PS流详解（载荷H264）

PS简介

PS 封装方式需要支持 MPEG2/MPEG4/H.264 等视频和 MPEG 系列音频，可以被大部分支持 PS 和相应元素流解码的播放器正常播放，支持在多个层次加入私有数据，方便解码、拖动和减小延时，同时考虑到标准的 PS、TS 和 RTP 封装方式间的相互转换，提高处理效率

标准结构

标准H264流结构

详解H264标准

标准 H.264 流以 0x00 00 00 01 起始码为标志分割成若干单元，称之为 Network Abstraction Layer
unit，缩写 NALu，其一般顺序为

//如果出现 
Access Unit Delimiter; 简称 AUD，起始码 0x00 00 00 01 09
Sequence Parameter Set; 简称 SPS， 起始码 0x00 00 00 01 67
Picture Parameter Set; 简称 PPS， 起始码 0x00 00 00 01 68 
Slice 0 of IDR Picture; 起始码 0x00 00 00 01 65
Slice 1 of IDR Picture; 起始码 0x00 00 00 01 x5 或 x1
…………………………………

H.264 标准可以将一帧图像分成多个 Slice 进行编码，每个 Slice 会输出一个 NALu，例如对一幅
图像进行两场编码，则有两个 NALu

定长音频帧和其他流式私有数据的结构

定长音频帧和其他流式私有数据的结构本文中不做具体规定，但要求其中不出现 0x000001 形式
的伪起始码

PS流封装标准

一个 PS 流或者文件可以视为多个 PS GOP，每个 GOP 是以 I 帧起始的多帧集合，各 GOP 之间
的信息没有相互依赖性，可以进行剪切拼接。一个 PS GOP 由一个或多个 PS 包组成，一个 PS 包内包含一个 PSH(PS Header)和若干个 PES 包，每个 PS GOP 的第一个 PS 包应当在包头 PSH 后立即跟随一个 PSM 包。PSM 包是一种特殊的 PES 包，含有对其他 PES 负载数据类型的描述。PS 包内的其他 PES 的出现顺序和内容没有特殊约束，即一个 PS 包内可以包含交错出现的视频、音频和私有流等 PES 包，各 PES 包根据 PSM 的描述进行拆分。

PSH结构

PSH (Program Stream pack Header)是 PS 包的包头，主要包含系统时间信息。常用的 PSH 的语法定义如下：

PSH (){ 									位数： 	注释：
pack_start_code 							32 bit 	0x 00 00 01 BA
‘01’ 										2 		MPEG2 标志
system_clock_reference_base [32..30] 		3
marker_bit 									1
system_clock_reference_base [29..15] 		15
marker_bit 									1
system_clock_reference_base [14..0] 		15
marker_bit 									1
system_clock_reference_extension 			9
marker_bit 									1
program_mux_rate 							22
marker_bit 									1
marker_bit 									1
reserved 									5 		“1”
pack_stuffing_length 						3 		此字段之后填充字节的数目
for( i = 0 ; i < pack_stuffing_length ; i++)
	{
		stuffing_byte; 						8		 0x FF; 每个组头不能多于 7 个
	}
}

pack_start_code ：32 bit 值为 0x 00 00 01 BA
system_clock_reference_base: 33bit
单位为 90kHz 时钟，为了处理方便建议输入接口取其高 32 位，即 45kHz 时钟。
system_clock_reference_extension: ９bit
SCR, system clock reference, 把系统频率的 1/300 编成 33 位码。再加上 9 位余数。
system_clock_reference_base: (system_clock_frequency* t ( ))DIV 300%2^33;
system_clock_reference_extension: (system_clock_frequency* t ( ))%300
system_clock_frequency: 27MHz
由于大部分系统不需要如此精确的时钟，建议 system_clock_reference_extension = 0。
marker_bit: 1bit 值为１。

program_mux_rate: 22bit
表示接收此字段所在分组的程序流的速率。值以每秒 50 字节为单位。禁止０值。
pack_stuffing_length：3bit 此字段之后填充字节的数目
stuffing_byte: 8bit; 值为 0x FF。
考虑到 4 字节对齐问题，建议 pack_stuffing_length = 6。

需要注意的是，PSH 主要包含了系统同步时间，MPEG2 part 1 并没有定义 PSH 与其后数据之 间的必然关系。虽然 PSH 是一个PS 包的包头，但 PSH 本身并不包含 PS 包负载数据的内容和长度信息，这些信息存在于作为 PS 包负载的 PES 包内，一个 PS包内包含的 PES 包个数、类型和长度没有限制。也就是说，一个 PS 流文件只需要有头上一个 PSH，后面的视频、音频和私有数据PES包可以交错排列。但是作为系统同步的需要，PSH 应当以一定的频率在流中出现。

PES包结构

packet_start_code_prefix： 24bit ； 值为 0x 000001（网络序，下同）
stream_id: 用来区分 PES 分组负载，例如，0x e0~0x ef 表示负载为视频 PES.

stream_id 定义如下（bit 表示）：
1110 xxxx 视频 PES 
110x xxxx 音频 PES
1011 1101 包含时标数据的私有 PES
1011 1110 填充 PES（填充数据为 0xff）
1011 1111 不含时标数据的私有 PES，不需要与其他流同步时使用

PES_packet_length: 16bit
此字段后 PES 分组的字节数。‘０’表明对 PES 分组长度既没有说明也没有限制，这种情况只
有在 PES 分组的有效负载是 TS 流分组中的视频原始流时才允许。
PES_scrambling_control: 2bit
表示 PES 分组有效负载的加密模式，不加密时建议置 0，否则置 01，10 和 11 保留。
PES_priority: 1bit
指示 PES 分组负载的优先级。１高优先级，０低优先级。非参考帧（包括 B 帧和海康流中使用
E 帧时的 P 帧）应置 0，其余帧置 1。
data_alignment_indicator: 1bit
置１表明此 PES 分组头部之后是 data_stream_alignment_descriptor 所定义的访问单元数据类型。
若为‘０’，则没有定义是否对准。建议当是输入单元的第一个包时置 1，其余置 0。
copyright: 1bit
置‘１’，表明相应 PES 分组的有效负载中的数据是有版权的，建议置 0。
original_or_copy: 1bit
建议置 1。
PTS_DTS_flag,：２bit
标志 PES 首部含有 PTS, DTS 的状态。‘1x’表明 PES 首部含有 PTS,若为‘x1’, 则首部含有
DTS。PTS, presentation_time_stamp, DTS, decoding_time_stamp, 建议置‘10’或‘00’。
ESCR_flag: 1bit
置‘１’表示 ESCR 的 base 和 extension 字段都在 PES 分组首部出现；建议置 0。
ES_rate_flag: 1bit
置‘１’表示 PES 首部有 ES_rate 字段；建议置 0。
DSM_trick_mode_flag: 1bit
置‘１’表示 PES 首部有 8bit 的 trick_mode_field；建议置 0。
additional_copy_info_flag: 1bit
置‘１’表示有 additional_copy_info 字段；建议置 0。
PES_CRC_flag: 1bit
置‘１’表示在 PES 首部分组中有 CRC 字段；建议置 0。
PES_extension_flag: 1bit
置‘１’可选字段出现，当需要在每帧添加私有数据时建议置 1，其余情况置 0
PES_header_data_length: 8bit
表示 PES 分组首部中可选字段和填充字节的总字节数。
marker_bit: 1bit, 值为１。
PTS: 33bit
Presentation Time Stamp，表示该 PES 所包含的元素流单元的显示时刻。
PES_private_data_flag: 1bit
置‘１’表示 PES 分组首部中含有私有数据；当需要在每帧添加私有数据时建议置 1，其余情
况置 0，具体见 3.3。
pack_header_field_flag: 1bit
置‘１’表示一个 ISO/IEC 11172 组首部或程序流组首部存储在此 PES 分组首部，建议置 0。
program_packet_sequence_counter_flag: 1bit
置‘１’表示 PES 分组中有 program_packet_sequence_counter 和 original_stuff_length 字段。建
议置 0。
P-STD_buffer_flag: 1bit
置‘１’表示 PES 分组首部中有 P-STD_buffer_scale 和 P-STD_buffer_size 字段；建议置 0。
PES_private_data: 128bit 用户私有数据，见可用扩展字段说明。
PES_extension_flag2: 置‘１’表示出现 PES_extension_field; 建议置 0。
stuffing_byte: 填充字节，根据标准编码其应当在此填入 0xff，解码器端应当将这些字节抛弃。但为
了减少解码延时，本文在此建议进行扩展

需要注意的是，当对原始流进行 PES 分组，尤其是需要将一帧信息断开分成多个 PES 分组时，
从第二个分组开始不需要 PTS，PES_header_data_length 和它前面的一个字节又都为 0x00，很可能与后面断开的数据组合形成 0x00 00 01 等类似的伪起始码或关键字，令解码端在收到流不完整时产生误判，因此填充字节 stuffing_byte 至少必须加入 1 byte 以确保这种误判不会发生。同时为了入一些私有信息，目前规定 stuffing_byte 至少必须加入 2byte

PSM包结构体

program_stream_map（PSM）节目流映射提供了关于节目流中原始流以及它们之间相互关系的描述。作为一个 PES 分组出现

packet_start_code_prefix：２４bit 0x00 00 01
map_stream_id: 8bit 其值为 0xBC
program_stream_map_length: 16bit
表示在此字段之后节目流映射的字节总数。最大为 1024。
current_next_indicator: 1bit
‘1’ 表示该表当前可用。‘０’表示当前不可用，下一个有效，建议置 1。
program_stream_map_version: 5bit
节目流映射的版本号。此版本号随着节目流映射定义的每次改变而加１。其值达到 31 后，回复
到０。
program_stream_info_length: 16bit
表示此字段之后 descriptor 的总长度。
marker_bit: 1bit, 值为１。
elementary_stream_map_length: 16bit
规定在此节目流映射中所有原始流信息的总字节数。
stream_type: 8bit
对节目中各个流的编码方式进行标志，详细定义参考下表。


本文在此基础上，在 User Private 字段添加如下定义

elementary_stream_id: 8bit
表示此原始流所在 PES 分组的首部中 stream_id 的值。
elementary_stream_info_length: 16bit
表示此字段之后描述子的字节数。
CRC_32: 32bit
32bit CRC 校验码。
表中的 descriptor（）描述了关于节目流和各个原始流的一些基本特征，其结构如下

元素流 PS 封装规则

H264元素流封装规则

• 1、一个网络抽象单元（NALu）视为一个处理单元，编码器一帧编码后输出可能是多个处理单元；

• 2、除 B 帧外的帧输出的多个单元封装时应当在第一个单元头部添加 PSH；

• 3、当一个 NALu 单元长度超过系统 PES 包长限制时，可以将该 NALu 分割成多个 PES 包，但每个 PES 包内不应当包含多于 1 个 NALu 的数据；

• 4、每个帧的第一个处理单元所封装成的第一个 PES 包包头应当带有 PTS；

• 5、每个 I 帧封装时应当在 PSH 之后添加 PSM；

• 6、当元素流的基本特性（编码格式，帧率，分辨率，场编码等）发生变化时，变化后的第一帧封装时必须在 PSH 之后添加 PSM；

音频元素流封装规则

• 1、在音视频同步时序条件允许的情况下，连续的一个或多个音频帧可以合并，每帧视为一个处理单元；

• 2、当音频帧长度不大于 PES 包负载或网络传输单元所能承受的最大长度时，建议将每个音频帧封装成一个单独的 PES 包；

• 3、每次处理的第一个音频帧所形成的第一个 PES 包头应当带有 PTS，其余音频帧所形成的第一个 PES 包头建议带有 PTS；

• 4、当系统不包含视频流时，PSH 在流中出现的间隔应当小于 1 秒，PSM 的出现间隔应当小于 4 秒；当音频参数（码率，采样率，声道数等）发生变化时，必须在变化后立即出现 PSH 和 PSM。
  

私有信息封装规则

• 1、在 PS 流中传输的海康私有信息一般一帧对应的一种信息视为一个处理单元；；

• 2、当一个处理单元的长度不大于 PES 包负载或网络传输单元所能承受的最大长度时，建议将其封装成一个单独的 PES 包；

• 3、每个处理单元的第一个 PES 包包头应当带有 PTS。