浅谈MPEG 2传输流的结构和分析 - search readpudncom.doc
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1、MPEG-2 传输流的码流分析0 引 言目前,我国数字电视的信道传输的三种主要传输方式都有了统一明确的国家标准。其主要差别是信道编码、调制方法,但视频和音频信源处理和系统层复用都是以 MPEG-2 为基础的编码方案。MPEG-2 标准自制定以来,已经成为数字电视领域中系统层的普遍标准。能够熟悉 MPEG-2 传输流码流语法结构,并运用分析工具对系统进行常规的检测分析,为快速确认系统故障,从而排除故障保证系统正常运行,对于广大工程技术人员十分必要。本文介绍 MPEG-2 传输流的语法结构及复用,及 ETR290标准规定的传输码流 3 级错误检测参数,同时结合码流分析软件对 MPEG-2 传输流的
2、语法结构作一离线分析。1MPEG-2 传输流的形成及复用:MPEG-2 标准定义了一个节目中的各部分(如视频、音频和控制数据等)的格式,它也定义了各部分如何形成传输码流,即TS 流,这一过程称为复用。MPEG-2 规定了两种复用形式,即 MPEG-2 节目流(PS)和 MPEG 传输流(TS)。图 1 MPEG-2 系统层编码复用示意图如图 1 所示:原始的视音频数据流经编码器编码输出压缩后的基本码流 ES,它含有解码器所必需的、用于恢复原始视音频的信息。基本码流 ES 分解打包成 PES 数据包,每个 PES 包在复用的过程中被分成固定长度的传输流包(TS Packet)。传输流被设计用于在
3、有噪声发生的存储或传输的环境中,如在 DVB 广播的传输链路中。2 MPEG -2 传输流的语法结构:在进行 MPEG-2 传输流的码流分析之前,我们有必要了解 MPEG-2 标准中规定的传输流的语法结构。2.1 MPEG-2 传输流的包结构每个传输流中包含一系列固定长度为 188 Bytes 的传输流包(简称为 TS 包),每个 TS 包由 4 Bytes 长的包头和其后的 184 Bytes 的载荷组成,如图 2 所示。在 4 Bytes 包头中含有以下重要信息:以固定值 0x47 开始的 8bit 字段的同步头,其后是几个重要的标志,如“传输错误指示” 、 “有效负载起始标志” 、 “传
4、送优先指示” 、 “PID(Packet identifier)” 、 “调整字段控制”等。 “PID”是 13bit 的代码,是用于区分不同类型的传输流包(如视频/音频)的重要参数,不同节目的视音频传输包在复用后的 MPEG-2 传输流中用唯一的 PID 代码标识。Video ESAudio ES图 2 TS 包语法结构示意图TS 流在某些情况下可能需要更多的包头信息,这时就要设置“调整区字段控制字段”来指示包头比特数要多于 4 Bytes。图 2 表示当出现上述情形时,通过调整区字段长度码来指示附加的包头长度。这时调整区字段就紧跟包头,而有效载荷会少于184Bytes 以维持恒定的 TS
5、包长度。调整区字段中重要的一个码字是 PCR 码字,用于解码器的系统时钟恢复。2.2 MPEG-2 传输流的结构按 MPEG-2 传输流中复用的节目数量,可分为单节目传输流(SPTS)和多节目传输流(MPTS) 。实际在 DVB 链路中传输的多数情况下,多个 SPTS 被复用为一个多节目传输流(MPTS)。用户在收看节目时,接收机要在 TS 流中找到该节目对应 PID的 TS 包。为了帮助用户确定某个 PID 的 TS 包所对应的节目,在 MPEG-2 TS 流中除传送视音频 PES 数据外,还需要传输一套表信息(PSI ),它们中携带了对 TS 流中构成每个节目的 ES 码流的描述,它们在
6、MPEG-2 中称为节目专用信息(PSI),包含以下四种信息表。PAT:节目相关表,列出 TS 流中描述每个节目(Service)的 PMT 表的 PID 值,PAT 的 PID 值固定为 0x00。CAT:条件接收表,如果节目被加扰,可以通过它定义与加扰码流有关的授权控制信息(ECM)和授权管理信息(EMM)的 PID 值,CAT 的 PID 值总是 0x01。PMT:节目映射表,定义了与一个节目相关视音频码流和其他信息 TS 包的 PID 的值。NIT:网络信息表,包含了传输 MPEG 复用 TS 流的网络信息,包括载波频率等,NIT 的 PID 值总是 0x10。图 3 列出了一条 SP
7、TS 的码流结构:视频 TS 包 音频 TS 包 PAT 表 PMT 表 其他表图 3 PTS 的码流结构每个 PSI 表分成一个或多个段(Section)来传输,段的长度可变,每个段由一个 CRC 校验字来确认所传输的表的完整性。PSI 表在其所在的 TS 码流中按一定周期重复传输。为了解复用一个 PES 包需要的 PID,接收机需要先搜索 PAT 表,它列出了复用的 TS 流中所有的节目,并从中得到 PMT 的 PID。而 PMT 表列出了与每个节目相关的 PID 信息,每个节目对应一个 PMT表。此外,DVB 还额外增加了其它的描述节目信息的表(SI)。2.3 MPEG-2 传输流错误监
8、测根据对 MPEG-2 和 DVB 标准以及 ETR290 标准的研究,将 DVBMPEG-2 TS 码流的错误指示分为 3 个等级:第一等级是正确解码所必需的几个参数;第二等级是达到同步后连续工作所必需的参数和需要周期监测的参数;第三等级是依赖于应用的几个参数,差错优先级分类如下:第一优先级导致无法解码的差错(共 6 个):传输码流同步丢失(TS sync loss);同步字节错误(Sync byte error);节目相关表错误(PAT error);节目映射表错误(PMT error);连续计数错误(Continuity count error);PID 错误(PID error)。第二
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