MPEG2 TS小結

應該說(shuō)真正了解TS，還是看了朋友推薦的《數字電視業(yè)務(wù)信息及其編碼》一書(shū)之后，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(guān)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(shí)時(shí)接口;

MPEG2系統任務(wù)包括：1. 規定以包傳輸數據的協(xié)議;2. 規定收發(fā)兩端數據流同步的協(xié)議;3. 提供多個(gè)數據流的復用和解復用協(xié)議;3. 提供數據流加密的協(xié)議。以包形式存儲和傳送數據流是MPEG2系統之要點(diǎn)。

ES是直接從編碼器出來(lái)的數據流，可以是編碼過(guò)的視頻數據流，音頻數據流，或其他編碼數據流的統稱(chēng)。ES流經(jīng)過(guò)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：

可以看到PTS/DTS是打在PES包里面的，這兩個(gè)parameters是解決視音頻同步顯示，防止解碼器輸入緩存上溢或下溢的關(guān)鍵。PTS表示顯示單元出現在系統目標解碼器(STD: system target decoder)的時(shí)間，DTS表示將存取單元全部字節從STD的ES解碼緩存器移走的時(shí)刻。每個(gè)I、P、B幀的包頭都有一個(gè)PTS和DTS，但PTS與DTS對B幀都是一樣的，無(wú)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(jīng)過(guò)延遲(重新排序)后再顯示，一定要分別標明PTS和DTS。

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(jìn)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(gè)PES包頭含有PTS和DTS，流識別碼，用于區別不同性質(zhì)ES。然后通過(guò)PS復用器將PES包復用成PS包。實(shí)際上是將PES包分解為更細小的PS包。在解碼的時(shí)候，解復用器將PS分解成一個(gè)個(gè)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(jìn)行解碼。一個(gè)問(wèn)題是：各個(gè)ES在解碼時(shí)，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(gè)重要的參數是SCR(system clock reference)。在編碼的時(shí)候，PTS，DTS和SCR都是由STC(system time clock)生成的，在解碼時(shí)，STC會(huì )再生，并通過(guò)鎖相環(huán)路(PLL-phase lock loop)，用本地SCR相位與輸入的瞬時(shí)SCR相位鎖相比較，以確定解碼過(guò)程是否同步，若不同步，則用這個(gè)瞬時(shí)SCR調整27MHz的本地時(shí)鐘頻率。最后，PTS，DTS和SCR一起配合，解決視音頻同步播放的問(wèn)題。PS格式摘錄如下：

PS包的長(cháng)度比較長(cháng)且可變，主要用于無(wú)誤碼環(huán)境里，因為越長(cháng)的話(huà)，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。

TS流也是由一個(gè)或多個(gè)PES組合而來(lái)的，他們可以具有相同的時(shí)間基準，也可以不同。其基本的復用思想是，對具有相同時(shí)間基準的多個(gè)PES現進(jìn)行節目復用，然后再對相互有獨立時(shí)間基準的各個(gè)PS進(jìn)行傳輸復用，最終產(chǎn)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(cháng)度占4bytes，自使用區和包數據共占184bytes，整個(gè)TS包長(cháng)度相當于4個(gè)ATM包長(cháng)。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(yōu)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(gè)部分組成。

其中，可用同步字節位串的自動(dòng)相關(guān)特性，檢測數據流中的包限制，建立包同步;傳輸誤碼指示符，是指有不能消除誤碼時(shí)，采用誤碼校正解碼器可表示1bit 的誤碼，但無(wú)法校正;有效載荷單元起始指示符，表示該數據包是否存在確定的起始信息;傳輸優(yōu)先，是給TS包分配優(yōu)先權;PID值是由用戶(hù)確定的，解碼器根據PID將TS上從不同ES來(lái)的TS包區別出來(lái)，以重建原來(lái)的ES;傳輸加擾控制，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，用2 bit表示有否自適應區，即(01)表示有有用信息無(wú)自適應區，(10)表示無(wú)有用信息有自適應區，(11)表示有有用信息有自適應區，(00)無(wú)定義;連續計數器可對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(cháng)、各種標志指示符、與插入標志有關(guān)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(yōu)化指示符、PCR標志、接點(diǎn)標志、傳輸專(zhuān)用數據標志、原始PCR標志、自適應區擴展標志8個(gè)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(shí)鐘提供同步資料，進(jìn)行同步。其過(guò)程是，通過(guò)PLL，用解碼時(shí)本地用PCR相位與輸入的瞬時(shí)PCR相位鎖相比較，確定解碼過(guò)程是否同步，若不同步，則用這個(gè)瞬時(shí)PCR調整時(shí)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(kāi)始部分獲取時(shí)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(lái)傳送定時(shí)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(wú)須伴隨每個(gè)包都發(fā)送，發(fā)送多少主要由選中的TS包的傳輸專(zhuān)用時(shí)標參數決定。標志中的隨機存取指示符和接點(diǎn)標志，在節目變動(dòng)時(shí)，為隨機進(jìn)入I幀壓縮的數據流提供隨機進(jìn)入點(diǎn)，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(cháng)不可能正好轉為T(mén)S包的整數倍，最后的TS包保留一小部分有用容量，通過(guò)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。

前面3節總結了MPEG2 TS的基本格式，其中包括PES，PS和TS，以及相關(guān)字段的介紹。那么作為一種傳輸流，TS將內容進(jìn)行打包/復用，讓其媒體內容變成TS傳輸，并最終在解碼端解碼。簡(jiǎn)單來(lái)看，TS是一個(gè)傳輸層的協(xié)議棧，它可以承載各種內容的傳輸，比如MPEG，WMV，H264，甚至是IP，那么其中的傳輸規范是如何定義的呢?這個(gè)即是PSI(節目特定信息)要做的事情。