（通信与信息系统专业论文）hdtv中传送流复用器的算法研究及实现.pdf

灞江欠学聩l 二学位论文 摘要 高清晰度电视( h d t v ) 是当今世界上最先进的图像压缩编码和数字通信技 术酌结合，是第三代电视的标志。h d t v 技术也是当今世界高技术竞争的焦点之 一，掌撰了这一技术就露熊稔占巍未寒电子技术酶豪l 赢点，控秘新一代魄孑产熬 的市场，抢占商机。 m p e g - 2 传送流复用器是h d t v 系统的重要组成部分之一，它将多路节目 传输流夔用成一个多路节蟊的佟输流。簸用器的性能宣绩关系弼h d t v 系统传 送节目的能力以及接收机图像解码的质壤。寸。 本文探讨了传送滚袈霜器懿实瑷算法秘硬转结构，主要内褰如下： 第一章简要介绍了数字电视系统的两大标准。 第二章主要讲述了m p e g - 2 标准系统层规范，着煎介绍节目特殊信息p s i 稻节嚣辩锌参考p c r 。 一 第三章研究复用再复用的算法，为墓虽器的硬件灾现提供参考。 第题章给出了基于d s p 翻c p l d 的复用器硬件实现结构，劳对重奖功能模 块登襞曼做总结并对来r 来研究热点做了一些批少 第弧章对全文做总结并对来来研究热点做了一些探讨。少 浙江人学f o j lk 学位论文 a b s t r a c t h d t v ( h i g hd e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ) t e c h n o l o g yi n t e g r a t e st h em o s ta d v a n c e d i m a g ec o m p r e s s i o ne n c o d i n gt e c h n o l o g ya n dt h ed i g i t a lc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , w h i c hi s r e p r e s e n t a t i v eo ft h et h i r dg e n e r a t i o nt e l e v i s i o n i th a sb e c o m eo n eo ft h e f o c u s e si nt h eh i g h t e c hc o m p e t i t i o n s h a v i n gt h ei n i t i a t i v ei nt h i sf i e l dw i l lt a k et h e l e a do f h i g ht e c h n o l o g yi nt h ef u t u r ea n d g e tg r e a tc h a n c ei nt h eg r o w i n g m a r k e t m p e g 一2t r a n s p o r ts t r e a mm u l t i p l e x e rt a k e sa l li m p o r t a n tr o l ei nh d t v s y s t e m i t sp e r f o r m a n c eh a sag r e a ti n f l u e n c eo nt h ep r o g r a mt r a n s m i s s i o na b i l i t yo fh d t v s y s t e ma n d t h ed e c o d i n gq u a l i t yo fd e c o d e ri nh d t vr e c e i v e r t t l i st h e s i sd i s c u s s e st h ei m p l e m e n t a t i o na l g o r i t h m sa n dh a r d w a r es t r u c t u r eo f t r a n s p o r ts t r e a mm u l t i p l e x e r n l em a i n c o n t e n t so f t h i st h e s i sa r ea ta g l a n c e ： c h a p t e r1g i v e sa no v e r v i e wo f d v b a n da t s ct r a n s m i s s i o ns t a n d a r d s c h a p t e r2d e s c r i b e st h es y s t e mp a r to fm p e g 一2s t a n d a r dw i t i lf o c u s e so np s l ( p r o g r a m s p e c i f i ci n f o r m a t i o n ) a n dp c r ( p r o g r a m c l o c kr e f e f e n c e ) c h a p t e r3d i s c u s s e s 也ea l g o r i t h m so fm u l t i p l e x e r r e m u l t i p l e x e r , w h i c hw i l lb e r e f e r e n c e db yt h eh a r d w a r ei m p l e m e n t a t i o no f m u l t i 口l e x e r c h a p t e r4f o c u s e so nt h eh a r d w a r es t r u c t u r eo fm u l t i p l e x e rb a s e do nd s pa n d c p l d i m p o r t a n t f u n c t i o nm o d u l e sw i l lb ed e m o n s t r a t e di n ( 1 e t a i l c h a p t e r5g i v e sas u m m a r yo f t h ew h o l et h e s i sa n da l s od i s c n s s e st h er e s e a r c h h o t s p o t i nt h ef u t u r e 2 浙江人学坝i ：学位论文 第一章绪论 1 1 高清晰度电视系统简介 高清晰度电视( h d t v ) ”指与现行电视相比，其水平和垂直两个方向的图 象分辨率都要求提高一倍以上，使用大屏幕显示器近距离观看时，图象细腻逼真， 无闪烁和粗糙感，并配以数字环绕音响伴音。它将是第三代电视广播的标准【l 】。 数字高清晰度电视是指h d t v 节目全部采用数字方式制作、传输和接收， 能使百姓在家中真正收看到近似予电视台中的节目原始质量，没有重影和“雪 花”。同时，数字电视系统能够提供多种业务形式，能够实现交互、数据广播和 与计算机联网等功能。因此，数字h d t v 又可以看作国家信息基础结构中理想 的信息终端。 一个通常意义下的h d t v 系统是指h d t v 编码传输和接收解码系统，不包 括h d t v 摄录设备和显示设备。该系统所应达到的主要目标是： 1 高质量视频：h d t v ，同时可以收看s d t v 和l d t v ； 2 商质量音频：5 1 路环绕声，包括立体声，多语种等； 3 广播频道所规定的带宽内( 我国：8m h z ) 最大容量数据流传输； 4 最大的广播信号覆盖范围( 对不同传输媒介有不同要求) ； 5 与计算机的可互操作性( 主要是指显示格式及网络传输能力) 。 图1 1 1 给出一个h d t v 系统的基本组成框图。该系统在应用中可以分为发 射和接收两个子系统( 图1 1 1 的上下两部分) ，在技术上可以分为信源和信道两 部分( 对应图1 一1 1 以复用和解复用为界的左右两部分) 。 信源部分是数字信号处理密集区，算法主要依照m p e g - 2 标准( 多声道音频 编解码还可依照d o l b ya c 3 算法实现) ，视频编码器的性能对整个h d t v 系统 的性能有决定性影响。m p e g 2 压缩算法的出现以及相应标准的确立，奠定了数 字电视的基础。m p e g 2 编码器将模拟视音频信号压缩编码后复接为单路节目传 输流( s p t s ，s i n g l ep r o g r a m t r a n s p o r ts t r e a m ) ，再将其送至传输流复用器。它是 电视广播由模拟系统升级为数字系统的关键设备。 m p e g 2 编码器由视音频接口、视音频编码和复用三个模块组成。其中， m p e g 一2 系统复用可分为两个层次：节目级复用和系统级复用。节目级复用指从 各e s 流到单路节目t s 流的复用，系统级复用指多路节目t s 流间的复用，这两 级复用所生成的都是标准的m p e g - 2 的t s 码流。在编码器中的复用是节目级复 用。节目复用器将视音频编码后的比特流复合成单路节目传输流( s p t s ) ，输出 为符合d v b 标准的a s i 接口。 复用器提供系统业务灵活性和可扩展性，它完成各种数字码流的组合、调整 以及提供与各种传输网络( 电信、卫星、电缆、地面等等) 帽适配的接口。m p e g 一2 传输复用器可以将多路节目传输流复用成一个多路节目的传输流( m p t s ， m u l t i p l ep r o g r a m st r m l s p o r ts t r e a m ) 。传输复用器可以单独使用，也可以由系统 浙江人学顺i ：学位论文 主控机通过以太网进行控制。传输复用器接受4 - - 8 路m p e g 2 单路节目传输流 将其复用成一个多路节目的传输流，并且除去零或不需要的包，必要时重新变换 包识别标志( p i d ，p a c k e ti d e n t i t y ) ，为后续处理抽取传输相关信息。抽耿和处 理任个收到的节目说明信息( p s i ，p r o g r a ms p e c i f i ci n f o r m a t i o n ) 和业务信息 ( s i ，s e r v i c ei n f o r m a t i o n ) 并将其和本地产生的这类数据集成起来。每个输入由 单路节目传输流组成，每路节目包括视频、音频和辅助数据。使用系统时钟( s t c ) 来进行节目时钟参考( p c r ，p r o g r a mc l o c kr e f e r e n c e ) 的再标识处理。 信道部分的任务是在给定传输带宽和考虑传输信道所存在的各种干扰的i j 提下保证最大容量数据流的正确传输与接收。它与所传输的数据内容无关，即这 是一个相对于信源透明的数据码流传输公共平台，既可传输h d t v 节目的编码 数据，亦可传输多路s d t v 节目的编码数据。数字信号的调制与解调的具体技 术内容决定了信道部分的主要性能，其采用不同方法构成了各国d t v 传输标准 的主要不同。目前有两种技术标准体制：美国的v s b 和欧洲的c o f d m ，v s b 源于传统的电视单载波残留边带调制技术，技术上较成熟，在美国已经过严格的 实验室和野外测试；c o f d m 是多载波并行正交调制，理论上在地面开路传输信 道中可用于移动接收并能够实现单频网( s f n ) 广播，这项技术较新，欧洲仍在 继续搜集各种实测参数。h d t v 系统所用发射机可以用现有电视发射机改装，但 当对发射效率要求高时，应采取预校正等措施以保证其带内线性及对带外的抑 制。系统所用调谐器也可以根据现有设计并在满足信道数字解调要求的基础上改 装。 一 。迤辞斟 7 【编码器io 剥t i * l 墅塑塑生i ；葫广ul 7 一一一 7 i 编码器il 数据输入i 。斗 l 编码器l1 ji 哥创 壹频输山l 音频j j 厂l 一j 一1 编码器f ! l 图i - 1 1h d t v 系统的基本组成 综上所述，数字电视系统与模拟电视系统( 包括现有许多含有数字处理电路 的改进型模拟电视) 的根本区别在于电视信号编码和传输体制的革命性改变，即 信源和信道部分数字技术的采用。数字电视是一个体系，包括h d t v 、s d t v 和 l d t v 等不同应用档次，不同应用的实现只要更换图1 1 1 中的视频编解码器。 由于高清晰度电视的标准肯定是全数字式，所以高清晰度电视的标准的竞争 又扩大到数字电视系统的竞争。目前竞争的两大标准是欧洲的数字电视广播联盟 ( d v b ) 和美国的先进电视系统联盟( a t s c ) 。d v b 的标准包括卫星、地面电 视和有线电视的广播，采用多载传输器( c o f d m ) ，兼顾电视转播的可靠性和灵 活性，同时在使用频率方面可以适应不同国家的需要。美国的a t s c 的高清晰度 6 新江人学埘! 卜学位论文 电视标准以地面传输为主，采用单载波传输。 1 2d v b 简介嘲 d v b ( d i g i t a l v i d e o b r o a d c a s t i n g ) 意为数字视频广播。它是欧洲1 7 0 多个组 织参加的一个项目，它包括了卫星，电缆电视和地面广播的普通电视和高清晰度 电视的广播与传输。 d v b 项目的主要目标是要找到一种对所有媒体都使用的数字电视技术和系 统，对它的要求是： 1 系统应能灵活传送m p e g 2 视频，音频和其他数据信号。 2 系统使用统一的m p e g 一2 传送比特流复用。 3 系统采用统一的服务信息系统提供广播节目的细节等信息。 4 系统使用统一的一级里德一索罗门前向纠错系统。 5 使用统一的加扰系统，但可有不同的加密。 6 选择适于传输媒体的调制方式以及任何必须的附加纠错方法。 7 鼓励欧洲以外地区使用d v b 标准，推动建立世界范围的数字视频广播标 准，这一目标得到了i t u 卫星广播的支持。 8 支持数字系统中的图文电视系统。 主要标准有三个：d 一s ，d v b c ，d v b t 分别用于卫星，电缆电视 和地面广播。 1 2 1d v b - c 系统 电缆电视系统可由图1 一l - 2 的方框图表示，其中分为两个部分：c a t v 前端 和综合解码接收机( i r d ，也称综合解码接收机) 。为了使各种传输方式尽可能兼 容，除通道调制外的大部分处理均与卫星中的处理相同，也即有相同的伪随机 序列扰码，相同的r s 纠错，相同的卷积交织。随后进行的处理是专门用于电 缆电视的。首先进行拜特到符号的转换，如6 4 q a m 是将8 比特数据转换成6 比特为一组的符号，然后头两个比特进行差分编码再与剩余的4 比特转换成星座 图中相应的点。该方案可以适应1 6 、3 2 、6 4 q a m 三种调制方式。 浙江人学帧i 学位论文 1 2 2d v b - s 卫星系统 * 卅数批 | 打n 接u d v b s 设计成能使用一系列转发器带宽( 2 6 加l z 一7 2 腿l z 一1 d b ) ，它是一种 插入固定长m p e g 传送流中的视频，音频与数据的单载波系统，该打包数据包 括以下处理步骤： 首先，该数据每8 个包头部的同步字节反向形成一种有规则结构。 数据内容进行加扰 r e e d s o l o m o n f e c 是额外数据包开销。由于效率高，故f e c 只把1 2 开 销加入数据流信号，这对于所有传输系统而言成为外码或f e c 。 卷积交织处理应用于数据包是进一步减少数据错误。 另种卷积码处理用来迸一步减少解码误差被成为内码，根据适合服务提 供者的需要而调用。 最后，该数据信号采用正交相移键控( q p s k ) 的r f 载波调制。 该系统可改为满足特殊传输通道特性要求，突发误码在误差校正的两层之间 被加扰，即内码可被用到适合预先安排的系统使用者的线码。 1 2 3d v b - t 地面传输模式 d v b t 系统技术条件尚在拟订之初。正如其它d v b 标准的情况一样， m p e g 2 音频与视频编码为d v b t 的基础，草案技术条件的其它部分为： 外部运行状念编码和外卷积交织编码与其它d v b 标准相同。 内卷积编码和交织与d v b s 相同。 浙江人学 i | j l ：学位论文 调制通道编码包含两部分：q p s k q a m 和具有可选保护问隔的o f d m ( j 下交频分多路传输) 。 该草案d v b t 技术条件考虑可2 级分层调制。在低级的q p s k q a m 情况 f ，可用含较少误差保护的增强信号，q a m 虽然耐固性低一些，却提供了一个 较优质的信号。 调制系统包括o f d m 和q p s k q a m ，o f d m 使用许多载波来调制数字数掘， o f d m 已成功地在数字音频广播d a b 中用来帮助消除多径干扰问题，但抗多径 干扰就减少了传输容量。改善数据传输容量，增加o f d m 载波数量，这就增加 了接收机的复杂性，因而增加了成本，所以采用了择中方案。o d f m 最大的有 时就是实现更大面积覆盖的同频网传输。 1 3a t s c - v s b 的地面传输系统简介咖邮 数据通信中经常采用q a m 方式，但在h d t v 广播中采用了v s b 方式，主 要有如下几个原因： 】，v s b 方式仅需处理同相信号，在接收端可以只用一维的均衡器，能大大 的简化均衡器的结构；q a m 方式则要对同相和正交两路信号进行二维均 衡，因此v s b 均衡器的复杂程度只有q a m 均衡器的四分之一。 2 h d t v 要占用常规电视中的禁用频道，q a m 方式的载波位于频带的中 间，会干扰相邻服务区的常规电视平；v s b 方式的导频则位于频带的左 侧，可以被常规电视的中频滤波器很好的抑制。 3 t c m 8 v s b 的网格结构比t c m 3 2 q a m 的网格结构更理想，从而使v s b 在高斯噪声环境下的阙值比q a m 低近l d b ； a t s c - v s b 有两种传输模式：地面广播模式和高数据率模式。地面广播模式 在6 m h z 的无线带宽中传输一路高清晰度电视信号；高数据率模式在6 m h z 的 带宽中传输两路高清晰度电视信号，主要用于电缆或光纤等有线信道。为使覆盖 面积达到最大，地面广播模式采用n t s c 抑制滤波器( 在接收机) 并增加格状编 码。地面广播模式的大部分系统可以不必变动或者仅需要简化即可用于高数据率 模式。 地面广播v s b 系统在比特误码率不超过3 1 0 。6 时所要求的信噪比( s n ) 门 限理论值为1 4 9 d b ，实测为1 5 1 d b 。 a t s c v s b 方案的h d t v 地面传输系统发射机和接收机整体功能框图如图 1 1 2 所示。 浙江人学坝【学位论义 一剧】i 骱* 段同步1 接 场同步叫 恻崤 ( a ) 发射部分 图卜1 - 2 信道子系统发射机和接收机整体功能 1 4 本文的主要工作 1 9 9 6 年7 月国家科委高技术研究发展中心就h d t v 功能样机系统进行公开 招标，我系承担了该系统的信道子系统v s b 方案的研制工作。1 9 9 8 年9 月底我 系丌始了h d t v 的第二期项目，并成功对5 0 周年国庆阅兵式进行了试播。1 9 9 9 年后，我系又进行了h d t v 的第三期开发。本人从2 0 0 0 年2 月开始参与第三期 h d t v 项目中控铡系统的设计和硬件实现。后又承担了信道复用器的设计与硬件 实现工作。 本文的重点是根据h d t v 系统的特点和m p e g 2 系统层规范，分析复用器 的工作原理，提出复用和再复用的算法和硬件实现结构。 第一章概述高清晰度电视系统，并简介了d v b 和a = r s c 两种数字电视系统 标准。 第二章介绍m p e g 2 系统层标准，对复用器相关的内容做了较详细的解释。 第三章研究复用和再复用的算法，为复用器的硬件实现提供参考方案。 第四章给出了硬件实现方案，并对各个模块具体任务进行分析。 第五章是全文的总结和对未来发展方向的总结。 o 射l；工妙颓 魈 斟i ；酬撇 皴 浙江天学镄 二学位论文 第二章m p e g - 2 标准系统层规范儿7 1 2 m p e g 一2 简介潮 2 1 1m p e g - 2 的起源 m p e g ( m o t i o np c t u r e se x p e r t sg r o u p ) ，译楚运动图豫专家组，它是在 i n t e r n a t i o n a s t a n d a r d so r g a n i z a t i o n ( i s o ，国际标准化组织) 的稆集下， 为数字秘频和音频铡定聪续标准的专家缌。该组织最初夜1 9 9 2 年制定了m p e g i 盼标准，应用子激光税鑫豹节霹传播。广播电裰纾簸获m p e g l 标准豹应瘸上看剜 了m p e g 技术对于电视行业的意义，于是该组织又在1 9 9 4 年推出了m p e g 2 压缩标 准，建立了全毽赛蓬困爽援音频缀务与斑题进露耀互摄像熬可熊性。 有三个关键的压缩技术被m p e g 压缩标准使用，这就蹙离散余弦变换( d c t ) 、 运动补僚( m o t i o nc o m p e n s a t i o n ) 和h u f f m a n 编码。d c t 降低了图像的空间 ( s p a t i a i ) 冗余度，运动牵 偿洚l 氛了图像懿辩阕( t e m p o r a l ) 冗余凄，露h u f f m a n 编码则降低了图像在信息( e n t r o p y ) 方面的冗余度。这几种技术的综合应用， 使褥鲢p 蕊的压缫率较燕。 m p e g 2 标准炎似子m p e g l ，憾是它瓣适应经受强，可黻适秀予广播奄褫的所 有过程和环节。从定义上来看，m p e g i 实际上是m p e g 2 的一个予集。这谯后面的 m p e g 2 懿类鄹级豹分类表中可以撩出。 m p e g 2 标准分为四个文件，分剐是： 1 系统层( s y s t e m ，i s 0 1 3 8 1 8 - i ) ，描述视、音频的数据复用方式和视、音 颓闲步方式。 2 视频压缩层( v i d e o ，i s 0 1 3 8 1 8 - 2 ) ，描述数字视频编码方式和解码过程。 3 。鬻频压缩熙( a u d i o ，i s 0 1 3 8 1 8 - 3 ) ，描述数字音频编码方式和嬲码过程。 4 致侄( c o n f o r m a n c e ，i s 0 1 3 8 1 8 - 4 ) ，说明测试编碍码流的过耧，检验是 否符合前三个文件的规定。 辨鼹2 匿缝舞法在设诗巽孝被定义为一令逶罔靛巍啻频送缀檬准，要袋旋兼颞 不同的应用要求，可以辩压缩的输出码攀和图像质羹进行控制。为此，m p e g2 压 缩算法分成不同的级剐和类别。类定义色度空间分辨率和输出比特流控制，级则 定义图像分辨率、亮凌取样颓搴、可努缴的类繇戆支持鹣视啻凝豹层数、对应予 该级的橼一类的最大比特流。 2 1 2m p e g - 2 的应用 m p e g 2 标准带来的好处体现在它的适应性。m p e g 2 柱开始制定的时候，有大 蹙靛广攒毫援设冬供应穗参与，被设诗残戆潢是多耪应建嚣要的搽准。体现在其 浙江人学颂h 学位论史 特性上，有两个大的特点。一个是运动补偿带来的高压缩比，另一个就是根据不 同的需求，通过参数的调节做到码率可变。从m p e g 2 标准的文件内容中我们可以 看出，m p e g 2 针对性最强的应用是存储和传输，因为m p e g 2 详细定义了压缩数据 在存储和传输中的句法结构，并且只定义了对m p e g 2 压缩数据的解码过程。基于 这些特点，目前，m p e g 2 技术在电视业务的某些应用上具有不可比拟的优势。以 下是几种典型的应用。 1 数字化片库。 压缩比的提高对节目的存储所需要的资源大大降低。一般电视台目前保存的 节目带数量惊人，传统的用视频磁带保存节目带来的问题是图像质量下降甚至损 坏，而且不便于管理，在节目带的共享使用上也难以实现。采用基于m p e g 2 的数 字化节目库可以使这些问题得以较好的解决，以较小的成本取得很好的效益。目 前有许多公司在开发数字化视频存档系统，其中关键的问题是编制出完善的管理 软件。 2 节目传播。 高压缩比和可变的输出码率使得m p e g2 技术在节目传播应用上发展迅速。 由于在低至1 5 m b i t s 的码率下，m p e g 2 数据流仍然能提供相当的图像质量，因 此目前的模拟电视频道甚至可以传送四路电视节目。这在地面广播( t e r r e s t r i a l b r o a d c a s t ) 、有线电视( c a b l et v ) 和卫星广播( s a t e l l i t eb r o a d c a s t ) 上都极具 吸引力，这意味着在传送相同节目量的情况下，可以节省大量的成本。而且出于 m p e g 2 输出码率可变，可以根据节目类型选择不同的压缩比，以达到更好的资源 利用率。正是基于此原因，m p e g 2 已经被作为数字电视广播的压缩标准，包括欧 洲的d v b 、美国的a t s c 都是基于m p e g 2 压缩格式的。我国也已经制定了部分基 于m p e g 2 的数字电视广播的标准。 3 高清晰度电视。 由于高清晰度电视的分辨率很高，带来的问题是所需的节目传输带宽很高， 必须使用高压缩比才有可能传送高清晰度电视节目。在这一点上，目前只有 m p e g 2 技术能够胜任。 4 其他 在数字化视频磁带、激光视盘、电视会议以及数字照相机等方面，m p e g 2 显 然也具有相当广的应用前景。而在这些领域，m - j p e g 和d v 等其他压缩方式无 法与其匹敌。 2 2 系统层规范概述6 m p e g 2 标准系统层规范( i s o i e c1 3 8 1 8 1i s ) 介绍把一路或多路音频、视 频或其他基本数据流( e l e m e n t a r ys t r e a m ) 合成单个或多个数据流，以适应于存 储和传输。系统编码具体分为2 种形式：传送流t s ( t r a n s p o r ts t r e a m ) 和节目 流p s ( p r o g r a ms t r e a m ) 。两种流定义都是匿向分组的多路复用流。 传送流将有多个独立时间基点的多个节目合成一个单独的数据流，其中属于 同一个节目的各个原始数据流的p e s 包具有相同的时间基点。传送流是针对那 些很容易发生错误的环境而设计的，譬如在容易丢失或高噪声的媒体中存储和传 送。传送流包长度固定为1 8 8 字节。 节目流将一个或多个具有相同时间基点的数据流的p e s 包合为单路码流。 溉江天学颤 j 学位论文 尊羁流是针对错误媚对较少的环境恧设计的，适用于象交互式多媒体这榉一些涉 及软件处理系统信息的应用。节目流包的长度怒可变的而且相对较大。 传遴流和节目流针对不通的应用而设计，他们的定义并不严格地遵守分层模 式。捩一秘形式转换至l 鬓一秘形式是哥缝的，只要暹过蛰逶豹p e s 霆辏式变换 就行了。但并不是节目流需要的所有域假都可从传送流中直接获得，有一些必须 经过推导，在多层模式中，传送流可能跨过几层范围，为的是更有效地、简便地 实现高蒂宽的瘦蠲。 单个的音频和视频原始数据流的基本多路艇用方法如图2 * 2 1 所示。按照 t t u tr e e + h 。2 6 2 1 i s o i e c1 3 8 1 8 2 和i s o i e c1 3 8 1 8 3 标准对视频和鬻频信号 进行编确压缩屠的原始流被组合成p e s 包。当p e s 包形成的时候，使麓该分缀 所需的与传送流及程序流无关的信息是可被加入的。当p e s 包加上系统信息形 成传送浚或程磐滚萋怠时羽是不毖要熬入豹。 图2 2 2 是典型的传送复用示例。从一路含有多个节目的传送流( m p t s ) 中抽取个或多个节目缀成新的传送流。只含裔个节目的传送流称为s p t s 。 本爱用器薅对传送流的复麓，敲着瀵讨论健送流，j c 重p s 流不秀赘逐。 圈2 - 2 1 娃霹| tr e e h 2 2 2 0li s o i e c1 3 8 1 8 - 1 楚钝的总体框蹦 m u l t i p l ep r o g r a m s 闰2 - 2 2 典型的传送复用示例 2 3t s 流的语法结构呦嗍 在m p e g 2 标准中，t s 流的语法结构如图2 - 3 1 脐示。t s 包的长度固定为 1 8 8 字蛰，出4 字节的包头、可变长字节的自遗应字头以及有效数据负荷组成。 每个t s 包的字头信息箍剐一稀应用磁特漉，它们构成t s 奄鹊受蕊，支持静纛 浙江人学坝i 学位论义 用包括视频、音频、数据、节目流和系统控制信息等。 4 字节包头出同步字节、1 比特传送数据包差错指示器、1 比特有效负荷单元 丌始指示器、1 比特传送优先权、2 比特传送加扰控制器、2 比特自适应字段控 制和4 比特连续计数器组成。其中有效负荷单元丌始指示器表示p e s 数据包字 头或者包含与节目有关的信息p s i 的起始端，是否出现在该数掘包的负荷中；自 适应字段控制表示后面是否接有自适应字段和负荷信息r 连续计数器中的数值对 于具有相同p i d 值的数据负荷而言，将从0 1 5 连续循环，用以在解码端检测 是否有丢失的数掘包。 自适应字头则包括对较高层次的解码功能有用的相关信息，自适应字头的格 式是基于采用若干标志符，以表示该字段的某些特定扩展是否存在。自适应字头 由一字节自适应字段长度、不连续指示器、随机存取指示器、p c r 标志符、基 本数据流优先级指示器、拼节点标志符、传送专用数据标志、自适应字段扩展标 志以及有相应标志符的字段。其中p c r ( p r o g r a m c l o c k r e f e r e n c e ) 表示节目时 钟参考，用于系统解码过程时钟的恢复。 t s 流的语法描述如下： m p e g _ t r a n s p o r t _ s t r e a m ( ) d of t r a n s p o r t _ _ p a e k e t ( ) w h i l e ( n e x t b i t s ( 1 一s y n c _ b y t e ) 一个长度为1 8 8 字节的t s 包语法描述如表2 3 1 所示。表中关键字的含义 解释如下： s y n e 值为的固定8 位字段，表示一个包的开始。 b y n t e 0 x 4 7 t r a n s p o e v r vi n d i e a t o rl 比特标志位。当置为i 时表明在褶关的t s 包 中至少有一个不可纠正的错误位。 p a y l o a du n i ts t a r ti n d i c a t o r 1 比特标志位，用来指示t s 流包带有p e s 包或p s i 数据时的情况。 t r a n s p o r t位指示。当被置为时表明相关的包比其他具有相_priority i1 同p i d 但此位没有被置1 的包有更高优先级。传送机制可根据此位确定在一 个原始流中数据的优先级。 p i d1 3 位字段，指示存储于包有效负载中数据的类型，p i d 值为0 x 0 0 0 0 的包为程序关联表保留，而o x 0 0 0 1 为条件访问表保留，p i d 值0 x 0 0 0 0 - - 0 x 0 0 0 f 保留，0 x l f f f 为空包保留。 t r a n s p o r t _ s c r a m b l i n g _ c o n t r o l 加密模式。t s 流包首部包括调整字段， 0 0 。 2 位字段，用来指示t s 流包有效负载的 不应被加密。在空包中，该字段应置为 a d a p t i o nf i e l dc o n t r o l2 位字段，用来指示本t s 包首部是否跟随有调整字 段和或有效负载。 c o n f i n u i wc o u n t e r4 位字段。随着每一个具有相同p 1 d 的t s 包而增加，当 它达到最大值后又回复到0 。 d a t ab y t e 数据字节是来自p e s 分组、p s i 部分以及不在这些结构中的私有 数据的连续字节，空包的p i d 为0 x l f f f 。d a t ab y t e 可以赋为任何值。 4 蜜姿叁兰篓l ：兰笙鎏塞 圈2 - 3 - 1m p e g 一2 标准t s 流语法绪构 t a b l e 2 - 3 1l 下u 矗r e c h 2 2 2 。0 l i $ o f l e c1 3 8 1 8 1 s 滚包 语法比特助记符 数 t r a n s p o r t _ p a c k e t 0 s y n cb y t e 8b s l b f t r a n s p o r te r r o r _ i n d i c a t o r 1b s i b f p a y l o a du n i t s t a r ti n d i c a t o r 1b s l b f t r a n s p o r tp r i o r i t y 1b s l b f p i d1 3u i m s b f t r a u s p o r t _ s e r a m b l i n g c o n t r o l 2b s l b f a d a p t a t i o nf i e l dc o n t r o l 2b s 强f c o n t i n u i t y _ c o u n t e r 4u i m s b f f f ( a d a p t a t i o n _ f i e l d _ c o n t r o l 一 1 0 f ia d a p t a t i o nf i e l d c o n t r o l 一 l1 9 a d a p t a t i o n _ f i e l d 0 ) i f ( a d a p t a t i o n _ f i e l dc o n t r o l - - 0 t ia d a p t a t i o n _ f i e l d _ e o n t r o l 一 l1 ， f o r ( i 踟；i n ；l 十+ ) d a t ab y t e8b s l b f 、 浙江人学颂l 学位论文 在分析m p e g 2 标准的基础上，认为复用器的实现有两项关键技术：( 1 ) 系 统层p s i 信息的收集、重构；( 2 ) 系统层p c r 的调整。下面分别描述p s i 和p c r 。 2 4 节目特殊信息p s i 州7 1 p s i 描述t s 流中具体信息。p s i 中包含了对应每套节目视频p e s 、音频p e s 和p c r 的p i d 描述，以及其他一些特定用途的系统信息。p s i 表也在t s 流中， 有一下四种p s i 表： 节目关联表p a t ( p r o g r a m a s s o c i a t et a b l e ) 节目映射表p m i 、( p r o g r a mm a p p i n g t a b l e ) 网络信息表n i t ( n e t w o r ki n f o r m a t i o nt a b l e ) 条件访问表c a t ( c o n d i t i o n a la c c e s st a b l e ) 这些表中包含进行多路解调和显示节目的必要的和足够的信息。 2 4 1 节目关联表p a t 系统层复用，首先要获取节目关联表p a t ，p a t 中包含了该t s 流中所有节 目的一个清单。p a t 表格的整体字头为8 字节长度。p a t 给出了构成传送流中各 个节目业务的p m t ( 节目映射表) 的p i d ( 包识别符) ，同时，也给出了n i t ( 网 络信息表) 的p i d 号。p a t 表由表格识别符、表格区段长度、传送比特流识别符、 版本号、当前下次指示器、区段号和最后区段号组成。其可变字长的节日表清单 由各个1 6 比特的节目号与对应的1 3 比特的节目映射表p i d 值组成。p a t 表的 p i d 号为“o x 0 0 ”，解复用器工作总是通过寻找p a t 表开始。表2 - 4 1 描述了p a t 表的语法结构。 p a t 表中各字段语义定义如下： t a b l ei d ：8 位字段，标明传送p s l 分段的内容，0 x 0 0 为p a t ，0 x 0 1 为c a t ， 0 x 0 2 为p m t 。此处置为0 x 0 0 。 s e c t i o n _ s y n t a xi n d i c a t o r ：i 位字段，应星为j 。 s e c t i o nl e n g t h ：1 2 位字段，头两位应为0 0 ，它表明在s e c t i o nl e n g t h 字段 之后此分段的字节数，包括c r c 。 t r a n s p o r ts t r e a mi d ：1 6 位字段，用于在一个网络中从其他的多路复用中识 别此传送流，其值由用户定义。 v e r s i o nn u m b e r ：5 位字段，整个p a t 表的版本号。版本号将随着每次程序 关联表定义的改变而加1 ，当达到3 1 后，其值回复到0 。当c u r r e n t n e x t i n d i c a t o r 为1 s 时，v e r s i o nn u m b e r 就为当前可用p a t 的版本号。当c u r r e n tn e x ti n d i c a t o r 为0 时，v e r s i o nn u m b e r 就是下个可用p a t 的版本号。 c u r r e n tn e x ti n d i c a t o r ：l 位指示，当置1 时表示当前的p a t 表有效，若 置0 则表示当前的p a t 表不可用，下一个表才有效。 s e c t i o nn u m b e r ：8 位字段，为此分段的号码。p a t 表第一分段的 s e c t i o nn u m b e r 应为0 x 0 0 ，它将随p a t 表的每一个附加分段而增加1 。 l a s ts e c t i o nn u m b e r ：8 位字段，表示全部p a t 表的最后一分段的号码。 澎江天掌矮l + 学位论文 p r o g r a m _ h u m b e r ：1 6 位字段，描述p r o g r m n _ m a p _ p i d 所适煺的节疆，如果 此字段为o x 0 0 0 0 ，则下一个参考p i d 将楚网络p i d ，其他情况下此字段的值由 用户定义。 n e t w o r kp i d ：1 3 像字段，攒定含鸯n l t 表翁转送淡趣兹p i d 。 p r o g r a mm a p 1 3 位字段，规定了节目映射表的 ，这个包瘦包含适pid：pid 用于p r o g r a m 所指明的节目的。_number p r o g r a m _ m a p s e c t i o n c r c3 2 ：3 2 位字彀，在处理完整个传送流节霞映射分段之后，往瓣玛器寄 存器输出为零的c r c 值。 表2 4 1p a t 表 2 。4 2 节髫映射表p m t p m t 表掺驰整体字头热1 2 孚节长度。p m t 袋摆出了组成节目业务( s e r v i c e ) 的各个码流的p i d 号，并对各路码流谶行描述。p m t 袭由表格识掰符、表格送 段长度、节目号、版本号、当阿下次指示器、p c r 之p i d 、节阏信息长度组成。 英可交字长蠡冬攀节銎黧透出节强瞬含基零壤特漉类型、基本比特渡p i d 、扩展髂 滔江天学硬l j 学链论文 恩长度鄹扩震可变长基本滚撼述德组成。通过p a t 及p m t 表，藏可掌握t s 流 中的每个节目以及每个节目中各原始流之间的关系。表2 4 2 描述了p m t 表的 语法结构。 表2 - 4 21 ，目映射表p m t 表2 - 4 2 中的各个字段语义如下： t a b l ei d ：8 位字段，同p a t 表，这熙应为0 x 0 2 。 s e c t i o ns y n t a xi n d i c a t o r ：l 缎字段，篷疲为 。 s e c t i o nl e n g t h ：1 2 位字段，头两位应为o o 。规定此字段之后此分段的字 节数，包括c r e 。 p r o g r a m 字段，烧定诧 掰霹寝靛苇嚣。n u m b e r ：1 6p r o g r a mm a p _ p i d 8 浙江人学坝j ：学位论义 v e r s i o n _ n u m b e r ：5 位字段，表示t sp r o g r a mm a p s e c t i o n 的版本号。 c u r r e n t n e x t i n d i c a t o r ：1 位字段，当置1 表示当前的p m t 表是有效的， 反之则不可用，下一个才有效。 s e c t i o nn u m b e r ：8 位字段，值总为0 x 0 0 。 l a s ts e c t i o nn u m b e r ：8 位字段，值总为o x 0 0 。