（信号与信息处理专业论文）mpeg2传送流特殊信息处理的fpga实现研究.pdf

电子科技大学硕士论文：m p e g 一2 传送流特殊信息处理的f p g a 实现研究 搁要 m p e g - 2 标准己经被广泛地应用于诸如多媒体通信、数字电视等领域。 但是如何利用当前的有线电视网络传输越来越多的电视节目信号已经成为 了需要解决的迫在眉睫的问题。为了解决这一问题，我们可以采用m p e g 一2 传送流复用技术来节省带宽。实践证明，这确实是一个行之有效的方法。 m p e g 2 传送流复用器和解复用器设计中的一项关键技术是特殊信息( p s l ： p r o g r a ms p e c i a li n f o r m a t i o n ) 的处理，即复用器设计中的系统层节目专用信 息的收集、重构和解复用器设计中的p s l 分析，以及对相关的节目时钟参 考的处理。本文介绍了如何利用f p g a ( f i e l d p r o g r a m m a b l e g a t e a r r a y ) 技术 来实现传送流特殊信息的处理，其主要内容如下： 1 介绍了m p e g 2 传送流系统层的语法规范； 2 描述了传送流特殊信息之间的结构关系； 3 简要介绍了传送流复用的原理和实现方法； 4 详细讨论了如何用f p g a 技术来实现对特殊信息的处理： 整个项目的设计采用v h d l 作为程序设计语言，都是以x i l i n x 的f p g a 芯片及其i s e 5 2 i 作为开发系统进行的。 关键词：节目专用信息、节目关联表、节目映射表、包标识、f p g a 电子科技大学硕士论文：m p e g 吨传送流特殊信息处理的f p ( ；a 实现研究 a b s t r a c t m p e g 一2s t a n d a r dh a sb e e n w i d e l y u s e di nt h ef i e l d so fm u l t i m e d i a c o m m u n i c a t i o n ，d i g i t a lt e l e v i s i o nb r o a d c a s t i n ga n ds oo n h o w t oe m p l o yt h e c u r r e n t c a t v ( c a b l et e l e v i s i o n ) n e t w o r k s t o t r a n s p o r t m o r ea n dm o r e t e l e v i s i o ni n f o r m a t i o nb e c o m e sap r o b l e m i no r d e rt os o l v et h i sp r o b l e m ，w e c a ne m p l o yt h em u l t i p l e x i n gt e c h n i q u et os a v et h eb a n d w i d t h a n di ti ss u r e l y a ne f f i c i e n tw a y o n eo ft h e k e yt e c h n i q u e s o ft h e d e s i g n f o rt h e m u t i p l e x e r a n d d e m u t i p l e x e ri st h ep r o g r a ms p e c i a li n f o r m a t i o n ( p s i ) p r o c e s s i n g i ti n c l u d e s t h ec o l l e c t i o na n dr e c o n s t t u c t i o no fp s ii nt h em u t i p l e x e ra n dt h ea n a l y s i so f p s ii nt h ed e m u t i p l e x e r a n di ta l s oi n c l u d e st h ep r o c e s s i n gf o rp r o g r a m c l o c kr e f e r e n c e ( p c r ) t h i sd i s s e r t a t i o nm a i n l yd e s c r i b e sh o wt oe m p l o yt h e t e c h n i q u eo ff p g a ( f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y ) t oi m p l e m e n tt h ep s i p r o c e s s i n g t h em a i n c o n t e n t si nt h i sd i s s e r t a t i o ni n c l u d e ： 1 i n t r o d u c i n gt h es t a n d a r do f m p e g - 2 s y s t e ml a y e rs y n t a x ； 2 d e s c r i b i n gt h es t r u c t u r ea n dr e l a t i o n s h i po f p s i ； 3 i n t r o d u c i n g t h e t h e o r ya n dm e t h o do fm p e g 一2t s ( t r a n s p o r ts t r e a m ) m u l t i p l e x i n gt e c h n i q u e ； 4 d i s c u s s i n gt h ei m p l e m e n t a t i o n o ft h ep r o c e s s i n gf o rp s lw i t hf p g ai n d e t a i l s t h e d e s i g no f t h i sp r o j e c ti sf i n i s h e dw i t hv h d la n db a s e do nt h ed e v i c e o f x i l i n xa n di t sd e v e l o p m e n t s y s t e m1 s e 5 2 i k e y w o r d s ：p r o g r a ms p e c i a li n f o r m a t i o n 、p r o g r a m a s s o c i a t i o nt a b l e 、 p r o g r a mm 印t a b l e 、p a c k e t i d e n t i f i e r 、f p g a 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：日期：山删6 年多月从曰 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：纷导师签名：纽 曰期：o h - r j - 年r 月，z 日 电子科技大学硕士论文：m p e g 一2 传送流特殊信息处理的f p g a 实现研究 1 1 研究背景及任务 第一章绪论 目前，数字电视系统的视频编码采用国际标准化组织的运动图像专家 组制定的m p e g 一2 标准，可以显著消除电视图像信号中的空问、时间冗余 度，从而降低了传输一路电视节目所需的码率。这样，利用复用技术就能 够在一路常规的模拟电视信道中传输多路数字电视节目，可以成倍提高信 道的利用率，降低节目传输成本，带来极大的经济效益。另外，数字电视 系统采用固定长度的传送包结构，可以灵活地对具有相同或不同时基的多 路节目进行复用，同时还可以实现节目间的动态带宽分配等功能。因此， 未来的电视系统除了提供常规的电视业务外，还必须提供它的增值业务， 所以将来的数字电视系统应该是足够灵活的，这其中的关键就是复用系统 的实现。国外已经开发出了复用系统的相关专用芯片，我国目前所使用的 复用器专用芯片大都依靠进口，国内也有多家单位在从事基于d s p 的复用 器研制和开发工作，但无法形成专用芯片的设计和制造。所以自行设计复 用系统专用芯片问题已经成了我国数字电视系统需要解决的迫在眉睫的问 题。 1 2 复用器开发 以同轴电缆作为传输线路处理多路传输信号功能的电缆传输系统即有 线电视网络系统，在我国已有8 0 0 0 万网络用户，并且正在以每年5 0 0 万户 的速度增长，已经成为世界上最大的有线电视网络系统。与目前带宽资源 严重匮乏和传输速度极慢的i n t e r n e t 网络相比，有线电视网络具有较高的 带宽和传输速度，劳且这些资源远远没有得到充分利用。目前，在有线电 视网络中，我国已有许多地方和部门正在实验和逐步开通高速i n t e r n e t 接 入、音频，视频点播、电视会议、电子商务、网上购物、高速数据广播、音 频视频广播等多种业务。因此，充分利用有线电视网络的带宽资源，将极 大地带动计算机网络、电信网和有线电视网“三网”的融合，进而推动我 国信息产业的发展。 电子科技大学硕士论文：m p e g 一2 传送流特殊信息处理的f p g a 实现研究 有了有线电视网，如何满足目前和未来宽带网络服务的各种需求呢? 数字视频广播是面向数字电视和相关媒体业务的全球范围的解决方案。为 了充分利用带宽或者新增增值业务，不论是卫星数字电视传输系统、有线 数字电视传输系统、还是地面开路数字电视传输系统，基于m p e g 一2 规范 的多路节目复用器已经成为这些数字电视传输系统的关键设备之一。它一 方面将单路及多路节目比特流按照定的格式重新组织、复用成单路串行 的传送流，另一方而它将编码端的时钟信息插入到传送流中，接收端借此 恢复并调整本地时钟，使之与编码端保持严格的同步关系，保证音频视频 信号的同步恢复。另外，复用系统对需要复用传送的节目信息按照一定的 格式打包，并产生节目专用信息( p s i ：p r o g r a ms p e c i a li n f o r m a t i o n ) 和业务 信息( s h s e r v i c ei n f o r m a t i o n ) ，通过p s i 和s i 以及传送包头的特殊信息， 可以方便地识别不同的节目及节目的基本比特流( 包括音频流、视频流和附 加数据流) ；同时利用条件接收原理可阻实现对节目的加扰和条件接收业 务。可以说，正是这种复用系统的特殊结构与复用机制所具有的极大的灵 活性，使得数字电视传输系统成为可以不分信息传输种类的高速信息传输 网络。 1 3 复用器芯片的f p g a 设计 1 3 1f p g a 技术 自从1 9 8 5 年x i l i n x 公司率先推出第一片f p g a ( f i e l dp r o g r a m m a b l e g a t ea r r a y ) 芯片以来，f p g a 的硬件体系结构和软件开发工具都在不断地 完善，日趋成熟。发展到今天，f p g a 可以说是微电子技术、电路技术、 e d a 设计技术的完美结合体，设计者可以把精力主要放在设计所完成的 功能本身上，即需求规范的实现上，而不需要对不影响功能的其它因素花 费过多的时间和精力。 f p g a 的结构是由基于半定制门阵列的设计思想而得到的。从本质上 讲，f p g a 是一种比半定制还方便的a s i c ( a p p l i c a t i o ns p e c i f i ci n t e g r a t e d c i r c u i t 专用集成电路1 设计技术，它除了具有a s i c 的特点之外，还具有以 下优点： f 1 ) 用户可咀在芯片门数允许条件下“自由”地实现所需的功能。f p g a 包 电子科技大学硕士论文：m p e g 一2 传送流特殊信息处理的f p g a 实现研究 含有大量实现组合逻辑的资源，可以完成较大规模的组合逻辑电路设计； 与此同时，它还包含有相当数量的触发器，借助这些触发器，f p g a 又能 完成复杂的时序逻辑功能。通过使用各种e d a 工具，设计人员可以方便 地将复杂的电路在f p g a 中实现。而且，随着v l s i ( v e r yl a r g e s c a l ei c ， 超大规模集成电路) 2 1 2 艺的不断提高，f p g a 芯片的规模也越来越大，其单 片逻辑门数己达数百万门，它所能实现的功能也越来越强。 ( 2 ) f p g a 芯片在出厂之前都做过百分百的测试，不需要设计方承担投片风 险和费用，设计人员只需在自己的实验室里就可以通过相关的软硬件环境 来完成芯片的最终功能设计。 ( 3 ) 许多f p g a 芯片可以多次重新编程，加载一个新的设计方案只需几百毫 秒。这样，设计人员可以方便地修改设计或在外围电路不动的情况下实现 不同的功能，极大地缩短开发周期。 1 _ 3 2 基于f p g a 的设计方案与v h d l 语言 目前，复用器的设计方案主要基于d s p 的实现技术，基于d s p 的设 计方案是把d s p 作为主控处理单元，与外围电路相互配合完成对信息的处 理。这就要求在设计的时候除了考虑d s p 所涉及的问题以外，还要考虑 d s p 与外围电路协调工作的问题，诸如通信、中断响应等。虽然这种设计 方法在理论上也能实现对传送流的复用，并且已经有多家国内的研究单位 在从事这方面的研究和设计工作，但作为今后专用芯片的设计和开发来讲， 基于f p g a 的设计无疑是最佳的选择。把作为信息处理的主控单元与外围 电路集成在起进行设计，不仅可以避免很多电路设计上的麻烦，而且可 以通过完整的设计有效地提高系统的工作效率，同时作为今后的a s i c 设 计来说，f p g a 的设计是前期设计的一个行之有效的方法。 用硬件描述语言进行电路与系统设计是当前e d a 技术的一个重要特 征。与传统的原理图输入设计方法相比较，硬件描述语言更适合规模曰益 增大的电子系统，它还是进行逻辑综合优化的重要工具。硬件描述语言使 得设计者在比较抽象的层次上描述设计的结构和内部特征。 v h d l 语言作为硬件描述语言的一种，也是用形式化的方法来描述数 字电路和设计数字逻辑系统。设计者可以利用这种语言来描述自己的设计 思想，然后利用电子设计自动化e d a 工具进行仿真，再自动综合到门级 电子科技大学硕士论文：m p e g 一2 传送流特殊信息处理的f p g a 实现研究 电路，最后利用a s i c 或f p g a 实现其功能。比起传统的原理图设计方法 来说，v h d l 有许多优点，例如：能形式化地抽象表示电路的结构和行为； 支持逻辑设计层次与领域的描述；可借用高级语言的精巧结构来简化电路 的描述；具有电路仿真与验证机制以保证设计的正确性；支持电路描述由 高层到低层的综合转换：硬件描述与实现工艺无关；便于文档管理；易于 理解和设计利用。此外，v h d l 语言的设计技术齐全、方法灵活、支持广 泛，系统硬件描述能力很强。 电子科技大学硕士论文：m p e g 一2 传送流特殊信息处理的f p g a 实现研究 第二章m p e g 2 传送流系统层 在m p e g 2 标准中，有两种不同类型的码流输出到信道，一种是节目 流( p s ：p r o g r a ms t r e a m ) ，适用于没有误差产生的媒体存储；另一种是传送 流( t s ：t r a n s p o r ts t r e a m ) ，适用于有信道噪声产生的传输，可在网络中进 行远距离的传输。传送流便于综合多路节目为单路节目，也就是便于节目 的复用传输。多个节目可以或者不必具有相同的时间基准。由于m p e g 2 要求这些包由a t m 传送，假定a t m 单元具有4 7 b 的载荷，那么在m p e g 一2 的t s 流中传送包的大小则定义为4 4 7 = 1 8 8 b 。另外，这样的t s 流作为一 个固定长度包大小，便于找到每帧数据的起止位置，易于从包中恢复数据， 适合于有误码的环境。 复用器的设计主要是针对传送流( t s 流) 进行处理，所以在这里做主要 介绍。m p e g 2 中t s 流是根据i t u tr e c h 2 2 0 、i s o i e cd i s l 3 8 1 8 2 和 i s o i e c1 3 8 1 8 3 协议所定义的一种数据流，其目的是为了在有可能发生严 重错误的环境下进行一路或多路节目的编码数据的传送。这种错误表现为 比特值错误或包丢失。t s 流的速率是可以变化的，也可以是固定的。t s 流的速率是由节目时钟参考( p c r ：p r o g r a m c l o c k r e f e r e n c e ) 字段的位置和 数值决定，通常每个节目都有自己的p c r 字段。 2 1m p e g 一2 系统层协议规范 为了实现解码同步，在非定长的打包原始流( p e s ：p a e k e t i z e d e l e m e n t a r ys t r e a m ) 中插入播出时间标记( p t s ：p r e s e n t a t i o nt i m es t a m p ) 和 解码时间标记( d t s ：d e c o d i n gt i m es t a m p ) 以及相关的系列标志符。而传 送层采用固定长度为1 8 8 b 的数据包，将p e s 打包为t s 流，这样的包结 构对于未来的新增业务，在无需新增比特流的情况下，就可以在传送层中 进行复用传送，从而提供了较大的灵活性。图2 1 为t s 流的语法结构。 电子科技大学硕士论文：m p e g 一2 传送流特殊信息处理的f p g a 实现研究 - - - - 一1 s 8 【 一 崔豢缓豹氪荷缓篓弱负荷缓荔豹 负荷 | 生i 传避差 负荷单元 雠h 徽i 撼i 漱燃 # 节i 谙指示 开鲥f 指示 l 自适应宇不连缍睫机接基奉瘫优 黝群 段长度指看i人指示先指示 8 l 一l 一+ 一一百厂弋 蜘按棒进用户甩户 扩蜃自遗 s 臧黝 i ro p c r 倒诗散数据长度数据 虚真_ | 邑霞 巷 图2 - 1t s 流语法结构 由图2 - 1 可以看出，t s 包由4 b 的包头、可变长度的自适应字段和有 效负荷组成。包头由8 b 同步字节、1 b 传送差错指示、1 b 负荷单元开始指 示、1 b 传送优先级、1 3 b 包标识( p i d ：p a c k e ti d e n t i f i e r ) 、2 b 传送加扰控 制、2 b 自适应字段控制和4 b 连续计数器组成。其中，负荷单元开始指示 表示打包的原始流p e s 数据包字头或包含与节目有关的p e s 信息的起始 端，是否出现在该t s 包的负荷中。自适应字段控制表示在包头后面是否 有自适应字段或有效负荷。连续计数器中的数值对于具有相同p i d 值的 有效负荷而言，从o 1 5 连续循环，用来在解码端检测是否有丢失的t s 包。 在t s 流中，用不同的p i d 来区分不同的t s 包所携带的内容，包括 p a t ( p r o g r a ma s s o c i a t i o nt a b l e ：节目关联表) 、p m t ( p r o g r a mm a p t a b l e ： 节目映射表) 、p c r 和音频、视频及附加数据信息等。 除了各节目的各个传送流外，还应有节目专用信息( p s i ：p r o g r a m s p e c i a li n f o r m a t i o n l ，p s i 数据由固定字长的整体字头和可变字长的p a t 或 p m t 以及4 b 的c r c ( c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k ：循环冗余校验) 码构成。 p a t 表的整体字头长度为8 b ，由表标识符、表分段长度、传送比特流 标识符、版本号、当前下次指示器、分段号和最后分段号组成。而可变字 长的节目清单由各个1 6 b 的节目号与对应的1 3 b 的节目映射表的p i d 值组 成。 p m t 表的整体字头长度为1 2 b ，由表标识符、表分段长度、节目号、 版本号、当前下次指示器、p c r 之p i d 、节目信息长度组成。而可变字长 6 电子科技大学硕士论文：m p e g 一2 传送流特殊信息处理的f p g a 实现研究 的节目描述由节目所含基本比特流类型( 包括音频、视频、附加数据信息 等) ，基本比特流对应的p i d 、扩展信息长度和扩展可变长度的基本流描述 符组成。其中有一个p i d 含有该节目时钟参考p c r 信息。此外，还可以在 多路复用节目的业务中，以t s 包的形式对系统单独插入p c r ，即p c r 的 p i d 是独立的。 2 2m p e g 2 传送流语法结构 18 8 b 长度的t s 包由4 b 的包头、可变长度的自适应字段以及有效数 据负荷组成。这些信息与传送系统有关。而t s 包中有效负荷所传送的信 息主要包括4 种类型： ( 1 ) 音频、视频的p e s 包以及附加数据。 ( 2 ) 描述单路节目信息的节目映射表( p m t ) 与描述多路节目复用信息的节目 关联表( p a t ) 以及对条件接收系统所要求的条件访问表( c a t ：c o n d i t i o n a l a c c e s st a b l e ) 。 ( 3 ) 各种业务信息( s i ) 表，包括强制性的网络信息表( n i t ：n e t w o r k l n f o r m a t i o nt a b l e ) 、业务描述表( s d t ：s e r v i c ed e s c r i p t i o nt a b l e ) 、节目段 信息表( e i t ：e v e n t i n f o r m a t i o nt a b l e ) 与时间和日期表( t d t ：t i m ea n dd a t a t a b l e ) ，还包括可选的业务组表( b a t ：b o u q u e t a s s o c i a t i o n t a b l e ) 、运行状 态表( r s t ：r u n n i n g s t a t u st a b l e ) 和时间偏移表( t o t ：t i m eo f f s e tt a b l e ) 等。 ( 4 ) d v b 数据广播信息，包括数据管道、异步数据包、同步、被同步数据 流、多协议封装、循环数据、循环对象。 每个传送流的前4 个字节为包头，包头后面就是需要传送的有用信息， 包括音频、视频或数据信息，通常该信息是1 8 4 b 长度。有时在有用信息 中插入节目时钟参考( v c r ) 。传送流的包头由3 2 b 组成，它是识别传送流 的关键，其结构如下面介绍( 参考表2 1 ) 。 一 一皇型垫奎堂堡主笙兰：! ! 堕二! 堕茎鎏塑鲞堕垦叁矍堕旦塑塞里塑窒 表2 - 1m p e g 2 t s 包头 语法 比特长度注释 t r a n s p o r t d a c k e t0 s y n b y t e8 b同步字节 t r a n s p o r t e r r o r i n d i c a t o r i b 传送差错指示 p a y l o a d u n i t s t a r t i n d i c a t o r i b 负荷单元开始指示 t r a n s p o r t p r i o r it y ib 传送优先级 p i d 1 3 b 包标识 t r a n s p o r t s c r a m b li n g c o n t r o l2 b 传送加扰控制 a d a p t a t i o n f i e l d c o n t r o l 2 b 自适应字段控制 c o n t i n u i t y c o u n t e r 4 b 连续计数器 i f ( a d a p t a t i o n f i e l d c o n t r o l = = 】0 a d a p t a t i o n f i e l d c o n t r o l = = 1 1 ii a d a p t a t i o n f i e l d0自适应字段 i f ( a d a p t a t i o n f i e l d c o n t r o l = = = o 】lj a d a p t a t i o n f i e l d c o n t r o l = = 1 1 ii f o r ( i = o ：i e g 一2 传送流特殊信息处理的f p 6 a 实现研究 表3 - 1p a t 描述 1 5 电子科技大学硕士论文：m p e g 一2 传送流特殊信息处理的f p g a 实现研究 表中： t a b l e i d ：1 b 长度的字段，该字段标识了一个t s 包所携带p s l 分段的内 容是节目关联分段、条件访问分段还是t s 流节目映射分段等。对于p a t ， 置为0 x 0 0 h 。 s e c t i o n s y n t a xi n d i c a t o r ：1 b 长度的字段，对于p a t ，置为1 。 s e c t i o n l e n g t h ：1 2 b 长度的字段，该字段指示分段的字节数，由分段长 度字段开始，包括c r c ，其值不超过1 0 2 1 。 t r a n s p o r t ： 长度的字段，作为一个标签，该字段指出在网络s t r e a m i d2 b 中与其他复用流的区别标志，其值由用户自定义。 v e r s i o nn u m b e r ：5 b 长度的字段，该字段指出所有p a t 的版本号。一旦 p a t 有变化，版本号加1 ，当增加到3 1 时，版本号循回到0 。 c u r r e n tn e x ti n d i c a t o r ：长度为1 b 的指示位，置为1 时，表示传送的 p a t 当前可以使用；置为0 时，表示该传送的表不能使用，下一个表有 效。 s e c t i o nn u m b e r ；1 b 长度的字段，给出了该分段的数目。在p a t 中的第 一个分段的s e c t i o nn u m b e r 为0 x 0 0 h ，p a t 中的每一个分段将加1 。 l a s ts e c t i o nn u m b e r ：1 b 长度的字段，该字段指出了最后一个分段号。 在整个p a t 中即为分段的最大数目。 p r o g r a mn u m b e r ：2 b 长度的字段，该字段指出了节目对于哪一个 p r o g r a mm a pp i d 是可以使用的。如果是0 x 0 0 0 0 h ，那么后面的p i d 是网 络p i d ，否则其他值由用户定义。 p r o g r a mm a pp i d ：1 3 b 长度的字段，该字段指定t s 包中的p i d 值。这 电子科技大学硕士论文：m p e g 一2 传送流特殊信息处理的f p g a 实现研究 个字段应包含适用于p r o g r a m n u m b e r 所指明的节目的 p r o g r a m m a p s e c t i o n 。一个节目号由一个p r o g r a m m a p p i d 赋值。该字段 的值由用户自定义，但不应取为被保留使用的p i d 值。 c r c 一3 2 ：4 b 长度的字段，用来校验数据正确性的循环冗余校验码。 3 2 3 节目映射表 节目映射表( p m t ) 提供节目号码与组成它们的原始码流之问的映射关 系，这种映射表是个t s 流中所有节目定义的集合。此表将在包中传送， 其p i d 值是编码器或p a t 选择的。如果需要的话，可以使用多个p i d 值。 在映射表插入到t s 包之前，此映射表将按一定的语法分成一个或多个分 段，f h 节目号码字段p r o g r a m 识别。_number p m t 包含了与单路节目复用有关的控制信息。单路节目的t s 流是由 具有相同时基的多路p e s 流复用构成的，典型的构成包括一路视频打包的 基本码流( p e s ) 、多路音频p e s 以及一路或多路辅助数据。各种p e s 被分 配了唯一的p i d ，p e s 与被分配的p i d 值之间的关系构成了一张p m t 。p m t 完整地描述了一路节目是由哪些p e s 组成的，以及各自的p i d 值是多少等 信息。 为了使解码器能够根据p i d 恢复各路p e s ，需要在传送节目前将p m t 传送给解码器。在m p e g 2 传送层中，传送p m t 的码流称为控制比特流， 它与其他p e s 一样作为一个独立的码流，被转载在t s 包的有效负荷中进 行传输，并且被分配了一个唯一的p i d 。 p m t 的整体字头长度为1 2 b ，由表格标识符、分段语法指示器、表格 分段长度、节目号、版本号、当前下次指示器、分段号、最后分段号、p c r 的p i d 、节目信息长度组成。其可变长度的单节目描述由节目所含基本比 特流类型( 音频、视频或附加数据) 、基本比特流p i d 、扩展信息长度和扩 展可变长基本流描述符组成；p m t 提供的是组成节目的基本码流和节目号 之间的对应关系，它描述了一路节目的基本组成，包括基本码流的类型和 基本码流的p i d 。 在t s 流中携带的每个节目都必须有一个与该节目相关的p m t ( 表3 - 2 所示) ，该表给出了有关节目与组成该节目的细节，包含每个节目所有的音 频视频的p i d 、数据的p i d 、p c r 的p i d 等。 电子科技大学硕士论文：m p e g 一2 传送流特殊信息处理的f p g a 实现研究 表3 - 2p m t 描述 语法比特长度注释 t s p r o g r a m m a p s e c t i o no t a b l e _ i d 8 b 表格标识符 s e c t i o n s y n t a x i n d i c a t o r i b 分段语法指示器 o 1 b r e s e r v e d2 b 保留字 s e c t i o n l e n g t h 1 2 b 表格分段长度 p r o g r a m n u m b e r 1 6 b 节目号 r e s e r v e d2 b保留字 v e r s i o n n u m b e r 5 b版本号 c u r r e n t n e x t i n d i c a t o r i b 当前下次指示器 s e c t i o nn u m b e r8 b分段号 l a s t s e c t i o n n u m b e r 8 b 最后分段号 r e s e r v e d 3 b 保留字 p c rp i d1 3 bp e r 的p i d r e s e r v e d 4 b保留字 p r o g r a m i n f o l e n g t h 1 2 b节目信息长度 f o r ( i = 0 ：i n ：i + + ) ( 电子科技大学硕士论文：m p e g 一2 传送流特殊信息处理的f p g a 实现研究 语法比特长度注释 e s i n f o l e n g t h f o r ( j = o ：j n ：j + + ) c r c3 2 8 b 3 b 1 3 b 4 b 1 2 b 节目描述信息 基本比特流类型 保留字 基本比特流p i d 保留字 扩展信息长度 扩展信息描述 3 2 bc r c 校验位 表中： - t a b l e i d ：1 b 长度的字段，对于p m t ，置为0 x 0 2 h 。 s e c t i o n s y n t a x i n d i c a t o r ：l b 长度的字段，对于p m t ，置为1 。 s e c t i o n _ l e n g t h ：1 2 b 长度的字段，前两位置为“0 0 ”，该字段指示分段的 电子科技大学硕士论文：m p e g 一2 传送流特殊信息处理的f p g a 实现研究 字节数，由分段长度字段开始，包括c r c 字段。 p r o g r a m n u m b e r ：2 b 长度的字段，该字段指出该节目对应于可应用的 p r o g r a m m a p p i d 。一个节目定义仅含一个t s 包的p r o g r a m m a p s e c t i o n ， 因此一个节目的定义长度不超过1 0 1 6 b 。 、；e r s i o n n u m b e r ：5 b 长度的字段，该字段指出了t s 包中 p r o g r a m m a p _ s e c t i o n 的版本号。当字段中有关信息发生变化时，版本号将 以3 2 为模加1 。版本号是关于一个节日的定义，因此版本号是关于干段 的定义。 c u r r e n t n e x ti n d i c a t o r ：l b 长度的字段。当该字段置为1 时，表示当 前传送的p r o g r a m m a p s e c t i o n 可用；当该字段置为0 时，表示当前传 送的p r o g r a m _ m a p s e c t i o n 不可用，下个t s 包的p r o g r a m _ m a p s e c t i o n 有效。 s e c t i o n n u m b e r ：1 b 长度的字段，该字段的值总置为0 x 0 0 h 。 l a s t s e c t i o n _ n u m b e r ：1 b 长度的字段，该字段的值总置为o x o o h 。 p c r p i d ：1 3 b 长度的字段，该字段指示t s 包的p i d 值。该t s 包含有 p c r 字段，而该p c r 值对应于由节目号指定的节目。如果对于私有数据流 的节目定义与p c r 无关，该字段的值将为o x l f f f h 。 p r o g r a m i n f o l e n g t h ：1 2 b 长度的字段，前两位是“o o ”。该字段指出跟 随其后对节目信息描述的字节数。 s t r e a m长度的字段，该字段指定特定的t s 包中流的_type：1bp i dp e s 类型。如表3 - 3 决定原始流的类型。 p i d 值 o x 0 0 h i t u t i i s o i e c 保留 o x 0 1 hi s o i e c ll1 7 2 视频 0 x 0 2 hi t u tr e c h 2 6 2i s o i e c1 3 8 1 8 - 2 视频 0 x 0 3 hi s o i i e c l11 7 2 音频 0 x 0 4 hi s o i e c1 3 8 1 8 - 3 音频 0 x 0 5 hi t u - tr e c h 2 2 2 0 ii s o i e c1 3 8 1 8 - 1 私用分段 0 x 0 6 h含有私有数据的i t u tr e c h 2 2 2 0 li s o i e c1 3 8 1 8 - 1p e c 分组 o x 0 7 hi s 0 ，i e c1 3 5 2 2m h e g 0 x 0 8 hi t u - tr e c h 2 2 2 0 ii s o i e c1 3 8 1 8 - 1d s mc c 电子科技大学硕士论文：m p e g 一2 传送流特殊信息处理的f p g a 实现研究 l 0 x 0 9 hi t u tr e c h 2 2 2 0 li s o i e c1 3 8 18 - 1 1 1 1 7 2 1 l o x o a h 0 x 7 f hi t u tr e c h 2 2 2 0 ii s o i e c1 3 8 18 1 保留 l 0 x 8 0 h 0 x f f h用户私用 e l e m e n t a r yp i d ：13 b 长度的字段，该字段指示t s 包的p i d 值。这些t s 包包含有相关的节目元素。 e s i n f o l e n g t h ：1 2 b 长度的字段，前两位为“o o ”。该字段指示跟随其 后的描述相关节目元素的字节数。 c r c 一3 2 ：4 b 长度的字段，用来校验数据正确性的循环冗余校验码。 3 2 4 条件访问表 条件访问表( c a t ) 提供了在一个或者多个c a ( c o n d i t i o n a l a c c e s s ：条件 接收) 系统及其授权管理信息( e m m ：e n t i t l e m e n tm a n a g e m e n tm e s s a g e ) 和与 c a 系统有关的任何特殊参数之间的联系，每个c a 系统都对应一个p i d 。 该表在插入t s 包之前，可以分割为一个或者多个分段。表3 4 表示了c a t 的语法结构。 如果对在一个t s 流中任何原始流进行了加扰处理，那么在t s 流中一 定要插入c a t 。该表提供了正在使用的加扰系统的细节，还提供了包含条 件访问管理与授权信息的传送包的p i d 值。注意，在m p e g 2 系统规范中 并没有指定该信息的格式，而是依赖于所使用的加扰系统的类型。c a t 给 出了有条件接受系统的信息及e m m 传送位置、音频视频数据使用的加密 方法信息、为加扰系统携带控制信息的p i d 条目。 表3 - 4c a t 描述 电科技大学硕士论文：m p e g 一2 传送流特殊信息处理的f p g a 实现研究 语法 比特长度注释 r e s e r v e d2 b 保留字 s e c t i o n _ l e n g t hi 2 b表格分段长度 r e s e r v e d1 8 b 保留字 v e r s i o n n u m b e r 5 b 版本号 c u r r e n t n e x t i n d i c a t e r l b当前下次指示器 s e e t i o n n u m b e r 8 b分段号 l a s t ，s e c t i o n n u m b e r 8 b f o r ( i = o ：i n ：i + + ) c a d e s e r i p t i o n0 c r c 一3 2 3 2 bc r c 校验位 ) 表中： t a b l ei d ：1 b 长度的字段，对于c a t ，置为o x o l h 。 s e c t i o ns y n t a xi n d i c a t o r ：l b 长度的字段，对于c a t ，置为o x 0 1 h 。 s e c t i o nl e n g t h ：1 2 b 长度的字段，前两位置为“0 0 ”，该字段指示分段的 字节数，由分段长度字段开始，包括c r c 字段。 v e r s i o nn u m b e r ：5 b 长度的字段，该字段指出了整个的版本号。当c a t 所携带的信息发生变化时，版本号将以3 2 为模加1 。 c u r r e n tn e x ti n d i c a t o r ：l b 长度的字段。当该字段置为1 时，表示当 电子科技大学硕士论文：m p e g 一2 传送流特殊信息处理的f p g a 实现研究 前传送的c a t 可用；当该字段置为0 时，表示当前传送的c a t 不可用， 下一个t s 包中的c a t 有效。 s e c t i o n n u m b e r ：1 b 长度的字段，该字段表示c a t 的分段号码。c a t 的 第一个分段号码是0 x o o h ，以后每附加一个分段将加1 。 l a s t s e c t i o nn u m b e r ：1 b 长度的字段，该字段规定了c a t 的最后一个分 段号码。 c r c3 2 ：4 b 长度的字段，用来校验数据正确性的循环冗余校验码。 3 2 5 节目专用信息应用实例 根据前面对p s i 相关内容的介绍，现给出p s i 各表相互关系及其相关 结构的一个应用实例( 如图3 2 ) 。为了重建p e s ，p s i 使用一系列的标识符 来区分所携带的不同信息，这些标识符即是节目的包标识符p i d 。一旦需 要对某套节目进行解码，解码器先要搜索p i d 为o x 0 0 h 的p a t 。在p a t 中，包含所有节目的p m t 的p i d 。假定为解码器选择了节目2 ，经由其 p i d ( = 0 x 3 4 h ) 识别出节目2 的p m t ，该p m t 从包含它的t s 包中提取出来， 并进行解码。节目2 的p m t 包括它