博聚英才 汇集精品TS码流结构分析与监测硬件部： 侯茗耀E_mail：houmybohui.cn2008年12月16日www.bohui.com.cn目录一数字电视与DVB系统二MPEG-2 & MPEG-2 system三TS流、包结构以及同步四PSI/SI表格信息五TS流参数监测一、数字电视与DVB系统1、什么是数字电视中的“数字”概念？该“数字”概念的基本解释：数字信号（对应于模拟信号）数字信号是指所取的数值是离散的，在时间轴上是不连续的。二进制码是应用的最广泛的一种数字信号，数字电视中使用到的数字信号就 是采用的二进制码流。一连串二进制码构成数字电视信号：101001110010101.该“数字”概念的作用范畴：数字电视中的“数字”概念是指电视信号的前期处理、传输、发射和接收过程中使用的是数字信号。而我们看到的数字电视里面的实际画面 和声音仍然是模拟的，它是数字电视接收端（机顶盒）将接收到的数字 信号经过D/A转换后得到的。 一、数字电视与DVB系统信源编码：提高有限带宽的利用率预测编码统计编码JPEG编码MPEG编码.2、数字电视为什么采用信源编码和信道编码？信道编码:提高传输可靠性由于数字信号具有很复杂的频率成分，频率特性也很不相同，直接传输会产生误码 ，降低可靠性。信道编码就是针对这种情况而提出的。信道编码的目的是使传输的图像 信号适应传输信道对频率特性的要求，抑制信道噪声对信号的干扰。伪随机序列进行扰码奇偶校验码卷积交织码里德-所罗门码.一、数字电视原理与DVB系统3、什么是DVB系统（Digital Video Broadcasting system）？DVB，“数字视频广播”（Digital Video Broadcasting）的缩写, 是一种 国际承认的数字电视标准。该标准是由欧洲电信标准化组织（ETSI）、欧洲 电子标准化组织（CENELEC）和欧洲广播联盟（EBU） 联合组成的“联合专 家组”（Joint Technical Committee, JTC）发起的。我国使用的数字电视标准采用的就是DVB标准。数字视频广播（DVB）系统的传输方式可以分为DVB-S系统（卫星广播 ）、 DVB-C系统（有线电视）、 DVB-T系统（地面数字视频广播），DVB系统主要完成数字电视信号的广播与传输。一、数字电视原理与DVB系统DVB系统要求主要有：信源编码采用MPEG-2标准（即音视频压缩采用MPEG-2标准）信道编码中采用统一的加扰系统信道编码中采用统一的里德-所罗门前向纠错系统 .DVB系统的核心技术是采用MPEG-2技术进行视频、音频的编码，使用 统一的MPEG-2传输流（TS流）。二、MPEG-2 & MPEG-2 system1、什么是MPEG、MPEG-2、MPEG-2 system？MPEG是动态图像专家组（Moving Picture Experts Group）的简称, 通常可 以将MPEG理解为一种视频压缩编码技术标准。该编码压缩属于有损压缩，最大压缩比为200：1。 MPEG标准目前一共有五个：MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、 MPEG-7及MPEG-21。DVB中采用的的标准是MPEG-2标准。MPEG-2标准是MPEG和ISO组织设计的一个数字视频压缩规范,主要用于DVD 和DVB上。其设计目标是高级工业标准的图象质量以及更高的传输率。该标准包括 编号为13818-1系统部分、编号为13818-2的视频部分、编号为13818-3的音频部分 及编号为13818-4的符合性测试部分。 二、MPEG-2 & MPEG-2 systemMPEG-2 system（编号13818-1）是MPEG-2标准的其中一部分，该部分描述 了多个视频，音频和数据多种基本流（ES）合成传输流（TS）和节目流（PS）的 方式。就通俗的理解，MPEG-2 system的主要功能是提供了将多种基本码流规范成一 种单一的便于传输的码流的技术标准。MPEG-2 system主要的任务有： 1）规定以包方式传输数据的协议（最终形成的TS流或者PS流是由TS包或PS 包组成的）；2）为收发两端数据流同步创造条件（PCR、PTS、DTS）；3）确定将多个数据流合并和分离（即复用和解复用）的原则；4）提供一种进行加密数据传输的可能性。二、MPEG-2 & MPEG-2 systemMPEG-2 视频 编码器MPEG-2 音频 编码器原始视频原始音频数据复 用 器解 复 用 器MPEG-2 视频 解码器MPEG-2 音频 解码器还原视频还原音频数据数字通道编码端解码端时钟 & 控制时钟 & 控制下图是系统将多个基本流规范成单一数据流的一个复用与解复用流程：单一的TS流或者PS流二、MPEG-2 & MPEG-2 system下图是在MPEG-2 系统中编码端实现单一码流的详细过程：视频 编码器视频 PESPS 复 用 器PS包PS包TS包PS包TS包.PES打包器音频 编码器PES打包器音频 PESTS 复 用 器TS包节目流（PS）传输流（TS）ESES.二、MPEG-2 & MPEG-2 systemES流（Elementary Stream）由三部分组成：经MPEG-2视频编码器编码后的图像数据流；经MPEG-2音频编码器编码后的声音数据流；其他编码数据流；PES流（Packetized Elementary Stream）：PES流是ES流经过PES打包器处理 后形成的数据流，在这个过程中完成了将ES流分组、打包、加入包头信息等操作（ 对ES流的第一次打包）。PES流的基本单位是PES包。I1P4B2B3视频ES流视频PES流.2、什么是ES流、PES流、PS流以及TS流？I1P4B2B3二、MPEG-2 & MPEG-2 systemPES包视频 编码器视频 PES流PES包PES包PES包PES 打包器音频 编码器PES 打包器音频PES流PES包PES包PES 包头Stream ID, Time Stamps, 等视频数据, 音频数据 或者其他数据包头有效载荷区PES 包PES包二、MPEG-2 & MPEG-2 system二、MPEG-2 & MPEG-2 systemPS流（Program Stream）和TS流（Transport Stream）：PS流和TS流是MPEG-2系统规范的两种标准码流。PS流用于相对无错环境下的传输与存储(如DVD中)，其基本单位是PS包，长度可变。TS流用于相对有错环境下的传输与存储（如DVB中），其基本单位是TS包，长度固定188字节。二、MPEG-2 & MPEG-2 systemPS流（Program Stream）组成：VideoVideoAudioVideoPES 包头VideoVideoPS包头PES 包PS包 PS流由PS包组成，而一个PS包又由若干个PES包组成（到这里，ES经过了两 层的封装）。 PS包的包头中包含了同步信息与时钟恢复信息。一个PS包最多可包含具有同一时钟基准的16个视频PES包和32个音频PES包。二、MPEG-2 & MPEG-2 systemTS流（Transport Stream）组成： TS流由定长的TS包组成（188字节），而TS包是对PES包的一个重新封装（到这 里，ES经过了两层的封装） 。 PES包的包头信息依然存在于TS包中。PES 包头PES 包填充数据PES流TS流TS包头TS包二、MPEG-2 & MPEG-2 system通过前面的介 绍，对MPEG-2系统主要功能有了一 定的了解。如图所 示，该图详细的描 述了MPEG-2系统如何将最原始的数 字音视频信号经过 一系列的处理，最 终形成DVB系统中 使用的TS流的过程：三、TS流、包结构以及同步TSTS流流单一性：TS流的基本组成单位是长度 为188字节的TS包。TSTS流流混合性： TS流由多种数据组合而成， 一个TS包中的数据可以是视频数据， 音频数据，填充数据，PSI/SI表格数 据.（唯一的PID对应）。1、TS流：可以将TS流理解为一种单一码流、混合码流：视频数据音频数据填充数据表格信息视频数据填充数据表格信息截取某段TS流PID=45PID=45PID=78PID=69PID=0PID=69PID=0三、TS流、包结构以及同步TS包头TS包包同步、包ID，等PCR等视频, 音频 or 其他数据包头 (4 字节)有效载荷区 (最高184字节)自适应区(188 字节)TS包结构分析：TS包由包头、有效载荷区组成（有些包中还包括自适应区）。2、TS包结构三、TS流、包结构以及同步TS包 必有 成分自适应区：包含PCR等信息有效载荷区：三、TS流、包结构以及同步三、TS流、包结构以及同步截取某TS包的包头内容进行分析说明：Header:sync_byte(1B)：0x47transport_error_indicator (1b)：0payload_unit_start_indicator(1b)：1 该字段置1表示携带的是PSI或PES第一个包 transport_priority(1b)：0PID(13b)：0 0000 0100 0100（0x44），假设该ID携带的是节目1的视频PESTransport_scrambling_control(2b)：00，表明该TS包中有效数据未经加扰处理Adaptation_field_control(2b)：11，标识既有adaptation_field又有payloadContinuity_counter(4b):0000，表示该计数器为0，PID相同的包的计数因该是连续 的 Adaptation_field：. PES：.对应二进制码：0100 0111 0100 0000 0100 0100 0011 0000 .某TS包部分数据：0X 47 40 44 30 .三、TS流、包结构以及同步3、怎样实现解码端的系统时钟恢复和视音频播放同步？MPEG-2规定的系统时钟频率为27MHz，传输流（TS）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DTS、PTS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(数字电视中是0.04秒)。包同步、包ID，等PCR等 某PES包部分数据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。有效载荷区自适应区包头PTS/ DTS三、TS流、包结构以及同步编码端 时钟基准Sample & InsertPCR in Adaptation FieldTransport StreamPCRPCRTransport Header 解码端 时钟基准Extract & ProcessPCRPCRVideo PES headerAudio PES header编码端 时钟基准Sample & InsertSample & Insert PTS DTSPTS解码端 时钟基准Extract & Process四、PSI/SI 表格信息1、什么是PSI/SI表格，为什么使用这些表格？简单来看，TS是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表格信息用来描述传送流的组成结构。由上面的章节，我们知道解码端只要知道了某个TS包的PID，就知道这个包中 到底携带的是什么数据