MPEG2 TS基本概念和数据结构

(1)ES- Elementary Streams (原始流),对视频、音频信号及其他数据进行编码压缩后的数据流称为原始流。原始流包括访问单元,比如视频原始流的访问单元就是一副图像的编码数据。
(2) PES- Packetized Elementary Streams (分组的原始流),原始流形成的分组称为PES分组,是用来传递原始流的一种数据结构
(3)节目是节目元素的集合。节目元素可能是原始流,这些原始流有共同的时间基点,用来做同步显示。
(4)传输流和节目流TS-Transport Stream 翻译为“传输流”PS-Program Stream  翻译为“节目流”PS用来传输和保存一道节目的编码数据或其他数据。PS的组成单位是PES分组。TS用来传输和保存多道节目的编码数据或其他数据,TS的组成单位是节目。PS适用于不容易发生错误的环境,以及涉及到软件处理的应用,典型应用如DVD光盘的文件存储TS适用于容易发生错误的环境,典型应用就是数字电视信号的传输。TS和PS是可以互相转换的,比如从TS中抽取一道节目的内容并产生有效的PS是可能。
(5)传输流分组和PES分组原始流分成很多PES分组,保持串行顺序,一个PES分组只包含一个原始流的编码数据。PES分组长度很大,最大可为64K字节。PES分组分为“分组首部(header)”和“有效负载(payload)”。“有效负载”指跟随在首部字节之后的字节。首部的前4个字节构成分组的起始码,标识了该分组所属原始流的类型和ID号。TS分组也就是传输流数据形成的数据包。每个TS分组长度为188字节,包括“分组首部”和“有效负载,前4个字节是分组首部,包含了这个分组的一些信息。有些情况下需要更多的信息时,需在后面添加“调整字段(adaption field)”。两者之间的关系:PES分组是插入到TS分组中的,每个PES分组首部的第一字节就是TS分组有效负载的第一字节。一个PID值的TS分组只带有来自一个原始流的数据。
(6)PSI 全称Program Specific Information,意为节目专用信息。传输流中是多路节目复用的,那么,怎么知道这些节目在传输流中的位置,区分属于不同节目呢?所以就还需要一些附加信息,这就是PSI。PSI也是插入到TS分组中的,它们的PID是特定值。MPEG-2中规定了4个PSI,包括PAT(节目关联表),CAT(条件访问表),PMT(节目映射表),NIT(网络信息表),这些PSI包含了进行多路解调和显示节目的必要的和足够的信息。应用中可能包括更多的信息,比如DVB-T中定义了SDT(服务描述表),EIT(环境信息表),BAT(节目组相关表),TDT(时间日期表)等,统称为DVB-SI(服务信息)。 PSI的PID是特定的,含PSI的数据包必须周期性的出现在传输流中。
PMT (Program Map Table )节目映射表PMT所在分组的PID由PAT指定,所以要先解出PAT,再解PMT。PMT中包含了属于同一节目的视频、音频和数据原始流的PID。找到了PMT,解多路复用器就可找到一道节目对应的每个原始流的PID,再根据原始流PID,去获取原始流。
PAT (Program Association Table )节目关联表PAT所在分组的PID=0 PAT中列出了传输流中存在的节目流PAT指定了传输流中每个节目对应PMT所在分组的PIDPAT的第一条数据指定了NIT所在分组的PID ,其他数据指定了PMT所在分组的PID。
CAT (Conditional Access Table )条件访问表CAT所在分组的PID=1CAT中列出了条件控制信息(ECM)和条件管理信息(EMM)所在分组的PID。CAT用于节目的加密和解密 NIT( Network Information Table)网络信息表NIT所在分组的PID由PAT指定NIT提供一组传输流的相关信息,以及于网络自身特性相关的信息,比如网络名称,传输参数(如频率,调制方式等)。NIT一般是解码器内部使用的数据,当然也可以做为EPG的一个显示数据提供给用户做为参考。几种PSI之间的关系,如下图所示:首先PAT中指定了传输流中所存在的节目,及每个节目对应的PMT的PID号。 比如Program 1对应的PMT 的PID=22,然后找到PID=22的TS分组,解出PMT,得到这个节目中包含的原始流的PID,再根据原始流的PID去找相应的TS分组,获取原始流的数据,然后就可以送入解码器解码了。
 
数据结构(1)TS分组前面提到,TS分组由188个字节构成,其结构如下:
transport_packet(){
sync_byte                                                                    // 8
transport_error_indicator                                          //1
payload_unit_start_indicator                                    //1
transport_priority                                                       // 1  PID                                                                             //13
transport_scrambling_control                                  // 2
adaptation_field_control                                            //2
continuity_counter                                                      //4
if(adaptation_field_control=='10'  || adaptation_field_control=='11'){
  adaptation_field()
}
if(adaptation_field_control=='01' || adaptation_field_control=='11') {
  for (i=0;i<N;i++){
   data_byte                                                                   //8
  }
}
}
前面32bit的数据即TS分组首部,它指出了这个分组的属性。
sync_byte  同步字节,固定为0x47 ,表示后面的是一个TS分组,当然,后面包中的数据是不会出现0x47的
transport_error_indicator 传输错误标志位,一般传输错误的话就不会处理这个包了
payload_unit_start_indicator 这个位功能有点复杂,字面意思是有效负载的开始标志,根据后面有效负载的内容不同功能也不同,后面用到的时候再说。
transport_priority  传输优先级位,1表示高优先级,传输机制可能用到,解码好像用不着。
PID  这个比较重要,指出了这个包的有效负载数据的类型,告诉我们这个包传输的是什么内容。前面已经叙述过。
transport_scrambling_control 加密标志位,表示TS分组有效负载的加密模式。TS分组首部(也就是前面这32bit)是不应被加密的,00表示未加密。
 adaption_field_control  翻译为“调整字段控制”,表示TS分组首部后面是否跟随有调整字段和有效负载。01仅含有效负载,10仅含调整字段,11含有调整字段和有效负载。为00的话解码器不进行处理。空分组没有调整字段
 continuity_counter   一个4bit的计数器,范围0-15,具有相同的PID的TS分组传输时每次加1,到15后清0。不过,有些情况下是不计数的。如下:(1)TS分组无有效负载(2)复制的TS分组和原分组这个值一样(3)后面讲到的一个标志discontinuity_indicator为1时
adaptation_field() 调整字段的处理
data_byte 有效负载的剩余部分,可能为PES分组,PSI,或一些自定义的数据。

(2)  PAT数据结构如下:
program_association_section() {
   table_id                                // 8
   section_syntax_indicator                // 1
   '0'                                     // 1
   reserved                                // 2
   section_length                          // 12
   transport_stream_id                     // 16
   reserved                                // 2
   version_number                          // 5
   current_next_indicator                  // 1
   section_number                          // 8
   last_section_number                     // 8
   for (i=0; i<N;i++) {
       program_number                         // 16
       reserved                               // 3
     if(program_number == '0') {
         network_PID                           // 13
       }
     else {
        program_map_PID                       // 13
      }
  }
 CRC_32                                  //  32
}
table_id  固定为0x00 ,标志是该表是PAT
section_syntax_indicator 段语法标志位,固定为1
section_length         表示这个字节后面有用的字节数,包括CRC32。假如后面的字节加上前面的字节数少于188,后面会用0XFF填充。假如这个数值比较大,则PAT会分成几部分来传输。
transport_stream_id    该传输流的ID,区别于一个网络中其它多路复用的流。
version_number范围0-31,表示PAT的版本号,标注当前节目的版本.这是个非常有用的参数,当检测到这个字段改变时,说明TS流中的节目已经变化了,程序必须重新搜索节目.
current_next_indicator 表示发送的PAT是当前有效还是下一个PAT有效。
section_number分段的号码。PAT可能分为多段传输,第一段为00,以后每个分段加1,最多可能有256个分段
last_section_number 最后一个分段的号码
 program_number 节目号
network_PID 网络信息表(NIT)的PID,网络信息表提供了该物理网络的一些信息,和电视台相关的。节目号为0时对应的PID为network_PID
program_map_PID 节目映射表的PID,节目号大于0时对应的PID,每个节目对应一个
CRC_32   CRC32校验码
上面program_number,network_PID,program_map_PID 是循环出现的。program_number等于0时对应network_PID,program_number等于其它值时对应program_map_PID。
 
(3)PMT   PMT数据结构如下:
TS_program_map_section() {
table_id                               // 8
section_syntax_indicator              //  1
'0'                                   //  1
reserved                              //  2
section_length                        //  12
program_number                        //  16
reserved                              //  2
version_number                        //  5
current_next_indicator                //  1
section_number                        //  8
last_section_number                   //  8
reserved                              //  3
PCR_PID                               //  13
reserved 4
program_info_length                   //  12
for (i=0; i<N; i++) {
  descriptor()
}
for (i=0;i<N1;i++) {
  stream_type                           //  8
  reserved                              //  3
  elementary_PID                        //  13
  reserved                              //  4
  ES_info_length                        //  12
  for (i=0; i<N2; i++) {
   descriptor()
  }
}
CRC_32                                 //  32
}
table_id  固定为0x02 ,标志是该表是PMT。
section_syntax_indicator section_length      version_number       current_next_indicator 以上四个字段意思和PAT相同,可参考上面解释
section_number   last_section_number 以上两个字段意思和PAT相同,不过值都固定为0x00,我觉得这样的原因可能是因为PMT不需要有先后顺序,因为先定义哪个节目都是无所谓。
program_number 节目号,表示该PMT对应的节目
PCR_PID PCR(节目时钟参考)所在TS分组的PID,根据PID可以去搜索相应的TS分组,解出PCR信息。
program_info_length 该节目的信息长度,在此字段之后可能会有一些字节描述该节目的信息
stream_type 指示了PID为elementary_PID的PES分组中原始流的类型,比如视频流,音频流等,见后面的表
elementary_PID 该节目中包括的视频流,音频流等对应的TS分组的PID
ES_info_length 该节目相关原始流的描述符的信息长度。stream_type对应的类型:

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