TS001_PSI_SI简介

PSI/SI简介,晁学锋2006.4.28,PSI/SI,一、传输流简介二、PSI简介三、SI简介四、码流分析举例,一、传输流简介,传输流的工作流程传输流携带有许多不同的节目，每个节目都可以使用不同的压缩因子并具有不同的比特率。尽管总比特率是不变的,但每个节目的比特率却是可以动态改变的。这样，当某一个节目素材因比特率不足而难于处理时,它可以从另外一个较容易处理的节目素材中取得一部分带宽。在每个节目流中，都可以有不同数量的并与其相关的视频PES、音频PES和数据PES。传输流具有这种灵活性，解码器应当能够从一个节目转换到另一个节目并能正确地选择相应的音频和数据通道。另外，对某些节目可以采取,保护措施，以使这些节目只能被付费用户收看。在传输流中，应当含有用以管理这种保护措施的条件接收（CA）信息，同时还应有处理上述任务的节目专用信息（PSI）。传输流将PES数据转换为更小的数据包，这些数据包具有固定的大小（必要时可使用填充比特）。当这些数据包到达解码器时，有可能出现定时抖动。此外时分复用也会造成时间的延迟，但这种因素是不确定的，因为分配给每个节目的比特流部分是不需要固定的。可以利用时间标记来解决这一问题，但前提是要有稳定的时钟。,这样，在传输流中就必须含有重建稳定时钟的附加数据。数字视频制作设备的正常运行与一个稳定的同步时钟分配系统密切相关。在视频制作中虽然可以使用同步锁定，但在长距离传输应用中，对不同时钟进行分配则是不可行的。在传输流中，不同的节目也许来自于不同的地方，它们之间也不需要同步。因此，传输流必须为每个节目提供各自独立的同步。这种同步方法称为PCR，它可以重建一个稳定的基准时钟，在解码器中，基准时钟经过分频后能够创建时间基线，这样，每个节目的基本码流中的时间标记PTS（播出时间标记）和DTS（解码时间标记）才是可以使用的。因此，可以把节目的定义理解为共享同一个定时基准的一组基本码流。,TS包介绍TS流由众多连续TS包组成。TS包的大小为固定的188个字节，它总是划分为包头和有效载荷（净荷）两部分.如下图:,在包头中含有以下重要信息：同步字节。同步字节是作为解码器识别用的，从而可对包头和有效载荷进行串并转换。传输错误指示。在传输层之上的错误校正层中，如果原始误码率（BER）太高而无法校正时，通过它的设置可以指示传输流包中可能含有错误.包识别符（PID）。它是13比特的代码，用于区分不同类型的传输流包.连续性计数器。它是4比特数值。每当发送一次新的具有相同PID的传输流包时，即可被复用器递增。它用于确定传输流包是否有丢失、重复或顺序错误等现象发生。,节目时钟基准（PCR）用于一特定节目的编码器具有27MHz的节目时钟。传输流包头中的自适应域用以周期性放置PCR码，以在解码器产生一个被锁定的时钟。当编码器或复用器切换信号源时，PCR就会中断。这时连续性计数也会受到干扰。这种情况是由不连续性指示器处理的，它会告知解码器将有干扰发生。如果没有通知解码器，那么不连续性就是一种错误状态。每个编码器产生的传输流包具有不同的PID。解码器通过被选节目的正确PID以识别传输流包，而含有其它PID的传输流包则被放弃。在解码中，一个压控振荡器（VCO）产生27MHz时钟信号，并由它驱动本机PCR计数器。将本机PCR计数器的输出与来自传输流包头的PCR相比较，所得到的差值即为PCR相位误差。PCR相位误差经滤波后去控制VCO，这样最终使本机的PCR与传输流包头中的PCR相同步。通过加强VCO滤波以确保该时钟不被PCR传输中的抖动影响。不连续性指示器将重新设置本机PCR计数，还可选用它来减轻滤波，以使系统快速地与新的定时相锁定。,在MPEG中，要求PCR的传送速率达到每秒内至少发送10个PCR，而按DVB规范则需在每秒内最少发送25个PCR。如下图,包识别符（PID）传输流包头中的13比特域存放有包识别符（PID）。解复用器在解复用时正是利用它来区分含有不同类型信息的传输流包。尽管各码流的比特率的总和可能会有变化，但传输流比特率则应当是恒定的。这就需要使用空值数据包来作填充处理。如果实际有效载荷率下降，则需插入较多的空包。所有的空包均具有相同的PID，其值为8191（在二进制中为13个1）。在给定的传输流中，属于某一给定基本码流的所有数据包均具有相同的PID。在解复用时，解复用器只需接收含有正确PID的传输流包就可以很容易地选择给定基本码流的所有数据。利用视频、音频和数据码流的PID就可以选择全部节目的数据。只有当解复用器在传输流包与其所在的基本码流之间建立了正确的关联，它才能正确地选择这个传输流包。也只有当解复用器能识别正确的PID内容时它才能完成这项任务.这正是PSI的主要功能。,二、PSI简介,节目专用信息（PSI）是在MPEG-2系统层定义的，控制与管理着编组不同音频、视频流成为节目的信息。PSI规定了解码所需的最基本的信息，它是在TS流中插入某些特殊的信息。这些信息占用某些特殊的包标识符PID及表标识符table_id,供解码器按PID提取这些信息。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-2TS系统中没有规定这个表的格式，而是DVB-SI规定的。,节目专用信息（PSI）如下图,PSI由具有唯一PID的数据包所传送。这些数据包应当周期性地放置在每个传输流中。PAT的PID总0，CAT的PID总为1，而TSDT的PID总为2，以及空包的PID为8191。以上这些数值是唯一的PID，并由MPEG标准所固定。在解复用时，解复用器应当通过访问相对应的表来确定其余的PID。不过，在使用ATSC和DVB中的PID时有些限制。所有的DVB和ATSC传输流都应当符合MPEG2标准（ISOIEC138181），但是并非所有的MPEG2传输流都符合ATSC（A65A）或DVB（EN300468）标准。传输流中的节目号都列在节目关联表（PAT）数据包（PID0）中，它含有每个PMT包的PID。PAT中的第一项是节目0，是为网络数据而保留的,它含有网络信息表（NIT）包的PID。NIT的使用在MPEG2是可选项，但在DVB中则是必须的。授权控制信息（ECM）的PID和授权管理信息（EMM）的PID均包含在条件接收表（CAT）数据包（PID1）中。属于同一节目的视频、音频和数据基本码流的PID均在节目映射（PMT）表的数据包中。每个PMT包通常都有自己的PID，但在MPEG2中对此未作要求。每个PMT中的节目数由各个PMT唯一地确定。对于一个给定的网络信息表（NIT），不仅含有它所在的传输流本身的信息，而且也含有能被同一解码器接收的其它传输流的信息，在NIT中列出了许多其它传输流的相关信息，其中每个传输流都有一个描述符，在描述符中指定了无线电频率和轨道位置等有关内容。在DVB中，还包括有附加元数据即DVTSI，并将NIT作为DVBSI的一部分。当解复用器首次接收一个传输流时，它应当在传输流包头中寻找数值为0和1的PID，在所有PID为0的传输流包中都含有PAT，在所有PID为1的传输流包中都含有CAT数据。,解复用器通过读取PAT，寻找NIT的PID和各节目关联表（PMT）的PID。找到PMT后，解复用器就能发现各基本码流的PID。如果需要对一特定节目解码，必须要首先查询PAT，然后查询PMT，以找出该节目中所有基本码流的PID。如果节目被加密，还必须访问CAT。没有PAT就不可能解复用，而锁定速度决定于PAT的发送频率，在MPEG中，规定PAT包和与其相关的PMT包之间的最大发送间隔为0.5秒。在DVB和ATSC中，NIT保留在具有特定PID的传输流包中。,表/子表/section通常所说的几个表实际是子表的概念,事实上所有具有相同table_id的所有的子表合在一起才可一称之为表.而子表则是由一系列的section组成,所有的Section都有相同的table_id和table_id_extension及其他字段共同确定的.描述符当结构描述符()出现在段中，这表明了定义在这子条款中的0个或者多个描述符将会出现。描述符标记是一个8bit的字段以定义每一个描述符带有MPEG2标准意思的数值在ISOIEC13818-11中.描述符长度是一个8bit的字段按照定义本段数值的字节它规定了描述符数据部分的总字节数.,TS包头,TS包包头结构如下：,TS包头,每个TS包的包头信息鉴别一种应用比特流，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。共4B。TS包头中几个比较重要的字段如下：Syn_byte：其值恒为0 x47。该字段是MPEG-2TS的传送包标识符。PID：在这32b的包头中，最重要的就PID。它是辨别码流信息性质的关键，是节目信息的“身份证”，不同的电视节目和业务信息SI对应有不同PID值。对于一台解码接收机而言，为了找到它所要接收的电视节目，它首先通过PID值找到PSI和SI所对应的不同表，通过这些有关节目的信息表，尤其是PSI信息，就可以查到所要接收节目的PID值和对应的PCR，这样节目就可以被还原。,TS包头,下表为PID值分配表PAT_pid-0 x0000CAT_pid-0 x0001SDTpid-0 x0011空包pid-0 x1FFF备用：0 x0003-0 x000FPMT_id,NIT_pid等:0 x0010-0 x1FFEtransport_scrambling_control：该字段用来指示传送流包有效净荷的加扰方式。如果传送包有调整字段，则不应该被加扰。对于空包，transport_scrambling_control的值置为“00”。,TS包头,adaptation_field_control：该字段表示传送包首部是否跟随有调整字段和/或有效净荷。,PAT分析,PAT表结构如下（不包括包头）：,PAT分析,PAT是PSI信息的根目录，所有节目的信息首先从PAT开始查找。PAT中几个比较重要的字段如下：table_id：该字段表示传送流PSI分段的内容，具体如下表：transport_stream_id：它作为一个标签，指出在网络中与其他TS流的区别。其值有用户定义，在一个传输网络中，其值唯一。,PAT分析,current_next_indicator：这是1b的指示位。置为1时，表示传送的PAT当前可用；置为0时，表示传送的PAT当前不可用，下一个表变为有效。program_number和program_map_PID：在program_number！=0 x0000的情况下，这两个参数是一一对应的关系。program_map_PID指定TS包中的PID值。该TS包应包含适用于program_number所指明的节目的PMT表，该字段由节目号指定。一个节目号有一个program_map_PID的定义。其值都由用户定义。network_id：在program_number=0 x0000的情况时，该字段指出含有NIT的TS包的PID值。节目映射表提供program_number和PMT表PID值的对应关系PAT表必须在实际传输流中传送.,PMT分析,PMT表结构如下（不包括包头）：,PMT分析,TS中所有节目的PID都指向该表，根据节目PID可以找到相应的PMT。而在PMT中可以找到该节目所有视频、音频、数据即相关信息的PID。PMT表中几个重要的字段如下：program_number：该字段指出该节目对应于可应用的program_map_PID。该PMT包头中的PID，应该与PAT中对应的program_number的program_map_PID相等。PCR_PID：指示TS包的PID值。该TS包含有PCR字段，而该PCR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PCR无关，该字段的值将为0 x1FFF。一般情况下，其值与视频PID相等。stream_type：该字段指定PID的节目元素包的类型。即它定义了在TS包中PES流的类型。具体分配如下表：,PMT分析,Elementary_PID：该字段指示TS包的PID值。这些TS包含有相关的节目元素。它与stream_type是一一对应的关系。,CAT分析,CAT表结构如下（不包括包头）：,CAT分析,CAT提供了一个或者多个CA系统及其授权管理信息：（EMM：EntitlementManagementMessage）流和与CA系统有关的任何特殊参数之间的联系，每个CA系统都对应一个CA_PID。在CAT中，最重要的字段就是CA_descriptor()段。下面将简单讲述一下该描述段。CA_descriptor是在DVB-SI中定义的一种业务描述符。具体数据结构如下表：,CA_descriptor简述,CA_descriptor用来表示含有ECM或者是EMM信息的TS的PID，即CA_PID。当CA_descriptor出现在PMT中时，CA_PID指向含有与访问控制信息（ECM）相关的节目包。当CA_descriptor出现在CAT中时，CA_PID指向含有与授权管理信息（EMM）相关的节目包。CA_descriptor中几个重要的字段如下：CA_system_ID：该字段表示适用于相关ECM和/或EMM流的CA系统类型。其值是用户定义的。CA_PID：该字段表示传送流包的PID，此包中含有由相应的CA_system_ID指明的CA系统的ECM或EMM信息，由CA_PID指明的包的内容（ECM或EMM）所在的上下文决定，既由TS中的PMT、CAT或节目流中的stream_id字段决定。,NIT分析,NIT是在DVB-SI中定义的，它携带与多路复用/经由一个已知网络传送的TS的物理组织有关的信息和网络本身的特征，包括调谐接收必须的转发器、频率、符号率、调制方式等参数。NIT中几个重要的字段如下：network_id：该字段标识现行传输网络。original_network_id：该字段标识原始传输网络。network_name_descriptor（网络名）、service_list_descriptor（服务列表）、frequency_list_descriptor（频点列表）在这些描述符中，只有network_name_descriptor是必需的。,PSI各表的关联关系,上图详细的表明了PAT和PMT的关系。其中，当program_number=0的时候，后面的PID值指示的是network_id。,PSI各表的关联关系,上图是一个PMT的表示图。从图中可以了解到，PMT包括了视频、音频、PCR、私有数据、ECM的PID值。其中，PCR_PID一般情况下是和视频PID相同的。,PSI各表的关联关系,上图为PSI中各表分段与TS的关系。从上图可以清晰的看出，在一个加扰的系统中，PMT携带ECM_PID，CAT携带EMM_PID。,三、SI简介,除了PSI信息，还需要为用户提供有关业务和事件的识别信息。PSI中的PAT、CAT、PMT只提供了它所在的复用流（现行符复用流）的信息，业务信息还提供了其他复用流中的业务和事件信息。这些数据由以下九个表构成：1）业务群关联表(BAT)：业务群关联表提供了业务群相关的信息，给出了业务群的名称以及每个业务群中的业务列表。2）业务描述表(SDT)：业务描述表包含了描述系统中业务的数据，例如业务名称、业务提供者等。3）事件信息表(EIT)：事件信息表包含了与事件或节目相关的数据，例如事件名称、起始时间、持续时间等。不同的描述符用于不同类型的事件信息的传输，例如不同的业务类型。,4）运行状态表(RST)：运行状态表给出了事件的状态（运行/非运行）。运行状态表更新这些信息，允许自动适时切换事件。5）时间和日期表(TDT)：时间和日期表给出了与当前的时间和日期相关的信息。由于这些信息频繁更新，所以需要使用一个单独的表。6）时间偏移表(TOT)：时间偏移表给出了与当前的时间、日期和本地时间偏移相关的信息。使用一个单独的表。7）填充表(ST)：填充表用于使现有的段无效，例如在一个传输系统的边界。8）选择信息表(SIT)：选择信息表仅用于码流片段（例如，记录的一段码流）中，它包含了描述该码流片段的业务信息的概要数据。9）间断信息表(DIT)：间断信息表仅用于码流片段（例如，记录的一段码流）中，它将插入到码流片段业务信息间断的地方。,业务信息(SI)表结构,业务信息（SI）表与MPEG-2中的PSI表，都被分成为一个或若干个段，然后插入到TS包中。段的长度是可变的。除EIT表外，每个表中的段限长为1024字节，但EIT中的段限长4096字节。每一个段由以下元素的组合唯一标识：表标识符（table_id）：表标识符标识段所属的表;表标识符扩展（table_id_extentsion）：表标识符扩展用于标识子表;段号（section_number）：段号字段用于解码器将特定子表的段以原始顺序重新组合。建议段按顺序传输，除非某些子表的段需要比其它的段更频繁地传输，例如出于随机存取的考虑;当前后续指示符（current_next_indicator）：每一段都要标以“当前”有效或“后续”有效。它使得新的SI版本可以在传输流特征发生变化之前传输，让解码器能够为变化做准备。然而，一个段的下一个版本的提前传输不是必需的，但如果被传输，它将成为该段的下一个正确版本。,段到TS包的映射段可直接映射到TS包中。段可能起始于TS包有效负载的起始处，但这并不是必需的，因为TS包的有效负载的第一个段的起始位置是由pointer_field字段指定的。一个TS包内决不允许存在多余一个的pointer_field字段，其余段的起始位置均可从第一个段及其后各段的长度中计算出来，这是因为语法规定一个传输码流的段之间不能有空隙。在任一PID值的TS包中，一个段必须在下一个段允许开始之前结束，否则就无法识别数据属于哪个段标题。若一个段在TS包的末尾前结束了，但又不便打开另一个段，则提供一种填充机制来填满剩余空间。该机制对包中剩下的每个字节均填充为0 xFF。这样table_id就不允许取值为0 xFF，以免与填充相混淆。一旦一个段的末尾出现了字节0 xFF，该TS包的剩余字节必然都被填充为0 xFF，从而允许解码器丢弃TS包的剩余部分。填充也可用一般的adaptation_field机制实现。,业务群关联表(BAT),业务群关联表BAT提供有关业务群的信息。业务群定义为一组业务的集合，并可能横跨于不同的网络上。BAT表被切分成业务群关联段。BAT中的任何段都在TS包中传输，其PID值为0 x0011。业务群关联见码流,业务描述表(SDT),业务描述表SDT中的每一个子表，都用来描述包含于一个特定的传输流中的业务。该业务可能是现行传输流中的一部分，也可能是其他传输流中的一部分。SDT表被切分成业务描述段（service_description_section）。任何构成SDT表的段，都要由PID为0 x0011的TS包传输。描述现行TS（即包含SDT表的TS）的SDT表的任何段的table_id值应为0 x42，且具有相同的table_id_extension（tranport_stream_id）以及相同original_network_id。指向一个现行TS之外的其它TS的SDT表的任何段的table_id值应取0 x46。业务描述段见码流,事件信息表(EIT),事件信息表EIT按时间顺序提供每一个业务所包含的事件的信息。按照不同table_id有四类EIT：1）现行传输流，当前/后续事件信息=table_id=0 x4E；2）其它传输流，当前/后续事件信息=table_id=0 x4F；3）现行传输流，事件时间表信息=table_id=0 x50至0 x5F；4）其它传输流，事件时间表信息=table_id=0 x60至0 x6F。现行传输流的所有EIT子表都有相同的transport_stream_id和original_network_id。除准视频点播（NVOD）业务之外，当前/后续表中只包含在现行传输流或其他传输流中指定业务的当前事件和按时间顺序排列的后续事件的信息，因为NVOD业务可能包