dvboverip详解.docx

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dvboverip详解

dvboverip详解

1

TS流的内容

TS->PES->ES->NAL

ES

Anelementarystream（ES）isdefinedbyMPEGcommunicationprotocolisusuallytheoutputofanaudioorvideoencoder.

PES

allowsanElementarystreamtobedividedintopackets.

图一：

PES结构图

PES结构各字段的具体含义见附表一。

由图一可见，1个PES包是由包头、ES特有信息和包数据3个部分组成。

由于包头和ES特有信息二者可合成1个数据头，所以可认为1个PES包是由数据头和包数据（有效载荷）两个部分组成的。

包头由起始码前缀、数据流识别及PES包长信息3部分构成。

包起始码前缀是用23个连续“0”和1个“1”构成的，用于表示有用信息种类的数据流识别，是1个8bit的整数。

由二者合成1个专用的包起始码，可用于识别数据包所属数据流（视频，音频，或其它）的性质及序号。

例如：

比特序110×××××是号码为××××的MPEG-2音频数据流；比特序1110××××是号码为××××的MPEG-2视频数据流。

PES包长用于包长识别，表明在此字段后的字节数。

如，PES包长识别为2B，即2×8=16bit字宽，包总长为216-1=65535B，分给数据头9B（包头6B+ES特有信息3B），可变长度的包数据最大容量为65526B。

尽管PES包最大长度可达（216-1）=65535B（Byte），但在通常的情况下是组成ES的若干个AU中的由头部和编码数据两部分组成的1个AU长度。

1个AU相当于编码的1幅视频图像或1个音频帧，参见图一右上角从ES到PES的示意图。

也可以说，每个AU实际上是编码数据流的显示单元，即相当于解码的1幅视频图像或1个音频帧的取样。

ES特有信息是由PES包头识别标志、PES包头长信息、信息区和用于调整信息区可变包长的填充字节4部分组成的PES包控制信息。

其中，PES包头识别标志由12个部分组成：

PES加扰控制信息、PES优先级别指示、数据适配定位指示符、有否版权指示、原版或拷贝指示、有否显示时间标记（PTS-PresentationTimeStamp）/解码时间标记（DTS-DecodeTimeStamp）标志、PES包头有否基本流时钟基准（ESCR-ElementaryStreamClockReference）信息标志、PES包头有否基本流速率信息标志、有否数字存储媒体（DSM）特技方式信息标志、有否附加的拷贝信息标志、PES包头有否循环冗余校验（CRC-CyclicRedundancyCheck）信息标志、有否PES扩展标志。

有扩展标志，表明还存在其它信息。

如，在有传输误码时，通过数据包计数器，使接收端能以准确的数据恢复数据流，或借助计数器状态，识别出传输时是否有数据包丢失。

其中，有否PTS/DTS标志，是解决视音频同步显示、防止解码器输入缓存器上溢或下溢的关键所在。

因为，PTS表明显示单元出现在系统目标解码器（STD-SystemTargetDecoder）的时间，DTS表明将存取单元全部字节从STD的ES解码缓存器移走的时刻。

视频编码图像帧次序为I1P4B2B3P7B5B6I10B8B9的ES，加入PTS/DTS后，打包成一个个视频PES包。

每个PES包都有一个包头，用于定义PES内的数据内容，提供定时资料。

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。

例如，解码器输入的图像帧次序为I1P4B2B3P7B5B6I10B8B9，依解码器输出的帧次序，应该P4比B2、B3在先，但显示时P4一定要比B2、B3在后，即P4要在提前插入数据流中的时间标志指引下，经过缓存器重新排序，以重建编码前视频帧次序I1B2B3P4B5B6P7B8B9I10。

显然，PTS/DTS标志表明对确定事件或确定信息解码的专用时标的存在，依靠专用时标解码器，可知道该确定事件或确定信息开始解码或显示的时刻。

例如，PTS/DTS标志可用于确定编码、多路复用、解码、重建的时间。

TS

Transportstream将具有共同时间基准或者具有独立时间基准的一个或者多个PES组成的单一数据流。

图二：

TS包结构

TS结构各字段的具体含义见附表二。

由图二可见，TS包由包头、自适应区和包数据3部分组成。

每个包长度为固定的188B，包头长度占4B，自适应区和包数据长度占184B。

184B为有用信息空间，用于传送已编码的视音频数据流。

当节目时钟基准（PCR-ProgramClockReference）存在时，包头还包括可变长度的自适应区，包头的长度就会大于4B。

考虑到与通信的关系，整个传输包固定长度应相当于4个ATM包。

考虑到加密是按照8B顺序加扰的，代表有用信息的自适应区和包数据的长度应该是8B的整数倍，即自适应区和包数据为23×8B=184B。

TS包的包头由如图所示的同步字节、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。

2TS流的解码过程（只考虑本地文件，解码只涉及到系统层打包的解码，不涉及到编码的解码）

TS流的基本解码过程：

PAT节目关联表-》PMT节目映射表-》PES音频、视频包。

首先，从PAT获取TS流中所有节目映射表.

然后，从节目映射表中获取每个节目（本设计为本地文件，只含有一个PMT）数据（视频和音频）的PID。

最后，根据传输过来的数据PID对视频数据和音频数据进行系统层复用解码。

系统层复用解码：

循环：

TS-》PES-》ES。

PAT解码：

PAT表携带以下信息:

（1）TS流ID---transport_stream_id，该ID标志唯一的流ID。

（2）节目频道号--program_number，该号码标志TS流中的一个频道，该频道可以包含很多的节目（即可以包含多个VideoPID和AudioPID）

（3）PMT的PID---program_map_PID，表示本频道使用的哪个PID做为PMT的，因为PID可以有很多的频道，因此DVB规定PMT的PID可以由用户自己定义．

PMT解码

PMT表中包含的数据如下:

（1）当前频道中包含的所有Video数据的PID

（2）当前频道中包含的所有Audio数据的PID

（3）和当前频道关联在一起的其他数据的PID（如数字广播,数据通讯等使用的PID）

音视频解码

音视频解码的数据如下:

（1）根据音频PID解码音频数据到缓存区

（2）根据视频PID解码音频数据到缓存区

（3）和当前频道关联在一起的其他数据放到数据区中

3TS流解码

总用例图

Decoder首先调用事件管理器注册各类事件（事件类型见3.2.2），然后调用read_packet函数读取指定文件中的TS包进行分析，根据PID值不同分别对TS进行不同的处理。

Parse_PAT/PMT/..._packet把PAT（注：

PAT的PID为0）和PMT的携带的相关节目流PID的信息（包括视频，音频，私有数据等）存入Directory中，之后Parse_ts_packet通过Directory中提供的PID信号分别对不同的TS分别处理。

各解码类的UML图

3.1.1解码主类

TheDecoderobjectmanagessuchglobalinformationastheNetworkTablepidvalue,thecurrentpacketnumberandthenumberofprogramsandstreamsperprogram（asrepresentedintheDirectorystructure）。

主要函数介绍：

read_packet（）：

Calledtoreadanewtransportpacket。

install_dir（Directory*）：

installDirectory,Directory是一个节目单（比如湖南卫视，星空卫视，东方卫视，CCTV）。

install_prog（Program*）：

installprogram（如湖南卫视）toDirectory。

install_netpid（）：

表示网络信号的来源，当这个更新时，需要重新安装目录。

install_prog_on_current_list安装节目到当前列表。

install_prog_on_new_list安装节目到新的列表。

3.1.2事件管理类

typedefvoid（*Callback）（EventType,void*,void*）：

回调函数模板。

voidRegister（EventTypet,Callbackf,void*d）：

注册事件。

voidTrigger（EventType,void*）：

触发事件。

3.1.3各类包解析的关系图

Consumer：

connect（InputPort*）:

连接到输入接口。

set_cstate、get_cstate表示设置和获取状态。

Sectionconsumer：

read_partial表示读取TS的payload.。

read_header_a、read_header_b表示读取负载的头部分。

read_section根据读取的负载，更新节目。

各个子类分别实现。

PES同上。

3.1.4输入输出类

按要求从缓冲区中读入规定的位，或者字节数。

比如函数read_bit（）表示从缓冲区中读入一个bit的数据（注意缓冲区中以byte对齐），读入时生成CRC。

所有从缓冲区读出数据的方式（bit\byte\nbits）基函数都是这个。

函数read_byte从缓冲区读取一个字节。

read_pattern表示读取指定字符串。

read_reserved_bits读取填充数据。

read_uimsbf（intnbits,char*message）读取n位转化为无符号整形，高位在前。

read_tcimsbf（intnbits,char*message）读取n位转化为有符号整形，高位在前。

check_crc表示CRC校验。

3.1.5解析PAT、PMT、私有数据等

解析PMT中携带的节目信息到program，再把program插入到directory。

类似于机顶盒的搜台系统。

Dirrctory：

函数add_program、remove_program表示添加和删除节目。

get_program表示获取节目，get_num_programs表示获取节目数，

Program：

函数active、deactivate表示添加激活和停止节目，add_estream、remove_estream表示给节目添加和删除ES流，set_pcr_estream表示设置该流含有PCR，get_estream表示获取ES流，get_num_streams表示获取节目中含流的数目。

3.1.6解析TS包

TS包结构，函数get_header_length表示TS包头的长度，config_basic表示TS包基本标志参数设置，config_adaptation表示适应字段设置，inc_cc表示包数量增加，add_pcr，delete_pcr添加和删除PCR。

get_fields_length表示调整字段长，不包括标志位，get_length表示totallengthoftheadaptationfield。

3.1.7解析PES包

对PES包进行解析。

解析出头部数据，解析后的数据分别存贮在”stream68”和”stream69”2个文件中。

函数get_length表示包总长度。

get_header_data_length表示PES头长度，不包括填充字段。

get_header_length表示PES头长度，包括填充字段。

config_basic表示PES参数设置。

3.1.8PCR时钟类

系统时钟的相关的类，对系统时钟进行比较。

其中对27MHZ的时钟算术和逻辑运算符进行了重载。

注：

PCR的校正一直是学术界研究的热点。

3.1.9CRC校验类

每位进行异或运算后存储在一个4BYTE的数组中。

函数poly_cmp作CRC验证。

函数push_bit作CRC的生成。

解码流程图

3.1.10TS包解析流程图

3.1.11Section解码流程图

3.1.12PES解码流程图

4

TS流合成（编码）

各编码类的UML图

4.1.1编码主类

函数install_dir首先安装PAT

函数send_packet表示按PID发送TS包

函数send_scheduled_packet表示按一定的规律轮流发送TS包。

函数recalc_mux表示节目复用

4.1.2合成各类之间的关系

函数get_nready获取已经填充的字节长度.

函数fill_buffer填充buffer.

函数send_payload发送负载.

函数send_section发送sectionpacket.

编码主要流程

4.1.3TS编码流程图

4.1.4负载（pes、section）打包过程

附表一：

●PES分组字段

packet_start_code_prefix（24）

开始码字为0X000001

stream_id（8）

原始流的类型和数目，取值从10111100到11111111之间。

各值含义具体见13818-1。

PES_packet_length（16）

表示从此字节之后PES包长（单位字节）。

0表示PES包长不限制，且只能用于视频PES。

10

填充字节。

PES_scrambling_control

（2）

PES有效负载的加密模式。

00表示不加密，其余表示用户自定义。

PES_priority

（1）

PES数据包的优先级。

类似于TS的此字段。

data_alignment_indicator

（1）

为1时，表明此分组头部之后紧跟着数据流描述子中定义的访问单元类型。

copyright

（1）

版权，1表示有版权，具体见版权描述子13818-11-2-6-24。

0表示没有。

original_or_copy

（1）

1表示原始数据，0表示备份

PTS_DTS_flag

（2）

10表示含有PTS字段，11表示含有PTS和DTS字段，00表示不含有PTS和DTS，01无定义。

ESCR_flag

（1）

1表示ESCR在PES首部出现，0表示不出现

ES_rate_flag

（1）

1表示PES分组含有ES_rate字段。

0表示不含有。

DSM_trick_mode_flag

（1）

1表示有8位的trick_mode_flag字段，0表示不出现此字段。

只对DSM有效。

在广播中不用。

additional_copy_info_flag

（1）

1表示有copy_info_flag字段，0表示不出现此字段。

PES_CRC_flag

（1）

1表示PES分组中有CRC字段，0表示不出现此字段。

PES_extention_flag

（1）

1表示扩展字段在PES包头存在，0表示扩展字段不存在

PES_header_data_length（8）

表示可选字段和填充字段所占的字节数。

0010

0010填充字段，表示只含有PTS，不含有DTS

当含有DTS时，这个填充字段为0011

PTS字段。

PTS[32…30]（3）

marker_bit

（1）

PTS[29…15]（15）

marker_bit

（1）

PTS[14…0]（15）

marker_bit

（1）

0001

0001填充字段，表示接下来为DTS。

DTS数据解码时间

DTS[32…30]（3）

marker_bit

（1）

DTS[29…15]（15）

marker_bit

（1）

DTS[14…0]（15）

marker_bit

（1）

reserved

（2）

填充字段

基本系统参考时间，和扩展系统参考时间。

ESCR_base[32…30]（3）

marker_bit

（1）

ESCR_base[29…15]（15）

marker_bit

（1）

ESCR_base[14…0]（15）

marker_bit

（1）

ESCR_extention（9）

marker_bit

（1）

marker_bit

（1）

表示系统解码器从PES分组中接收字节的速度。

以50B/s为单位，有传送的作用。

ES_rate（22）

marker_bit

（1）

trick_mode_control（3）

特技模式，比如快进，快退。

具体见13818-1

field_id

（2）

表示在特技模式中，哪些场将被显示。

00表示仅显示顶场，01表示仅显示底场，10表示显示全帧。

11保留。

1表示编码间隙中可能丢失宏块，0表示不会丢失宏块。

丢失宏块用前面已解码的图像宏块代替。

编码的受限系数集，表示DCT后系统的非零限制，具体见13818-1

intra_slice_refresh

（1）

frequency_trunction

（2）

field_rep_cntrl（5）

隔行扫描中首场和底场显示顺序。

reserved（3）

填充

marker_bit

（1）

填充

additional_copy_info（7）

包含和版权有关的私用数据

previous_PES_packet_CRC（16）

CRC校验PES包数据（不包括包头）

PES_private_data_flag

（1）

1表示PES包首部中含有私用数据，0表示没有。

pack_head_field_flag

（1）

1表示PES首部含有一个ISO/IEC11172的组首部。

0表示PES首部没有含有组首部。

program_packet_sequence_counter_flag

（1）

1表示PES分组含programpacketsequencecounter和

字段，0表示不含有。

P-STD_buffer_flag

（1）

reserved（3）

填充

PES_extention_flag_2

（1）

1表示出现PES_extention_flied及相关字段。

0表示不出现。

PES_private_data（128）

私用数据

pack_field_length（8）

指示pack_header_field（）字节长度。

marker_bit

（1）

program_packet_sequence_counter（7）

计数器，到0后重新计数，计算PES分组的数量。

marker_bit

（1）

MPEG1_MPEG2_identifier

（1）

1表示PES分组带有ISO/IEC11172-1系统信息，0代表带有PS流信息。

original_stuff_length（6）

01

P-STD_buffer_scale

（1）

联合使用控制BSn缓冲区的大小，具体定义见13818-1。

仅用于PS流中。

P-STD_buffer_size（13）

marker_bit

（1）

PES_extention_field_length（7）

规定此字段之后的扩展（填充）字段长度（单位字节）

reserved（8）

保留位8位

stuffing_byte（8）

填充字段。

11111111

PES_packet_data_byte（8）

PES包原始流数据长度，等于PES_packet_length减去从PES_packet_length到此字段之前的长度。

padding_byte（8）

填充字段。

11111111

附表二：

●传送流结构

sync_byte（8）

01000111

transport_error_indicator

（1）

传送层外被置1，表示至少一个不可纠正的错误位，改正前不被置0

payload_unit_start_indicator

（1）

该字段置1表示携带的是PSI或PES第一个包。

该字段置0表示携带的不是PSI或PES第一个包。

transport_priority

（1）

置1表示比其他同PID组有更高优先级

PID（13）

0x0000-0x000F保留，0x1FFF空分组

transport_scrambling_control

（2）

00表示未加密，其他“自定义”，空分组为00

adaptio