（应用数学专业论文）基于mpeg2传送流ts的分析研究.pdf

中山大学硕士论文 基于m p e g 0 传遵蠢t s 舶分折研兜 摘要 数字电视是现在社会的一个热门话题，而m p e g 一2 标准是数字电视遵循的规范， 因此有许多学者对m p e g 一2 标准进行了研究，其中m p e g 一2t s 是主要研究方向之。 数字电视在我国j 刚刚起步，对m p e g 一2 标准的详绌研究有利于推进数字乜视在我 国的发展。m p e g 一2 作为标准，它的系统层只定义了传送流t s 、节目流p s 等语法及 语义。如何具体实现则是丌放的，只要符合传送流t s 、节h 流p s 等语法及语义的 数掘流都是萨确的。对m p f g 一2 ，r s 进行深入分析可以判断某数据流是否为t s 流，町 以进一步研究t s 流的传送问题，还可以进一步研究7 r s 流复用与解复用的问题。 要想深入研究射p e g 一2t s 流，首先就需要分析醋p e g 一2 ，f s 流的语法结构。本文 首先以m p e g 一2t s 流语法为基础，以具体m p e g 一2t s 流为例，以m p e g 2t s 流语义为 标准，详细分析了m p e g 一2t s 流的语法结构，给出每个字段所代表的含义，同时给 出了相应的流程图。在此基础上，对这个具体m p e g 一2t s 流的字段情况进行统计以 及分析它的传送流t s 包，同时给出分析流程图与相应的实验结果，其实验结果符 合m p e g 2t s 流的语义。另外，本文还实现了将节目流p s 的包化基本流p e s 转换为 传送流t s 的包化基本流p e s 。 关键词：m p e g 2 传送流节目流包化基本流 巾山大学硕士论文 基于m p e 传送藏t s 的分析研究 a b s t r a c t d i g “a lt e l e v i s i o n1 1 a sb e c o m em o r ea 1 1 dm o r ep o p u l a rt h e s ed a y s ，a sm p e g 一2 s t a n d a r di st h cc r i t e r i o no f t h cd i g “a lt e l e v i s i o n ，al o to fs c h o l a r s1 1 a v ed o n es o m e r e s e a r c h e so nm p e g - 2s t a n d a r d ，a 1 1 dm p e g 一2t m n s p o r ts t r e 枷i so n eo ft h e i rm a i n a s p e c t s d 西t a lt e l e v i s i o nh a sj u s tm a d ei t ss t e pi t lo u rc o u n t r i e s ，a 1 1 dt h e nt h e 向r t h e f r e s e a r c hd b o u tt h em p e g 一2t r a n s p o r ts t r e 锄c a nj m p r o v ed e v e l o p m e n to fd i g i t a l t e l e v i s i o n a sas t a n d a r d ，m p e g 2s y s t e mh a sj u s ld e f i n e ds y n t a xa n ds e m a n t i co ft h e t r a n s p o r ts t r e a m 、p r o g r a ms t r e a ma n ds oo n i t se x o t e r i ct or e a l i z et h e m 。o n l yi ft h e y c o n 向r n lt h es y m a xa n ds e m a m i co ft h e m w 毫c a nj u d g ei fad a t as t r e a h li sat r a n s p o r t s t r e a i nb ya n a l y z i n gt h em p e g 一2t r a n s p o ns t r e a md e e p l y t h e nr e s e a r c ht 渤s p o f to f t r a l l s p o ns t r e a ba n dt h e nr e s e a r c hm u l t i p l e x e ra n dd e m u l t j p l e x e ro ft r a i l s p o r ts t r e 啪 如r t h e r i fw ew a n tt or e s e a r c ht h em p e g 一2t r a i 毽p o r ts t r e 锄如n h e r ，w es h o u l da n a l y s i si t s s t r u c t w eo ft h es y n t a x s ot h i sp 印e ra l l a l y z et h e mm d e t a 1 ，t h ea i l a l y s i si sb a s e do n t h cs y n t a ) 【o ft h em p e g - 2t r a l l s p o ns t r c a 驰t a k e st h ec o n c r e t em p e g 2t 阳n s p o r t s t r e a ma se x 锄p l ea n dt h es e m a m i co f t h cm p e g - 2t r a i l s p o ns t r e 锄船t h cc r i t e r i 0 1 1 ，i t a l s od e f h l e se a c hs e c t i o na f l ds h o wi t sn o wc h i r t a n e rt h a t is t 砒i s t i ct h ef i e l da i l d a l l a l y z et h ct 咖s p o r ts t r e 锄p a c k e to ft t l ec o n c r c t em p e g - 2t 啪s p o r tg t r c a m ，a lt h e s a m et i m eid r a wt h ef l o wc h a na n dg o ti t sr e s u l tw h i c hc o n 南r mw n ht h es e m a m i co f m p e g 一2t r a l l s p o ns t r e a m i na d d “i o l l ，m i sp 印e rh 嬲t r a n s f b r r e dp r o g m ms t r e a m s p a c k e te l e n l e n t a r ys t r e a m t ot r a l l s p o r ts t r e 锄sp a c k e te l e r n e m a r ys t r e a m k e yw o r d s ：m p e g 一2 ，t r a l l s p o ns t r e i l ，p m g r 锄s t r e a n l ，p a c k e te l e m e 眦a f ys t r e 枷 中山大学硕士毕业论文 基于m p e o - 2 传送流t s 的分析研究 第一章综述 1 1研究背景及意义 随着2 1 世纪的到来，知识发生着r 新月异的变化。而从2 0 世纪9 0 年代丌始， 整个社会就已经进入了数字化、知识化、信息化年代。数字化已经成为新1 琏纪发 展的一个最显著特征和最关键技术之一。因特网在全世界迅猛的发展，刺激着宽 带网的普及。但有线电视这个现成的宽带网过去一直仅仅传送模拟信号，数字化 应用几乎近于空白。这就促使数字电视d t v 的产生。 国际i t u 无线通信部规定，数字电视系统由信源编码、复用与传输、射频， 发送三个子系统组成。其框图如1 1 所示： 视频入 一 图1 1i t u r 数字电视系统模型 信源压缩编码子系统主要对视频、音频和辅助数据进行编码，压缩音频、视 频数据。视频编码用m p e g 2 视频流语法，音频编码用d o c b y a c 3 标准。辅助数 据包括控制数据、条件接收数据以及视频、音频有联系的数据。 复用与传输子系统主要是对码流进行分组和标识，再将视频码流组、音频码 流组复用成单一的码流。在传输的过程中主要考虑数字媒体( 如地面广播、有线分 配、卫星分配、记录媒体) 之间的互操作性。数字电视系统用m p e g - 2 传送流t s 语法来将视频、音频及数据信号进行复用，另外还要考虑与a 1 m 传送机制互操作 性的问题。 频出 射输一 统 一漏制一 一 一留一 发 一 司斟一 嬲 | 臻一 一 复f 一传一 鬻田 业传 - 奉 骜 中山大学硕士毕业论文 基于m p e g 之传落流t s 的分析研究 射频发送子系统它涉及信道编码和调制。信道编码是在传送的码流中附加信 息，用于恢复纠正传送过程中产生的差错信号。调制是利用数字的码流来调制所 发送的载波，形成己调的射频波输出。调制子系统有两种模式，一种是地面广播 8 v s b 调制技术，另一种是有线高码率传输1 6 v s b 调制技术。 数字电视技术以m p e g 一2 标准为基础，集中体现了当今信息技术的许多最新 成果。同时在相关领域引发了一系列的新技术革命，使电视技术发生了本质的飞 跃，比如高清晰度电视( h d t v ) 的产生等。 m p e g 2 系统标准是现在计算机多媒体应用、卫星或有线电视传输和点播电 视( v o d ) ，特别是数字电视、高清晰度电视( d t v ) 等许多领域共同遵循的规范。 目| j i ，m p e g 2 系统层中的传送流t s 已经成为了事实上的广播电视系统流的标准 i 。像北美的a t s c 和欧洲的d v b 也是以m p e g 一2t s 流为基础扩展的标准。 另外，多节目的复用还可以有效地节省广播信道地带宽。 1 2 m p e g 一2 标准 m p e g 是“m o t i o np i c t u r ee x p e ng r o u p ，运动图像专家组”的缩写。m p e g 是在1 9 8 8 年由国际标准化组织i s o ( 1 m e r n a t b n a lo r g a n i z a t b nf o rs t a n d a r d i 2 且t i o n ) 和国际电工委员会i e c ( i m e m a t i o n a le l e c t mt e c i l i l i c a lc o m m i s s i o n ) 联合成立的专家 组，负责开发电视图像数据和声音数据的编码、解码和它们的同步等标准j 。 m p e g - 2 的j 下式名称是“( 艳n e r i cc o d i n go fm o v i n gp i c t u r e sa n da s s o c i a t e d a u d i o ”，是在1 9 9 3 年1 1 月的汉城上发表的报告1 3 8 1 8 中确定了实际的要点。 m p e g 2 的标准号为i s o l e c1 3 8 1 8 ，标准名称为“信息技术一一电视图像和伴 音信息的通用编码”( “i n 岛r 删n i o nt e c h n o l o g y c k n c r i cc o d i n go fr n o v 血g p i c t l l r e sa n da s s 0 c i a t e da u d i oi n f b m m t i on ) 。 m p e g 2 标准是针对标准清晰度电视( s d t v ) 和高清晰度电视( h d t v ) 在各种 应用下的压缩方案和系统层的详细规定，编码码率为3 m b p p l 0 0 m b p s ，标准的正 式规范在i s 0 i e c1 3 8 1 8 中。m p e g 2 特别适用于广播级的数字电视的编码和传 送，被认为s d t v 和h d t v 的编码标准。m p e g 2 标准还专门规定了多路节目的 中山大学硕士毕业论文 基于m p e 0 2 传送t i et s 的分析研究 复分接方式。此外，m p e g - 2 还兼顾了与a t m 信源的适配问题。 m p e g 一2 标准目前分为九个部分，统称为i s 0 i e c 国际标准。它包括i s 0 i e c 1 3 8 1 8 一l 至1 3 8 1 8 9 共九个部分i “】。其中1 3 8 1 8 1 至1 3 8 1 8 6 已经获得通过，成 为讵式的国际标准，并在数字电视d t v 等领域中得到了广泛的实际应用。它们分 别是系统层、视频层、音频层、符合测试、软件、数字存储媒体命令与控制。 此外，m p e 0 2 标准还有三个部分：第七部分规定不与m p e g 1 音频反向兼容的 多通道音频编码；第八部分现已停止；第九部分规定了传送码流的实时接口。 1 9 9 0 年成立的a t m 视频编码专家组与m p e g 在i s o i e c1 3 8 1 8 标准的第一 和第二两个部分进行了合作，因此上述两个部分也成为i t u t 的标准，分刺为： l t u 1 h c h 2 2 0 系统和i t u t r e c h 2 6 2 视频。 1 2 1 传送流t s m p e g 2 系统层定义了两类系统码流，即传送流t s ( t r 唧ns t r e a l l l ) 和节目 流p s ( p r o 伊a i i ls t r e 咖) 。这两种码流都是由视频及音频等基本码流e s ( e l e m e n t a r y s t r e a r r i ) 组合而成的码流，它们又被分解成数据包以利于传送。 传送流是出一道或多道程序组成，而每道程序由一个或多个基本码流e s 和一 些其它的流多路复用在一起。其中程序是一些有着相同时间基点的基本码流e s 的集合圳f ”j 。 传送流t s 是根据i t u tr c c h 2 2 0 0 1 i s 0 i e c1 3 8 1 8 2 和i s o i e c1 3 8 1 8 3 协 议而定义的一种数据流，其目的是为了在有可能发生严重错误的环境下进行一 道或多道程序编码数据的传送和存储。通常这种错误表现为比特值错误或分组丢 失。 传送流t s 的速率可以是变化的，也可以是固定不变的。在任何情况下基本码 流e s 可以变化或固定不变，并且在这些情况下传送流t s 的语法和语义要求都是 相同的。传送流t s 速率由节目参考时钟( p c r ) 字段的位置和数值所决定，通常对 于每个节目都有自己的节目参考时钟( p c r ) 字段。然而，当传送流t s 有多路节 目时，由于每个节目的t s 速率是不同的常数，所以要构造一个所有比特率都在变 中山大学硕士毕业论文 基于m p e g - 2 传送流t s 的分析研究 化的传送流t s 是很困难的2 2 l f 2 ”。 m p e g 2t s 流是由一系列t s 包组成，每个t s 包固定为1 8 8 字节( b y t e ) ， 且每个包头的第一个字节都是o x 4 7 这个同步字节。t s 包出包头和有效净荷组成。 传送流t s 的语法示意图如图l 一2 所示2 0 l ： 斑警”“8 i 头部i 净荷 i 头部i 净荷l 头部l 净荷 同步 i 传_ l 盖错i 净荷j i 。i 传送优ip i di 加密 凋挫字i 计数l 凋帮 字hi 误指示l 始指示l 先级ii 摔制l 段控制i 器i 字段 调整字i 不连续l 随机访le s 优先i5 个标芯i 可选i 填充 段k = 度i 指示i 问指示l 指示ii 字段i 字竹 眦i 僦rl 豢髫l 曩嚣 私川i 适配域扩i3 个标i 扩展 数据i 展长度i 占l 长度 l t v 有效标忠l1 t w 偏移量1 分段码率i 拼接类弛i 盯r s n e x c - a u 图卜2t s 语法示意图 传送流t s 包以四个字节的前缀开始，其中包括十三比特的分组i d ( p i d ) ， 它用于指示有效净荷数据的类型。p i d 通过节目特殊信息( p s i ) 表来识别传送流 t s 包中所带的数据，一个p i d 值的传送流t s 包只能带有r 来自一个基本码流e s 的数据。传送流t s 包中的净荷除音频、视频p e s 包外，还可均为o x f f ，这种包 称作空包，其p i d 值为0 x 1 f f f 用来匹配信道带宽。由于传送流t s 包长固定并 有一系列限定，所以包中还可按规定填充空字节o x f f 。空包及空字节解码时将被 丢弃。此外，t s 包中净荷还可以是节目特殊信息p s i 。 在传送流t s 中，节目特殊信息p s l 被分为4 类表结构：节目关联表( p a t ) ； 节目映射表( p m t ) ；条件访问表( c a t ) ：网络信息表( n i t ) 。 4 中山太学硕+ 毕业论文基于m p e g _ 2 传送流r s 的分析研究 1 2 2 节目流p s 节目流p s ( p r o g r 锄s t r e a m ) 也是一种数据流定义，用来传送和保存一道程序的 编码数据或其它数据。节目流是由一道程序中的一个或多个基本码流e s 合并成为 一个单独的流。节目流p s 由一系列p s 包组成。节目流p s 包包括包头部和有敲 净荷。 节目流p s 的目标与传送流t s 不同，节目流p s 主要是针对那些不容易发生 错误的环境同时它也针对系统编码的处理为主要关注对象，特别是软件处理的 环境。 节目流p s 的速率与传送流t s 一样，节目流t s 的速率可以是变化的，也可 以是固定不变的。在任何情况下，基本码流e s 的速率可以变化或固定不变。节日 流p s 速率由系统参考时钟s c r 和m u x r a t e 字段的位置和数值所决定2 2 l 【2 ”。 节目流p s 语法示意图如图1 3 所示【2 0 i ： 嚣需”“8i 包头部l 包1 净荷l 包头部l 包2 净荷j 包头部l 包n 净荷 包起lol s c r1 竹目流l 包填充l 填充l 系统ip e s i p e s 始码 ill 码率l _ 长度l 字节i 头部 包1i 包n 系统头部l 系统头l 蚂率i 音频节目l 周定码jc s p 3i 音桃频l 视颠节目in 次 起始码i 部长度l 卜限l 数，卜限i 率标志i 称志l 标忐l 数卜限l 循环 基本流i d l 1 lp - s t d 缓冲区ip _ s 1 d 缓冲 l l lr 双比例册子l 区丈小 图卜3p s 语法示意图 节目流p s 包以个三十二位包起始码字o x 0 0 0 0 叭b a 开始。在p s 包头部罩 含有系统时钟基准s c r ( s y s t e r n _ c 】o c k _ r e 旋r e n c e - _ b a s e ) ，它为接收机提供时钟基 准s c r 。在节目流p s 包头部里还可能含有系统头部( s y s t e m _ h c a d e r ) ，系统头部 含有节目流p s 系统信息，说明节目流p s 整体情况。节目流p s 包的净荷由p e s 中山大学硕士毕业论文 基于m p e g 2 传送城t s 的分析研究 包( p e s _ p a c k e t ) 组成。 1 2 3 包化基本流p e s 包化基本流p e s ( p a c k e te l e m e n t a r ys t r e a m ) 是由p e s 包及视频音频等基本 码流( e s ) 复合而成。基本码流除了视频音频数掘流外，还有私用流、保留流、 填充流。p e s 包的示意图如图1 4 所示2 0 1 ： p e s 包起i 流号lp e s 包i 可选p e slp e s 包数据 始码前缀js t r e a m l ；di 长度i 系统头部i 字。任 1 o p e s 加lp e s 优l 数捌甜i 版i 原版或l7 个lp e s 头i 町选l 填光 羿f 控制i 先缴i 准指示i 权l 拷虬i 标志i 部长度l 宁段l 宁节 p 1 s l e s c r l e s ld s m 特l 附加拷f 前一个l p e s d t s il 码率l 技模式l 贝信息i p e s c r c l 扩展域 5 个标志j 可选字段 p e s 私lp e s 包头部lp e s 包ip - s t dip b s 扩展ip e s 扩展 朋数据i 宁段长度l 计数器i 缓冲区大小l 宁段长度i 宁段数据 图卜4p e s 语法示意图 包化基本流p e s 包是以一个二十四位o x 0 0 0 0 0 l 与其后的s t r e 锄- j d 一起构成 的分组丌始码字开始。一个p e s 包只能属于一种基本码流，而这个开始码字就决 定了这个p e s 包属于哪种基本码流e s 。包化基本流p e s 包的长度是不固定的， 它由包化基本流p e s 包中的p e sp a k e tl e n g t h 字段来决定。 由于传送流t s 与节目流p s 的净荷都是包化基本流p e s ，所以传送流t s 与 节目流p s 之间的转换是可能的和合理的。节目流p s 转换为传送流t s 时，通常 做法是先从节目流p s 中分离包化基本流p e s ，然后按照传送流t s 的语法再将包 化基本流p e s 转换为传送流t s 。同时必须将p a c k a d e r _ f i e l d n a g 字段置为1 ， f 1 山大学硕士毕业论文 基于m p e g - 2 传送流t s 的分析研究 也就是说包头p a c k 上a d e r 字段出现在包化基本流p e s 分组首部中。这样做的目 的是为了让转换后的传送流t s 能还原为转换前的节目流p s ；传送流t s 转换为 节目流p s 时，一般需要传送流t s 包中p e s 流中含有p a c kh e a d e r 字段，这样j 能方便的映射到p s 包的头部。通常做法仍是先从t s 流中分离包化基本流p e s ， 再将包化基本流p e s 按照节目流p s 的语法转换为节目流p s 。同时将 p a c k _ h e a d e l f i e l d n a g 字段置为o ，表示p a c k _ h e a d e r 字段不出现在p e s 包中 l2 jj l2 。 1 2 4c r c 解码器模型 c r c 校验原理是将数据比特流看成是系数为0 或1 的多项式，一个数据流可 以看成是从x “1 到p 的女一1 次多项式的系数序列。最商位是“的系数，f 一位足 。的系数依次类推。例如，比特流t 1 0 0 0 l 有6 他，表示成多项式为f + x 4 + x o 。 它的多项式系数分别为l 、l 、0 、o 、0 、1 。 计算c r c 校验和其实就是对需要进行校验的数据比特流进行多项式编码。事 先定义一个生成多项式，这个多项式的高位和低位必须为1 ，一般可以采用些 相关国际标准中推荐的多项式。m p e g 一2 系统层c r c 一3 2 的g ( 砷如式( 卜1 ) 。 算法描述如下： 1 假设g ) 为r 阶，在数据比特流脚( x ) 的末尾附加r 个0 比特，使得其为m + r 比特( 位) ，相应的多项式为x 1 聊( x ) 。 2 按模2 加法用g ( x ) 的位串去除对应于x 州( x ) 的位串。 3 上一步中所得的余数即为数据流m ( x ) 的c r c 校验和。 数字电视节目信号的传送编码采用的是符合m p e g 一2 系统层标准的t s 流，其 中带有对于接收端能否实现f 确选择节目、解码以及发送端同步等基本功能至关 重要的p s i 信息段。在这些信息段末端都附带了3 2 位的c r c 校验信息以便一起传 输，从而保证能i f 确判断是否发生传送错误。 m p e g 一2 系统层所定义的c r c 一3 2 编码生成多项式是】： g ( x ) = x 3 2 + x 2 6 + x 2 3 + x 2 2 + x 6 + x 1 2 + x + 石1 0 + x 8 + 石7 + x 5 + x 4 + x 2 + x + l 。 ( 1 1 ) 中山大学硕士毕业论文 基十m p b g 一2 传送流t s 的分析研究 依据生成多项式，m p e 6 2 委员会给出了按位操作的硬件解码器模型。此模跫 包含了1 4 个加法器( 异或门) 以及3 2 个初始值位1 的延迟器件z ( i ) 。 所以使用c r c 校验和可以对t s 流的正确性进行校验，即通过计算现有t s 流 的c r c 校验和与t s 流本身自带的e r c 校验和进行比较就可以知道t s 流是否出现 了传送错误。 1 3m p e g 一2t s 流的研究现状 出于m p e g 2t s 流已经成为事实上的广播电视系统流的标准，因此固内外许 多学者对m p e g 2t s 流的各个方面都进行了详细的研究，主要有以下三个方面： 第一，许多学者对m p e g 2t s 传送问题进行了研究。由于以传统的恒定速 率传送变比特率压缩的视频时，播放终端往往需要很大的缓存，而节目参考时钟 p c r ( p r o g r 啪c l o c kr e 龟r e n c e ) 协助的恒定速率p c b r ( p c r a s s j s tc o m m o nb i t r a t e ) 传送是一种新的恒定速率传送机制。对此方法的详细研究表明p c b r 方法 利用嵌入m p e g 2t s 流的节目参考时钟来定期校币传送速率，是以较高传送速 率为代价减少缓存需求。随后有学者对此方法进行了改进：通过缩小传送尺度来 降低传送速率但没有增加额外的缓存需求】。出于在传送过程中不可避免的会出 现错误，对传送过程中错误编码的灵敏度进行研究是必不可少的【“。同样在传送 过程中可能会出现传送流t s 包丢失的情况，有学者研究了在无线a t m 网络下模 拟m p e g - 2t s 包的传送情况。由于有线电视( c a t v ) 网络的高带宽和双向 传输能力可以实现交互式的数字业务，还有学者研究了m p e g 2t s 在c a ：r v 网上 的传送情况6 】l ”。 第二，许多学者对有线电视c a ：r v 网络中m p e g 一2t s 复用器进行了研究。 之所以要研究复用器，是因为当使用恒定比特率( c b r ) 业务发送变比特率( v b r ) 码流时，会发生延时抖动或带宽损失。为了消除这种抖动，传统有两种方法：一 种是统计复用，另一种是通过自适应比特率分配。然而，上述这两种方法只是适 用于源率控制和滤波单独压缩的视频节目，它不适用于在固定的频道中传送一组 v b r 码流。有学者对此方法进行了改进，首先提出程序矩阵这一概念，然后给出 中山大学硕士毕业论文 基于m p e g - 2 传送流t s 的分析研究 了两种程序算法：变比特率( v b r ) 算法和传统的恒定比特率( c b r ) 算法。其中v b r 算法，可以在没有源率控制的情况下把比特率分配给输入码流，以防止产生界f ：f ；l 干扰和数据包的丢失81 【”。还有学者引入硬件技术，将f p g a 芯片用于m p e g 2 t s 复用器上面i l 。还可以考虑用软件来实现，在m p e g 2 系统中研究多路t s 流复用器和软件复用“j 。还有学者通过研究h d t v 传送系统的发展，设计 和实现了一种基于m p e g 2 标准的t s 解复用器和数据传输单元”j 【”l 。 第三。许多学者对m p e g 2t s 码流分析仪进行了研究。m p e g 一2 ，d v bt s 码 流分析仪是数字广播系统万发和运行中的重要测试工具和监测仪器，用来梭骏数 字电视传送流是否符合m p e g 2 d v b 标准，同时用来分析传送流中的节目特殊信 息p s l ( p m g r 啪s p e c i ci n 如r m a t i o n ) 等信息。国外码流分析仪的研究工作) r 展比 较早，m p e g 2 标准制定的同时，就有码流分析仪问世。h p 、w w g 、r s 、t e k t r o n i x 和a d h e r e m 等公司都推出了各自的码流分析仪，这几家公司的产品各有特点，性 能较稳定，但产品价格均比较昂贵，且是英文界面不易操作使用。而国内码流分 析仪的研究工作起步晚于国外，蓝拓扑公司、上海市广播科学研究所和数码视讯 公司等先后开发了国产的码流分析仪，这些产品性能逐步稳定，都具备了码流分 析仪的基本功能”。出于m p e g 2 传送流t s 格式适用于高误码率的传送坏境， 对传送流t s 的测量分析在许多研究或应用场合都是必不可少的，因此码流分析软 硬件应运而生，而码流分析软件则是码流分析中的一个重要组成部分。有学者通 过研究m p e g 2 传送流t s 的结构，设计与实现了传送流的分析软件，并对各软 件模块及其结构进行了描述”】f ”】【”j 【”】。另外，还有学者通过分析m p e g - 2 标准定义的节目流p s 、传送流t s 、包化基本流p e s 码流，给出了将节目流p s 转换成传送流t s 的原理l2 。 1 4本文的主要工作 m p e g 2 系统作为标准只定义了传送流t s 、节目流p s 的语法与语义。如何 具体实现则是开放的，只要符合传送流t s 、节目流p s 等语法及语义的数据流都 是正确的。在数字电视系统中，特别是高清晰度电视( h d t v ) ，经常需要对媒体 9 中山大学硕士毕业论文基于m p e o 2 传送流t s 的丹析研究 流之问的格式进行转换，例如把v c d ，d v d 格式的视频音频流转换为传送流t s 视频音频流。又由于传送的需要，经常需要将p s 流与t s 流之间进行转换等。这 些都需要对m p e g 2t s 流及p s 流的语法及语义有比较透彻的理解。 出于节目流p s 的语法及语义的分极与传送流t s 分析的方法类似，因此本文 选择了对m p e g 2t s 流的语法及语义进行详细的分析。本文通过对m p e g 2t s 流语法的理解，用适当的算法实现了对t s 流每个字段所代表的含义的分析。 论文在第一章首先对m p e g 2 标准作了简要介绍，其次介绍了m p e g - 2t s 流的研究现状。第二章详细介绍了m p e g 2 t s 流的语法，其中2 1 节分析了节 i 关联表p = a t 的语法，2 2 节分析了节目映射表p m t 的语法，2 3 节分析了调整字 段的语法，2 4 节分析了p e s 分组字段的语法。第三章从总体上对m p e g - 2t s 流 进行了分析，并给出了相应的算法及试验结果。其中3 1 节对传送流t s 的字段进 行了统计，3 2 节对任意个传送流t s 包进行了分析，3 _ 3 节实现了将节日流p s 的包化基本流p e s 转换为传送流t s 的包化基本流p e s 。第四章对全文进行了总 结，指出了论文的不足之处，比如将节目流p s 转换为传送流t s 还没有完全实现 等。 1 0 巾山大学硕士毕业论文 基于m p e g _ 2 传送流t s 的分析研究 第二章传送流t s 语法的详细分析 m p e g 一2t s 流是由一系列t s 包组成，每个t s 包固定为1 8 8 字节。每个t s 包只包含一种基本码流e s ，并以相应的p i d 加以标识。其中，压缩层p i d 山用户 自行定义，系统层p i d 由m p e g 2 标准定义，具体分配如下： p i d 值为0 x o 0 0 0 是节目关联表；p i d 值为o x 0 0 0 1 是条件访问表；p l d 值为 o x 0 0 1 0 是网络信息表；p i d 值为o x l f f f 是空分组。 判断某数据流是否为传送流t s 以及传送流t s 在传送过程中是否出现错误， 也就是需要分析它们是否符合传送流t s 的语法格式，因此有必要对传送流t s 的 语法进行分析，实际上就是对每个传送流t s 包进行分析。本章结合具体m p e g 2 t s 流，按照m p e g 2t s 流语法的规定，详细分析了每个字段所代表的含义。 许多的应用都需要对传送流t s 字段的含义进行分析。首先，对传送流t s 字 段含义的分析，可以判断某数据流是否为传送流t s ，如果数据流不是传送流，数 字电视系统将不会对它进行传送。其次，可以判断传送流t s 比特值是否出现错误， 传送流的同步字节0 x 4 7 是否出现错误等，一旦出现错误，必须马上丢弃它所在 的t s 包，否则数字电视接收系统将无法正确解码；还可以判断传送流是否被加密， 是否具有版权等信息。在数字电视节目转播之前，版权问题是不能被忽视的。最 后，可以实现传送流与节目流之间的相互转换，为了给数字电视广播提供丰富的 节目源，经常需要将m p e g 2 节目流p s 转换为传送流t s 。 在m p e g 2t s 流中，每路节目包含多种基本码流e s ，每种基本玛流e s 用不 同的p i d 标识。节目特殊信息p s i 中给出了这些p l d 的信息以及各p i d 之间的关 系。因此分析m p e g 2t s 流，首先就需要分析节目特殊信息p s i 。节目特殊信息 的关键在于一个完整而有效的节目关联表p a t 。r 玎给出了各路节目的节目号以 及查找该路节目映射表p m t 所必须的节目映射p i d 。只有得到了这些信息，才可 以进一步分析p m t 以及各路节目的具体信息。 本文通过对个具体m p e g 2t s 流的分析，发现它的第一个t s 包的p i d 值 即为0 x 0 0 0 0 ，也就是说第一个t s 包按照节目关联表胍r 来编码的。根据节目关 中山大学硕士牛业论文基r m p e g 之传送流t s 舳分析研究 联表p a t 给出的节目映射p i d ，发现这个具体m p e g 一2t s 流的第二个t s 包是按 照节目映射表来编码的。根据这个节目映射表p m t 给出的音频流p i d 和视频流 p i d ，发现此t s 流的第三个t s 包即为视频信息，并且它包含了调整字段与包化 基本流p e s 。 因此，本章在2 1 节分析了节目关联表n 玎，也就是第一个t s 包。在2 2 节 分析了节目映射表p m t 也就是第二个t s 包。在2 3 节分析了调整字段，也就 是第三个t s 包前部分。在2 4 节分析了包化基本流p e s ，也就是第三个t s 包后 部分。 2 1 节目关联表p a t 本节首先根据p i d 值为o x 0 0 0 0 找到节目关联表p a t 。p a t 通常包括多个分 段，每个分段含有一路节目的全部信息。这种做法，在发生错误时，可以最小的 避免数据丢失，有利于整个数据的接收和正确编码。 本节用适当的算法将p i d 值为o x o o o o 所在的t s 包，也就是t s 流的第一一个 t s 包截取出来。算法的流程图如翻2 一l ： 图2 1 截取t s 流的第一个t s 包流桴圈 中山大学硕士毕业论文 基于m p e g _ 2 传送流t s 的分析研究 结果如下： 4 74 00 01 1o o0 0 b 00 d0 00 1c 1o o0 00 0o le 50 0a dd d7 f d 4 f r f r f r f r 行f r f r f f 锰髓程髓程锰锰锰韪鹱髓氍氍锰锰锰髓鹱毪程疆鹱珏t 锰鹱髓锰琏髓谯韪氍锰程髓代程髓 髓髓氍镬鹱髓馥髓钰氍基氍鹱镬髓霞鹱琏霞韪氐髓程韪髓镬锰珏氍髓镬媛疑镊鹱髓旺钱镘 氐骶氍程程髓髓程镬氐珏珏骶氐疆鹱髓矗珏矗矗h 程程髓氍珏珏氐珏镬贫程髓镬疆鹱程氍 珏髓氍锰锰锰髓鹱锰鹱髓钰氍髓锰锰髓鹱锰锰镬链霞氍髓锰髓髓链髓钱髓疑氍链髓锰鹱疆 开f r 岳 以上数字均为十六进制每两个十六进制数为一个字节。为了方便阅读，每 个。# 节中闽人为的加入了一个空格。另外，以下分析均是将_ 六进制转换为：二进 制数后再束分析的。 首先根据传送流的语法和语义说明，找出每一位二进制所代表的具体含义。 第一个字节即0 x 4 7 为s y n c - b ”e ， 它是每个传送流丌始的标志。 第二个字节第一位即0 为仃a n s p o r t _ e 盯o r _ b y t e ，它表明这个传送流分组中 没有错误。当这个字段为l 时，则表明在相关的传送流分组中至少有一个4 ；可 纠正的错误位。此标志应由传送层之外的实体鹭1 。当被置l 后，在错误被 纠萨之i j 不能重置为o 。 第二个字节第二位即1 为p a y l o a a u n i l - s t a n _ i n d i c a t o r ，用来指示传送流分 组带有p e s 分组或p s i 数据时的情况。 第二个字节第三位即o 为t r 锄s p o n _ p r i o m t y 。当被置为l 时表明相关的 分组比其它具有相同p i d 但此位没有被置l 的分组有更高优先级。传送机制可 根据此位确定在一个基本码流e s 中数据的优先级。根据不同的应用。此优先级字 段的编码可以不考虑p l d ，或者仅在一个p i d 内编码。此字段可能被通道特殊编 码器或解码器修改。 第二个字节第四位到第八位和第三个字节共十三比特即o x 0 0 0 0 为p i d 。p i d 用来指示存储于分组中有效净荷中数据的类型。其中p i d 值0 x o o o o 为节目关联 表保留，而o x o o o l 为条件访问表保留。p i d 值o x 0 0 0 o x 0 0 0 f 保留，0 x l f f f 为空分组保留。这里p i d 值为0 x 0 0 0 0 ，故这个t s 包为节目关联表，也就是说 后面的字节是按照节目关联表语法来分配的。 另外，在这罩说明一下0 x o 0 0 0 和o o o o 这两种电法的含义。o x 0 0 0 0 这个 中山大学颁士毕业论文基于m p e g - 2 传送流t s 的分析研究 十六进制数本来应该为十六位，但我们知道p i d 值仅为十三位，于是本文规定 o x o 0 0 0 后面三位十六进制每位仍代表四位二进制数，而第一位十六进制仅代表 位二进制数。0 0 0 0 表示四个二进制均为0 。在后面凡是遇到这种记法都代表 这种含义。 第四个字节第一到第二位即0 0 为t r a n s p o r l s c r a m b l i n g o m m l ，它用来指 示传送流分组有效净荷的加密模式。传送流分组首部包括调整字段，不应被加密。 在空分组时i r a n s p o r t s c r a m b l n g _ c o n t r 0 1 字段的值应置为0 0 。加密控制值如表 2 1 所示： 表2 一l 加密控制值 v a h e d e s c r i p t i o n 0 0n o ts c r 8 m b l e d o lu s e rd e n n e d 1 0u s e rd e n n e d 1 lu s e rd e n n e d 这罩值为o o ，也就是说此t s 包未加密。 第四个字节第三到第四位即叭为a d a p t a t i o n - f i e l d _ c o m m l 。它用于指示本 传送流分组首都是否跟随有调整字段和，或有效净荷调整字段。控制值如表2 2 所 示： 表2 2调整字段控制值 v a i u e d e ”r j p t i o n o or e r v e df o r 血t u f ei l s eb yi s 0 ，i e c 0 1 n oa d a p t a t i o n e l d ，p a y l o a do n i y 1 0 a d a p t a t i o 唧e l do n l y ， n op a y l o a d 1 1 a d a p t a t i o n _ n e l df 0 o w c db yp a y l o a d i t u tr e c h 2 2 2 o li s o i e c1 3 8 1 8 1 解码器应丢弃a d 印t a t i o n _ f i e l d _ c o n t r o l 字 段为0 0 的传送流分组。空分组此字段应为0 1 。这罩值为叭，也就是说 此传送流分组无调整字段，仅含有效净荷。 第四个字节第五到第八位即o o o l 为c o m i 肌i t ) o u n t e r 。 随着每一个具有 相同p i d 的传送流分组而增加，当它达到最大值后又回复到零。如果 4 ! ! 堕堂堡主竺些丝奎 兰三竺：暨兰堕堂塑! ! 塑坌塑堕塑 a d a p t a t i o n _ f i e l d _ c o 蛐r o l 字段为o o 或1 0 ，则c o n t i n u i t yc o u m c r 不应增加。 以上三十二比特即四个字节为每个t s 包所共同拥有的一些字段，由这些字段 的不同决定了后面剩下的比特值所代表的含义也各不相同。这个t s 包由p i d 值 为o x o o o o 决定