数字电视业务PSISI学习.docx

1、数字电视业务PSISI学习数字电视业务PSI/SI学习系列一、MPEG-2系统原理第一章MPEG-2简介什么是MPEG和MPEG-2?MPEG是MovingPictureExpertsGroup的简称,MPEG-2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,当前的标准文档是ISO13818.什么是DVB?DVB是DigtalVideoBroadcast的简称,是欧洲所有国家和其他部分国家和地区使用的数字电视标准.其中美国的ATSC标准也是在DVB标准的基础上实现的.什么是TS码流和PS流?TS是transportstream的简称,就是”传输流”.DVB数据广播

2、采用的数据格式就是TS码流.PS是programstream的简称,就是”节目流”.DVD中采用的数据格式就是PS流.这两种流的格式是不同的,TS格式具有很强的错误校正功能,适合传输,而PS格式适合存储在媒体中.在这里,着重描述的是TS码流格式.什么是PID?PID是Packetidentification的简称,就是”包标志符”.DVB系统把不同的数据打包成不同的数据包,用系统唯一的一个13bits数字标志该数据的类型.例如,PID=0x00表示是DVB系统中的PAT包,而PID=0x10表示是DVB系统的NIT包.不同的节目(包括Video和Audio)分别采用不同的PID,例如,我们在P

3、MT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.什么是PAT?PAT是ProgramAssociationTable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.PAT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.什么是PMT?PMT是ProgramMapTable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

4、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.什么是CAT?CAT是ConditionalAccessTable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).什么是SDT?SDT是ServiceDescriptionTable的简称,即”服务器描述表

5、”,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.什么是NIT和EIT?NIT是NetworkInformationTable的简称,即”网络信息表”.EIT是EventInformationTable的简称,即”环境信息表”.NIT可以提供当前流的节目信息,也可以提供和当前流有关联的流的节目信息.EIT提供的是流节目信息的改变,比如一个节目已经开始,或者已经结束的信息等.什么是EPG?EPG是ElectronicProgrammeGuides的简称,即”电子节目指南”.该功能可实现预告近段时间即将播放的节目内容

6、,同时支持基于内容的检索.什么是teletext?Teletext就是我们常说的”图文电视”,当然在MPEG-2中,图文电视已经数字化,也就是说,图文信息已经做为数字化信息在TS流中传播.但最终,数字化的图文信息都将转化为模拟的VBI信息插入到正常的电视信号中实现图文电视的显示.图文电视有很多标准,比如closecaption,WSS等,欧洲的DVB使用的teletext标准是ITU-RSystemBTeletext规格.该规格支持欧洲多种语言,支持简单图象和文本的混合显示.第二章DVB系统的构成本文不详细描述DVB系统的硬件构成,只是根据ISO13818中的描述,详细解释TS码流的格式和解复

7、用原理.(够了,够了呵呵)DVB的分类DVB根据应用的不同,主要分为DVB-S,DVB-C,DVB-T,DVB-H等多种规格.不同的规格基本原理都是相同的,不同的主要是调制方式不同:DVB-S,S是Satelite的首字母,应用于数字电视卫星广播,调制方式是QPSK.DVB-C,C是Cable的首字母,应用于城市有线广播.调制方式是QAM所有格式:16QAM,32QAM,64QAM,128QAM,256QAM.DVB-T,T是Terrestrial的首字母,应用于陆地无线广播,调制方式是QPSK或者16QAM和64QAM.DVB-H,H是Handheld的首字母,应用于手持无线广播,调制方式和

8、DVB-T相同.总的来说,不同的DVB系统只有前端系统是不同的,最终的数字信息都是相同的,也就是都是采用ISO13818描述的规格.前端系统主要是指调制方法和发射方法等.因此,这里所叙述的内容,全部适用于所有的DVB系统,同时因为美国的ATSC系统也是在DVB系统上的小量更改和小部分功能增加,因此也适用于ATSC标准.基本系统描述如下:(1)编码系统:假设信号源有6个节目,则DVB系统先对这6个节目的所有数据(Video,Audio)进行压缩处理,然后经过一个叫做复用的程序进行节目的复用(PID分配,即对6个节目分别分配不同的PID号码)形成叫做PES的包,然后再经过TS流处理程序,把这些PE

9、S包全部封装成TS码流格式,最后把获得的TS格式的数字信号经过调制(实现的是频率的复用),然后经过D/A转换成模拟信号,再次调制成高频信号,经传输系统发送出去.(2)解码系统接收系统接收到高频信号,先转化为中频信号,然后再经过一个高速的A/D转换成数字信号,接着经过一个反调制程序,这样就得到了TS码流.TS码流进入一个称为解复用的程序,该程序实现自动分析TS流中的表格信息,读取所有可用的PID信息等,然后提取一个用户指定的PID(用户选择的节目),把该节目的数字信号全部接收而忽略其他不需要的信号,然后Video,Audio信号分别进入不同的解压缩程序,分别对Video,Audio信号进行解压缩

10、和显示,如果该节目包含了Teletext和EPG,也有可能同时处理Teletext和EPG,并且把处理的结果和Video信号一起叠加到屏幕上.Packet的概念(1)TS流是基于Packet的位流格式,每个包是188字节或者204字节(一般是188字节,204字节的格式仅仅是在188字节的Packet后部加上16字节的CRC数据,其他格式是一样的),整个TS流组成如下所示:Packet1Packet2.Packetn在实际使用中,因为TS流已经内部具有很强的错误处理能力,所以一般使用较多的是188字节一个包的格式,204字节一个包的格式据说一般在高清节目中使用较多.所有的Packet格式都是统

11、一的,包括一个Packetheader和Packetdatas.其中Packetheader包含了同步字节(该字节固定是0x47,表示这个包的数据开始是正确的),该Packet的唯一号码(即PID)和其他一些信息.格式如下(用C格式表示)typedefstructunsignedsync_byte:8;/*8bits的同步字节*/unsignedtransport_error_indicator:1;/*1bit的错误指示信息,1表示当前Packet至少有1bit的传输错误,0表示所有数据都正确*/unsignedpayload_unit_start_indicator:1;/*负载单元开始标

12、志,请参考ISO13818-1了解该标志作用*/unsignedtransport_priority:1;/*1bit的传输优先级标志,1表示高优先级,0表示低优先级*/unsignedPID:13;/*13bits的PacketID号码,唯一的号码对应不同的包*/unsignedtransport_scrambling_control:2;/*2bits的加密标志,00表示没有加密,其他表示已被加密*/unsignedadaptation_field_control:2;/*2bits的附加区域控制,请参考ISO13818-1了解该标志作用*/unsignedcontinuity_count

13、er:4;/*4bits的包递增计数器*/PACKET_HEADER;以上结构刚好占用32bits,即4个字节,因此一个TS流的Packet头部的4字节是header信息,分析该header信息就可以知道当前Packet的属性.剩下的184字节有可能是Video数据,也有可能是Audio数据,也有可能是DVBSI信息,怎么区分呢?其实很简单,就是利用header中的PID信息.上一章说了PAT是节目关联表,它的PID是0x0000.这个PID就是对应这里header的PID.换句话就是说,如果我们发现一个Packet的PID等于0x0000,那么说明这个Packet是DVB的PAT表格而不是V

14、ideo数据或者Audio数据.实际上,在信号编码成TS码流的时候,不同节目的Video,Audio等数据都分配了不同的PID.例如,一个节目有两路Video,三路Audio,那么分配PID的时候可能是Video1=0x100,Video2=0x101,Audio1=0x102,Audio2=0x103,Audio3=0x104,这样传输的TS码流中的PID就可能有以上的PID.因此,如果我们需要在程序中过滤出第一路Video和第二路Audio就可以这样处理了(伪代码描述):voidProcess_Packet(unsignedchar*buff)intPID=GETPID(buff);/*从

15、当前的188字节缓冲区中获取PID信息*/if(PID=0x100)/*PID等于第一路Video的PID,说明当前数据是Video数据*/SaveToVideoBuffer(buff+4);/*把header后部的数据存到Video缓冲区,待后部处理*/elseif(PID=0x103)/*PID等于第二路Audio的PID,说明当前数据是Audio数据*/SaveToAudioBuffer(buff+4);/*把header后部的数据存到Audio缓冲区*/else/*其他PID则丢弃,当然如果PID是DVB系统保留的PID如PAT,PMT则必须处理*/printf(unknownPID!

16、n);现在的问题是,编码的时候分配好的PID,在解码的时候是怎么知道什么PID对应什么数据呢?这就是DVBSI表格的分析与处理了,请参考第三章.这里先看一个实际的TS码流的例子.这里的数据是用UltraEdit用16进制格式打开TS码流文件得到的.文件是Taiwan-551.ts.这里仅仅截取了3个Packet的信息,请注意图中用红色标注的部分,这就是TS流Packet的4个字节的头信息.这个TS流是采用每个包共188字节的格式,因为两个头信息的间隔是188个字节(第一个0x47到第二个0x47的间隔).以后的所有的Packet都将是188字节的格式,这是DVBTS标准规定的固定大小.那么这三

17、个包分别包含的是什么数据,下面我们可以自己分析一下.先看第一个包,头信息数据是0x470x070xe50x12,刚才已经知道了,header信息都是按位操作的(这就是为什么TS码流也可以叫做位流的原因),特别要注意的是定义和传输的时候都是MSBfirst,也就是说,先出现的位是数据的最高位.先转化成2进制格式:01000111000001111110010100010010请对照上面的PACKET_HEADER结构:typedefstructunsignedsync_byte:8;unsignedtransport_error_indicator:1;unsignedpayload_unit_

18、start_indicator:1;unsignedtransport_priority:1;unsignedPID:13;unsignedtransport_scrambling_control:2;unsignedadaptation_field_control:2;unsignedcontinuity_counter:4;PACKET_HEADER;那么对照一下,我们可以发现:sync_byte=01000111,就是0x47,这是DVBTS规定的同步字节,固定是0x47.transport_error_indicator=0,表示当前包没有发生传输错误.payload_unit_sta

19、rt_indicator=0,含义请参考ISO13818-1标准文档transport_priority=0,表示当前包是低优先级.PID=0011111100101即0x07e5,这代表是什么呢,暂时还不知道(实际上是VideoPID,参考下图)transport_scrambling_control=00,表示节目没有加密adaptation_field_control=01即0x01,具体含义请参考ISO13818-1continuity_counte=0010即0x02,表示当前传送的相同类型的包是第3个依此类推,再看一下第二个包0x470x070xe50x13,2进制是0100011

20、1000001111110010100010011sync_byte=01000111,就是0x47,这是DVBTS规定的同步字节,固定是0x47.transport_error_indicator=0,表示当前包没有发生传输错误.payload_unit_start_indicator=0,含义请参考ISO13818-1标准文档transport_priority=0,表示当前包是低优先级.PID=0011111100101即0x07e5,这代表是什么呢,暂时还不知道(实际上是VideoPID,参考下图)transport_scrambling_control=00,表示节目没有加密adap

21、tation_field_control=01即0x01,具体含义请参考ISO13818-1continuity_counte=0011即0x03,表示当前传送的相同类型的包是第4个(注意到了吧,以上两个包的PID都是0x07e5,所以这里的continuity_counte就递增一次)第三个包是0x470x070xf10x18,2进制是01000111000001111111000100011000.sync_byte=01000111,就是0x47,这是DVBTS规定的同步字节,固定是0x47.transport_error_indicator=0,表示当前包没有发生传输错误.payloa

22、d_unit_start_indicator=0,含义请参考ISO13818-1标准文档transport_priority=0,表示当前包是低优先级.PID=0011111100101即0x07f1,这代表是什么呢,暂时还不知道(实际上是AudioPID,参考下图)transport_scrambling_control=00,表示节目没有加密adaptation_field_control=01即0x01,具体含义请参考ISO13818-1continuity_counte=1000即0x08,表示当前传送的相同类型的包是第9个请看解码程序读取该文件的结果:上图我们可以发现,Taiwan-

23、551.ts有一个节目叫DIMO,它的VideoPID是0x07e5,AudioPID是0x07e6还有一个节目叫Service1,没有VideoPID,它的AudioPID是0x07f1(说明是一个广播节目而非电视节目)这个数据刚好和我们刚才的分析是吻合的.但是我想大家还有疑问,为什么0x07e5代表VideoPID,0x07e6代表其中一个AudioPID呢?这就是刚才提到的,这是TS流在编码的时候就分配好了的.但是,在解码的时候是怎么知道0x07e5就代表的是Video而不是Audio呢?这就是第三章的内容:DVBSI/PSI分析和处理.第三章DVBSI/PSI分析和处理SI是Speci

24、ficInformation的简称,PSI是programSpecificInformation该机制允许传送各种各样的讯息，比如节目名称，电视台名称，各种，私有信息，甚至单独传送数据实现数据通信等这些功能的实现都归功于SI/PSI.在DVB标准中，定义了一个标准的PID用来实现SI/PSI.这些PID是系统保留的，因此编码的时候并不会用这些做为VideoPID或者AudioPID或者其他在一个简单的解复用程序中，只需要提供处理PAT,PMT表格的程序即可实现解复用，当然如果需要更友好的界面和实现更复杂的功能（如）则必须处理其他的表在这里仅仅分析PAT,PMT,SDT表格，其他SI表格的分析，

25、请参考ISO13818-1(MPEG-2系统层标准)和EN300468(DVBSI标准)文档DVB定义的SI保留的PID分别是:上表格的PID就是保留的，分配的其他一定不会占用这些解复用程序需要使用到的表格只有PAT,PMT,SDT,而应用还需要使用CAT,EPG应用还需要使用NIT,EIT,TDT,TOT等表格.所以在需要解复用的时候，伪代码需要这样写:voidProcess_Packet(unsignedchar*buff)intPID=GETPID(buff);if(PID=0x0000)/*这是PAT表*/Process_PAT(buff+4);/*处理PA表*/elseif(PID=

26、.)/*Video或者Audio*/else/*其他不支持的PID*/printf(UnknownPID!);所有的表格都开始于Packet中的184字节的数据部分，但有的时候一个表格没有184字节，这时在Packet中就可能插入一些无效信息用来填充使整个Packet依然保持是188字节也可能用头信息中的payload_unit_start_indicator标志表格有个偏移位置（当payload_unit_start_indicator=0表示表格数据直接从Packet区的第四个字节开始，否则表示有一个偏移量位置开始,具体请参考ISO13818-1,第4字节到偏移量间的数据是系统填充的无效数

27、据）下面针对解复用程序详细分析一下PAT,PMT和SDT三类表格的格式PAT,ProgramAssociationTable,节目关联表PAT表携带以下信息:(1)TS流-transport_stream_id,该标志唯一的流(2)节目频道号-program_number,该号码标志流中的一个频道，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，因为可以有很多的频道，因此规定PMT的PID可以由用户自己定义PAT表定义如下:各字段含义如下:table_id:8bits,标志

28、本表格的类型，应该是0x00section_syntax_indicator:1bit,段语法标志，应该是10:固定的0，这是为了防止和ISO13818Video流格式中的控制字冲突而设置的Reserved:保留的2bits,保留位一般都是0section_length:12bits的段大小，单位是Bytes.transport_stream_id:16bits的当前流，内唯一.(事实上很多都是自定义的TSID)version_number:5bits版本号码，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，说明流中的节目已经变化了，程序必须重新搜索节目current_next

29、_indicator:1bit:当前还是未来使用标志符,一般情况下为0section_number:8bits当前段号码last_section_number:8bits最后段号码(section_number和last_section_number的功能是当PAT内容184字节时，PAT表会分成多个段(sections),解复用程序必须在全部接收完成后再进行PAT的分析)从for()开始，就是描述了当前流中的频道数目(N),每一个频道对应的PMTPID是什么解复用程序需要和上图类似的循环来接收所有的频道号码和对应的PMTPID,并把这些信息在缓冲区中保存起来在后部的处理中需要使用到PMTPID.CRC_32:本段的CRC校验值，一般是会忽略的N是一个变量，计算方法是N=(section_length-9)/4.从以上分析我们可以发现,PAT表主要包含频道号码和每一个频道对应的PMT的PID号码,这些信息我们在处理PAT表格的时候会保存起来,以后会使用到这些数据.例如我们可以定义这样的数据结构保存这些信息:typedefstructintchannel_number;/*频道号*/intpmt_pid;/*