云晁每周小课堂--认识TS流
TS流简介
MPEG-TS（Transport stream）即Mpeg传输流定义于ITU-T Rec. H.222.0和ISO 13818-1标准中，属于MPEG2的系统层。MPEG2-TS面向的传输介质是网络和卫星等可靠性较低的传输介质，这一点与面向较可靠介质如DVD等的MPEG PS不同。
一、TS数据包
TS流中每一个包长为188字节（还有个别的是192和204个字节）。包的结构为，包头为4个字节（第一个字节为0x47，字节由解码器识别，使包头和有效负载可相互分离。），负载为184个字节。在TS流里可以填入很多类型的数据，如视频、音频等。
TS header如下表所示：
|
名称 |
长度（位） |
|
同步字节（sync_byte） |
8 |
|
传输错误标记位（transport_error_indicator） |
1 |
|
载荷单元起始标记位（payload_unit_start_indicator |
1 |
|
传输优先级（transport_priority） |
1 |
|
分组ID (PID) |
13 |
|
传输加扰控制(transport_scrambling_control) |
2 |
|
适配域控制(adaptation_field_control) |
2 |
|
连续计数（continuity_counter） |
4 |
1. 同步字节：该值为0x47。用于定位TS包的起始位置。
2. 传输错误标记符：值为1时表明至少有1个错误位存在于关联的TS包中。
3. 负载单元起始标记符：负载单元起始符用于PES包或PSI数据。当TS包的负载为PES 数据时该值为1表明TS数据包是PES数据的起始字节，当TS包的负载为PSI数据时该值为1表明TS数据包包含PSI数据的第一个字节且TS数据包负载的第一个字节为pointer_field。
4. 传输优先级：值为1表明该TS包比拥有相同PID的数据包有更高的优先级。
5. PID: PID用于标识数据包的分组。PID 0保留给PAT表，PID 1保留给CAT 表，PID0X0002-0X000F也是保留值，PID 0X1FFF是空包的保留PID。
6. 传输加扰控制：这两位表明传输流负载的加扰模式。当有适配域存在时传输流包头不应该被加扰。空包的传输加扰控制应该设置为00。
7. 适配域控制：这两位表明传输流包头后是否带有适配域和负载。00是保留值；01没有适配域，只有负载；10只有适配域，没有负载；11适配域后跟随着负载。空包的适配域控制值应该为01。解码器应该将适配域控制值为00的TS包丢弃。
8. 连续计数：连续计数从0到15循环计数。在TS流中，重复包可能被发送两次，并且最大发送两次。重复包和适配域控制为00或10的TS包的连续计数和前一个有相同PID的包相同。当“discontinuity_indicator”设置为1时，连续计数的值可以不连续。
9. 数据字节：数据字节应该是来自PES包，PSI数据段，规范中未定义的私有数据。数据字节的长度应该是184减去适配域的长度。
二、适配域
适配域如下表所示:
|
名称 |
长度（位） |
|||
|
适配域长度（adaptation_field_length） |
8 |
|||
|
如果适配域长度大于0 |
连续计数标记位（discontinuity_indicator 1） |
1 |
||
|
随机访问标记位（random_access_indicator） |
1 |
|||
|
ES流优先级标记位（elementary_stream_priority_indicator） |
1 |
|||
|
PCR标记位（PCR_flag） |
1 |
|||
|
OPCR标记位(OPCR_flag) |
1 |
|||
|
拼接点标记（splicing_point_flag） |
1 |
|||
|
传输私有数据标记位（transport_private_data_flag） |
1 |
|||
|
适配域扩展标记位（adaptation_field_extension_flag） |
1 |
|||
|
如果PCR_flag为1 |
PCR基本值（program_clock_reference_base） |
33 |
||
|
保留位 |
6 |
|||
|
PCR扩展值 |
15 |
|||
|
如果OPRC_flag为1 |
原PCR基本值（original_program_clock_reference_base） |
33 |
||
|
保留位 |
6 |
|||
|
原PCR扩展值 |
9 |
|||
|
如果splicing_point_flag为1 |
拼接倒数计数（splice_countdown） |
8 |
||
|
如果transport_private_data_flag为1 |
私有数据长度（transport_private_data_length） |
8 |
||
|
从0到transport_private_data_length |
私有数据 |
8 |
||
|
如果adaptation_field_extension_flag为1 |
适配域扩展长度 |
8 |
||
|
ltw_flag |
1 |
|||
|
piecewise_rate_flag |
1 |
|||
|
seamless_splice_flag |
1 |
|||
|
从0到N |
填充数据（stuffing_byte） |
8 |
||
1. 适配域长度：adaptation_field_length给出适配域从该值之后的字节长度。该值为0是在TS包中通过适配域插入填充数据。对于携带PES数据的TS包，如果PES数据长度不够时填充数据被用来补足TS包。
2. 连续计数标记位：当该值为1时表示当前的传输流包处于不连续状态。该值被用来表示系统时间的不连续和continuity_counter的不连续。系统时间的不连续指的是对于被设置为PCR_PID的TS包，下一个PCR包将代表新的系统时钟。在任何TS包中都可以使用discontinuity_indicator表示continuity_counter的不连续。对于包含ES流的TS包continuity_counter的不连续发生后,ES流的第一个字节应该是ES流的访问点。
3. 随机访问点：该值为1时表明该TS包和随后的有相同PID的TS包有对当前点进行随机访问的信息。对于视频下一个PES包的起始字节应该为sequence header，对于音频下一个PES包的字节应该是音频帧的第一个字节。
4. ES流优先级标记位：该值表示对于有相同PID的TS包，当前TS包所携带ES流数据的优先级。1具有更高的优先级。对于视频如果TS包中包含有帧内编码的数据可以将该值设为1。
5. PCR标记位：该值为1表示适配域中包含有PCR内容。
6. 原PCR标记位：该值为1表示适配域中包含有OPCR内容。
7. 拼接点标记位：该值为1表示适配域中包含有拼接读秒。
8. 传输私有数据标记位：该值为1表示适配域有1个以上的私有字节。
9. 适配域扩展标记位：该值为1表示有适配域扩展数据。
10.PCR：PCR有42位，分为两部分。第一部分为基本部分，33位，精度为90KHz，第二部分位扩展部分，9位，精度为27MHz。
11.PCR =PCR_BASE x 300 + PCR_EXT
12.OPCR:OPCR用于通过一个传输流重构传输流。当重构传输流时OPCR被复制到PCR域。
三、PSI信息
1. PSI信息被用来解析节目。PSI不能被加扰。在TS流中，PSI包括4个表：PAT表，PMT表，NIT表和CAT表。PAT表关联节目号和PMT表PID；PMT表给出节目组成流的PID；NIT表给出物理网络参数，诸如FDM频率，发射机编号；CAT表关联1到多个EMM流。
2. 在TS包中通过pointer_field表示PSI分段的开始。Pointer_field是 个8位域，其值表示从pointer_field之后到PSI第一个分段的第一个字节间的字节长度。
-
四、PAT表
PAT表列出TS流中所包含的节目号以及节目所对应的PMT PID和NIT PID。节目号是节目的数字标签，节目号0x0000被保留给网络PID。一个PAT表可以被分成多个section。PAT结构如下表所示。
|
名称 |
长度（位） |
||
|
表ID（table_id） |
8 |
||
|
section_syntax_indicator |
1 |
||
|
‘0’ |
1 |
||
|
reserved |
2 |
||
|
section_length |
12 |
||
|
transport_stream_id |
16 |
||
|
reserved |
2 |
||
|
version_number |
5 |
||
|
current_next_indicator |
1 |
||
|
section_number |
8 |
||
|
last_section_number |
8 |
||
|
重复0到N个节目 |
program_number |
16 |
|
|
reserved |
3 |
||
|
如果节目号为0 |
NIT PID |
13 |
|
|
如果节目号不为0 |
PMT PID |
||
|
CRC |
32 |
||
1. table_id: 应该被设置为0x00,表示是该表是PAT表
2. section_syntax_indicator：应该被设置为1
3. section_length: 12位域，前两位应该为00。该值给出了从section_length之后到CRC间（包含CRC）的PAT分段的字节数。Section长度不能超过1021
4. Transport_stream_id：传输流标签，用于标识该传输流以区别网络内的其它复用流。
5. Version_number：PAT表的版本号。当PAT表改变时版本号应该加1，到达31后回绕成0。当current_next_indicator是1时版本号用于当前的PAT表，当current_next_indicator为0时版本号用于下一个PAT表。
6. Current_next_indicator：为1时表示PAT表当前可用，为0时表示下个PAT表可用。
7. Section_number：给出这个section的序号。PAT表的第一个section的序号应该为0x00。
8. Last_section_number：给出PAT表的最后一个section序号。
9. Program_number：给出PMT PID所关联节目的节目号。如果节目号为0x0000，所关联的PID将是网络PID。
10.Network_PID：给出NIT PID。
11.Program_map_PID：给出节目所关联的PMT表的PID。
12.CRC_32：PAT section的CRC校验值。
五、PMT表
只要我们处理了PMT，那么我们就可以获取频道中所有的PID信息，如当前频道包含多少个Video、共多少个Audio和其他数据，还能知道每种数据对应的PID分别是什么。这样如果我们要选择其中一个Video和Audio收看，那么只需要把要收看的节目的Video PID和Audio PID保存起来，在处理Packet的时候进行过滤即可实现。PMT如下表所示：
|
名称 |
长度（位） |
|
|
table_id |
8 |
|
|
section_syntax_indicator |
1 |
|
|
‘0’ |
1 |
|
|
reserved |
2 |
|
|
section_length |
12 |
|
|
program_number |
16 |
|
|
reserved |
2 |
|
|
version_number |
5 |
|
|
current_next_indicator |
1 |
|
|
section_number |
8 |
|
|
last_section_number |
8 |
|
|
reserved |
3 |
|
|
PCR_PID |
13 |
|
|
reserved |
4 |
|
|
program_info_length |
12 |
|
|
重复0到N个descriptor |
descriptor |
|
|
重复0到N1个ES流 |
stream_type |
8 |
|
reserved |
3 |
|
|
elementary_PID |
13 |
|
|
reserved |
4 |
|
|
ES_info_length |
12 |
|
|
重复0到N2个descriptor |
descriptor |
|
|
CRC_32 |
32 |
|
1. Table_id：应该被设置成0x02。
2. Section_syntax_indicator：应该被设置成1。
3. Section_length：12位域，前两位应该为00。该值给出了从 section_length之后到CRC间（包含CRC）的PMT分段的字节数。Section长度不能超过1021。
4. Program_number：给出PMT表所关联的节目号。一个节目定义只能被包含在一个节目映射section中，这就意味着节目定义不能超过1016个字节。
5. Version_number：PMT表的版本号。当PMT表改变时版本号应该加1，到达31后回绕成0。当current_next_indicator是1时版本号用于当前的PMT表，当current_next_indicator为0时版本号用于下一个PMT表。
6. Current_next_indicator：为1时表示PMT表当前可用，为0时表示下个PMT表可用。
7. Section_number：这个值应该总是为0x00。
8. Last_section_number：这个值应该总是为0x00。
9. PCR_PID：指出包含节目PCR的TS分组PID。对于没有PCR的私有流节目这个值应该为0x1FFF。
10.Program_info_length；12位域，前两位应该为00。给出其后所跟descriptors的字节长度。
11.Stream_tyep：给出elementary_PID所关联的ES流的类型。
12.Elementary_PID：给出ES流的PID。
13.ES_info_length：12位域，前两位应该为00。给出其后所跟descriptors的字节长度。
14.CRC_32：PMT CRC校验值。
六、PES包
PES(分组的ES)，ES形成的分组称为PES分组，是用来传递ES的一种数据结构。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。PES包由包头和payload组成。
PES包的语法定义如下表所示：
|
名称 |
长度(位) |
||
|
packet_start_code_prefix |
24 |
||
|
stream_id |
8 |
||
|
PES_packet_length |
16 |
||
|
如果stream_id 不是program_stream_map， padding_stream， private_stream_2， ECM， EMM， program_stream_directory， DSMCC_stream， ITU-T Rec. H.222.1 type E_stream |
'10' |
2 |
|
|
PES_scrambling_control |
2 |
||
|
PES_priority |
1 |
||
|
data_alignment_indicator |
1 |
||
|
copyright |
1 |
||
|
original_or_copy |
1 |
||
|
PTS_DTS_flags |
2 |
||
|
ESCR_flag |
1 |
||
|
ES_rate_flag |
1 |
||
|
DSM_trick_mode_flag |
1 |
||
|
additional_copy_info_flag |
1 |
||
|
PES_CRC_flag |
1 |
||
|
PES_extension_flag |
1 |
||
|
PES_header_data_length |
8 |
||
|
如果PTS_DTS_flags 等于'10' |
'0010' |
4 |
|
|
PTS [32..30] |
3 |
||
|
marker_bit |
1 |
||
|
PTS [29..15] |
15 |
||
|
marker_bit |
1 |
||
|
PTS [14..0] |
15 |
||
|
marker_bit |
1 |
||
|
如果PTS_DTS_flags 等于'11' |
'0011' |
4 |
|
|
PTS [32..30] |
3 |
||
|
marker_bit |
1 |
||
|
PTS [29..15] |
15 |
||
|
marker_bit |
1 |
||
|
PTS [14..0] |
15 |
||
|
marker_bit |
1 |
||
|
'0001' |
4 |
||
|
DTS [32..30] |
3 |
||
|
marker_bit |
1 |
||
|
DTS [29..15] |
15 |
||
|
marker_bit |
1 |
||
|
DTS [14..0] |
5 |
||
|
marker_bit |
1 |
||
|
从0到N1 |
stuffing_byte |
8 |
|
|
从0到N2 |
PES_packet_data_byte |
8 |
|
|
如果stream_id 是 program_stream_map， private_stream_2， ECM， EMM， program_stream_directory， DSMCC_stream， ITU-T Rec. H.222.1 type E stream |
从0到PES_packet_length |
PES_packet_data_byte |
8 |
|
如果stream_id 是 padding_stream |
从0到PES_packet_length |
padding_byte |
8 |
1. packet_start_code_prefix：packet起始码前缀和其后的stream_id共同标识了PES包的起始位置。Packet起始码前缀的值为：0x000001
2. stream_id：该值给出了所关联ES流的类型和编号。
3. Pes_packet_length：给出从其后所开始的PES包的字节数。
4. Pes_scrambling_control：指出PES负载的加扰模式。当加扰位于PES层时，PES包头不应该被加扰。
5. Pes_priority：指出这个PES包负载的优先级。Pes_priority为1时具有更高的优先级。
6. Data_alignment_indicator：值为1时表明PES包头后立刻紧跟着视频起始码或音频同步字。
7. Copyright：该值为1时表明PES包负载有版权保护。
8. Original_or_copy：该值为1时表明PES包负载是原始的，为0时是复制的。
9. PTS_DTS_flags：2位域，为10时PES包头中有PTS域，为11时PES包头中有PTS和DTS域。
10.ESCR_flag：为1时表明PES包头中有ESCR及扩展域。
11.ES_rate_flag：为1时表明PES包头中有ES_rate域。
12.DSM_trick_mode_flag：为1时表明有trick mode域。
13.Additional_copy_info_flag：为1时表明有additional_copy_info域。
14.PES_CRC_flag：为1时表明CRC域存在于PES包中。
15.PES_extension_flag：为1时表明扩展域存在于PES包头中。
16.PES_header_data_length：指出PES包头中所包含的可选域和填充字节的长度。
17.Marker_bit：该值为1。
18.PTS：PES包在解码器上的播放时间。PTS有33位，分成3个域。PTS的时间单位为系统时钟频率的300分之一（27000000/300），即90KHz。
19.DTS：PES包的解码时间。DTS有33位，分成3个域。DTS的时间单位为系统时钟频率的300分之一（27000000/300），即90KHz。
七、TS流的解析过程
l 定位TS包的sync_byte，获得TS包，解析TS包头，根据PID决定TS包的类型（PAT,PMT,PES…）。
l 解析PAT表。对PID为0的TS包进行解析，获取PAT表，从中解析出TS流中所包含的节目号以及节目所对应的NIT PID和PMT PID。
l 解析PMT表。根据已知的PMT PID信息对相应的TS包进行解析，获取PMT表，从中解析出节目的PCR_PID，音视频ES PID。
l 解析PES包。根据已知的ES PID信息对相应的TS包进行解析，获取对应音视频的帧数据，并解析出音视频包帧的PTS,DTS值。
l 解析PCR值。根据PMT表中所获取的PCR_PID，对相应的TS包进行解析，从适配域中获取PCR值。
