数字电视机顶盒接收到的是一段段的码流,我们称之为TS(Transport Stream,传输流),每个TS流都携带一些信息,如Video、Audio以及我们需要学习的PAT、PMT等信息。因此,我们首先需要了解TS流是什么,以及TS流是怎样形成、有着怎样的结构。
ES流(Elementary Stream):基本码流,不分段的音频、视频或其他信息的连续码流。
PES流:把基本流ES分割成段,并加上相应头文件打包成形的打包基本码流。
PS流(Program Stream):节目流,将具有共同时间基准的一个或多个PES组合(复合)而成的单一数据流(用于播放或编辑系统,如m2p)。
TS流(Transport Stream):传输流,将具有共同时间基准或独立时间基准的一个或多个PES组合(复合)而成的单一数据流(用于数据传输)。
*NOTE:TS流和PS流的区别:TS流的包结构是长度是固定的;PS流的包结构是可变长度的。这导致了TS流的抵抗传输误码的能力强于PS流(TS码流由于采用了固定长度的包结构,当传输误码破坏了某一TS包的同步信息时,接收机可在固定的位置检测它后面包中的同步信息,从而恢复同步,避免了信息丢失。而PS包由于长度是变化的,一旦某一 PS包的同步信息丢失,接收机无法确定下一包的同步位置,就会造成失步,导致严重的信息丢失。因此,在信道环境较为恶劣,传输误码较高时,一般采用TS码流;而在信道环境较好,传输误码较低时,一般采用PS码流。)
由于TS码流具有较强的抵抗传输误码的能力,因此目前在传输媒体中进行传输的MPEG-2码流基本上都采用了TS码流的包格。
从上图可以看出,视频ES和音频ES通过打包器和共同或独立的系统时间基准形成一个个PES,通过TS复用器复用形成的传输流。注意这里的TS流是位流格式(分析Packet的时候会解释),也即是说TS流是可以按位读取的。
TS流是基于Packet的位流格式,每个包是188个字节(或204个字节,在188个字节后加上了16字节的CRC校验数据,其他格式一样)。整个TS流组成形式如下:
Packet Header(包头)信息说明 |
|||
1 |
sync_byte |
8bits |
同步字节 |
2 |
transport_error_indicator |
1bit |
错误指示信息(1:该包至少有1bits传输错误) |
3 |
payload_unit_start_indicator |
1bit |
负载单元开始标志(packet不满188字节时需填充) |
4 |
transport_priority |
1bit |
传输优先级标志(1:优先级高) |
5 |
PID |
13bits |
Packet ID号码,唯一的号码对应不同的包 |
6 |
transport_scrambling_control |
2bits |
加密标志(00:未加密;其他表示已加密) |
7 |
adaptation_field_control |
2bits |
附加区域控制 |
8 |
continuity_counter |
4bits |
包递增计数器 |
PID是TS流中唯一识别标志,Packet Data是什么内容就是由PID决定的。如果一个TS流中的一个Packet的Packet Header中的PID是0x0000,那么这个Packet的Packet Data就是DVB的PAT表而非其他类型数据(如Video、Audio或其他业务信息)。下表给出了一些表的PID值,这些值是固定的,不允许用于更改。
表 |
PID 值 |
PAT |
0x0000 |
CAT |
0x0001 |
TSDT |
0x0002 |
EIT,ST |
0x0012 |
RST,ST |
0x0013 |
TDT,TOT,ST |
0x0014 |
下面以一个TS流的其中一个Packet中的Packet Header为例进行说明:
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
31 |
32 |
… |
Packet(十六进制) |
4 |
7 |
0 |
7 |
e |
5 |
1 |
2 |
… |
||||||||||||||||||||||||
Packet(二进制) |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
… |
Packet Header 信息 |
1 sync_byte=0x47 |
2 |
3 |
4 |
5 PID=0x07e5 |
6 |
7 |
8 |
… |
sync_byte=01000111, 就是0x47,这是DVB TS规定的同步字节,固定是0x47.
transport_error_indicator=0, 表示当前包没有发生传输错误.
payload_unit_start_indicator=0, 含义参考ISO13818-1标准文档
transport_priority=0, 表示当前包是低优先级.
PID=00111 11100101即0x07e5, Video PID
transport_scrambling_control=00, 表示节目没有加密
adaptation_field_control=01 即0x01,具体含义请参考ISO13818-1
continuity_counte=0010 即0x02,表示当前传送的相同类型的包是第3个
TS流的基本内容就是这些了。
回顾一下,TS流是一种位流(当然就是数字的),它是由ES流分割成PES后复用而成的;它经过网络传输被机顶盒接收到;数字电视机顶盒接收到TS流后将解析TS流。
TS流是由一个个Packet(包)构成的,每个包都是由Packet Header(包头)和Packet Data(包数据)组成的。其中Packet Header指示了该Packet是什么属性的,并给出了该Packet Data的数据的唯一网络标识符PID。
到这里,我们对TS流已经有了一定的了解,下面将从TS流转向PAT表和PMT表的学习。
说完了TS流的基本概念,就该开始对TS流进行更深入的研究了。首先需要想一想:TS流的本质是什么?它的确是一段码流,并且是一段由数据包(Packet)组成的码流。那么这些数据包究竟是怎样的呢?它和我们收看的电视节目之间又有什么区别?这些都是这部分需要了解的内容。
在上一节中,我们可以看到PID这个被标红的字段频繁地出现。PID是当前TS流的Packet区别于其他Packet类型的唯一识别符,通过读取每个包的Packet Header,我们可以知道这个Packet的数据属于何种类型。上一节列出了几项固定的PID值,它们用于识别存储了特殊信息的Packet。下面要谈的PAT表的PID值就是固定的0x0000。
由于下面的内容比较繁杂,这里先给出一个大纲,方便查阅:
1. PAT表的描述(表格+分析)
2. PAT表的定义(代码+分析)
3. PAT表的结构(代码+分析)
4. PAT表的解析(代码+分析)
5. 通过一段TS流中一个Packet分析PAT表(表格+分析)
下面,开始正式的分析!
PAT表定义了当前TS流中所有的节目,其PID为0x0000,它是PSI的根节点,要查寻找节目必须从PAT表开始查找。
PAT表携带以下信息:
TS流ID |
transport_stream_id |
该ID标志唯一的流ID |
节目频道号 |
program_number |
该号码标志TS流中的一个频道,该频道可以包含很多的节目(即可以包含多个Video PID和Audio PID) |
PMT的PID |
program_map_PID |
表示本频道使用哪个PID做为PMT的PID,因为可以有很多的频道,因此DVB规定PMT的PID可以由用户自己定义 |
PAT表主要包含频道号码和每一个频道对应的PMT的PID号码,这些信息我们在处理PAT表格的时候会保存起来,以后会使用到这些数据。下面将PAT表的定义给出:
再将PAT表的结构体给出:
接下来给出的是PAT表的解析代码:
从for()开始,就是描述了当前流中的频道数目(N),每一个频道对应的PMT PID是什么。解复用程序需要接收所有的频道号码和对应的PMT 的PID,并把这些信息在缓冲区中保存起来。在后部的处理中需要使用到PMT的 PID。
这里我们分析一段TS流其中一个Packet的Packet Data部分:
首先给出一个数据包,其数据如下:
Packet Header |
Packet Data |
0x47 0x40 0x00 0x10 |
0000 b0 11 00 01 c1 00 00 00 00 e0 1f 00 01 e1 00 24 ac48 84 ff ff…… ff ff |
分析Packet Header如下表所示:
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
31 |
32 |
… |
Packet(十六进制) |
4 |
7 |
4 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
… |
||||||||||||||||||||||||
Packet(二进制) |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
… |
Packet Header Bits |
1 sync_byte=0x47 |
2 |
3 |
4 |
5 PID=0x0000 |
6 |
7 |
8 |
… |
根据包头数据格式,我们可以知晓整个数据包的属性,列表如下:
sync_byte |
0x47 |
固定同步字节 |
transport_error_indicator |
“0” |
没有传输错误 |
payload_unit_start_indicator |
“1” |
在前4个字节后会有一个调整字节。所以实际数据应该为去除第一个字节后的数据。即上面数据中红色部分不属于有效数据包。 |
transport_priority |
“0” |
传输优先级低 |
PID |
0x0000 |
PID=0x0000说明数据包是PAT表信息 |
transport_scrambling_control |
“00” |
未加密 |
adaptation_field_control |
“01” |
附加区域控制 |
continuity_counte |
“0000” |
包递增计数器 |
如上表所示,我们可以知道,首先Packet的Packet Data是PAT信息表,因为其PID为0x0000,并且在包头后需要除去一个字节才是有效数据(payload_unit_start_indicator="1")。这样,Packet Data就应该是“00 b0 11 00 01 c1 00 00 00 00 e0 1f 00 01 e1 00 24 ac48 84 ff ff …… ff ff”。
Packet Data分析 |
|||||||||||||||||||||||||
第n个字节 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
… |
||||
Packet Data(除去开头的0x00) |
00 |
b0 |
11 |
00 |
01 |
c1 |
00 |
00 |
00 |
00 |
e0 |
1f |
00 |
01 |
e1 |
00 |
24 |
ac |
48 |
84 |
… |
||||
字段名 |
位 |
具体值 |
次序 |
说明 |
|||||||||||||||||||||
table_id |
8 |
0000 |
第1个字节 0000 0000B(0x00) |
PAT的table_id只能是0x00 |
|||||||||||||||||||||
section_syntax_indicator |
1 |
1 |
第2、3个字节 1011 0000 0001 0001B(0xb0 11) |
段语法标志位,固定为1 |
|||||||||||||||||||||
zero |
1 |
0 |
|
||||||||||||||||||||||
reserved |
2 |
11 |
|
||||||||||||||||||||||
section_length |
12 |
0000 0001 0001B=0x011=17 |
段长度为17字节 |
||||||||||||||||||||||
transport_stream_id |
16 |
0x0001 |
第4、5个字节 0x00 0x01 |
|
|||||||||||||||||||||
reserved |
2 |
11 |
第6个字节 1100 0001B(0xc1) |
|
|||||||||||||||||||||
version_number |
5 |
00000 |
一旦PAT有变化,版本号加1 |
||||||||||||||||||||||
current_next_indicator |
1 |
1 |
当前传送的PAT表可以使用,若为0则要等待下一个表 |
||||||||||||||||||||||
section_number |
8 |
0x00 |
第7个字节0x00 |
|
|||||||||||||||||||||
last_section_number |
8 |
0x00 |
第8个字节 0x00 |
|
|||||||||||||||||||||
开始循环 |
|||||||||||||||||||||||||
program_number |
16 |
0x0000-第一次 |
2个字节(0x00 00) |
节目号 |
|||||||||||||||||||||
reserved |
3 |
111 |
2个字节 1110 0000 0001 1111B(0xe0 1f) |
|
|||||||||||||||||||||
network_id(节目号为0时) program_map_PID(节目号为其他时) |
13 |
0 0000 0001 1111B=31 -第一次 |
节目号为0x0000时,表示这是NIT,PID=0x001f,即31 节目号为0x0001时,表示这是PMT,PID=0x100,即256 |
||||||||||||||||||||||
结束循环 |
|||||||||||||||||||||||||
CRC_32 |
32 |
-- |
4个字节 |
|
由以上几个表可以分析出PAT表和PMT表有着内在的联系。也就是之前提到的。PAT表描述了当前流的NIT(Network Information Table,网络信息表)中的PID、当前流中有多少不同类型的PMT表及每个PMT表对应的频道号。而PAT表和PMT表到底有什么深层次的联系呢?在讨论完了PMT表和SDT表后再做讨论吧。
如果一个TS流中含有多个频道,那么就会包含多个PID不同的PMT表。
PMT表中包含的数据如下:
(1) 当前频道中包含的所有Video数据的PID
(2) 当前频道中包含的所有Audio数据的PID
(3) 和当前频道关联在一起的其他数据的PID(如数字广播,数据通讯等使用的PID)
只要我们处理了PMT,那么我们就可以获取频道中所有的PID信息,如当前频道包含多少个Video、共多少个Audio和其他数据,还能知道每种数据对应的PID分别是什么。这样如果我们要选择其中一个Video和Audio收看,那么只需要把要收看的节目的Video PID和Audio PID保存起来,在处理Packet的时候进行过滤即可实现。
老样子,还是通过分析一段TS流的数据包Packet来学习PMT表。
下面给出了一段TS流数据中的一个Packet(十六进制数)
Packet Header |
Packet Data |
0x47 0x43 0xe8 0x12 |
00 02 b0 12 00 01 c1 00 00 e3 e9 f0 00 1b e3 e9 f0 00 f0 af b4 4f ff ff…… ff ff |
首先解析Packet Header,分析如下:
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
31 |
32 |
… |
Packet(十六进制) |
4 |
7 |
4 |
3 |
e |
8 |
1 |
2 |
… |
||||||||||||||||||||||||
Packet(二进制) |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
… |
Packet Header Bits |
1 sync_byte=0x47 |
2 |
3 |
4 |
5 PID=0x03e8 |
6 |
7 |
8 |
… |
PID=0x03e8为其PID
下面是详细的解析表
Packet Header分析 |
|||
|
Packet Header:0x47 0x40 0x00 0x10 |
||
1 |
sync_byte |
0x47 |
固定同步字节 |
2 |
transport_error_indicator |
“0” |
没有传输错误 |
3 |
payload_unit_start_indicator |
“1” |
在前4个字节后会有一个调整字节。所以实际数据应该为去除第一个字节后的数据。 |
4 |
transport_priority |
“0” |
传输优先级低 |
5 |
PID |
0x03e8 |
PID=0x03e8说明数据包是PMT表信息 |
6 |
transport_scrambling_control |
“00” |
未加密 |
7 |
adaptation_field_control |
“01” |
附加区域控制 |
8 |
continuity_counte |
“0010” |
包递增计数器 |
因为payload_unit_start_indicator=‘1’,在解析数据包的时候需要去除Packet Data的第一个字节。下面是对Packet Data的详细解析:
PMT表的Packet Data分析 |
|||||||||||||||||||||||||
第n个字节 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
… |
||||
Packet Data |
02 |
b0 |
12 |
00 |
01 |
c1 |
00 |
00 |
e3 |
e9 |
f0 |
00 |
1b |
e3 |
e9 |
f0 |
00 |
f0 |
1b |
e3 |
… |
||||
字段名 |
位数 |
具体值 |
次序 |
说明 |
|||||||||||||||||||||
table_id |
8 |
0x02 |
第1个字节 |
|
|||||||||||||||||||||
section_syntax_indicator |
1 |
1B |
第2、3个字节 1011 0000 0001 0010B=0xb012 |
段语法标志 |
|||||||||||||||||||||
zero |
1 |
0B |
|
||||||||||||||||||||||
reserved |
2 |
11B=0x03 |
|
||||||||||||||||||||||
section_length |
12 |
0000 0001 0010B=0x12 |
段长度,从program_number开始,到CRC_32(含)的字节总数 |
||||||||||||||||||||||
program_number |
16 |
0x0001 |
第4、5个字节 0x00 01 |
频道号码,表示当前的PMT关联到的频道 |
|||||||||||||||||||||
reserved |
2 |
11B=0x03 |
第6个字节 1100 0001B=0xc1 |
|
|||||||||||||||||||||
version_number |
5 |
00000B=0x00 |
版本号码,如果PMT内容有更新,则它会递增1通知解复用程序需要重新接收节目信息 |
||||||||||||||||||||||
current_next_indicator |
1 |
1B=0x01 |
当前未来标志符 |
||||||||||||||||||||||
section_number |
8 |
0x00 |
第7个字节0x00 |
当前段号码 |
|||||||||||||||||||||
last_section_number |
8 |
0x00 |
第8个字节 0x00 |
最后段号码,含义和PAT中的对应字段相同 |
|||||||||||||||||||||
reserved |
3 |
111B=0x07 |
第9、10个字节 1110 0011 1110 1001B=0xe3e9 |
|
|||||||||||||||||||||
PCR_PID |
13 |
000111110B=0x3e9 |
PCR(节目参考时钟)所在TS分组的PID |
||||||||||||||||||||||
reserved |
4 |
1111B=0x0f |
第11、12个字节 1111 0000 0000 0000=0xf000 |
|
|||||||||||||||||||||
program_info_length |
12 |
000000000000B=0x000 |
节目信息长度(之后的是N个描述符结构,一般可以忽略掉,这个字段就代表描述符总的长度,单位是Bytes)紧接着就是频道内部包含的节目类型和对应的PID号码了 |
||||||||||||||||||||||
stream_type |
8 |
0x1b |
第13个字节 0x1b |
流类型,标志是Video还是Audio还是其他数据 |
|||||||||||||||||||||
reserved |
3 |
111B=0x07 |
第14、15个字节 1110 0011 1110 1001B=0xe3e9 |
|
|||||||||||||||||||||
elementary_PID |
13 |
000111110 1001=0x3e9 |
该节目中包括的视频流,音频流等对应的TS分组的PID |
||||||||||||||||||||||
reserved |
4 |
1111B=0x0f |
第16、17个字节 1111 0000 0000 0000B=0xf000 |
|
|||||||||||||||||||||
ES_info_length |
12 |
0000 0000 0000=0x000 |
|
||||||||||||||||||||||
CRC |
32 |
—— |
—— |
|
解复用的意义在于,由于TS流是一种复用的码流,里面混杂了多种类型的包;解复用TS流可以将类型相同的Packet存入相同缓存,分别处理。这样就可以将Video、Audio或者其他业务信息的数据区分开来。
机顶盒先调整高频头到一个固定的频率(如498MHZ),如果此频率有数字信号,则COFDM芯片(如MT352)会自动把TS流数据传送给MPEG- 2 decoder。 MPEG-2 decoder先进行数据的同步,也就是等待完整的Packet的到来.然后循环查找是否出现PID== 0x0000的Packet,如果出现了,则马上进入分析PAT的处理,获取了所有的PMT的PID。接着循环查找是否出现PMT,如果发现了,则自动进入PMT分析,获取该频段所有的频道数据并保存。如果没有发现PAT或者没有发现PMT,说明该频段没有信号,进入下一个频率扫描。
在解析TS流的时候,首先寻找PAT表,根据PAT获取所有PMT表的PID;再寻找PMT表,获取该频段所有节目数据并保存。这样,只需要知道节目的PID就可以根据PacketHeade给出的PID过滤出不同的Packet,从而观看不同的节目。这些就是PAT表和PMT表之间的关系。而由于PID是一串枯燥的数字,用户不方便记忆、且容易输错,所以需要有一张表将节目名称和该节目的PID对应起来,DVB设计了SDT表来解决这个问题。 该表格标志一个节目的名称,并且能和PMT中的PID联系起来,这样用户就可以通过直接选择节目名称来选择节目了。
SDT可以提供的信息包括:
(1) 该节目是否在播放中
(2) 该节目是否被加密
(3) 该节目的名称
在本章的学习中,我们发现了一个特点:所有的TS流的解析都是从寻找PAT表开始的,只有找到了PAT表,我们才能继续下一步的解析。因此,在进行了TS流、PAT表和PMT表的初步知识储备后,在接下来的学习中将从PAT表开始,学习更多的PSI/SI相关的表,将走得更远。