TS码流结构分析与监测(1)

一、数字电视与DVB系统

1、什么是数字电视中的“数字”概念?

※该“数字”概念的基本解释:数字信号(对应于模拟信号)

数字信号是指所取的数值是离散的,在时间轴上是不连续的。二进制码是应用的最广泛的一种数字信号,数字电视中使用到的数字信号就是采用的二进制码流。

一连串二进制码构成数字电视信号:……101001110010101……..

※该“数字”概念的作用范畴:

数字电视中的“数字”概念是指电视信号的前期处理、传输、发射和接收过程中使用的是数字信号。而我们看到的数字电视里面的实际画面和声音仍然是模拟的,它是数字电视接收端(机顶盒)将接收到的数字信号经过D/A转换后得到的。

2、数字电视为什么采用信源编码和信道编码?

信源编码:提高有限带宽的利用率

※预测编码

※统计编码

※JPEG编码

※MPEG编码

※……..

信道编码:提高传输可靠性

由于数字信号具有很复杂的频率成分,频率特性也很不相同,直接传输会产生误码,降低可靠性。信道编码就是针对这种情况而提出的。信道编码的目的是使传输的图像信号适应传输信道对频率特性的要求,抑制信道噪声对信号的干扰。

※伪随机序列进行扰码

※奇偶校验码

※卷积交织码

※里德-所罗门码

※……..

3、什么是DVB系统(Digital Video Broadcasting system)?

DVB,“数字视频广播”(Digital Video Broadcasting)的缩写, 是一种国际承认的数字电视标准。该标准是由欧洲电信标准化组织(ETSI)、欧洲电子标准化组织(CENELEC)和欧洲广播联盟(EBU) 联合组成的“联合专家组”(Joint Technical Committee, JTC)发起的。

我国使用的数字电视标准采用的就是DVB标准。

数字视频广播(DVB)系统的传输方式可以分为DVB-S系统(卫星广播)、 DVB-C系统(有线电视)、 DVB-T系统(地面数字视频广播),DVB系统主要完成数字电视信号的广播与传输。

DVB系统要求主要有:

※信源编码采用MPEG-2标准(即音视频压缩采用MPEG-2标准)

※信道编码中采用统一的加扰系统

※信道编码中采用统一的里德-所罗门前向纠错系统

※ ……..

DVB系统的核心技术是采用MPEG-2技术进行视频、音频的编码,使用统一的MPEG-2传输流(TS流)。

二、MPEG-2 & MPEG-2 system

1、什么是MPEG、MPEG-2、MPEG-2 system?

MPEG是动态图像专家组(Moving Picture Experts Group)的简称, 通常可以将MPEG理解为一种视频压缩编码技术标准。该编码压缩属于有损压缩,最大压缩比为200:1。 MPEG标准目前一共有五个:MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7及MPEG-21。DVB中采用的的标准是MPEG-2标准。

MPEG-2标准是MPEG和ISO组织设计的一个数字视频压缩规范,主要用于DVD和DVB上。其设计目标是高级工业标准的图像质量以及更高的传输率。该标准包括编号为13818-1系统部分、编号为13818-2的视频部分、编号为13818-3的音频部分及编号为13818-4的符合性测试部分。

MPEG-2 system(编号13818-1)是MPEG-2标准的其中一部分,该部分描述了多个视频,音频和数据多种基本流(ES)合成传输流(TS)和节目流(PS)的方式。

就通俗的理解,MPEG-2 system的主要功能是提供了将多种基本码流规范成一种单一的便于传输的码流的技术标准。

MPEG-2 system主要的任务有:

1)规定以包方式传输数据的协议(最终形成的TS流或者PS流是由TS包或PS包组成的); 2)为收发两端数据流同步创造条件(PCR、PTS、DTS);

3)确定将多个数据流合并和分离(即复用和解复用)的原则;

4)提供一种进行加密数据传输的可能性。

注释:

(1)ES流其实就是经过音视频编码器后的音视频数据流

(2)TS流和PS流是经过MPEG2系统处理后最终用于传输和存储的两种码流标准

(3)这三时间参数都是编码端加入的:PCR是节目时钟参考,用于解码端的系统时钟重建;

(4)DTS是解码时间标签,用于对顶解码端何时对携带该标签的数据流进行解码;

(5)PTS是现实时间标清,用于规定解码端何时将携带该标签的数据流进行显示。

下图是系统将多个基本流规范成单一数据流的一个复用与解复用流程:

下图是在MPEG-2 系统中编码端实现单一码流的详细过程:

2、什么是ES流、PES流、PS流以及TS流?

ES流(Elementary Stream)由三部分组成:

※经MPEG-2视频编码器编码后的图像数据流;

※经MPEG-2音频编码器编码后的声音数据流;

※其他编码数据流;

PES流(Packetized Elementary Stream):PES流是ES流经过PES打包器处理后形成的数据流,在这个过程中完成了将ES流分组、打包、加入包头信息等操作(对ES流的第一次打包)。PES流的基本单位是PES包。

PS流(Program Stream)和TS流(Transport Stream):

※PS流和TS流是MPEG-2系统规范的两种标准码流。

※PS流用于相对无错环境下的传输与存储(如DVD中),其基本单位是PS包,长度可变。

※TS流用于相对有错环境下的传输与存储(如DVB中),其基本单位是TS包,长度固定188字节。

PS流(Program Stream)组成:

※ PS流由PS包组成,而一个PS包又由若干个PES包组成(到这里,ES经过了两层的封装)。

※ PS包的包头中包含了同步信息与时钟恢复信息。

※一个PS包最多可包含具有同一时钟基准的16个视频PES包和32个音频PES包。

TS流(Transport Stream)组成:

※ TS流由定长的TS包组成(188字节),而TS包是对PES包的一个重新封装(到这里,ES经过了两层的封装) 。

※ PES包的包头信息依然存在于TS包中。

通过前面的介绍,对MPEG-2系统主要功能有了一定的了解。如图所示,该图详细的描述了MPEG-2系统如何将最原始的数字音视频信号经过一系列的处理,最终形成DVB系统中使用的TS流的过程:

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