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1、MPEG-2 TS 原理与测量视频与流媒体技术讲座（1） 终端多媒体部 李晏 2011-8-12背景o MPEG：动态图像专家组(Moving Picture Experts Group),1988年 成立，致力于开发视频音频的压缩编码技术 o MPEG-2 MPEG工作组于1994年发布的视频和音频压缩国际标准。 MPEG-2通常用来为广播信号提供视频和音频编码。 o MPEG-2 TS (Transport Stream)为传输和复用音视频数据而定义的一种流数据格式,与 MPEG-PS相对（ISO/IEC 13818-1 ） 背景oMPEG-2 标准文档集 ISO/IEC 13818-1：
2、系统-描述视频和音频的同步和多路技术 ISO/IEC 13818-2：视频-视频压缩 ISO/IEC 13818-3：音频-音频压缩。 ISO/IEC 13818-4：测试规范 ISO/IEC 13818-5：仿真软件 ISO/IEC 13818-6：媒体数字存储（DSM-CC）扩展 ISO/IEC 13818-7：高级音频编码技术（AAC） ISO/IEC 13818-9：实时接口扩展 ISO/IEC 13818-10：DSM-CC规范 ISO/IEC 13818-11: IPMP on MPEG-2 systems 1MPEG媒 体流概述2MPEG-2 TS原理与 协议实现3媒体质量指 标
3、名词解释o ES：无始无终压缩后的视音频信号称作ES(elementary stream)流 o PES：每个PES封装一个帧的信息压缩后所有ES流被打成不同长度的包，叫做 PES(packetized elementary streams)。 o AU：ES流中可以独立解析的数据单元被称为访问单元（ access unit）ESPESTSMPEG-2 TS 与ATM网络o MPEG-2 TS考虑到ATM网络的需求而将数 据段长度定为188ByteMPEG-2 TS与数字有线电视MPEG-2 TS与IP网络模型1MPEG媒 体流概述2MPEG-2 TS原理与 协议实现3媒体质量指 标名词解释o
4、 STC：1/27微秒一个以27MHz运行的时间计数器（system time clock ） o PCR： 编码端在固定时刻将最新的STC计数器值复制到TS流中 ，作为解码端的时间准绳(program clock reference) o DTS：解码时间戳，以PCR为标准(decoding time stamps) o PTS：播放时间戳，以PCR为标准(presentation time stamps)名词解释2oPSI： 描述TS流的瞬时结构的表集合（program specific information） oPID： 标识TS子流的一个唯一数字(packet identifier)
5、 oPAT： 节目联合表(program association table)，用来检索和定位TS流 中的节目，PAT表的PID值永远为0x0000 oPMT 节目映射表(program map tables），对特定节目检索子流 oCAT条件接受表(conditional access table)，用于需要认证的环境，CAT 表的PID值永远为0x0001PES协议格式o PES头格式（6Byte）： 1. 同步字节：3Byte，固定为00 00 01 2. 起始码标志：1个Byte，说明负载类型（如视频、音频） 3.包长度：2Byte，表示负载的长度。PES headerOptional
6、 PES header6 Byte HeaderMax.64kbyte payloadmax.64 kbyte 63 byte start code prefix 00 00 01Stream IDPES packet lengthPES协议格式o可选PES头：nPES头的可选扩展，根据当前传送ES流的要求设置。 n由12个比特的11个标志来控制可选PES头中包含哪些字段， 其中有PTS和DTS，这对视/音频同步非常重要。 n最后可能有填充字节。PES headerOptional PES header6 Byte HeaderMax.64kbyte payloadmax.64 kbyte 6
7、PES Scrambling control11 flagsPES header Data lengthOptional Fields Depending on flagsStuffing Bytes ,FF“10PES协议格式o 可选PES域 oPTS存在否 oDTS存在否 o基本流时钟基准（Elementary Stream Clock Reference，ESCR） o基本流速率信息（ES rate） o数字存储媒体（Digital Storage Media，DSM）信息BitPES headerOptional PES heaer6 Byte HeaderMax.64kbyte pa
8、yloadmax.64 kbyte 6PTSDTSESCRES rateDSM Trick modeAdditional Copy InfoPrevious PES CRCPES extension333342228816PES的几点说明o 每个PES包最大64k Bytes，对于极少数负载超过64k的 PES报文，PES头中的长度字段被赋值为0。o PES封装本身并未规定如何对ES流的数据进行分割，但是 由于其包头扩展域中的PTS/DTS字段对于单独一帧才有意 义，因此经常将一个完整的视/音频帧封装在一个PES包中 。所谓一个视频帧是指I/B/P帧，一般一个I帧足够可以存 放。可以自己计算下
9、，1.6Mpbs，25帧/秒。o 一个PES流的内容具有单一性，PES协议本身不关心多个流 之间的同步。o PES是MPEG数据流的基本封装协议，不管本地播放格式 （PS）还是实时传输流格式（TS）其负载内容都为PES流MPEG-2 TS协议的作用o 实现可靠的远程传输PES包长度过大64Kbytes，不利于在传输信道上发送、校验、纠错 o 实现多路流的复用PES流不支持复用，难以实现音视频同步播放、多画面播放等功能 o 实现传输和播放的实时性PES流不支持播放端与发送端的时间同步，远程播放时也无法做到在流中任意一点开始播放。TS流的传输特性o 报文长度短（188Bytes 或 204 Byt
10、es） o 适应多种底层传输协议和传输信道 o 为了解码方便，打包TS时PES头一般在TS负载的开头 。TS是PES的分割，多个TS组成一个PES。 PES headerPES headerPacketized elementary systemTransport streamPayload unit start indicator=14 byte TS header184 byte payloadPayload Unit start Indicator=1TS流的复用特性o支持一路节目的多流复用 o被复用的多个流用PID值进行区分Pid=0x000033Video pesAUDIO PESP
11、acketized elementary systemTransport streamPid = 0x000032Pid = 0x000032Pid = 0x000032Video PESAudio PESVAVVTS流的复用特性o支持多路节目的合成复用 o复用的节目通过节目编号（program ID）进行标识，该信息在 PAT表中传送EncoderVideo 1EncoderEncoderVideo 2Video 3Audio 1Audio 2Audio 3Program 1Program 2Program 3MPEG-2 MultiplexerTS流的实时特性oTS流通过每隔一定的时间（2
12、5/帧一般为40ms）发送PCR来实 现远程时间同步 o一个节目有且仅有一个PID所代表的TS子流中含有PCR同步信息 ，该PID在PMT表中给出 o视频音频帧播放与否的依据为该帧PTS = last_pcr 最后一次 时钟同步+ tv_offset最后一次时钟偏移量 o视频音频帧解码与否的依据为该帧DTS = last_pcr + tv_offset o若某帧中无PTS/DTS，则收到该帧后立刻解码播放，但是实际 中播放常常会出问题 oPCR的精度为27MHz，PTS/DTS的精度为90KHz 90KHz*327MHz oTS流的复用结构信息被定期封装在PAT/PMT等表中传送（一般 小于5
13、00ms）TS协议格式oTS固定长度188字节，4字节头和184字节负载，协议头如下：1.1Byte同步字节，固定为0x47 2.1bit 传输错误标识TEI（解调器在收取数据后根据校验结果置位），IP传输中这位时钟是0 ，因为这位是解码器是解析的，在IP网络中解码不可见，无意义。 3.2bit控制（1bit有效载荷标识，1bit传输优先标识） 4.13bit的PID(packet identifier) 5.4bit控制位（2bit传输加扰标识（CAT）和2bit自适应控制（PCR同步使用） 6.4bit连续计数器（0-15循环编号）：一个IP共7个TS，015只有3个IP不到。184 by
14、te payload188 bytes 4 byte TS header13 bit packet identifier=PID 1bit transport error indicator1 byte sync byte = 47 hexTS协议格式o若前文提到的自适应控制位为真，则在TS头之后有自适应头： 1. 1 Byte自适应区长2. 1 Byte自适应区内容标识（每一个bit位代表一种自适应区内容字段类型，其中最重要的为 PCR flag）TS的误码保护oTS包的188字节后可能加上16或20字节的保护码 o一般采用的误码保护是ReedSolomon纠错码 o误码保护是特殊的校验和纠
15、错能力在8-10个码元（bit）。注意：IPTV 的误码保护没有在TS层面进行FEC，是在RTP。4 byte header184 byte payload16 or 20 byte RS FEC204 or 208 byte188 byteTS流的解析o5个0x47后同步完成， 同步的5个包都不作解析。 不符合重新计算5个。 o解析PAT表得到节目列表和每个节目对应PMT的PID号 o解析PMT表得到每个节目对应的子流集合 o如传输加扰标识为真等待CAT表以认证身份 o连续三个间隔40ms以 内的PCR能建立节目同步MPEG-2 TS流 PAT表n每个TS流一个，每隔500ms重新PAT发送
16、。 n描述TS流中有多少个节目，每个节目用program ID标识。 n包含该表的TS包的PID为0，便于识别。 nPAT的payload中传送特殊PID的列表，每个PID对应一个 节目的PMT表。 n在没有收到PID=0x00的PAT表之前，TS解码器不做任何 事P I D 1P I D 2P I D 3P I D 4Payload of TS packetTS headerPID=0x00Pointer to PMT1Pointer toPMT2Pointer toPMT3Pointer to PMT4MPEG-2 TS流 PMT表n每个节目一个，每500ms重新发送一次 nPMT的PID由PAT传送。 n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1FF3hex，然后查找包头中PID= 1FF3hex的TS包，就是节目3的PMT。 nPMT包含该节目中所有ES流（视频、音频或数据）的PID。PI D 1P I D 2PID from PATTS hea
