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分类: 嵌入式
2012-09-05 09:31:54
ISO/IEC-13818-1:系统部分;ISO/IEC-13818-2:视频;ISO/IEC-13818-3:音频;ISO /IEC-13818-4:一致性测试;ISO/IEC-13818-5:软件部分;ISO/IEC-13818-6:数字存储媒体命令与控制;ISO /IEC-13818-7:高级音频编码;ISO/IEC-13818-8:系统解码实时接口;
MPEG2系统任务包括:1. 规定以包传输数据的协议;2. 规定收发两端数据流同步的协议;3. 提供多个数据流的复用和解复用协议;3. 提供数据流加密的协议。以包形式存储和传送数据流是MPEG2系统之要点。ES是直接从编码器出来的数据流,可以是编码过的视频数据流,音频数据流,或其他编码数据流的统称。ES流经过PES打包器之后,被转换成PES包。PES包由包头和payload组成,具体格式摘录如下:
可以看到PTS/DTS是打在PES包里面的,这两个parameters是解决视音频同步显示,防止解码器输入缓存上溢或下溢的关键。PTS表示 显示单元出现在系统目标解码器(STD: system target decoder)的时间,DTS表示将存取单元全部字节从STD的ES解码缓存器移走的时刻。每个I、P、B帧的包头都有一个PTS和DTS,但PTS与DTS对B帧都是一样的,无须标出B帧的DTS。对I帧和P帧,显示前一定要存储于视频解码器的重新排序缓存器中,经过延迟(重新排序)后再显示,一定要分别标明PTS和DTS。
ES首先需打包成PES流包,然后PES根据需要打包成PS或TS包进行存储或传输。其每路ES只包含一路信源的编码数据流,所以每路PES也只包含相对应信源的数据流。
对PS流而言,每个PES包头含有PTS和DTS,流识别码,用于区别不同性质ES。然后通过PS复用器将PES包复用成PS包。实际上是将PES 包分解为更细小的PS包。在解码的时候,解复用器将PS分解成一个个PES包,拆包器然后将PES包拆成视频和音频的ES,最后输入至各自解码器进行解 码。一个问题是:各个ES在解码时,如何保证视音频的同步呢?除了PTS和DTS的配合工作外,还有一个重要的参数是SCR(system clock reference)。在编码的时候,PTS,DTS和SCR都是由STC(system time clock)生成的,在解码时,STC会再生,并通过锁相环路(PLL-phase lock loop),用本地SCR相位与输入的瞬时SCR相位锁相比较,以确定解码过程是否同步,若不同步,则用这个瞬时SCR调整27MHz的本地时钟频率。最 后,PTS,DTS和SCR一起配合,解决视音频同步播放的问题。PS格式摘录如下:
PS包的长度比较长且可变,主要用于无误码环境里,因为越长的话,同步越困难,且在丢包的情况下,重组也越困难。所以,PS适合于节目信息的编辑和本地内容应用的application。
其中,可用同步字节位串的自动相关特性,检测数据流中的包限制,建立包同步;传输误码指示符,是指有不能消除误码时,采用误码校正解码器可表示1bit 的误码,但无法校正;有效载荷单元起始指示符,表示该数据包是否存在确定的起始信息;传输优先,是给TS包分配优先权;PID值是由用户确定的,解码器根据PID将TS上从不同ES来的TS包区别出来,以重建原来的ES;传输加扰控制,可指示数据包内容是否加扰,但包头和自适应区永远不加扰;自适应区控制,用2 bit表示有否自适应区,即(01)表示有有用信息无自适应区,(10)表示无有用信息有自适应区,(11)表示有有用信息有自适应区,(00)无定义;连续计数器可对PID包传送顺序计数,据计数器读数,接收端可判断是否有包丢失及包传送顺序错误。显然,包头对TS包具有同步、识别、检错及加密功能。
TS包自适应区由自适应区长、各种标志指示符、与插入标志有关的信息和填充数据4部分组成。其中标志部分由间断指示符、随机存取指示符、ES优化指示符、PCR标志、接点标志、传输专用数据标志、原始PCR标志、自适应区扩展标志8个部分组成。重要的是标志部分的PCR字段,可给编解码器的27MHz时钟提供同步资料,进行同步。其过程是,通过PLL,用解码时本地用PCR相位与输入的瞬时PCR相位锁相比较,确定解码过程是否同步,若不同步,则用这个瞬时PCR调整时钟频率。因为,数字图像采用了复杂而不同的压缩编码算法,造成每幅图像的数据各不相同,使直接从压缩编码图像数据的开始部分获取时钟信息成为不可能。为此,选择了某些(而非全部)TS包的自适应区来传送定时信息。于是,被选中的TS包的自适应区,可用于测定包信息的控制bit和重要的控制信息。自适应区无须伴随每个包都发送,发送多少主要由选中的TS包的传输专用时标参数决定。标志中的随机存取指示符和接点标志,在节目变动时,为随机进入I帧压缩的数据流提供随机进入点,也为插入当地节目提供方便。自适应区中的填充数据是由于PES包长不可能正好转为TS包的整数倍,最后的TS包保留一小部分有用容量,通过填充字节加以填补,这样可以防止缓存器下溢,保持总码率恒定不变。
作为一种传输流,TS将内容进行打包/复用,让其媒体内容变成TS传输,并最终在解码 端解码。简单来看,TS是一个传输层的协议栈,它可以承载各种内容的传输,比如MPEG,WMV,H264,甚至是IP,那么其中的传输规范是如何定义的 呢?这个即是PSI(节目特定信息)要做的事情。
PSI由四张表构成:PAT,PMT,CAT和NIT,这四张表分别描述了一个TS所 包括的所有ES流的传输结构。首先的一个概念是,TS是以包形式传播,在编解码端都需要以一定的包ID来标识TS流里承载的内容,比如,PAT表会存在于 一个或多个TS包里,所以要用一个特别的包ID来表示,另外,不同的ES流也需要不同的包ID来标识。我们有了PAT和PMT这两种表,解码器就可以根据 PID,将TS上从不同ES来的TS包区分出来进行解码。
TS的解码分两步进行,其一,是从PID为0 的TS包里,解析出PAT表,然后从PAT表里找到各个节目源的PID,一般此类节目源都由若干个ES流组成,并描述在PMT表里面,然后通过节目源的 PID,就可以在PMT表里检索到各个ES的PID。其二,解码器根据PMT表里的ES流的PID,将TS流上的包进行区分,并按不同的ES流进行解码。 所以,TS是经过节目复用和传输复用两层完成的,即在节目复用时,加入了PMT,在传输复用时,加入了PAT。同样在节目解复用时,可以得到PMT,在传 输解复用时,可以得到PAT。下图很好地概述了其思想。
TS是支持多路复用的,所以它可用来传输经复用后的多层节目。在复用过程中,要注意的是,解码过程中所需要面对的时间参考和同步问题,因为解复用是需要各种信息同步进行的,所以在复用过程中,就需要插入相关的时间信息:PTS,DTS,PCR。
在TS形成过程中,PTS和DTS是在ES打包成PES时,根据STC的参考,将其时钟信息注入PES包中的,而之后在PES切成TS时,再将 PID和PCR信息注入到TS包中,当多路TS再进行复用的时候,各路TS的PCR将会被提取出来,再进行分析,然后再根据统一的STC参考,将新的 PCR生成并注入到TS中去,最后,因为原来PAT表信息不在适用,所以新的PAT表需要再生成,并附加到新的TS流中去。经过这多层的复用之后,新的 TS流即可以进入调制,传输阶段。过程可参见下图:
解码过程要面对的问题是:解复用,视音频的同步,解码缓存器无上下溢。解复用即是将TS在同一信道里不同时序进行传输的节目分离出来;视音频同步由 DTS, PTS和PCR三者协调完成,并且PCR是重建系统时间基准的绝对时标,而DTS和PTS是解码和重现时刻的相对时标;对解码缓存器无上下溢的问题,必须 借助于系统目标解码器(STD)模型来对其进行实现,基本思想如下:
其过程可参见下图:
1. PSI依然是"根",只有定位到PSI表后,才能索引出PAT,和各个节目的PMT表。
2. PAT表记录了什么呢?表头信息和节目信息。
》表头信息包含若干字段,但最关键的是version_number,why?因为TS流里任何节目信息的变化,这个字段都会往上递加,从而使得TS解码器可以据此让Decoder对不同节目做解码复位。
》节目信息包括TS流里每路节目的program_number,PMT_PID。由此再结合表头信息,TS解码器即可以定位到具体的有变化的节目流(新增或减少)。如下图:
3. 接下来和PAT表平行的就是PMT表了,因为PAT表已经给出明确的节目信息,所以,解码器可以定位到自己需要的节目。在PMT表里,我们可以看到表头信 息,和音视频的stream_type,PID信息等。这样解码器即可以定位到具体的音视频包上,进行节目解码。如下图:
PAT的定义:
Table_id:为8bit字段,该字段标识节目关联分段,对于PAT,置为0x00。
Section_syntax_indicator:1bit字段,对于PAT,置为
0x01。
Reserved:2bit保留字段,用于将来扩展,置为11。
Section_length:12bit字段,指示当前section的长度,计数值
从分段长度下一个字节开始,包括CRC校验的4个字节,开头两
位置为00,因此其大小不超过1021。
Transport_stream_id:16bit字段,当前TS流的ID,与网络中其
他TS流相区别,由运营商指定。
Reserved:2bit保留字段,用于将来扩展,置为11。
Version_number:5bit字段,指出PAT表的版本号,一旦PAT表有变
化,其版本号增1,当增至31时,恢复至0。
Current_next_indicator:1bit,置为1时,表示传送的PAT当
前有效,置为0表示PAT下一次有效。
Section_number:8bit字段,表示section的数目,从0x00开
始。
Last_section_number:8bit字段,指出最后一个section号,
即PAT表section的最大数目。
Program_number:16bit字段,指出了节目对于哪一个PMT
PID是可用的,当为0x00时,后面的PID对应于NIT。
Reserved:3bit保留字段,用于将来扩展,置为111。
Network_id:13bit字段,NIT PID。
Program_map_PID:13bit字段,对应于program_number
所指定的节目的program_map_section的PID,从上面可看出:一个program用4字节来表示(包括16bit的program_number与13bit的PID)。
CRC:用来证实数据正确性的循环冗余校验码。
(section_number和 last_section_number的功能是当PAT内容>184字节时,PAT表会分成多个段(sections),解复用程序必须在全部接收完成后再进行PAT的分析)
PMT定义如下: 各字段含义如下:
table_id:8bits的ID,应该是0x02
section_syntax_indicator:1bit的段语法标志,应该是''1''
''0'':固定是''0'',如果不是说明数据有错.
reserved:2bits保留位,应该是''00''
section_length:16bits段长度,从program_number开始,到CRC_32(包含)的字节总数.
program_number:16bits的频道号码,表示当前的PMT关联到的频道.换句话就是说,当前描述的是program_number频道的信息.
reserved:2bits保留位,应该是''00''
version_number:版本号码,如果PMT内容有更新,则version_number会递增1通知解复用程序需要重新接收节目信息,否则version_number是固定不变的.
current_next_indicator:当前未来标志符,一般是0
section_number:当前段号码
last_section_number:最后段号码,含义和PAT中的对应字段相同,请参考PAT部分.
reserved:3bits保留位,一般是''000''.
PCR_PID:13bits的PCR PID,具体请参考ISO13818-1,解复用程序不使用该参数.
reserved:4bits保留位,一般是''0000''
program_info_length: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:8bits流类型,标志是Video还是Audio还是其他数据.
reserved:3 bits保留位.
elementary_PID:13bits对应的数据PID号码(如果stream_type是Video,那么这个PID就是Video
PID,如果stream_type标志是Audio,那么这个PID就是Audio PID)
reserved:4 bits保留位.
ES_info_length:和program_info_length类似的信息长度(其后是N2个描述符号)
CRC_32:32bits段末尾是本段的CRC校验值
SDT的定义
DVB系统提出了一个SDT表格,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, Service description
section,服务描述段 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
SDT定义如下: 各字段定义如下:
table_id:8bits的ID,可以是0x42,表示描述的是当前流的信息,也可以是0x46,表示是其他流的信息(EPG使用此参数)
section_syntax_indicator:段语法标志,一般是''1''
reserved_future_used:2bits保留未来使用
reserved:1bit保留位,防止控制字冲突,一般是''0'',也有可能是''1''
section_length:12bits的段长度,单位是Bytes,从transport_stream_id开始,到CRC_32结束(包含)
transport_stream_id:16bits当前描述的流ID
reserved:2bits保留位
version_number:5bits的版本号码,如果数据更新则此字段递增1
current_next_indicator:当前未来标志,一般是''0'',表示当前马上使用.
original_netword_id:16bits的原始网络ID号
reserved_future_use:8bits保留未来使用位
接下来是N个节目信息的循环:
service_id:16 bits的服务器ID,实际上就是PMT段中的program_number.
reserved_future_used:6bits保留未来使用位
EIT_schedule_flag:1bit的EIT信息,1表示当前流实现了该节目的EIT传送
EIT_present_following_flag:1bits的EIT信息,1表示当前流实现了该节目的EIT传送
running_status:3bits的运行状态信息:1-还未播放
2-几分钟后马上开始,3-被暂停播出,4-正在播放,其他---保留
free_CA_mode:1bits的加密信息,''1''表示该节目被加密. 紧 接着的是描述符,一般是Service
descriptor,分析此描述符可以获取servive_id指定的节目的节目名称.具体格式请参考 EN300468中的Service
descriptor部分.
分析完毕,则节目名称和节目号码已经联系起来了.机顶盒程序就可以用这些节目名称代替
PID让用户选择,从而实现比较友好的用户界面!
H.222规范---PMT的stream_type字段
ITU-T | ISO/IEC Reserved
0x01
ISO/IEC 11172-2 Video
0x02
ITU-T Rec. H.262 | ISO/IEC 13818-2 Video or ISO/IEC 11172-2
constrained parameter video stream
0x03
ISO/IEC 11172-3 Audio
0x04
ISO/IEC 13818-3 Audio
0x05
ITU-T Rec. H.222.0 | ISO/IEC 13818-1 private_sections
0x06
ITU-T Rec. H.222.0 | ISO/IEC 13818-1 PES packets containing private
data
0x07
ISO/IEC 13522 MHEG
0x08
ITU-T Rec. H.222.0 | ISO/IEC 13818-1 Annex A DSM-CC
0x09
ITU-T Rec. H.222.1
0x0A
ISO/IEC 13818-6 type A
0x0B
ISO/IEC 13818-6 type B
0x0C
ISO/IEC 13818-6 type C
0x0D
ISO/IEC 13818-6 type D
0x0E
ITU-T Rec. H.222.0 | ISO/IEC 13818-1 auxiliary
0x0F
ISO/IEC 13818-7 Audio with ADTS transport syntax
0x10
ISO/IEC 14496-2 Visual
0x11
ISO/IEC 14496-3 Audio with the LATM transport syntax as defined in
ISO/IEC 14496-3/Amd.1
0x12
ISO/IEC 14496-1 SL-packetized stream or FlexMux stream carried in
PES packets
0x13
ISO/IEC 14496-1 SL-packetized stream or FlexMux stream carried in
ISO/IEC 14496_sections
0x14
ISO/IEC 13818-6 Synchronized Download Protocol
0x15
Metadata carried in PES packets
0x16
Metadata carried in metadata_sections
0x17
Metadata carried in ISO/IEC 13818-6 Data Carousel
0x18
Metadata carried in ISO/IEC 13818-6 Object Carousel
0x19
Metadata carried in ISO/IEC 13818-6 Synchronized Download
Protocol
0x1A
IPMP stream (defined in ISO/IEC 13818-11, MPEG-2 IPMP)
0x1B
AVC video stream as defined in ITU-T Rec. H.264 | ISO/IEC 14496-10
Video
0x1C
ISO/IEC 14496-3 Audio, without using any additional transport
syntax, such as DST, ALS and SLS
0x1D
ISO/IEC 14496-17 Text
0x1E
Auxiliary video stream as defined in ISO/IEC 23002-3
0x1F-0x7E ITU-T Rec. H.222.0 | ISO/IEC 13818-1 Reserved
0x7F
IPMP stream
0x80-0xFF User Private
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