（微电子学与固体电子学专业论文）dvb监测系统的设计与实现.pdf

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 i 摘 要 在数字电视日益发展的今天，数字视频产品和广播技术在不断的创新。为了促进 数字电视运营中所有经营活动的透明性，形成节目方、传输方、服务方及用户之间的 良性互动，各种数字电视的监测设备研制和开发是十分必要的，它将广泛应用于实现 数字电视广播的各个环节中。 本文介绍的是集射频信号接收、asi 网络接收、ts 码流分析、mpeg 解码、多 画面处理、图像分析、数字音频监听、网管服务器为一体的中心级 dvb 多通道监测 系统。通过此系统可对 dvb 系统进行全线监测，实现故障分析、故障过程记录、自 动报警等功能。用户可通过以太网实现远程控制，以达到网络化管理的目的。 本文首先概述了dvb系统，介绍了中国数字电视的发展及相关监测设备的需求。 然后论述了mpeg- 2系统层协议， 详细阐述了传输流语法、 节目专用信息 （psi） 和dvb 业务信息（si）三方面内容。接着提出了监测系统所实现的功能及其硬件实现方案， 重点对信号的接收与发送、码流的分析与测试的实现进行了详细的阐述，并进行了相 关的功能验证。最后论述了本设计的主要工作和待改进的部分。信号的接收与发送的 设计采用fpga芯片代替cypress公司的cy7b933和cy7b923芯片来实现asi信号接收 与发送的方案。码流分析可实现对符合mpeg- 2、dvb格式的码流的系统级分析，包 括psi和si信息提取与显示。 码流的测试根据dvb etr290标准提供的关于码流测试的 相关规定，对传输流进行监测，并提供详细的错误信息报告。 关键词：mpeg- 2 dvb asi 分析 监测 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 ii abstract with the development of digital television, the digital video products and the broadcasting technique is being improved continuously. it is necessary to develop several of equipments for the sake of transparence in management of dtv and forming the mutual benefit in programming, transmission, serving and user. these equipments will be applied to every aspect in dtv broadcasting. the system introduced by this paper is the central multiplex dvb monitor system integrating rf receiver, asi receiver, transport stream analyzing, mpeg decoding, multiplex menu display, switch of audio/video and server of network. the whole dvb system can be monitor and the function including malfunction analyzing, malfunction recording, autoalarm can be implemented by this system. user can realize tekecommunications by ethernet to achieve the aim of management by network. the dvb system was summarized and the development of digital tv in china was introduced in this paper firstly. whereafter, the mpeg- 2 systems specification was dissertated. the syntax of transport stream, program specific information (psi), service information (si) was expatiated in this part. the functions of the dvb monitor system and the hardware circuit of this system was introduced. the scheme to implement asi receiver and transmitter, the realization of how to analyze and monitor transport stream is described in detail. also the test results of the system were described. finally the work and the disadvantage of the design were mentioned. the scheme to implement asi receiver and transmitter only use fpga to replace the scheme based on cy7b933 and cy7b923 of cypress. the transport stream analyzing including extracting and displaying psi, si. further more, according to dvb etr290, the system is accomplished to monitor the transport stream and give the detailed description for the error information. keywords：mpeg- 2 dvb asi analyze monitor 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人 和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本 人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密， 在 年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪论 1.1 引言 数字电视的研究始于 20 世纪 80 年代初。经过二十多年的发展，当今数字电视技 术正在从具有简单交互式应用的第一代数字机顶盒朝着与互联网结合、具有较强交互 能力的第二代数字机顶盒即综合接收解码器 ird方向发展1。从当前技术发展趋势来 看，数字电视取代模拟电视已经指日可待，全球各国尤其是西方发达国家非常重视该 领域的研究、开发、标准的制订与推广应用，我国也将数字电视技术的研发列入“十 五”计划中的十大优先发展的信息技术产业之一。 与模拟电视有 ntsc、pal 和 secam三种标准一样，目前，数字电视标准也有 日本的综合业务数字广播(isdb)、 美国的高级电视制式委员会(atsc)和欧洲的数字视 频广播(dvb)各自形成的三种不同的数字电视标准，这三种标准都采用 mpeg- 2 压缩 编码方式2。在这三种标准中，尤其以欧洲的 dvb 标准发展最快，普及范围最大， 世界上许多国家包括中国已经采用 dvb标准进行商业广播。 1.2 dvb 系统概述 dvb是 digital video broadcasting 的英文缩写，即数字视频广播的意思。在当今 数字飞速发展的时代，视频技术也不甘落后，打破在传统的模拟领域研究的局限，也 开始了数字领域的探索，成为数字发展主流中的一个重要的组成部分。 二十世纪八十年代，人们一直认为数字电视广播是不切实际的，并且是造价昂贵 而无法实现。进入九十年代后，在该领域的开拓者开始和生产厂商联合讨论如何建立 一个全欧洲的电视平台以促进数字地面电视的发展。 1991 年底，电视领域的开拓者和 该领域的生产者联合讨论成立了一个可以通观欧洲数字电视发展全局的组织 elg(the european launching group)。 后来，elg 组织的规模逐渐扩大，包括公众或私人的主要的欧洲媒体兴趣组织、 电子生产者、以及一些在实际岗位上的工作者和技术改进者。该组织起草了一份谅解 备忘录(memorandum of understanding)草案，制订了这个全新的富有挑战性的事物运 行的规则。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 该谅解备忘录是进入未开拓领域的起点，这意味着各个生产厂商需要重新估量人 们的需求和考虑他们的发展议程。于是，建立在信任和互相尊重的基础上，该谅解备 忘录在 1993 年秋被分给了每一个参与者，而 elg 组织也改名为 dvb 组织。于是， 数字视频广播的发展，在欧洲也开始起步，并迅速地发展起来。 在这段时间内，数字电视的工作组也一直致力于欧洲地面数字电视前景和可行性 的研究，具有权威性的报告向大家介绍了许多新的概念，例如实现同时为多种不同的 消费市场（手提电视、高清晰度电视等）提供服务3。 与此同时，欧洲的卫星电视广播也开始发生了变化。dvb 为集中欧洲各种电视 行业的兴趣热点，使之统一为一个组织提供了契机。它致力于在一个统一的观点的基 础上发展出一套完整的数字电视系统。 从 1993 年，dvb 组织成立以来，它的发展势头十分迅猛，在短短的不到十年的 时间内，它逐渐成为视频广播的市场带头组织。它的目标是建立一个在 mpeg- 2 基础 的数字视频框架4。目前 dvb 组织成员已发展到 300 多个，遍布世界 30 多个国家， dvb系列标准正在成为领导全球数字电视技术的世界标准。 数字视频广播可以通过卫星、同轴电线、微波等多种方式来实现。于是，根据传 输方式的不同，便有了 dvb- s(卫星数字电视广播系统)、dvb- c(有线数字电视广播 系统) 和 dvb- t(地面开路数字电视广播系统)的区别。现在，由于卫星和同轴电缆的 传输媒质性质比较简单、固定，可以建立相应的模型，便于分析，dvb- s 和 dvb- c 都有了较为迅速的发展，有了统一的标准，而 dvb- t 由于地形的复杂和多样性，不 便于建立统一的模型，没有相对统一的完善的标准可依5，因此，各个厂家的标准各 不相同，也使 dvb- t 的发展相对缓慢。市场的优先权也决定了 dvb- s 和 dvb- c 的 发展要快于 dvb- t。 1.2.1 卫星数字电视广播系统 图 1- 1 是卫星数字电视广播系统示意图。它将 200mb/s 以上速率的电视节目的模 拟音频/视频以及数据信号经过mpeg- 2数字压缩编码器压缩编码为15mb/s以下速率 的数字传送流，再经过多路节目复用器进行复用，获得更高速率的 mpeg- 2 混合 ts 流，并依据节目制作者的需要，通过复用器对节目进行加扰，再被送入 qppk 数字调 制器，最后被调制到中频(if)的 qpsk 信号进行上变频，达到 c 波段或 ku 波段所需 的微波频率(其可用频段可达 11ghz12ghz)，通过天线进行上星发射6。来自于 mpeg- 2 传输层的最大数据速率大约为 38.1 mb/s。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 图 1- 1 卫星数字电视广播系统示意图 1.2.2 有线数字电视广播系统 在 catv 网中，电视信号在铜质电缆内传输，受外界干扰少。dvb 规范中规定 使用 qam 调制方式，根据传输环境的状态，可采用 16- qam、32- qam、64- qam、 128- qam 或 256- qam 不同的调制速率。对于传输远、噪声大的系统，可采用低的调 制速率，比如，16- qam、32- qam，否则应采用高的调制速率7。目前，在 catv网 使用 64- qam 调制速率，在 8mhz带宽内可传送的数据速率高达 38.5mb/s。图 1- 2 为 catv网数字电视广播系统前端示意图。 图 1- 2 有线数字电视广播系统前端示意图 1.2.3 地面开路数字电视广播系统 在地面开路数字电视广播系统中，采用目前的开路电视频段特高频(uhf)或者甚 高频(vhf)。由于地面建筑物等对信号的多次反射以及多种噪声等多效应干扰，会使 电视广播频率资源严重不足，为此在地面开路数字电视广播系统中，引入 cofdm 处 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 4 理方式。图 1- 3 为地面开路数字电视广播系统的示意图。 图 1- 3 地面开路数字电视广播系统前端示意图 信号经过 cofdm 方式处理后，再灵活采用 qpsk 或 qam 的调制方式，最后再 通过上变频器进行上变频送到发射天线。因此，dvb- t 要比 dvb- s、dvb- c 复杂得 多。dvb- t 用于全球数字广播系统，适于 6mhz、7mhz、8mhz的全球频道6。来自 于 mpeg- 2 传输层的最大数据速率大约为 24 mb/s。 1.3 我国数字电视的发展概况 目前数字电视产业正在全球崛起，许多国家计划在 2006 年全面实现电视节目数 字化，为了促进我国的数字电视技术和产业的发展，国家广电总局正在加快推进我国 有线电视数字化整体转换的工作8。广电总局在广播影视科技“十五”计划和 2010 年远景规划中对中国数字电视的发展做了明确规划：到 2005 年，直辖市、东部地 区地（市）以上的城市、中部地区省会和部分地级市、西部地区省会的有线电视完成 向数字化过渡；2008 年，主要城市将普及数字 hdtv 的商用播出，北京奥运会将 以数字 hdtv 方式向全世界转播；2010 年全面实现数字广播电视；2015 年将关闭 模拟广播电视的播出，全面实现数字化。这意味着在未来十年内，数字电视设备市场、 数字电视网络运营、节目制作与集成及信息服务将拥有非常大的市场潜力和机会6。 由于我国数字电视的商业化运营刚刚起步，数字电视运营中的所有经营活动几乎 完全封闭在各地服务方内部，缺乏透明性，节目方、传输方在供应节目给服务方时倾 向于采取保守策略。数字电视运营还没有形成一个节目方- 传输方- 服务方- 用户之间的 良性互动。建设有线数字电视监管平台将有利于我国数字电视整体发展。 目前国外已有的这类设备包括r h p 公司的mpegscope dvb（e6276a）及mpegscope dvbplus( e62766a) ; 以及tektronix公司的mts100, mt200和mt300测试系统； acterna公司的dts- g/- a/- ag等测试系统9。但由于价格昂贵，难以满足国内需求量日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 5 渐增长的要求。国内生产类似设备的厂家还比较少。因此研制适合我国国情、价格相 对低廉、使用方便的监测设备，是十分必要的。 dvb监测系统作为地方监测终端装置在直辖市、省(自治区)会城市、计划单列市 和县级有线电视前端，可对前端播出质量和内容进行监测，具体应用方案如图 1- 4 所 示。 图 1- 4 监测系统应用方案示意图 1.4 本文内容安排 本文主要内容安排如下： 第一章绪论首先概述了dvb系统的发展现状， 接着论述了dvb系统的三种传输方 式，最后研究了中国数字电视的发展及相关监测设备的需求。 第二章主要研究了mpeg- 2系统层协议。重点阐述码流分析所必需的传输码流语 法、节目专用信息（psi）及dvb业务信息（si）三方面的相关内容。 第三章研究了监测系统所能实现的功能及其硬件实现方法。提出了板卡组成方 案，并详细论述了底板、mhp板等板卡的电路结构。 第四章研究了底板接口fpga所完成的各项功能及其实现方法。首先提出了 fpga程序的总体功能， 接着论述了功能实现的关键原理及整个fpga的模块划分和实 现，最后给出了接口fpga功能验证结果。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 6 第五章研究了码流分析与测试的实现方法。 首先介绍了码流分析与测试的整体设 计，接着详细论述了分析与测试的实现方法，最后给出了整机调试中有关分析与测试 的功能测试结果。 第六章概述了本课题的主要研究工作及设计中有待改进之处。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 7 2 mpeg- 2 系统层和业务信息 mpeg- 2标准共有3部分：第1部分是系统部分（iso/iec is 13818- 1） ，第2部分是 图像部分（iso/iec is 13818- 2） ，第3部分是声音部分（iso/iec is 13818- 3） 。系统部 分主要包括如何将一个或多个图像、声音及其它数据的基本码流组合成单一或多个码 流使之便于储存和传输10。系统编码规定两种方式：节目码流（program stream，ps） 和传输码流（transport stream，ts） 。它们各自为不同的应用而最佳化11，即它们的 标准所定的编码语法都是为实现图像和声音信息的同步解码和显示所必需和充分的， 并且保证解码器中的已编码数据不会上溢和下溢。在这些信息的编码中采用了有关已 编码声音与图像数据的解码和显示的时间标记，以及有关数据流本身的传输的时间标 记。 一个图像和声音基本码流的基本多工方法为：压缩后的基本码流与系统的信息一 起组合、打包，产生打包基本码流（pes, packetised elementary streams） ，然后这些 pes又组合形成节目码流或传输码流12。 在dvb系统中传送的mpeg- 2码流属于传输码流。传输流是针对容易发生误码的 环境而设计的，是由带一个或多个独立时基的一个或多个节目组合而成的一路码流。 ts的速率可以是固定不变的，也可以是变化的。它的速率由节目参考时钟pcr字段的 位置和数据决定，通常每个节目都有自己的pcr字段12。 监测系统对传输码流的分析监测主要是通过系统层的解复用实现。系统层解复用 原理包括：传输码流语法、节目专用信息（psi）及节目参考时钟（pcr）的提取与 测试。 2.1 传输码流语法结构 对传输码流的分析监测主要是通过对系统层进行分析，首先要对传输流语法进行 分析，掌握其分组结构。 传输流是由一个个传输包组成，传输包的包长固定为 188 字节或 204 字节。如图 2- 1 所示，188b长度的传输包由 4b的包头、可变长度的调整字段以及有效净数据组 成。ts 包中的有效净数据所传输的信息主要包括 4 种类型13： （1） 视频、音频的 pes 包以及辅助数据。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 8 （2） 描述单路节目信息的节目映射表（pmt）与描述多路节目信息的节目关联 表（pat）以及对 ca 系统所要求的条件访问表（cat）。 （3） 各种业务信息（si）表，包括强制性的网络信息表（nit）、业务描述表 （sdt）、节目段信息表（eit）与时间与日期表（tdt）,还包括可选的 业务组表（bat）、运动状态表（rst）和时间偏移表（tot）等。 （4） dvb 数据广播信息，包括数据管道、异步数据、同步、被同步数据流、 多协议封装、循环数据、循环对象。 通常有效净数据的长度是 184b，有时须要插入一段调整字段，该字段用于补充 长度不足 184b的不完整传输流，并根据需要插入解码时钟（pcr）。 图 2- 1 mpeg- 2 ts 包头语法结构示意图 2.1.1 mpeg- 2 ts 包头 每个 ts 包的包头信息鉴别种应用比特流，它们构成 ts 包的负荷，所支持的 应用包括视频、音频、数据、节目和系统控制信息等。 4b包头由同步字节、1b 传输误差指示符、lb 有效净数据单元起始指示符、1b 传 输优先级、13b 的 pid、2b 传输加扰控制，2b 调整字段控制和 4b 连续计数器组成14。 其中有效净数据单元起始指示符表示pes 数据包字头或者包含与节目有关的信息psi 的起始端，是否出现在该数据包的净荷中；调整字段控制表示后面是否接有调整字段 和净数据信息；连续计数器中的数值对于具有相同 pid 值的净数据而言，将从 015 连续循环，用以在解码端检测是否有丢失的数据包。图 2- 1 与表 2- 1 分别表示了 mpeg- 2 包头的语法结构15。 2.1.1.1 同步字节（sync_byte） 这是 1b长度字段，其值为 0 x47，该字段是 mpeg- 2 ts 包标识符。 2.1.1.2 传输错误指示符（transpor t_error_indicator） 这是 1b 长度字段。当其值为 1 时，表示在相关的传输包中至少有一个不可纠正 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 9 的错误位，只有在错误纠正之后该位才能被重新置 0。 表 2- 1 mpeg- 2 ts 包头 语 法 比特长度 缩写 transport_packet() sync_byte transpor t_error_indicator payload_unit_start_indicator transport_priority pid transport_scrambling_control adaptation_field_control continuity_counter if(adaptation_field_control= 10 | adaptation_field_control= 11 ) adaptation_field () if(adaptation_field_control= 10 | adaptation_field_control= 11 ) for(i=0;in;i+) data_byte 8 1 1 1 13 2 2 4 8 bslbf bslbf bslbf bslbf uimsbf bslbf bslbf uimsbf bslbf 2.1.1.3 净数据单元起始指示符（payload_unit_start_indicator） 这是 1b 长度字段。该字段用来表示 ts 包的有效净数据带有 pes 包或者 psi 数 据的情况。 当 ts 包带有 pes 包数据时，payload_unit_start_indicator 具有以下特点：置为 1， 表示 ts 包的有效净数据以 pes 包的第一个字节开始；置为 0，表示 ts 包的开始不 是 pes 包17。 当 ts 包带有 psi 数据时，payload_unit_start_indicator 具有以下特点；置为 1，表 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 10 示 ts 包带有 psi 部分的第一个字节，即第一个字节带有指针 pointer_field；置为 0， 表示 ts 包不带有一个 psi 部分的第一个字节，即在有效净数据中没有指针 pointer_field。 对于为空包的包，payload_unit_start_indicator 应该置为 0。 2.1.1.4 传输优先级（transport_priority） 这是 1b 长度字段。当该字段置 1，表示相关的包比其他具有相同 pid 但此字段 置0的包具有更高的优先级。 可以根据此字段确定在一个原始流中数据的传输优先级。 2.1.1.5 pid 这个 13b 长度的字节，表示存储于传输包的有效净数据的类型。pid0 x0000 表 示净数据为节目关联表；pid0 x0001 表示净数据为条件访问表；pid0 x0002 0 x00f 为系统保留 pid；pid0 x1fff 表示净数据为空包；其他 pid 值表示净数据为 节目映射表、网络信息表、已经由用户定义打包的音频视频数据 pes 包等10。 这个在包头 32b 中的 13 位的 pid 特别重要，它是辨别码流信息性质的关键,不同 的电视节目和业务信息 si 对应有不同的 pid 值。再解码过程中，为了找到所要接收 的电视节目，它首先通过 pid 值找到节目专用信息 psi 与业务信息 si 所对应的不同 表18，这些表包括 pat、pmm、cat、nit、sdt、eit 及 tdt 等，通过这些有关 节目的信息表，尤其是节目的专用信息表可以查到所要接收节目的 pid 值和对应的时钟 pcr，这样节目就可以被还原。具有pid 值为 0 x0000、0 x0001、0 x00100 x1ffe的 ts 包可携带一个 pcr。除pat 表包的 pid 固定为 0 外，还有两种包的 pid 是预留的：一 是空包，它用作码流填充，其 pid是 8191；二是条件接收表 cat 包，其pid 值总是 1。 2.1.1.6 传输加扰控制（transport_scrambling_control） 这是一个 2b 长度字段。该字段用来指示 ts 包有效净数据的加扰方式。如果 ts 包头部包括调整字段，则不应该被加扰。对于空包，transport_scrambling_control的值 置为“00”。表 2- 2 列出了加扰控制字段值。 表 2- 2 加扰控制字段值 取 值 描 述 00 未 01 用户定义 10 用户定义 11 用户定义 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 2.1.1.7 调整字段控制（adaptation_field_control） 这是一个 2b 长度宇段， 表示 ts 包头部是否跟随有调整字段和是否跟随有有效净 数据。其值表示意义如表 2- 3 所列。 表 2- 3 调整字段控制值 调整字段控制值 描 述 00 为 iso/iec 未来使用保留 01 没有调整字段，仅含有 184b 长度的有效净数据 10 没有有效净数据，仅含有 183b 长度的调整字段 11 0182b 的调整字段后为有效净数据 2.1.1.8 连续计数器（continuity_counter） 这是一个 4b 长度的字段。它随着具有相同 pid 的 ts 包的增加而增加，当它达 到最大时， 又恢复为 0， 如果调整字段控制值 adaptation_field_control为 “00” 或 “10” ， 连续计数器值不增加。 在 ts 流中，当复用的包可能被作为两个连续的具有相同 pid 的 ts 包传送出时， 则复用的传输包与原传输包具有相同的 continuity_counter，而调整字段控制值为“01” 或“10”。在复用的包中，除了节目参考时钟 pcr 有效字段的值将被重新编码外， 原包中每个字节将被复制。 在特定的 ts 流中具有相同 pid 包的 continuity_counter 是连续的，或与前一个具 有相同 pid 的包相差 1，但是在遇到调整字段控制值为“01”或“10”等不增加条件， 或在调整字段中 discontinuity_indicator时，continuity_counter 将不连续19。 2.1.1.9 净数据（data_byte） 该字段为 lb 长度的数据，在此之前，应根据该 ts 包头的结构定义及其相关含义 与 ts 包 188b大小计算循环字节长度 n，数据字节可以是 pes 包、 psi 部分以及私有 数据的连续字节。 2.1.2 mpeg- 2 ts 包调整字段 假如传输包中含有调整字段，则紧跟包头的就是调整字段。调整字段是一个可变 长度的域，它是由存在于 ts 包头中的调整字段控制值来标识的。当利用包头的信息 将各基本比特流提取出来后，调整字段便提供基本比特流解码所需的同步及时序等功 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 12 能，以及编辑节目所需的各种机制，如本地节目插入等18。 图 2- 2 mpeg- 2 ts 包的语法结构示意图 如图 2- 2 所示，调整字段中的第一个字段是调整字段长度，说明了该传输包中调 整字段所占的字节数。它的值是指紧跟该字段后所有的调整字段的字节数，那么整个 调整字段的长度就是该值加一。当调整字段控制值为“11”时，调整字段长度应该在 o182b之间。当调整字段控制值为“10”时，调整字段长度应为 183b。 当 pes 包的数据不足以填充整个 ts 包的有效净荷字节时，需要插入填充字节。 通过在调整字段的最后的额外空间中插入填充字节，使得在调整字段之后剩下的有效 净荷字节长度恰好与可获得的 pes 包的数据长度相等。 与 pes 包数据不足的填充方法不同，对于携带 psi 数据的 ts 包的填充方法，先 要在 ts 包头将净数据单元起始指示符置为“1”，ts 分段的开始由在 ts 包有效挣荷 中的 1b 长度大小的 pointer_field 指示，pointer_field 的值为此字段之后到 ts 包有效 净荷的第一个分段的第一个字节之间的字节数。如果 pointer_field=0x00，表明具有相 同 pid 的下一个 ts 分段的立即开始。如果在 ts 包中没有一个分段的开始，将净数 据单元起始指示符置为“0”，在该包的有效净荷中不发送 pointer_field 指针。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 13 不连续指示符，表明当前传输包的连续状况，“1”表示不连续，“0”或者无该 字段出现表示没有不连续的状况。用不连续指示符表示两类不连续性，即系统时间基 点的不连续性和连续计数的不连续性。 前一种不连续情况发生在pid值等于pcr_pid 值的传输包中，即当一 pid 流中含 pcr 时，其中某一传输包的该字段若为“1”，表 示此 pid 流中有系统时钟的更新。当发生系统时钟基准不连续时，以这个新的时钟基 准得到的 pcr 值必须在下一次不连续状况发生之前至少出现两个。后一种不连续情 况发生在任何 pid 值的传输包中20。 随机访问指示符，如果该字段置为“1”，那么表明下一个有相同 pid 的 pes 包 应随含有 pts 字段和一个原始流访问点。在这里，该原始流的访问点定义为：对于视 频，其访问点是视频序列首部的第一个字节；对于音频，其访问点是音频帧的第个 字节。 原始码流优先级指示符，在具有相同 pid 的包中，该字段用来指明在 ts 包的有 效净荷中原始流数据的优先级。该字段置为“1”，表明此有效净荷比其他 ts 包的有 效净荷优先级高，此字段置为“0”的其他有效净荷具有相同优先级21。 五个标志位分别为：（1）节目时钟基准标志（pcr_flag），该字段置为“1”， 表示此调整字段包含一个 pcr 字段；该字段置为“0”，表示此调整字段不包含任 何 pcr 字段。（2）原节目时钟基准标志（opcr_flag），该字段置为“1”，表示 此调整字段包含一个 opcr 字段；该字段置为“0”，表示此调整字段不包含任何 opcr 字段。（3）拼接点指示符，该字段规定是否出现拼接点。当置为“1”时， 表示拼接倒计数字段应该出现在相应的调整字段中，并规定了要出现拼接点；当置 为“0”时，表示在调整字段中没有拼接倒计数字段。（4）传输专用数据指示符， 指明调整字段是否含有专用数据。（5）调整字段扩展指示符，指明调整字段是否扩 展。 pcr（节目时钟基准）是一个 42 位码字，由两部分组成：一部分 33bit 字段以系 统参考时钟的 1/300（90khz）为采样频率，称为 pcr 基本部分（pcr_base（i） ） ；另 一部分称为 pcr 扩展部分（pcr_ext（i） ） ，是以系统参考时钟（27mhz）为采样频 率的 9bit 字段。两项之和最大值大于24 小时，以便于节目的安排。pcr 只是一个时 间值 t（i） ，i是该 pcr中含基本部分的最后一个比特的字节在整个传输流中的序号， 即 pcr 值代表的是这一字节到达系统目标解码器的时间。其它字节到达系统目标解 码器的时间可由公式 2- 1 得到： 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 14 )(_ )( )( iratetransport ii frequencyclocksystem ipcr it += （21） 其中： i是传输流中任意字节的序号； i是前一个刚被解码的含 pcr 基本部分最后一 个比特的字节在传输流中的序号（ ii i）；pcr（ i）是 pcr 基本部分和扩展部 分所代表的时间值，以系统时钟为单位。 可选的 opcr（原节目时钟基准）也是由两部分组成的 42 位码字，与 pcr 相对 应，该字段由基础部分与扩展部包组成。opcr 允许在单路节目或者多路节目的传输 流中出现22。 opcr 有助于从另一个 ts 中重建一个单路节目传送流。重建原始单路节目 ts 时，可以拷贝 opcr 到 pcr 字段。只有当完整正确地重建原始的单路节目 ts 时，由 此产生的 pcr 值才有效。利用 opcr_base（i）与 opcr_ext（i）计算 opcr（i）如 下： opcr（i）opcr_base（i）300opcr_ext（i） （22） opcr_base（i）=(system_clock_frequencyt(i)div300)%2 33 （23） opcr_base（i）=(system_clock_frequencyt(i)div1)%300 （24） 其中，t(i)表示输入字节到达的时刻。解码器可以忽略 opcr 字段，同时解码器 或多路节目复用器不应该修改 opcr 字段。 拼接倒计数是一个 lb 字段，其值可正可负。正值表示在相关的 ts 包之后直到一 个拼接点之前，具有相同 pid 的 ts 包剩余数。但复制的 ts 包和仅包括调整字段的 传送包除外。在 ts 包的最后字节之后立即定位拼接点，而此 ts 包中相关的拼接倒 计数字段达到零。在这样的拼接倒计数字段达到零的 ts 包中， ts 包净荷的最后数据 字节应该是己编码的音频帧或视频帧的最后字节。在视频情况下，对于访问单元可以 或不可以由一个 sequence_end_code 终止。在此之后具有相同 pid 的 ts 包可以包括 来自相同类型但不同原始流的数据。具有相同 pid 的下一个 ts 包的净荷从 pes 包的 第一个字节开始。对于音频情况， pes 包净荷从一个访问点开始；对于视频情况， pes 包净荷从个访问点或其后跟着一个访问点的 sequence_end_code 开始23。因此前一 个已编码的音频帧或视频帧与包的边界对准， 或者通过填充达到对准。 在拼接点之后， 拼接倒计数字段同样出现。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 15 当拼接倒计数是个负值时， 该字段表示相关的 ts 包是拼接点之后的第 n个包。 而复制的包和没有净荷的包除外。 传输专用数据长度是一个 1b 字段，该字段表示在该字段之后的专用数据的字节 数由，但是专用数据字节数不应使专用数据延伸到调整子段之外。 传输专用数据是一个 1b字段，由 isu/iec 定义。 调整字段扩展长度是一个 1b 字段，该字段表示在此字段之后扩展调整字段的数 据长度。 调整字段中的其它字段暂时没有涉及。 2.2 节目专用信息（psi） mpeg- 2 ts 不是一个传输复用，而仅仅是一个业务复用。mpeg- 2 传送依赖于为 这样的业务规定的系统层。当错误的传送一个传输包时，需要系统层来标识并在传输 包头中表示。mpeg- 2 传输包携带两类信息：己压缩的音频/视频等素材和与之相关的 符号化的表。后者称为节目专用信息( program special information，psi) 表。psi 用来 描述 ts 的组成结构，控制与管理着编组不同的音频、视频流成为节目的信息。同一 节目包括的音频/视频集合共享一个共用的时间基准。正是节目专用信息(psi)管理着 一个传输流可能会包含多少路节目，每一路节目由多少音频、视频流组成。可以通过 它找到须要得到的节目，及节目是否加密、如何解密等。 mpeg- 2 系统层指定的 psi 包括节目关联表(pat)、节目映射表(pmt)、网络信息 表(nit)、条件访问表(cat)。其中，nit 是可选的，其主要内容属于私有性质，在 mpeg- 2 ts 系统中没有规定这个表的格式。psi 数据由固定字长的整体字头和可变长 的节目表清单 pat、pmt、cat 以及 4b 的 crc 构成。这些表中，每个都可以作为 一个或多个 ts 包的净数据插入 ts 流中传输。 当一个 psi 表的字节长度大于 184b 时，这样的表通常是以 psl 分段方式来传送 的。该分段不需要同步化，可以由 crc 保护，但不能被加密。该分段具有可变长度， 但其长度一般都很小。分段机制允许将一个数据表分段映射为多个数据段，如果数据 表的长度小于或者等于 188b(包括包头)，则数据表可以放入一个数据段而无需分段。 当在同样一个包中传送分段时，从一个分段到下一个分段，分段长度是相关的。通过 将版本号与一个分段的关联，同样也支持一种更新机制。图 2- 3 表示 psi 的分段映射 与 ts 包的生成过程。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 16 图 2- 3 psi 的分段映射与 ts 包生成示意图 psl分段是由以下字段的组合进行唯一识别的： （1）表识别符，用来识别表的类型符。0 x00 用于 pat 表，0 x01 用于 cat 表， 0 x02 用于 pmt表，其它值分配给用户专用。因此可通过表识别符建立一个滤波器来 判断新的分段的有无。 （2）表识别符扩展，它存在于长版本的分段中。在 pat 表中用来识别有效流的 传输流识别号，该号由用户定义；在 cat 表中都置为“1” ，以备将来使用；在 pmt 表中含有节目号，可指明该分段的数据属于那一个节目。 （3）分段号，它可以帮助解码器以用来的顺序重排特定表。一般按分段号的顺 序传送。 （4）版本号，当 psi 所描述的传输流特征改变时，新的 psi 数据必须以更新后 的信息传送。解码器需要内功识别最近所接收到的分段于前面处理或存储的分段是否 一样，这些都通过版本号进行判断。 （5）当前下一指示符，可知道那一个 psi 分段有效。 2.2.1 节目关联表(pat) pat 的 pid 为 0 x000，它定义了 ts 中的所有节目，每个节目在 pat 中都有一个 具有节目号码和对应节目映射表的 pid 值的条目。在映射为一传输流分组之前，pat 可能被分成 255 个分段， 每个分段含有整个 pat 的一部分， 分段的长度不可超过 1024 字节24。这种分法，预计在发生误码时，数据丢失率可以最小化也就是分组丢失或位 错误可定位于更小的 pat 分段，这样就允许其它分段被接收和正确解码。pat 表中 节目号码为 0 的值保留，用于规定网络信息表的 pid。它是指向带有网络信息表的传 输流分组的指针。 pat 表格的整体字头为 8b 长度，由表格标识符、表格分段长度、传送比特流标 pmt 信息 节目映射分段1 节目映射分段2 节目映射分段3 ts 包 ts 包 ts 包 ts 包 ts 包 分割 映射 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 17 识符、版本号、当前下次指示器、分段号和最后分段号组成。其可变字长的节目表清 单由各个 16b 的节目号和对应的 13b 的 pmt的 pid 值组成。整个 pat 被分割为具有 表 2- 4 所示语法结构的一个或多个分段。 表 2- 4 pat 分段 语 法 比特长度 缩写 program_association_section() table_id section_syntax_indicator 0 reserved section_length transport_stream_id reserved version_number current_next_indicator section_number last_ section_number for(i=0;in;i+) program_number reserved if(program_number= 0 ) network_id else program_map_pid crc_32 8 1 1 2 12 16 2 5 1 8 8 16 3 13 13 32 uimsbf bslbf bslbf bslbf uimsbf uimsbf bsl