dvboverip详解.docx
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dvboverip详解
dvboverip详解
1
TS流的内容
TS->PES->ES->NAL
ES
Anelementarystream（ES）isdefinedbyMPEGcommunicationprotocolisusuallytheoutputofanaudioorvideoencoder.
PES
allowsanElementarystreamtobedividedintopackets.
图一：
PES结构图
PES结构各字段的具体含义见附表一。
由图一可见，1个PES包是由包头、ES特有信息和包数据3个部分组成。
由于包头和ES特有信息二者可合成1个数据头，所以可认为1个PES包是由数据头和包数据（有效载荷）两个部分组成的。
包头由起始码前缀、数据流识别及PES包长信息3部分构成。
包起始码前缀是用23个连续“0”和1个“1”构成的，用于表示有用信息种类的数据流识别，是1个8bit的整数。
由二者合成1个专用的包起始码，可用于识别数据包所属数据流（视频，音频，或其它）的性质及序号。
例如：
比特序110×××××是号码为××××的MPEG-2音频数据流；比特序1110××××是号码为××××的MPEG-2视频数据流。
PES包长用于包长识别，表明在此字段后的字节数。
如，PES包长识别为2B，即2×8=16bit字宽，包总长为216-1=65535B，分给数据头9B（包头6B+ES特有信息3B），可变长度的包数据最大容量为65526B。
尽管PES包最大长度可达（216-1）=65535B（Byte），但在通常的情况下是组成ES的若干个AU中的由头部和编码数据两部分组成的1个AU长度。
1个AU相当于编码的1幅视频图像或1个音频帧，参见图一右上角从ES到PES的示意图。
也可以说，每个AU实际上是编码数据流的显示单元，即相当于解码的1幅视频图像或1个音频帧的取样。
ES特有信息是由PES包头识别标志、PES包头长信息、信息区和用于调整信息区可变包长的填充字节4部分组成的PES包控制信息。
其中，PES包头识别标志由12个部分组成：
PES加扰控制信息、PES优先级别指示、数据适配定位指示符、有否版权指示、原版或拷贝指示、有否显示时间标记（PTS-PresentationTimeStamp）/解码时间标记（DTS-DecodeTimeStamp）标志、PES包头有否基本流时钟基准（ESCR-ElementaryStreamClockReference）信息标志、PES包头有否基本流速率信息标志、有否数字存储媒体（DSM）特技方式信息标志、有否附加的拷贝信息标志、PES包头有否循环冗余校验（CRC-CyclicRedundancyCheck）信息标志、有否PES扩展标志。
有扩展标志，表明还存在其它信息。
如，在有传输误码时，通过数据包计数器，使接收端能以准确的数据恢复数据流，或借助计数器状态，识别出传输时是否有数据包丢失。
其中，有否PTS/DTS标志，是解决视音频同步显示、防止解码器输入缓存器上溢或下溢的关键所在。
因为，PTS表明显示单元出现在系统目标解码器（STD-SystemTargetDecoder）的时间，DTS表明将存取单元全部字节从STD的ES解码缓存器移走的时刻。
视频编码图像帧次序为I1P4B2B3P7B5B6I10B8B9的ES，加入PTS/DTS后，打包成一个个视频PES包。
每个PES包都有一个包头，用于定义PES内的数据内容，提供定时资料。
每个I、P、B帧的包头都有一个PTS和DTS，但PTS与DTS对B帧都是一样的，无须标出B帧的DTS。
对I帧和P帧，显示前一定要存储于视频解码器的重新排序缓存器中，经过延迟（重新排序）后再显示，一定要分别标明PTS和DTS。
例如，解码器输入的图像帧次序为I1P4B2B3P7B5B6I10B8B9，依解码器输出的帧次序，应该P4比B2、B3在先，但显示时P4一定要比B2、B3在后，即P4要在提前插入数据流中的时间标志指引下，经过缓存器重新排序，以重建编码前视频帧次序I1B2B3P4B5B6P7B8B9I10。
显然，PTS/DTS标志表明对确定事件或确定信息解码的专用时标的存在，依靠专用时标解码器，可知道该确定事件或确定信息开始解码或显示的时刻。
例如，PTS/DTS标志可用于确定编码、多路复用、解码、重建的时间。
TS
Transportstream将具有共同时间基准或者具有独立时间基准的一个或者多个PES组成的单一数据流。
图二：
TS包结构
TS结构各字段的具体含义见附表二。
由图二可见，TS包由包头、自适应区和包数据3部分组成。
每个包长度为固定的188B，包头长度占4B，自适应区和包数据长度占184B。
184B为有用信息空间，用于传送已编码的视音频数据流。
当节目时钟基准（PCR-ProgramClockReference）存在时，包头还包括可变长度的自适应区，包头的长度就会大于4B。
考虑到与通信的关系，整个传输包固定长度应相当于4个ATM包。
考虑到加密是按照8B顺序加扰的，代表有用信息的自适应区和包数据的长度应该是8B的整数倍，即自适应区和包数据为23×8B=184B。
TS包的包头由如图所示的同步字节、传输误码指示符、有效载荷单元起始指示符、传输优先、包识别（PID-PacketIdentification）、传输加扰控制、自适应区控制和连续计数器8个部分组成。
其中，可用同步字节位串的自动相关特性，检测数据流中的包限制，建立包同步；传输误码指示符，是指有不能消除误码时，采用误码校正解码器可表示1bit的误码，但无法校正；有效载荷单元起始指示符，表示该数据包是否存在确定的起始信息；传输优先，是给TS包分配优先权；PID值是由用户确定的，解码器根据PID将TS上从不同ES来的TS包区别出来，以重建原来的ES；传输加扰控制，可指示数据包内容是否加扰，但包头和自适应区永远不加扰；自适应区控制，用2bit表示有否自适应区，即（01）表示有有用信息无自适应区，（10）表示无有用信息有自适应区，（11）表示有有用信息有自适应区，（00）无定义；连续计数器可对PID包传送顺序计数，据计数器读数，接收端可判断是否有包丢失及包传送顺序错误。
显然，包头对TS包具有同步、识别、检错及加密功能。
TS包自适应区由自适应区长、各种标志指示符、与插入标志有关的信息和填充数据4部分组成。
其中标志部分由间断指示符、随机存取指示符、ES优化指示符、PCR标志、接点标志、传输专用数据标志、原始PCR标志、自适应区扩展标志8个部分组成。
重要的是标志部分的PCR字段，可给编解码器的27MHz时钟提供同步资料，进行同步。
其过程是，通过PLL，用解码时本地用PCR相位与输入的瞬时PCR相位锁相比较，确定解码过程是否同步，若不同步，则用这个瞬时PCR调整时钟频率。
因为，数字图像采用了复杂而不同的压缩编码算法，造成每幅图像的数据各不相同，使直接从压缩编码图像数据的开始部分获取时钟信息成为不可能。
为此，选择了某些（而非全部）TS包的自适应区来传送定时信息。
于是，被选中的TS包的自适应区，可用于测定包信息的控制bit和重要的控制信息。
自适应区无须伴随每个包都发送，发送多少主要由选中的TS包的传输专用时标参数决定。
标志中的随机存取指示符和接点标志，在节目变动时，为随机进入I帧压缩的数据流提供随机进入点，也为插入当地节目提供方便。
自适应区中的填充数据是由于PES包长不可能正好转为TS包的整数倍，最后的TS包保留一小部分有用容量，通过填充字节加以填补，这样可以防止缓存器下溢，保持总码率恒定不变。
2TS流的解码过程（只考虑本地文件，解码只涉及到系统层打包的解码，不涉及到编码的解码）
TS流的基本解码过程：
PAT节目关联表-》PMT节目映射表-》PES音频、视频包。
首先，从PAT获取TS流中所有节目映射表.
然后，从节目映射表中获取每个节目（本设计为本地文件，只含有一个PMT）数据（视频和音频）的PID。
最后，根据传输过来的数据PID对视频数据和音频数据进行系统层复用解码。
系统层复用解码：
循环：
TS-》PES-》ES。
PAT解码：
PAT表携带以下信息:
（1）TS流ID---transport_stream_id，该ID标志唯一的流ID。
（2）节目频道号--program_number，该号码标志TS流中的一个频道，该频道可以包含很多的节目（即可以包含多个VideoPID和AudioPID）
（3）PMT的PID---program_map_PID，表示本频道使用的哪个PID做为PMT的，因为PID可以有很多的频道，因此DVB规定PMT的PID可以由用户自己定义．
PMT解码
PMT表中包含的数据如下:
（1）当前频道中包含的所有Video数据的PID
（2）当前频道中包含的所有Audio数据的PID
（3）和当前频道关联在一起的其他数据的PID（如数字广播,数据通讯等使用的PID）
音视频解码
音视频解码的数据如下:
（1）根据音频PID解码音频数据到缓存区
（2）根据视频PID解码音频数据到缓存区
（3）和当前频道关联在一起的其他数据放到数据区中
3TS流解码
总用例图
Decoder首先调用事件管理器注册各类事件（事件类型见3.2.2），然后调用read_packet函数读取指定文件中的TS包进行分析，根据PID值不同分别对TS进行不同的处理。
Parse_PAT/PMT/..._packet把PAT（注：
PAT的PID为0）和PMT的携带的相关节目流PID的信息（包括视频，音频，私有数据等）存入Directory中，之后Parse_ts_packet通过Directory中提供的PID信号分别对不同的TS分别处理。
各解码类的UML图
3.1.1解码主类
TheDecoderobjectmanagessuchglobalinformationastheNetworkTablepidvalue,thecurrentpacketnumberandthenumberofprogramsandstreamsperprogram（asrepresentedintheDirectorystructure）。
主要函数介绍：
read_packet（）：
Calledtoreadanewtransportpacket。
install_dir（Directory*）：
installDirectory,Directory是一个节目单（比如湖南卫视，星空卫视，东方卫视，CCTV）。
install_prog（Program*）：
installprogram（如湖南卫视）toDirectory。
install_netpid（）：
表示网络信号的来源，当这个更新时，需要重新安装目录。
install_prog_on_current_list安装节目到当前列表。
install_prog_on_new_list安装节目到新的列表。
3.1.2事件管理类
typedefvoid（*Callback）（EventType,void*,void*）：
回调函数模板。
voidRegister（EventTypet,Callbackf,void*d）：
注册事件。
voidTrigger（EventType,void*）：
触发事件。
3.1.3各类包解析的关系图
Consumer：
connect（InputPort*）:
连接到输入接口。
set_cstate、get_cstate表示设置和获取状态。
Sectionconsumer：
read_partial表示读取TS的payload.。
read_header_a、read_header_b表示读取负载的头部分。
read_section根据读取的负载，更新节目。
各个子类分别实现。
PES同上。
3.1.4输入输出类
按要求从缓冲区中读入规定的位，或者字节数。
比如函数read_bit（）表示从缓冲区中读入一个bit的数据（注意缓冲区中以byte对齐），读入时生成CRC。
所有从缓冲区读出数据的方式（bit\byte\nbits）基函数都是这个。
函数read_byte从缓冲区读取一个字节。
read_pattern表示读取指定字符串。
read_reserved_bits读取填充数据。
read_uimsbf（intnbits,char*message）读取n位转化为无符号整形，高位在前。
read_tcimsbf（intnbits,char*message）读取n位转化为有符号整形，高位在前。
check_crc表示CRC校验。
3.1.5解析PAT、PMT、私有数据等
解析PMT中携带的节目信息到program，再把program插入到directory。
类似于机顶盒的搜台系统。
Dirrctory：
函数add_program、remove_program表示添加和删除节目。
get_program表示获取节目，get_num_programs表示获取节目数，
Program：
函数active、deactivate表示添加激活和停止节目，add_estream、remove_estream表示给节目添加和删除ES流，set_pcr_estream表示设置该流含有PCR，get_estream表示获取ES流，get_num_streams表示获取节目中含流的数目。
3.1.6解析TS包
TS包结构，函数get_header_length表示TS包头的长度，config_basic表示TS包基本标志参数设置，config_adaptation表示适应字段设置，inc_cc表示包数量增加，add_pcr，delete_pcr添加和删除PCR。
get_fields_length表示调整字段长，不包括标志位，get_length表示totallengthoftheadaptationfield。
3.1.7解析PES包
对PES包进行解析。
解析出头部数据，解析后的数据分别存贮在”stream68”和”stream69”2个文件中。
函数get_length表示包总长度。
get_header_data_length表示PES头长度，不包括填充字段。
get_header_length表示PES头长度，包括填充字段。
config_basic表示PES参数设置。
3.1.8PCR时钟类
系统时钟的相关的类，对系统时钟进行比较。
其中对27MHZ的时钟算术和逻辑运算符进行了重载。
注：
PCR的校正一直是学术界研究的热点。
3.1.9CRC校验类
每位进行异或运算后存储在一个4BYTE的数组中。
函数poly_cmp作CRC验证。
函数push_bit作CRC的生成。
解码流程图
3.1.10TS包解析流程图
3.1.11Section解码流程图
3.1.12PES解码流程图
4
TS流合成（编码）
各编码类的UML图
4.1.1编码主类
函数install_dir首先安装PAT
函数send_packet表示按PID发送TS包
函数send_scheduled_packet表示按一定的规律轮流发送TS包。
函数recalc_mux表示节目复用
4.1.2合成各类之间的关系
函数get_nready获取已经填充的字节长度.
函数fill_buffer填充buffer.
函数send_payload发送负载.
函数send_section发送sectionpacket.
编码主要流程
4.1.3TS编码流程图
4.1.4负载（pes、section）打包过程
附表一：
●PES分组字段
packet_start_code_prefix（24）
开始码字为0X000001
stream_id（8）
原始流的类型和数目，取值从10111100到11111111之间。
各值含义具体见13818-1。
PES_packet_length（16）
表示从此字节之后PES包长（单位字节）。
0表示PES包长不限制，且只能用于视频PES。
10
填充字节。
PES_scrambling_control
（2）
PES有效负载的加密模式。
00表示不加密，其余表示用户自定义。
PES_priority
（1）
PES数据包的优先级。
类似于TS的此字段。
data_alignment_indicator
（1）
为1时，表明此分组头部之后紧跟着数据流描述子中定义的访问单元类型。
copyright
（1）
版权，1表示有版权，具体见版权描述子13818-11-2-6-24。
0表示没有。
original_or_copy
（1）
1表示原始数据，0表示备份
PTS_DTS_flag
（2）
10表示含有PTS字段，11表示含有PTS和DTS字段，00表示不含有PTS和DTS，01无定义。
ESCR_flag
（1）
1表示ESCR在PES首部出现，0表示不出现
ES_rate_flag
（1）
1表示PES分组含有ES_rate字段。
0表示不含有。
DSM_trick_mode_flag
（1）
1表示有8位的trick_mode_flag字段，0表示不出现此字段。
只对DSM有效。
在广播中不用。
additional_copy_info_flag
（1）
1表示有copy_info_flag字段，0表示不出现此字段。
PES_CRC_flag
（1）
1表示PES分组中有CRC字段，0表示不出现此字段。
PES_extention_flag
（1）
1表示扩展字段在PES包头存在，0表示扩展字段不存在
PES_header_data_length（8）
表示可选字段和填充字段所占的字节数。
0010
0010填充字段，表示只含有PTS，不含有DTS
当含有DTS时，这个填充字段为0011
PTS字段。
PTS[32…30]（3）
marker_bit
（1）
PTS[29…15]（15）
marker_bit
（1）
PTS[14…0]（15）
marker_bit
（1）
0001
0001填充字段，表示接下来为DTS。
DTS数据解码时间
DTS[32…30]（3）
marker_bit
（1）
DTS[29…15]（15）
marker_bit
（1）
DTS[14…0]（15）
marker_bit
（1）
reserved
（2）
填充字段
基本系统参考时间，和扩展系统参考时间。
ESCR_base[32…30]（3）
marker_bit
（1）
ESCR_base[29…15]（15）
marker_bit
（1）
ESCR_base[14…0]（15）
marker_bit
（1）
ESCR_extention（9）
marker_bit
（1）
marker_bit
（1）
表示系统解码器从PES分组中接收字节的速度。
以50B/s为单位，有传送的作用。
ES_rate（22）
marker_bit
（1）
trick_mode_control（3）
特技模式，比如快进，快退。
具体见13818-1
field_id
（2）
表示在特技模式中，哪些场将被显示。
00表示仅显示顶场，01表示仅显示底场，10表示显示全帧。
11保留。
1表示编码间隙中可能丢失宏块，0表示不会丢失宏块。
丢失宏块用前面已解码的图像宏块代替。
编码的受限系数集，表示DCT后系统的非零限制，具体见13818-1
intra_slice_refresh
（1）
frequency_trunction
（2）
field_rep_cntrl（5）
隔行扫描中首场和底场显示顺序。
reserved（3）
填充
marker_bit
（1）
填充
additional_copy_info（7）
包含和版权有关的私用数据
previous_PES_packet_CRC（16）
CRC校验PES包数据（不包括包头）
PES_private_data_flag
（1）
1表示PES包首部中含有私用数据，0表示没有。
pack_head_field_flag
（1）
1表示PES首部含有一个ISO/IEC11172的组首部。
0表示PES首部没有含有组首部。
program_packet_sequence_counter_flag
（1）
1表示PES分组含programpacketsequencecounter和
字段，0表示不含有。
P-STD_buffer_flag
（1）
reserved（3）
填充
PES_extention_flag_2
（1）
1表示出现PES_extention_flied及相关字段。
0表示不出现。
PES_private_data（128）
私用数据
pack_field_length（8）
指示pack_header_field（）字节长度。
marker_bit
（1）
program_packet_sequence_counter（7）
计数器，到0后重新计数，计算PES分组的数量。
marker_bit
（1）
MPEG1_MPEG2_identifier
（1）
1表示PES分组带有ISO/IEC11172-1系统信息，0代表带有PS流信息。
original_stuff_length（6）
01
P-STD_buffer_scale
（1）
联合使用控制BSn缓冲区的大小，具体定义见13818-1。
仅用于PS流中。
P-STD_buffer_size（13）
marker_bit
（1）
PES_extention_field_length（7）
规定此字段之后的扩展（填充）字段长度（单位字节）
reserved（8）
保留位8位
stuffing_byte（8）
填充字段。
11111111
PES_packet_data_byte（8）
PES包原始流数据长度，等于PES_packet_length减去从PES_packet_length到此字段之前的长度。
padding_byte（8）
填充字段。
11111111
附表二：
●传送流结构
sync_byte（8）
01000111
transport_error_indicator
（1）
传送层外被置1，表示至少一个不可纠正的错误位，改正前不被置0
payload_unit_start_indicator
（1）
该字段置1表示携带的是PSI或PES第一个包。
该字段置0表示携带的不是PSI或PES第一个包。
transport_priority
（1）
置1表示比其他同PID组有更高优先级
PID（13）
0x0000-0x000F保留，0x1FFF空分组
transport_scrambling_control
（2）
00表示未加密，其他“自定义”，空分组为00
adaptio
升级会员 