数字电视的常用表总结PSISIEPGTS.docx
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数字电视的常用表总结PSISIEPGTS
1,一些定义
ES:
由编码器输出,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。
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。
PSI:
MPEG-2中定义了PSI(ProgramSpecificInformation)信息,其作用是从一个携带多个节目的某一个TS流中正确找到特定的节目。
PSI表:
PSI表包括节目关联表(PAT)、条件接收表(CAT)、节目映射表(PMT)和网络信息表(NIT)组成。
SI:
在MPEG-2标准中定义的PSI表,是对单一TS流的描述。
由于系统通常存在多个TS流,为了引导数字电视用户能在TS流中快速地找出自己需要的业务,DVB对MPEG-2的PSI进行了扩充,在PSI四个表的基础上再增加了九个表,形成SI(ServiceInformation)。
SI表:
SI表包括业务描述表(SDT)、事件信息表(EIT)、时间和日期表(TDT)、时间偏移表(TOT)、业务群关联表(BAT)和运行状态表(RST)、填充表(ST)、选择信息表(SIT)、间断信息表(DIT)等表信息。
SI中的各表在实际使用中并不都需要传送,其中NIT、SDT、EIT、TDT是必需传送的,其它表则按照需要进行选择传送。
TABLEID:
TS流中有两种标识符,一种是包标识符,一种是表标识符。
具有相同PID的不同信息表由表标识符TABLEID来区分。
EPG:
在实用中,我们将SI所提供的数据通过有序地组织起来,生成类似节目报的形式,它能在电视机上即时浏览,这样将大大方便用户的使用,这就是电子节目指南EPG。
TS包
PAT
CAT
PMT
2、数字电视工作流程
当机顶盒要要接收某一个指定节目流程:
1.首先从节目关联表(PAT)中取得这个节目的节目映射表(PMT)的PID值
2.然后从TS流中找出与此PID值相对应的节目映射表(PMT),从这个节目映射表中获得构成这个节目的基本码流的PID值
3.根据这个PID值滤出相应的视频、音频和数据等基本码流
4.解码后复原为原始信号,删除含有其余PID的传送包。
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
3、PSI信息的分析
一、PAT表
节目关联表PAT的PID为0x0000,包括该TS流中的所有节目映射表即每个节目的PMTPID,传输流ID等。
二、PMT表
节目映射表(PMT)中包括每个节目的基本码流信息即视频信息、音频信息和同密的多家CA的ECM授权控制信息。
PMT表针对节目的加密情况,还含有CA_System_ID。
用于节目是用何种CA系统加密和ECM_PID用于告知用户如何搜索ECM。
三、CAT表
CAT表PID为0x0001,CAT表针对具体CA系统中的用户的授权情况,含有标识具体CA系统的CA_System_ID和用于获取授权管理信息EMM的索引EMM_Pid,通过这两项内容就可以获得用户所在CA系统的EMM信息。
由于EMM信息通过TS流的方式与其他节目信息复用传输,并且为了用户及时获得授权信息,复用在每一个TS流中,所以在每一个传输流中的EMMPID一样的。
四、NIT表
NIT表包括该数字电视网中的所有的传输流的物理传输网信息,包含节目的频道调谐参数、频率、符号率等,这些信息使得接收机可以按照用户的选择以很少的延时或无延时地改变频道、调谐参数,正确地解码出TS。
4、SI信息的分析
一、SDT表
业务描述表(SDT):
它包含了当前传输流和其他传输流的业务信息,比如当前传输流ID,当前传输流中包含的节目名称,节目类型等。
SDT表PID为0x0011、table_id为0x42、当前传输流ID为0x0d、节目运行状态(running_status)为运行、服务类型(servicetype)为数字电视业务、服务名称(servicename)为七彩戏剧。
二、EIT表
事件信息表(EIT):
它包含了与事件或节目相关的数据,EIT是生成EPG的主要表。
包括每个节目的当前播出的节目名称、播出开始时间、播出时间段、父母控制级别等信息和下一个播出节目相关信息。
section-number=0为当前播出事件信息和section-number=1为下一个播出事件信息,其中包括事件开始时间(starttime)、播放时间段(duration)、当前播出事件内容(eventname),父母级别控制(parantelratingdescriptor)等。
三、TDT、TOT、BAT表
时间和日期表(TDT):
它给出了与当前的时间和日期相关的信息,由于这些信息更新频繁,所以需要单独使用一个表。
时间偏移表(TOT):
它给出了与当前时间、日期和本地时间偏移相关的信息,由于这些信息更新频繁,所以需要单独使用一个表。
业务群关联表(BAT):
它提供了业务群相关的信息,给出了业务群的名称以及每个业务群中的业务列表。
分别存在电影、体育和升级程序等三组业务群,其中包括属于该群的节目ID、该节目具体归属的传输流ID和节目类型等信息。
利用BAT表的功能,用户根据前端的定义,方便、快捷地搜索到不同业务群的的节目。
应该说真正了解TS,还是看了朋友推荐的《数字电视业务信息及其编码》一书之后,MPEG2TS和数字电视是紧密不可分割的,值得总结一下其中的一些关系。
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:
systemtargetdecoder)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。
(待续)
上节介绍过,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(systemclockreference)。
在编码的时候,PTS,DTS和SCR都是由STC(systemtimeclock)生成的,在解码时,STC会再生,并通过锁相环路(PLL-phaselockloop),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。
TS流也是由一个或多个PES组合而来的,他们可以具有相同的时间基准,也可以不同。
其基本的复用思想是,对具有相同时间基准的多个PES现进行节目复用,然后再对相互有独立时间基准的各个PS进行传输复用,最终产生出TS。
TS包由包头和包数据2部分组成,其中包头还可以包括扩展的自适用区。
包头长度占4bytes,自使用区和包数据共占184bytes,整个TS包长度相当于4个ATM包长。
TS包的包头由如下图摘录所示的同步字节、传输误码指示符、有效载荷单元起始指示符、传输优先、包识别(PID-PacketIdentification)、传输加扰控制、自适应区控制和连续计数器8个部分组成。
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2bit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。
前面3节总结了MPEG2TS的基本格式,其中包括PES,PS和TS,以及相关字段的介绍。
那么作为一种传输流,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。
MPEG-2TS码流编辑的原理及其应用
[作者:
辽宁电视台赵季伟]
在当今数字媒体不断发展、新媒体业务不断涌现的前提下,实践证明襁褓中的新媒体只有两种经营方略可供选择:
或是购买并集成整套节目,或是低成本深加工新节目,再不可能去按照传统生产模式去自采自编。
低成本的节目生产制作与发布,不仅成为数字媒体经营的主要手段,也成为传统媒体“改革工作流程”的重要举措,进而促成了对新型工作母机和简捷快速流程的迫切需求。
在辽宁新媒体多业务综合服务平台上,先于国际和国内应用了MPEG-2传输流快速剪辑编辑系统(以下简称码流快编)。
这项由辽宁电视台与深圳奥维迅公司在2003年10月联合开发的新技术,为数字媒体低成本节目的制作、推广和运营提供了高效生产工作母机。
尽管担负此项目源代码开发的奥维迅公司出现了经营问题,在技术推广的中间环节发生梗塞,但并不能说明此项技术走到了尽头。
回顾3年的应用实践及研发成果,需要的不是扬弃,而是演进的升级,否则就是对可调控资源的莫大浪费。
特别是针对第二代信源编解码国标AVS-P2的更新换代,很可能成为多业务内容整合的新一代产品的突破口。
一工作原理
1.功能目标
码流快编的应用目标是,通过对开放视频的采集,将DVB-S或C的传输流(TransportStream,TS)节目作为信源,直接进行剪辑处理,再经过人工创意后,整合为新主题内容的新节目,以便直接进入频道集成或编辑频道节目播出,快速实现数据层的内容整合,不仅简捷了采集制作的工作流程,而且为丰富媒体内容资产开辟了一条捷径。
因为码流快编的工作流程无需先以解码后的视频记录于磁带,再以磁带上载编辑机,经编辑后再下载成为磁带,再编码复用成为新内容的新节目。
即便数字化完成以后,视频数据流仍不能用于经复用的数字传输,还需编码、转码、打包等传输格式化以后,才能在数字信道上传输。
而采用码流快编以后,不仅避免了解码后再采样编码所形成的视频损耗,还避免了在1∶1时间的上下载中所造成的效率损耗。
更重要的是在视频内容整合中,一次性完成音/视频同步剪切、字幕处理和音/视频数据打包复用等连续作业。
所以,它能够提高生产效率60%以上。
必要时还可进行节目包装的特技编辑,直接创建数据级和文件级的互联互通内容交换平台,在媒体资产管理下,顺利实现网络化与智能化的节目配送与发布。
由于码流快编是针对以TS为信源的再编辑系统,所以实行“高来高走,低来低走”,或是“高来低走”的应用策略,即高码率对应高码率(包括兼容高清),低码率对应低码率,但码率连续可调,以适应高码率对应低码率的应用。
理论和应用都说明,对比源节目和成品节目,经剪切和编辑处理的图像保持了同等的视频质量,成为不劣化图像的创新工作流程和新型工作母机。
2.设计特征
码流快编的低成本与高效率来自它的主要特征。
常规的非线性编辑机是在编码一侧做文章,通过采集编码卡实现视频图像多层多轨的非线性编辑;而码流快编则是在解码一侧下功夫,通过对TS拆包还原为基本码流(ElementaryStream,ES),而后经编辑再封包成为TS,快速实现视频内容整合的业务应用。
因而,码流快编除了运用非线性图像处理技术外,最大的特点是运用了MPEG-2和DVB的系统原理,在此基础上进行图像处理的应用开发。
通过图1的系统概念,可以看出码流快编运用了一个逆向思维的方法,利用DVB系统传输的发/收互逆关系,将收端的单节目传输流(SPTS)作为信源,通过ES实现以视频非线性处理的目标功能。
这时的解决方案有两个:
一是在TS基础上直接进行图像处理的基础开发,实现与常规非编一样的操作界面和编辑习惯,这样虽好,但是没有参照模型以及可利用的技术资源,必须从零开始的重写源代码;二是将TS转码为ES,以ES帧结构和句法格式还原成为符合ITU-R.601建议的原始视频帧,就可以很方便地利用或附加现有的常规非编技术,以无卡站形式实现编辑。
码流快编同时采用了两种方案,一方面独立开发新产品系列,以适应于快速发展的数字电视业务需求,另一方面提高系统的兼容性,向后兼容传统非编,有利于在媒体资产管理下实现互联互通和投资保护。
图2说明了方案二的ES还原并显示原始视频的GOP帧结构。
通过图2可以认为,既然能够形成IBBP的句法帧,再转换成为全I帧格式并不难。
这样一来,就可以利用原有的非线性编辑技术,连续处理长与短GOP、全I帧与IBP帧结构、可变与固定码流的节目素材,实现不同节目格式的快编与混编。
由此可见,码流快编的开发技术难点,是结合DVB系统与MPEG-2标准,从译码过程中读出元数据,实现基于解码器的图像处理技术,并能兼容以编码卡为基础的非线性编辑技术。
因而被业内称为“第一个吃螃蟹者”。
3.数据变换
既然要把TS作为节目源进行编辑,就需要将TS包中的数据变换为非线性编辑所能使用的元数据和视频流。
它们是以码流快编作为工作母机进行生产的真正原料。
数据变换的第一个过程是拆DVB复用包。
如图3所示,DVB的解码流程中分层译出了许多数据信息,如同步字节(SyncByte)、节目特定信息(ProgramSpecificInformation,PSI)中PAT、PMT、NIT等列表、包识别(PacketIdentification,PID)、节目时钟基准(ProgramClockReference,PCR)及PTS/DTS(后详解)和业务信息(ServiceInformation,SI)等部分。
这些信息不仅与DVBPSI/SI直接相关,与MPEG-2的句法结构也直接相关,它规范地传递了再生码流中音/视频所需的MPEG-2列表数据,通过这些信息的引导,准确进入MPEG-2系统层的进一步译码。
第二个过程是拆MPEG-2系统复用包。
MPEG-2系统定义了一个的码流层次化结构句法规则,以便于误码处理、随机搜索以及内容编辑。
它自上而下依次分为图像序列层(VideoSequenceLayer,VSL)、图像组层(GroupofPicturesLayer,GOPL)、图像层(PictureLayer,PL)、像素条层(SliceLayer,SL)、宏块层(MacroblockLayer,ML)、像块层(BlockLayer,BL)等6个层次,分别赋予每个层次不同的功能。
图4说明了MPEG-2体系的句法结构,通过这种分层排列的结构特征,MPEG-2提高了系统的灵活性和管理效率,使得每一层都可以用来支持一个特定的功能。
码流快编大部分应用于VSL、GOPL、PL层,特别是在GOPL,需要在还原时规范翻译PID、PCR、PTS/DTS等信息,将同步信息、闭合标记、断链标记等数据准确插入GOP图像组,以形成每组GOP数据流的起点,才能保证图像帧的精确和连续帧的同步接续。
第三个过程是将拆包后所得数据信息,以规范的装填还原MPEG-2ES以及元数据,因而装填数据是码流快编的重要技术环节。
(1)装填复用的基本码流包
依据MPEG-2TS规范结构(如图5所示),复用的基本码流包(PacketizedElementaryStream,PES)是由包头、自适应区的ES特有信息和包数据3部分所组成。
由于包头和ES特有信息二者可合成1个数据头,因而可认为1个PES包是由包头和包数据(有效载荷)2个部分所组成。
对有线、卫星、地面广播网接收的TS,经过解调和解扰处理后选取包长为188B的SPTS,并从包头中提取相关信息,以PID区别不同SPTS包,以连续计数器的顺序计对标注PID的TS包重建一个独立分组的PES。
根据自适应区中的填充数据,装填到不为TS包整数倍的PES包中,以保证PES变长包的完整性。
同时,依据包头及自适应区内的同步字节、原始程序参考时钟(OriginalProgramClockReference,OPCR)、PCR等同步和识别信息,提供27MHz的解码同步时钟,装填共同时间基准、独立时间基准、可变包长和有效载荷等数据。
装填成为PES对码流快编具有格外重要的意义,因为PES包内含音/视频的ES以及包括PID的12个包头识别标志,当对PES包的起点不能精确定位、对PES包头标志符不能准确识别时,就不能保证拆包后再打包的图像无缝接续和声画同步。
这是在初期研发过程中遇到并获得突破的技术难点。
(2)装填基本码流
根据MPEG-2规范的PES包结构(如图6),还需进一步装填为连续ES流。
ES是指只包含1个信源的数据流,即视频数据流或音频数据流。
每个ES由若干个缓存器的特定存取单元(AccessUnit,AU)所组成,而每个视频AU或音频AU都是由头部和编码数据的2部分。
1个AU相当于编码的1帧视频图像或1个音频帧的取样。
PES的包头为恢复ES提供了向导。
对于PES包头,具有ES特有信息的显示时间标记(PresentationTimeStamp,PTS)、解码时间标记(DecodeTimeStamp,DTS)标志、基本流时钟基准(ElementaryStreamClockReference,ESCR)信息标志、基本流速率信息标志、数字存储媒体(DigitalStorageMedia,DSM)的特技信息标志等等,其中,唯有PTS/DTS标志,是解决视音频同步显示,防止输入缓存器上溢或下溢的关键所在。
在装填过程中,数据定位指示符引导PES还原所包含的视频、音频及所属其它数据流(如同步、数据和数据通道等),包头识别标志的PTS/DTS指示了可变长度包数据的帧同步时间,当区分音/视频和其它数据以后,依据PTS/DTS对视频帧分配给特定的AU。
其中尤以独立时间基准是还原ES的同步基础。
对于PES包数据,一方面通过扩展标志的数据包计数器,引导恢复数据流,另一方面利用循环冗余校验(CyclicRedundancyCheck,CRC)辅助检测并纠正可能存在的数据包丢失。
4.精确帧定位
帧定位是精确编辑的基础,而精确的帧定位来自于精确的帧同步。
在ES上实现逐帧精确的编辑,首要问题是实现精确帧的同步。
如前所述,装填后的ES变成仅含有1种性质的PES包,或视频ES,或音频ES。
以视频为例,图7表明了在PTS/DTS标示的独立同步时间基准指示下,顺序装填再顺序读出,形成连续ES的I1P4B2B3P7B5B6(N=7)
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