MPEG2 TS小結
應該說真正了解TS,還是看了朋友推薦的《數字電視業務信息及其編碼》一書之后,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系。
本文引用地址:http://www.j9360.com/article/165426.htmISO/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:系統解碼實時接口;
MPEG2系統任務包括:1. 規定以包傳輸數據的協議;2. 規定收發兩端數據流同步的協議;3. 提供多個數據流的復用和解復用協議;3. 提供數據流加密的協議。以包形式存儲和傳送數據流是MPEG2系統之要點。
ES是直接從編碼器出來的數據流,可以是編碼過的視頻數據流,音頻數據流,或其他編碼數據流的統稱。ES流經過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鍵。PTS表示顯示單元出現在系統目標解碼器(STD: system target decoder)的時間,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刻。每個I、P、B幀的包頭都有一個PTS和DTS,但PTS與DTS對B幀都是一樣的,無須標出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,經過延遲(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PES包頭含有PTS和DTS,流識別碼,用于區別不同性質ES。然后通過PS復用器將PES包復用成PS包。實際上是將PES包分解為更細小的PS包。在解碼的時候,解復用器將PS分解成一個個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行解碼。一個問題是:各個ES在解碼時,如何保證視音頻的同步呢?除了PTS和DTS的配合工作外,還有一個重要的參數是SCR(system clock reference)。在編碼的時候,PTS,DTS和SCR都是由STC(system time clock)生成的,在解碼時,STC會再生,并通過鎖相環路(PLL-phase lock loop),用本地SCR相位與輸入的瞬時SCR相位鎖相比較,以確定解碼過程是否同步,若不同步,則用這個瞬時SCR調整27MHz的本地時鐘頻率。最后,PTS,DTS和SCR一起配合,解決視音頻同步播放的問題。PS格式摘錄如下:

PS包的長度比較長且可變,主要用于無誤碼環境里,因為越長的話,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流也是由一個或多個PES組合而來的,他們可以具有相同的時間基準,也可以不同。其基本的復用思想是,對具有相同時間基準的多個PES現進行節目復用,然后再對相互有獨立時間基準的各個PS進行傳輸復用,最終產生出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。包頭長度占4bytes,自使用區和包數據共占184bytes,整個TS包長度相當于4個ATM包長。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個部分組成。

其中,可用同步字節位串的自動相關特性,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,采用誤碼校正解碼器可表示1bit 的誤碼,但無法校正;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;傳輸優先,是給TS包分配優先權;PID值是由用戶確定的,解碼器根據PID將TS上從不同ES來的TS包區別出來,以重建原來的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)表示有有用信息無自適應區,(10)表示無有用信息有自適應區,(11)表示有有用信息有自適應區,(00)無定義;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、各種標志指示符、與插入標志有關的信息和填充數據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優化指示符、PCR標志、接點標志、傳輸專用數據標志、原始PCR標志、自適應區擴展標志8個部分組成。重要的是標志部分的PCR字段,可給編解碼器的27MHz時鐘提供同步資料,進行同步。其過程是,通過PLL,用解碼時本地用PCR相位與輸入的瞬時PCR相位鎖相比較,確定解碼過程是否同步,若不同步,則用這個瞬時PCR調整時鐘頻率。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始部分獲取時鐘信息成為不可能。為此,選擇了某些(而非全部)TS包的自適應區來傳送定時信息。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。自適應區無須伴隨每個包都發送,發送多少主要由選中的TS包的傳輸專用時標參數決定。標志中的隨機存取指示符和接點標志,在節目變動時,為隨機進入I幀壓縮的數據流提供隨機進入點,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包長不可能正好轉為TS包的整數倍,最后的TS包保留一小部分有用容量,通過填充字節加以填補,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,以及相關字段的介紹。那么作為一種傳輸流,TS將內容進行打包/復用,讓其媒體內容變成TS傳輸,并最終在解碼端解碼。簡單來看,TS是一個傳輸層的協議棧,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?這個即是PSI(節目特定信息)要做的事情。
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