TS流是MPEG-2標準中定義一種用于直播的碼流結構，具有很好的容錯能力。所有跟TS相關的標準可以從ISO/IEC_13818-1中找到。
通常TS流的后綴是.ts、.mpg或者.mpeg，多數播放器直接支持這種格式的播放。

0. 學習多媒體容器格式的目的

主要是為了回答以下問題：

該容器中數據是如何組織的？

該容器包含哪些編碼格式的數據？這些數據是如何存儲的？

該容器包含哪些元數據信息？包含哪些節目信息？

對于支持多節目的容器格式，如何找到對應的音頻流、視頻流、字幕流？

如何確定該容器的節目播放時長？

如何從該容器中提取音頻、視頻、字幕數據，并交給解碼器解碼，有時間戳否？

該容器是否支持seek？有哪些輔助信息？

是否支持直接流化？

哪里可以找到該容器格式最標準的文檔資料？

有哪些可用的工具，方便分析容器格式異常或者錯誤？

1. TS流生成和解析的過程

TS流的形成過程：
1、 將原始音視頻數據壓縮之后，壓縮結果組成一個基本碼流（ES）。
2、 對ES（基本碼流）進行打包形成PES。
3、 在PES包中加入時間戳信息(PTS/DTS)。
4、 將PES包內容分配到一系列固定長度的傳輸包（TS Packet）中。
5、 在傳輸包中加入定時信息(PCR)。
6、 在傳輸包中加入節目專用信息(PSI) 。
7、 連續輸出傳輸包形成具有恒定比特率的MPEG-TS流。

TS流的解析過程，可以說是生成的逆過程：

從復用的MPEG-TS流中解析出TS包；

從TS包中獲取PAT及對應的PMT（PSI中的表格）；

從而獲取特定節目的音視頻PID；

通過PID篩選出特定音視頻相關的TS包，并解析出PES；

從PES中讀取到PTS/DTS，并從PES中解析出基本碼流ES；

將ES交給解碼器，獲得壓縮前的原始音視頻數據。

2. TS碼流整體結構

MPEG-2中規定TS傳輸包的長度是固定的，長度為188字節。標準規定每個TS包只能包含一個基本流的數據，不存在跨基本流的情況。
所有的TS包都分為包頭和凈荷部分。TS包中可以填入很多東西（填入的東西都是填入到凈荷部分），有：視頻、音頻、數據（包括PSI、SI以及其它任何形式的數據）。TS只是傳輸層的協議，所以比較多的面向錯誤處理的誤碼糾正。
用c語言描述下MPEG-TS碼流，如下：

MPEG_transport_stream() {do {transport_packet()} while (nextbits() == sync_byte) }

下圖是對TS碼流的一個分層結構：

TS包頭

TS包的包頭提供關于傳輸方面的信息：同步、有無差錯、有無加擾、PCR（節目參考時鐘）等標志。TS包的包頭長度不固定，前32比特（4個字節）固定，后面可能跟有自適應字段（適配域）。32個比特（4個字節）是最小包頭。包頭的結構固定如下：

各字段含義如下：

• sync_byte（同步字節）：固定為0x47;該字節由解碼器識別，使包頭和有效負載可相互分離。
• transport_error_indicator（傳輸錯誤標志）：‘1’表示在相關的傳輸包中至少有一個不可糾正的錯誤位。當被置1后，在錯誤被糾正之前不能重置為0。
• payload_unit_start_indicator（負載起始標志）：為1時，表示當前TS包的有效載荷中包含PES或者PSI的起始位置；在前4個字節之后會有一個調整字節，其的數值為后面調整字段的長度length。因此有效載荷開始的位置應再偏移1+[length]個字節。
• transport_priority（傳輸優先級標志）：‘1’表明當前TS包的優先級比其他具有相同PID， 但此位沒有被置‘1’的TS包高。
• PID：指示存儲與分組有效負載中數據的類型。PID值0x0000—0x000F保留。其中0x0000為PAT保留；0x0001為CAT保留；0x1fff為分組保留，即空包。標準中定義的PID分配見下表：

PID值描述

0	PAT(Program Association Table)
1	CAT(Conditional Access Table)
3-0xF	Reserved
0x10-0x1FFE	自定義PID，可用于PMT的pid、network的pid或者其他目標
0x1FFF	空包
-	注意PCR的PID可以選擇0、1或者0x10-0x1FFE的任意值。

• transport_scrambling_control（加擾控制標志）：表示TS流分組有效負載的加密模式?？瞻鼮椤?0’，如果傳輸包包頭中包括調整字段，不應被加密。其他取值含義是用戶自定義的。
• adaptation_field_control（適配域控制標志）：表示包頭是否有調整字段或有效負載。‘00’為ISO/IEC未來使用保留；‘01’僅含有效載荷，無調整字段；‘10’ 無有效載荷，僅含調整字段；‘11’ 調整字段后為有效載荷，調整字段中的前一個字節表示調整字段的長度length，有效載荷開始的位置應再偏移[length]個字節?？瞻鼞獮椤?0’。
• continuity_counter（連續性計數器）：隨著每一個具有相同PID的TS流分組而增加，當它達到最大值后又回復到0。范圍為0~15。

關于adaption_filed字段建議參考標準文檔的ch2.4.3.4 Adaptation field一節。

TS包負載部分

TS包中凈荷所傳輸的信息包括兩種類型：

• 視頻、音頻的PES包以及輔助數據；
• 節目專用信息PSI。

當然，TS包也可以是空包?？瞻脕硖畛銽S流，可能在重新進行多路復用時被插入或刪除。

在系統復用時，視頻、音頻的ES流需進行打包形成視頻、音頻的 PES流，輔助數據（如圖文電視信息）不需要打成PES包。

3. 節目專用信息PSI(Program Specific Information）

在TS流中傳輸的主要有四類表格，其中包含了解復用和顯示節目相關的信息。
節目信息的結構性的描述如下；

• 節目關聯表Program Association Table (PAT) 0x0000
• 節目映射表Program Map Tables (PMT)
• 條件接收表Conditional Access Table (CAT) 0x0001
• 網絡信息表Network Information Table(NIT) 0x0010
• 傳輸流描述表Transport Stream Description Table(TSDT) 0x02

其中PMT中定義了與特定節目相關的PID信息，比如音頻包pid、視頻包pid以及pcr的pid；CAT表格用于流加擾情況下配置參數；NIT是可選的，標準中未詳細定義；TSDT也是可選的。
這些表格信息保存到TS中，需要先切分成section，然后放到TS包中。
這里僅詳細說明PAT和PMT表的構成，其他表格建議參考標準文檔。

PAT表

TS流中會定期出現PAT表。PAT表提供了節目號和對應PMT表格的PID的對應關系。
其具體結構如下圖：

第一個字段table_id，8位，用于標識PSI section負載數據的類型。其取值含義如下：

Valuedescription

0x00	program_association_section
0x01	conditional_access_section (CA_section)
0x02	TS_program_map_section
0x03	TS_description_section
0x04	ISO_IEC_14496_scene_description_section
0x05	ISO_IEC_14496_object_descriptor_section
0x06-0x37	ITU-T Rec. H.222.0 / ISO/IEC 13818-1 reserved
0x38-0x3F	Defined in ISO/IEC 13818-6
0x40-0xFE	User private
0xFF	forbidden

PAT中定義的節目號（program_number）與PMT_PID的映射。當節目號為0時，存儲的是network_PID。
詳細定義建議參考2.4.4.3 Program association Table一節。

PMT表

PMT在傳送流中用于指示組成某一套節目的視頻、音頻和數據在傳送流中的位置，即對應的TS包的PID值，以及每路節目的節目時鐘參考（PCR）字段的位置。
其結構定義如下：

其中的stream_type標識了對應pid的類型，比如音頻、視頻或者其他類型（具體建議參考2.4.4.9 Semantic definition of fields in Transport Stream program map section一節）。

4. PES包

PES包使用固定的24位起始碼0x000001和一個8為的stream-id，用于說明當前包的類型。PES包中可以包含DTS/PTS等時間戳信息。整體結構如下圖：

PES包非定長，音頻的PES包小于等于64K，視頻的一般為一幀一個PES包。一幀圖象的PES包通常要由許多個TS包來傳輸。MPEG-2中規定，一個PES包必須由整數個TS包來傳輸。如果承載一個PES包的最后一個TS包沒能裝滿，則用填充字節來填滿；當下一個新的PES包形成時，需用新的TS包來開始傳輸。
PES包的結構如下：

PES_packet() {packet_start_code_prefix : 24stream_id : 8PES_packet_length: 16optional_pes_headerpes_packet_data }

• packet_start_code_prefix：24位起始碼，固定必須是'0000 0000 0000 0000 0000 0001' (0x000001)。用于標識包的開始。
• stream_id：在PS流中該字段標識其存儲的基本流的類型和索引號，在TS流中該字段僅標識其存儲的基本流的類型。
• PES_packet_length：16位，用于存儲PES包的長度。
• optional_pes_header需要視stream_id類型而定，其長度不固定（這里包含DTS/PTS時間戳信息）。
• pes_packet_data其長度是PES_packet_length定義的長度值。

最后兩個字段的解析，建議參考標準文件的2.4.3.7 Semantic definition of fields in PES packet一節。

5. 其他問題

TS流是我接觸的第一個封裝格式，也是經過很長時間才完全整明白具體的解碼流程。
本文不涉及太多的細節問題。很明顯TS流中不包含快速seek的機制，只能通過協議層實現seek。
分析TS流建議使用TsAnalyse等現有的工具，在廣電普遍使用的TS流，有較多的現成工具。新出來的HLS協議也是基于TS流實現的。

參考資料

ISO/IEC_13818-1

MPEG-2 TS碼流分析

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本文作者：Tocy e-mail: zyvj@qq.com
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總結

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