TS 详解

数字电视的TS包和TS流的组成和功能

综合考虑几下几个因素：

（1）包的长度不能过短，否则包头开销所占比例过大，

导致传输效率下降

（2）包的长度不能过长，否则在丢失同步的情况下恢复同步的

周期过长，导致较多的信息丢失

（3）其他环境相适配，如纠错编码，宽带网等。

•    TS包按功能分为链接头，适配域，净荷。

•    链接头的长度固定，4个字节

•    适配域的长度从0字节到184字节可变，可以没有，也可以扩展到整个TS包

•    净荷数据的长度从0字节到184字节可变。

•    整个TS流是由许多长度为188字节的TS包周期性的排列而形成的。

•    链接头包含4个字节的内容，主要负责TS包的同步、各种ES流的表示、TS包传输差错的检测和条件接收等功能。

•    （1）包同步

•    是包中的第一个字节，TS包以固定的8bit的同步字节开始，所有的TS传送包，同步字都是唯一的OX47，用于建立发送端和接收端包的同步。

•    （2）包差错指示

•    用于从解码器向分接器指示传输误码。若这个比特被设置，表示此TS包中所携带的净荷信息有错误，无法使用。

•    （3）净荷单元起始指示

•    标志PES包头以及包含节目特定信息的表（PMT，PAT）的头是否出现在该包中，在失步后的重新同步中起着重要的作用。

•    （4）传送优先级

•    用于表示包中含有重要数据，应予以优先传送。

•    6）加扰控制

•    传送信息通过加入扰码来加密，各个基本码流可以独立进行加扰。加扰控制字段说明TS包中的净荷数据是否加扰。如果加扰，标志出解扰的密匙。

•    （5）包标识符PID

•    PID是识别TS包的重要参数，用来识别TS包所承载的数据。在TS码流生成时，每一类业务（视频，音频，数据）的基本码流均被赋予一个不同的识别号PID，解码器借助于PID判断某一个TS包属于哪一类业务的基本码流。

•    （7）适配域控制

•    标志TS包是否有适配域存在，如果存在，在其内部是否有净荷存在。

•    （8）循环计数器

•    用于对传输误码进行检测。在发送端对所有的包都做0-15的循环计数，在接收终端，如发现循环计数器的值有中断，表明数据在传输中有丢失。

 

•    适配域是一个可变长度的域，它在TS包中是否存在，由适配域控制标识决定。

•    功能：1、同步和定时

•               2、随机进入压缩的码流

•               3、当地节目插入

 

•    在数字压缩编码系统中，由于每个图像的数据是不同的（图像的编码方法和复杂程度不同），这样不可能从图像数据的起始部分直接获取定时信息。

•    每隔一定的传送时间，在TS包适配域中传送系统时钟27MHz的一个采样值给接收机，作为解码器的时钟基准信号，称为节目时钟基准（PCR）。PCR通常每隔100ms至少传送一次。

随机进入压缩的码流

•    在视频码流中存在I帧，B帧，P帧三种编码帧类型，只有I帧编码数据可以独立进行解码。

•    在节目调谐或节目更换时需要随时进入音频或视频，随机进入应该是I帧，在I帧前面的视频序列的头部应该有一个随机进入点。

•    随机进入指标就是表明随机进入点的位置。

•    在电视广播中，常需要进行本地节目和广告的插入，在MPEG-2传送系统中，使用TS包适配域中的一些标志来支持。插入节目的PCR值与插入前节目的PCR值是不同的，因此通知解码器，要尽快与插入节目建立同步关系。

•    节目插入点必然是随机进入点，但并不是所有的随机进入点都适合作为节目插入点。

•    MPEG-2解码器接收到MPEG-2 TS流时，首先检测包结构，在TS流中查找同步字节：

•    总是OX47，总位于TS包开始位置，固定间隔为188字节。

•    同时满足这两个条件，可以确定同步。

•    如果出现一个字节为47hex(OX47)，解码器将检测这个字节前后n倍188字节的位置是否也是同步字节。

•    如果是，则当前字节为同步字节；

•    否则，当前字节只是码流中偶尔出现的47hex，不是同步字节。

•    接收端收到5个TS包之后开始同步。

•    丢包3个之后解码器即失步。

•    TS包中净荷所承载的信息包括以下3种：

•    1、视频/音频的PES包以及辅助数据

•    2、描述单路节目复用信息的节目映射表（PMT）

•    3、描述单路节目复用信息的节目关联表（PAT）

•     

•    1）系统复用时，对视频和音频的ES流进行打包，形成视频和音频的PES流，辅助数据不需要打成PES包.

•    （2）视频和音频的PES包以一帧编码图像为单位，音频PES包恒定长度，视频PES包长度可变。

•    （3）PES包的长度通常都是远大于TS包的长度，一个PES包必须由整数个TS包来传送，TS包没装满的填充字节。

•    （4）TS包长度固定，188字节，有效净荷184字节。

•    PMT表包含了与单路节目复用有关的节目信息，典型的构成包括1路视频ES流，2-5路音频ES流，1路或多路辅助数据。

•    进行TS流复用时，各路ES流被分配了唯一的PID,ES流域被分配的PID值间的关系构成了一张表，称为节目映射表PMT。

•    PMT完整描述了一路节目由哪些ES流组成，他们的PID分别是什么。

•    MPEG-2传送层中，传送PMT表的码流称为控制码流，和其他ES流一样，在TS包的净荷中传送，分配唯一的PID.

•    PAT包含了与多路节目复用有关的控制信息。

•    PAT描述了系统级复用中传送每路节目PMT的码流的PID。

•    PAT作为一个独立的码流，装载在TS包的净荷中传送，分配唯一的PID。传送PAT的码流的PID值定义为固定的数值“0”。

•    若复用时遇到有不同码流的PID值相同，则在进行系统复用时进行修改，修改必须同时记录在PAT和PMT中。

•    允许单路数字电视节目可由其中某些节目流任意组合构成，节目可根据需要ES码流进行增加或删除。

•    允许对多路节目进行灵活复用，若其中某些节目流发生变化，只需要将PAT和PMT做相应修改即可。

•    能够在TS级上提供本地节目插入和条件接收等对广播界非常重要的功能。

•   

•    PAT

–  每个TS流一个，每隔0.5秒重复。

–  描述TS流中有多少个节目。

–  包含该表的TS包的PID为0，便于识别。

–  PAT的payload中传送特殊PID的列表，每个PID对应一个节目。

–  这些PID是描述每个独立节目详细信息的指针。

–  PID指向PMT表。

•    PMT

–  对应TS包有特殊的PID和特殊的payload。

–  PMT的PID由PAT传送。

–  例如要接收节目3时，先从PAT的payload中的所有PID列表中选出节目3的PID为1FF3_hex，然后查找包头中PID=1FF3_hex的TS包，就是节目3的PMT。

–  PMT包含该节目中所有ES流（视频、音频或数据）的PID。

 

•    一个节目可能有多个视频和音频流，解码器必须选择2个PID，一个视频流的PID（100_hex），一个音频流的PID（200_hex）。

•    此后解码器只收集这些TS包，解复用，重新组成PES包，这些PES包再送到视频或音频解码器。

•    传输过程中TS流的结构也可能发生改变。解码端机顶盒，如DVB-S，必须连续检测TS流瞬时结构，读出PAT和PMT，做自适应调整。

•     

•    PAT和PMT读出以后，用户确定出一个节目的两个PID：

•    待解码视频信号的PID（如100_hex）

•    待解码音频信号的PID（如200_hex）

•    解码器只处理这两个PID的TS包：

•    解复用过程中，PID为100_hex的所有TS包集合成视频PES包，送到视频解码器。

•    同样，PID为200_hex的所有TS包重新集合成音频PES包，送到音频解码器。

如果ES流没有加扰，这时可以直接解码。

•    对付费电视或许可证和地域限制等情况，ES流利用电子码进行传输保护。

–  ES流利用各种方法进行混扰，接收端必须配有附加硬件并授权。

–  附加硬件必须有TS流中合适的解扰和授权数据。

–  因此TS流中传送一个特殊的表CAT(conditionalaccess table)

•    CAT提供了TS流其他数据包的PID，该数据包传送了解扰所需信息：

–  ECM(entitlement control message)

•    用于传送加扰码

–  EMM(entitlement management message)

•    用于用户管理

•    只有ES流本身可以加扰，TS包头、表格和adaptationfield不能加扰。

•    解扰本身在MPEG解码器以外的附加硬件设备进行，附加硬件与解扰方法相关，可以做成智能板卡通过CI(common interface)插入机顶盒。

•    在MPEG解码器做进一步处理之前，TS流在该硬件设备中循环。

•    ECM和EMM的信息，以及用户的个人码可以将码流解扰。

–  亮度信号采样频率13.5MHz，色度信号6.75MHz。27MHz是采样频率的倍数，作为发送端MPEG编码器所有处理过程的参考或基本频率。

–  编码器中27MHz振荡器作为系统时钟(STC)的输入。

–  STC是42bit计数器，由27MHz时钟计数，溢出后重新从0开始。

–  接收端也必须提供STC，其27MHz振荡器和42bit计数器必须与编码器STC完全同步。

MPEG码流中需传送参考信息——PCR(programclock reference)，即在固定时刻将最新的STC计数器值复制到TS流中

•    码流中传送的PCR值必须足够多，有最大间隔的限制；而且要相对准确，没有抖动。MPEG标准规定：

–  每个节目PCR的最大间隔为40ms。

–  PCR的抖动小于±500ns。

•    PCR如果出错：

–  本来应该显示彩色图像，却显示出黑白图像。

–  TS流重复用时会出现抖动，因为TS包顺序改变，但其中PCR信息却没变。经常会有最大±30μs的PCR抖动，该问题许多机顶盒可以解决。

•    PCR信息在相应节目TS包的adaptation field中传送，而TS包类型的准确信息可以从PMT中获得。

•    节目时钟同步以后，视音频编码就可以锁定系统时钟进行了。

•    欧洲DVB项目组和美国ATSC项目组都定义了数字视音频节目传输的附加信息，以便简化机顶盒操作，使其更加人性化：

–  在TS流中传送节目名称来分辨不同节目；

•    MPEG-2为扩展留有空间，在PSI、PMT和CAT之外，TS流中还可以有private tables，定义了用户表的结构以及如何将用户表插入到TS流中。