MPEG2-TS的小结 [1]
1. 簡述
MPEG2 TS和數字電視是緊密不可分割的，值得總結一下其中的一些關系。
ISO/IEC－13818－1：系統部分；
ISO/IEC－13818－2：視頻；
ISO/IEC－13818－3：音頻；
ISO/IEC－ 13818－4：一致性測試；
ISO/IEC－13818－5：軟件部分；
ISO/IEC－13818－6：數字存儲媒體命令與控制；
ISO/IEC－ 13818－7：高級音頻編碼；
ISO/IEC－13818－8：系統解碼實時接口；
MPEG2系統任務包括：
1. 規定以包傳輸數據的協議；
2. 規定收發兩端數據流同步的協議；
3. 提供多個數據流的復用和解復用協議；
3. 提供數據流加密的協議。
以包形式存儲和傳送數據流是MPEG2系統之要點。
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2. ES數據流
ES是直接從編碼器出來的數據流，可以是編碼過的視頻數據流，音頻數據流，或其他編碼數據流的統稱。ES流經過PES打包器之后，被轉換成PES包。PES包由包頭和payload組成，具體格式摘錄如下：
<!--[if !vml]--><!--[endif]-->
在PES層，主要是在PES包頭信息中加入PTS(顯示時間標簽)和DTS（解碼時間標簽）用于視頻、音頻同步。
其實，Mpeg-2用于視音頻同步以及系統時鐘恢復的時間標簽分別在ES，PES和TS這3個層次中。在ES層，與同步有關的主要是視頻緩沖驗證VBV（Video Buffer Verifier），用以防止解碼器的緩沖器出現上溢或下溢；在PES層，主要是在PES頭信息里出現的顯示時間標簽PTS（Presentation Time Stamp）和解碼時間標簽DTS（Decoding Time Stamp）；在TS層中，TS頭信息包含了節目時鐘參考PCR（Program Clock Reference），用于恢復出與編碼端一致的系統時序時鐘STC（System Time Clock）。
我們先看看從ES到PES的過程：
<!--[if !vml]--><!--[endif]-->
基本流程如下：首先MPEG-2壓縮編碼得到的ES基本流，這個數據流很大，并且只是I，P，B的這些視頻幀或音頻取樣信息，然后加入一些同步信息，打包成長度可變長度的數據包PES，原來是流的格式，現在成了數據包的分割形式。同時要注意的是，ES是只包含一種內容的數據流，如只含視頻，或只含音頻等，打包之后的PES也是只含一種性質的ES,如只含視頻ES的PES,只含音頻ES的PES等。可以知道，ES是編碼視頻數據流或音頻數據流，每個ES都由若干個存取單元（AU）組成，每個視頻AU或音頻AU都是由頭部和編碼數據兩部分組成，1個AU相當于編碼的1幅視頻圖像或1個音頻幀，也可以說，每個AU實際上是編碼數據流的顯示單元，即相當于解碼的1幅視頻圖像或1個音頻幀的取樣。PEG-2對視頻的壓縮產生I幀、P幀、B幀。把幀順序I1,P4,B2,B3,P7,B5,B6幀的編碼ES，通過打包并在每個幀中插入 PTS/DTS標志，變成PES。在插入PTS/DTS標志時，由于在B幀PTS和DTS相等，所以無須在B幀多插入DTS。而對于I幀 和P幀，由于經過復用后數據包的順序會發生變化，顯示前一定要存儲于視頻解碼器的從新排序緩存器中，經過從新排序后再顯示，所以一定要同時插入PTS和 DTS作為從新排序的依據。
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其中，有否PTS/DTS標志，是解決視音頻同步顯示、防止解碼器輸入緩存器上溢或下溢的關鍵所在。PTS表明顯示單元出現在系統目標解碼器（STD- System?Target?Decoder）的時間,?DTS表明將存取單元全部字節從STD的ES解碼緩存器移走的時刻。視頻編碼圖像幀次序為 I1,P4,B2,B3,P7,B5,B6,I10,B8,B9的ES，加入PTS/DTS后，打包成一個個視頻PES包。每個PES包都有一個包頭，用于定義PES內的數據內容，提供定時資料。每個I、P、B幀的包頭都有一個PTS和DTS，但PTS與DTS對B幀都是一樣的，無須標出B幀的DTS。對I幀和P幀，顯示前一定要存儲于視頻解碼器的重新排序緩存器中，經過延遲（重新排序）后再顯示，一定要分別標明PTS和DTS。例如，解碼器輸入的圖像幀次序為I1,P4,B2,B3,P7,B5,B6,I10,B8,B9，依解碼器輸出的幀次序，應該P4比B2、B3在先，但顯示時P4一定要比B2、B3在后，即P4要在提前插入數據流中的時間標志指引下，經過緩存器重新排序，以重建編碼前視頻幀次序I1,B2,B3,P4,B5,B6,P7,B8,B9,I10。顯然，PTS/DTS標志表明對確定事件或確定信息解碼的專用時標的存在，依靠專用時標解碼器，可知道該確定事件或確定信息開始解碼或顯示的時刻。例如，PTS/DTS標志可用于確定編碼、多路復用、解碼、重建的時間。
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3. PS數據流
上節說過，ES首先需打包成PES流包，然后PES根據需要打包成PS或TS包進行存儲或傳輸。其每路ES只包含一路信源的編碼數據流，所以每路PES也只包含相對應信源的數據流。
對 PS流而言，每個PES包頭含有PTS和DTS，流識別碼，用于區別不同性質ES。然后通過PS復用器將PES包復用成PS包。實際上是將PES 包分解為更細小的PS包。在解碼的時候，解復用器將PS分解成一個個PES包，拆包器然后將PES包拆成視頻和音頻的ES，最后輸入至各自解碼器進行解碼。一個問題是：各個ES在解碼時，如何保證視音頻的同步呢？除了PTS和DTS的配合工作外，還有一個重要的參數是SCR(system clock reference)。在編碼的時候，PTS，DTS和SCR都是由STC(system time clock)生成的，在解碼時，STC會再生，并通過鎖相環路（PLL－phase lock loop），用本地SCR相位與輸入的瞬時SCR相位鎖相比較，以確定解碼過程是否同步，若不同步，則用這個瞬時SCR調整27MHz的本地時鐘頻率。最后，PTS，DTS和SCR一起配合，解決視音頻同步播放的問題。PS格式摘錄如下：
| byte 0 | byte 1 | byte 2 | byte 3 | ||||||||||||||||||||||||||||
| 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| 0000 0000 0000 0000 0000 0001
start code | 1011 1010 PACK identifier | ||||||||||||||||||||||||||||||
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| byte 4 | byte 5 | byte 6 | byte 7 | byte 8 | byte 9 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| 01 | SCR 32..30 | 1 | SCR 29..15 | 1 | SCR 14..00 | 1 | SCR_ext | 1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| byte 10 | byte 11 | byte 12 | byte 13 | ||||||||||||||||||||||||||||
| 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| Program_Mux_Rate | 1 | 1 | reserved | pack_stuffing_length | |||||||||||||||||||||||||||
PS包的長度比較長且可變，主要用于無誤碼環境里，因為越長的話，同步越困難，且在丟包的情況下，重組也越困難。所以，PS適合于節目信息的編輯和本地內容應用的application。
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4. TS數據流
TS流也是由一個或多個PES組合而來的，他們可以具有相同的時間基準，也可以不同。其基本的復用思想是，對具有相同時間基準的多個PES現進行節目復用，然后再對相互有獨立時間基準的各個PS進行傳輸復用，最終產生出TS。TS包由包頭和包數據2部分組成，其中包頭還可以包括擴展的自適用區。包頭長度占4bytes，自使用區和包數據共占184bytes，整個TS包長度相當于4個ATM包長。TS包的包頭由如下圖摘錄所示的同步字節、傳輸誤碼指示符、有效載荷單元起始指示符、傳輸優先、包識別（PID-Packet Identification）、傳輸加擾控制、自適應區控制和連續計數器8個部分組成。
<!--[if !vml]--><!--[endif]-->
對上面的各個字段簡單說明一下：
| Partial Transport Stream Packet Format | ||
| Name | Number | Description |
| sync byte | 8 | 0x47 |
| Transport Error Indicator (TEI) | 1 | Set by demodulator if can't correct errors in the stream[2] |
| Payload Unit Start Indicator | 1 | 1 means start of PES data or PSI otherwise zero only . |
| Transport Priority | 1 | One means higher priority than other packets with the same PID. |
| PID | 13 | Packet ID |
| Scrambling control | 2 | '00' = Not scrambled. ? The following per DVB spec [3]: ? '01' = Reserved for future use, ? '10' = Scrambled with even key, ? '11' = Scrambled with odd key |
| Adaptation field exist | 1 | 1 means presence of the adaptation field |
| Payload data exist | 1 | 1 means presence of data |
| Continuity counter | 4 | ? |
| ? | ? | Note: the total number of bits above is 32 and is called the transport stream 4-byte prefix. |
| Adaptation field | 0 or more | Depends on flags |
| Payload Data | 0 or more | Depends on flags |
| Adaptation Field Format | ||
| Name | Number | Description |
| Adaptation Field Length | 8 | Number of bytes in the adaptation field immediately following this byte |
| Discontinuity indicator | 1 | Set to 1 if a discontinuity occurred in the continuity counter of the TS packet |
| Random Access indicator | 1 | Set to 1 if the PES packet in this TS packet starts a video/audio sequence |
| Elementary stream priority indicator | 1 | 1 = higher priority |
| PCR flag | 1 | 1 means adaptation field does contain a PCR field |
| OPCR flag | 1 | ? |
| Splicing point flag | 1 | 1 means presence of splice countdown field in adaptation field |
| Transport private data flag | 1 | 1 means presence of private data bytes in adaptation field |
| Adaptation field extension flag | 1 | 1 means presence of adaptation field extension |
| Below fields are optional | variable | Depends on flags |
| PCR | 33+9 | Program clock reference |
| OPCR | 33+9 | Original Program clock reference. Helps when one TS is copied into another |
| Splice countdown | 8 | Indicates how many TS packets from this one a splicing point occurs (may be negative) |
| stuffing bytes | variable | ? |
其中,在包頭中：
同步字節(sync byte)的自動相關特性，檢測數據流中的包限制，建立包同步；
傳輸誤碼指示符(Transport Error Indicator)，指有不能消除誤碼時，采用誤碼校正解碼器可表示1bit 的誤碼，但無法校正；
有效載荷單元起始指示符(Payload Unit Start Indicator)，表示該數據包是否存在確定的起始信息；
傳輸優先級(Transport Priority)，是給TS包分配優先權；PID值是由用戶確定的，解碼器根據PID將TS上從不同ES來的TS包區別出來，以重建原來的ES；
傳輸加擾控制(Scrambling control)，可指示數據包內容是否加擾，但包頭和自適應區永遠不加擾；
自適應區控制存在字段(Adaptation field exist)，用2 bit表示有否自適應區，即（01）表示有有用信息無自適應區，（10）表示無有用信息有自適應區，（11）表示有有用信息有自適應區，（00）無定義；
載荷存在標記字段(Payload data exist),1一位著存在載荷；
連續計數器(Continuity counter)可對PID包傳送順序計數，據計數器讀數，接收端可判斷是否有包丟失及包傳送順序錯誤。顯然，包頭對TS包具有同步、識別、檢錯及加密功能。
??? TS包自適應區由自適應區長、各種標志指示符、與插入標志有關的信息和填充數據4部分組成。其中標志部分由間斷指示符、隨機存取指示符、ES優化指示符、PCR標志、接點標志、傳輸專用數據標志、原始PCR標志、自適應區擴展標志8個部分組成。重要的是標志部分的PCR字段，可給編解碼器的27MHz時鐘提供同步資料，進行同步。其過程是，通過PLL，用解碼時本地用PCR相位與輸入的瞬時PCR相位鎖相比較，確定解碼過程是否同步，若不同步，則用這個瞬時PCR調整時鐘頻率。因為，數字圖像采用了復雜而不同的壓縮編碼算法，造成每幅圖像的數據各不相同，使直接從壓縮編碼圖像數據的開始部分獲取時鐘信息成為不可能。為此，選擇了某些（而非全部）TS包的自適應區來傳送定時信息。于是，被選中的TS包的自適應區，可用于測定包信息的控制bit和重要的控制信息。自適應區無須伴隨每個包都發送，發送多少主要由選中的TS包的傳輸專用時標參數決定。標志中的隨機存取指示符和接點標志，在節目變動時，為隨機進入I幀壓縮的數據流提供隨機進入點，也為插入當地節目提供方便。自適應區中的填充數據是由于PES包長不可能正好轉為TS包的整數倍，最后的TS包保留一小部分有用容量，通過填充字節加以填補，這樣可以防止緩存器下溢，保持總碼率恒定不變。
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轉載于:https://www.cnblogs.com/moonvan/archive/2011/10/22/2221268.html
總結
以上是生活随笔為你收集整理的MPEG2-TS的小结 [1]的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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