒体或 系统信息,进行解码,并根据 PTS 信息,将媒体内容进行显示 处理。 其过程可参见下图:


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