数字电视学习笔记

数字电视学习笔记

数字电视广播中大多采用MPEG-2标准进行图像和声音的压缩，因此，关于数字电视的学习也主要以MPEG-2的码流为主。

一、MPEG-2中的码流

数字电视的码流都是以二进制信号为基础来表示，电视信号被编码成数字电视码流后，与其他数字信号并没有明显的特征区别，数字电视码流可以当作一般的数据进行压缩，当作文件进行存储，可以方便的通过计算机进行处理。

数字电视有多个不同的层次和类型：ES，PES，PS，TS。

1）ES－Elementary Streams（原始流）为数字电视的各个组成元素（如视频信号，音频信号等）编码后形成的直接表示基本元素内容的流。

2）PES－Packetized Elementary Streams（分组原始流）是按照一定要求和格式打包的ES流。

3）PS流（Program stream）是将一个或一组节目的PES按照他们之间的相互关系进行组织，并加入各组成部分关系描述后的码流，它主要用于存储（比如DVD等）。

4）TS（Transport Stream）流是将一个或者多个节目的各个组成元素的PES按照它们之间相互关系进行组织、加入各组成部分关系描述和节目组成信息，并进一步封装成传输包后的码流。

图1.1 数字码流之间的层次关系

因为PS流主要应用于差错率很低的存储等领域，比如DVD。TS流主要应用于差错率较高的传输等领域。数字电视大部分都是以TS流实现的。所以在这里我们主要学习TS 流。

二、传输流（TS）和PES分组

1）PES（分组原始流）

ES流打包之后形成很多PES分组，保持串行顺序。每个PES分组只包含一个ES流中的一个数据元素，比如一帧音频数据，一帧视频数据等。PES分组可以很大，最大可以达64k字节。

PES分组分为“分组头部（header）”和“有效载荷（Payload）”。有效载荷是指首部之后的数据。首部的前四个字节数据构成分组的起始码，标识了该分组所属ES流的类型和ID 号。

图2.1 PES分组

2）TS（传输流）

TS分组也就是传输流（TS）数据形成的分组。每个TS分组长度为固定值——188个字节。分组分为“分组头部（header）”和“有效载荷（Payload）”。分组的前4个字节为分组头部（header），包含了一些分组信息。有些情况下需要更多信息时，需要在“分组头部”之后加入“调整字段（Adaption field）”。

图2.2 TS分组

PID在TS流中的作用：

PID是Packet identification的简称，就是“包标志符”。数字电视系统包括一路或者多路电视电视节目数据（每个电视节目中包含一个或者多个ES流数据），和一些附加的SI（后面将会介绍）数据等，这些数据被复用（MUX）分组打包成不同的传输流（TS）分组（请参考图一），用系统唯一的一个13 bits数字标志该数据的类型，即PID。例如，PID=0x00表示是数字电视系统中的PAT（节目关联表）包，而PID=0x10表示是数字电视系统的NIT （网络信息表）包。不同的节目(包括Video和Audio)分别采用不同的PID，例如，我们在PMT（节目映射表）表中如果检测到PID=0x0120的PID是VIDEO数据，那么表示包号码是0x0120的所有包都是Video数据，其他依此类推。

数据流被机顶盒收到之后，需要首先分析SI数据，然后再对TS流中的数据，根据PID进行解复用（DEMUX），得到ES流然后再节目ES流（包括音频流，视频流等）进行播放（请参考后面搜台流程的介绍）。

图2.3 机顶盒解复用和解码

3）两者之间的关系：

PES分组被重新打包成TS分组。每个PES的第一个字节被打包成TS的有效载荷的第一个字节，反之则不成立。一个PES分组可能被打包成多个TS分组。

图2.4 PES分组被打包成TS

三、服务信息（SI）

SI全称为Service information。TS流是多路节目复用的，怎么才能知道这些节目在TS 流的位置和详细信息呢？MPEG-2系统提供了一些附加信息来实现这个功能，这就是SI。SI也是需要编码并插入到TS分组中的，他们的PID是特定的值。SI的PID的值在EN300468中定义。

图3.1 PSI的PID定义（EN300468）

PID和table_id唯一的确定一个包是哪一种SI表。table_id的定义如下：

图3.2 PSI的table_id定义（EN300468）

1）SI中包含如下的表：

PAT：是Program Association Table的简称,即”节目关联表”.PAT属于DVB系统流中的一个包，包号码(PID)是0x00。PA T表描述了DVB系统流中包含什么样的PID，主要是描述当前流的NIT表格的PID号码是多少，当前流中有多少个不同类型PMT表，每个PMT表对应的频道号等信息。

图3.3 PA T数据

PMT：是Program Map Table的简称,即”节目影射表”。PMT的PID是服务器自由定义的(但不会和系统保留的PID冲突)。这个PID是在PAT表中描述的，比如，,如果在PAT表中有0x100项的内容，那么说明所有PID是0x100的包都是PMT表。不同的频道有不同的PMT,也就是说，一个不同的PMT代表的是一个不同频道.PMT表格和PAT表格配合在一起，就可以检测出DVB流中所有存在节目的所有PID，因此，数字电视搜台就是依靠这两

个表格数据完

成的。

图3.4 PA T数据

CA T：是Conditional Access Table的简称,即”条件访问表”，PID是0x01.CAT携带的是服务器的私有信息(CA系统就需要使用该表格实现节目的解密)。

SDT：是Service Description Table的简称，即”服务器描述表”,PID是0x11。SDT携带的是电视台名称和电视节目名称。DVB接收系统接收SDT表中的节目信息，实现比较友好的界面显示和操作。

NIT：是Network Information Table的简称，即“网络信息表”,PID是0x10。NIT提供如网络名称(服务提供商的名称，比如广电局，中国电信等)，传输参数(如频率，调制方式

等)。这个表格一般是解码器内部使用的数据，当然也可以做为EPG的一个显示数据提供给用户做为参考。传输参数对数字电视系统比较重要，比如频点数据（服务提供商提供了多少频点，频点分别是什么）对数字电视系统的搜台非常重要。

EIT：Event Information Table,环境信息表。PID是0x11。环境信息表提供如下信息：节目段的标识号、起始时间、节目长度、播放状态、是否加密；指向特定信息的链接信息；节目段多语种的简短介绍；节目段的详细介绍；两段同样节目段的时间偏移；基本码流类型，如视频的幅型比、伴音的类型、字幕的类型等；使用的加密系统；节目类型，如电影/戏剧、新闻、综艺、体育、少儿、音乐、艺术、社会政治、文教等；节目限定年龄的级别；给出实现交互式回传信道的电话号码；为满足各节目段的码率而提供的缓存大小信息及私有数据等。

BAT：是Bouquet Association Table的简称，即“节目组关联表”。描述了一组相关的节目，这些节目可以在不同的TS流。

2）SI的作用

a）NIT、PAT、PMT、SDT主要用于搜台，并为用户提供一个友好的操作菜单。搜台的步骤（该步骤主要参考广电局的数字电视系统）如下：

（1）系统首先通过搜索搜到第一个第一个频点，或者提供商定义好第一个频点，系统直接调到该频点处理。

（2）系统收到提供商提供的TS流以后，首先等待NIT数据包，即PID等于0x10且table_id为0x40或者0x41的数据包。收到之后，系统需要分析NIT数据包，并记录下一些提供商提供的频点信息。

（3）调到一个提供商提供的频点，接收到TS流之后，等待流中的PA T数据包（根据数据包的PID和table_id确定，参考上文）。收到PAT数据包之后，系统需要分析PAT 数据包，并把所有电视节目的编号（program_number）和其PMT的PID记录下来。

（4）系统在该流中等待一个节目的PMT数据包。收到之后，解析这个PMT数据包，并记录下这个节目中的ES流的PID，以备用户选择这个节目之后，需要根据相应的PID获得相应的ES流分组，并进行解码工作，播放给用户。比如一个节目可能包含一个音频流和一个视频流，则需要分别记录下这个音频流和视频流的PID，以备将来播放使用。

（5）重复（4）获得所有节目的ES流信息。

（6）系统在该流中等待SDT数据包。收到之后，解析这个SDT数据包，可以记录下每个电视节目的名称等详细信息。

（7）重复（3）、（4）、（5）、（6）、（7）步获得提供商提供的所有节目。并且可以显示一个友好的菜单提供给用户选择

图3.5 SI表之间的关系图

b）CA T表主要用于服务提供商的一些增值业务，比如收费的点播等服务。

c）EIT表可以提供给用户一些节目预告，节目预定等功能。

d）BA T表可以提供给用户一个友好的分类菜单，方便用户选择节目。

四、MPEG－2的数据结构

1. TS分组

前面提到TS分组有188个字节数据组成，其结构如下：

前面32bit数据即为分组的头部（header），他指明了这个分组的属性。

sync_byte——同步数据，固定为0x47，表示后面是一个TS分组。

transport_error_indicator——传输错误标志位。1表示该包中有错误，需要丢弃。0表示

该包中没有错误。

payload_unit_start_indicator——负载开始标志位。如果该分组有效载荷是PES，则1表示该分组中有效载荷的第一位为PES分组的第一位，该包中有且只有一个PES分组开始；0表示该分组中没有PES从这里开始传送（请参考图2.4）,说明该分组不是PES分组打包之后的首分组，而是后续分组。如果该分组的有效载荷为SI分组，则1表示该有效载荷以pointer_field（起作用请参考13818－1）开始，即该分组为一个SI分组的首分组。0表示该有效载荷没有以pointer_field（起作用请参考13818－1）开始，即该分组为SI分组的后续分组，不是首分组。

transport_priority——传输优先级位。

PID——这个字段非常重要。指明该分组中有效载荷的数据类型。前面已经论述过了。请参考图3.1。

transport_scrambling_control ——加密标志位。表示TS分组有效负载的加密模式。TS 分组首部(也就是前面这32bit)是不应被加密的EIT例外的情况，请参考EN300468），00表示未加密。

adaption_field_control——翻译为“调整字段控制表示”。TS分组首部后面是否跟随有调整字段和有效负载。01仅含有效负载，10仅含调整字段，11含有调整字段和有效负载。为00的话解码器不进行处理。空分组没有调整字段。

continuity_counter——一个4bit的计算器范围0-15，具有相同的PID的TS分组传输时每次加1，到15后清0。不过，有些情况下是不计数的。如下：(1)TS分组无有效负载(2)复制的TS分组和原分组这个值一样(3)后面讲到的一个标志discontinuity_indicator为1时。

adaptation_field()——调整字段的处理。

data_type——有效载荷。

2. PA T数据结构：

table_id——固定为0x00。表明为PA T，请参考图3.2。

section_syntax_indicator——段语法标志位，固定为1。

section_length——表示这个字段之后字节数，包括CRC_32。假如后面的字节加上前面的字节数少于188，后面会用0XFF填充。假如这个数值比较大，则PAT会分成几个TS分组来传输。

transport_stream_id——该传输流的ID，区别于一个网络中其它多路复用的流。

version_number——范围0-31，表示PA T的版本号，标注当前节目的版本．这是个非常有用的参数，当检测到这个字段改变时，说明TS流中的节目已经变化了，程序必须重新搜索节目。

current_next_indicator——表示发送的PA T是当前有效还是下一个PAT有效。

section_number——当前分段的号码。PAT可能分为多段传输，第一段为00，以后每个分段加1，最多可能有256个分段。

last_section_number——最后一个分段的号码

program_number——节目号。

network_PID——网络信息表（NIT）的PID，网络信息表提供了该物理网络的一些信息，和电视台相关的。节目号为0时对应的PID为network_PID。

program_map_PID 节目映射表的PID，节目号大于0时对应的PID，每个节目对应一个。

CRC_32——CRC32校验码

3. PMT数据结构：

table_id——固定为0x02。表明为PMT，请参考图3.2。

section_syntax_indicator

section_length

transport_stream_id

version_number

current_next_indicator

section_number

last_section_number

以上字段和PA T中相同，这里省略。

program_number——节目号，表示该PMT对应的节目。

PCR_PID——PCR（节目时钟参考）所在TS分组的PID，根据PID可以去搜索相应的TS分组，解出PCR信息。

program_info_length——该节目的信息长度，在此字段之后可能会有一些字节描述该节目的信息。

stream_type ——指示了PID为elementary_PID的PES分组中原始流的类型，比如视频流，音频流等，见后面的表。

表4.1 流的类型（13818-1）

elementary_PID——该节目中包括的视频流，音频流等对应的TS分组的PID。

ES_info_length——该节目相关原始流的描述符的信息长度。