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數(shù)字電視碼流包結(jié)構(gòu)及碼流監(jiān)測探析

2020-04-17 03:51:38盧崇麟
數(shù)字傳媒研究 2020年3期
關(guān)鍵詞:碼流字節(jié)解碼

盧崇麟

國家廣播電視總局六四一臺 福建省 泉州市 362100

引 言

隨著廣播電視技術(shù)的發(fā)展,我國已全面實(shí)現(xiàn)了使用數(shù)字電視進(jìn)行傳輸覆蓋,數(shù)字電視的數(shù)字編碼壓縮后都以碼流的形式輸出,本文接下來對MPEG-2 的碼流形成進(jìn)行分析,并介紹數(shù)字碼流錯誤監(jiān)測指標(biāo)。

1 打包基本碼流(PES)

在數(shù)字電視系統(tǒng)中,所有的視頻、音頻,數(shù)據(jù)信息都通過編碼得到基本碼流,或稱為ES流,是最原始的編碼數(shù)據(jù)。因此需要在形成基本碼流后,再產(chǎn)生打包的基本碼流,就是PES 流。一般以一幀圖像為一個基本編碼單元,形成打包的基本碼流。打包基本碼流的長度不固定,是由基本碼流加入包頭信息后形成的。

PES 包頭中包含著重要信息,其中最為重要的是PTS 和DTS,PTS 指的是顯示時間標(biāo)簽,而DTS 指的是解碼時間標(biāo)簽,PTS 指示已解碼的信息何時顯示,而DTS 則是指對接收到的數(shù)據(jù)信息何時進(jìn)行解碼。為了能夠按照預(yù)期的設(shè)計顯示每幅圖像,就要對每副圖像設(shè)置一個PTS 標(biāo)簽。DTS 的值可以由PTS得到,一般情況下兩者是相同的,但是當(dāng)編碼圖像包含B 幀時,解碼時間和顯示時間是不同的,此時的PTS 和DTS 是不一樣的。音頻編碼解碼的順序和輸出的順序是一致的,所以PTS 和DTS 的值是一樣的。PTS 是包頭信息中最重要的信息之一,它直接影響終端的視音頻是否同步。PES包最重要的字段有如下幾個:

1.1 PES包長度

PES 包的長度是可變的,用16比特來表示,因此一個PES 包的最大長度為2 的16 次方字節(jié)。PES 包凈荷的第1 個字節(jié)是一幀圖像、一個圖像序列或GOP的起始碼。PES 包頭長度字節(jié)占用8比特,用PES 包長減掉PES 包頭的長度,剩下的就是PES 包的凈荷數(shù)據(jù)長度。

1.2 PES包起始前綴

PES 包起始前綴占用24 比特,表征一個PES 包開始,類似于同步字節(jié),是一個固定的數(shù)值,用16進(jìn)制表示為OX000001。

1.3 ES流標(biāo)識符

ES 流標(biāo)識符占用ES 流標(biāo)識符8比特,表征ES流的類型,說明所傳的ES 流是視頻、音頻或數(shù)據(jù)。一般用OXC0 表示音頻,OXE0表示視頻。

2 節(jié)目流(PS)

節(jié)目流PS指將同一節(jié)目的視頻、音頻,數(shù)據(jù)信息流進(jìn)行復(fù)用產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流,由PES 流組成,PES流是由ES流加包頭產(chǎn)生的。

PS流中每個PES包的長度不統(tǒng)一,雖然可通過OX000001 同步字節(jié)檢測是否同步,但無法準(zhǔn)確確定同步位置,在遇到差錯時,無法檢測到同步位置,無法恢復(fù)同步。

PS流只適合信道干擾小的使用環(huán)境,如演播室或系統(tǒng)內(nèi)的硬盤等,因此必須使用統(tǒng)一長度的數(shù)據(jù)包來滿足抗干擾的需求。

3 傳輸流(TS)

視頻、音頻或數(shù)據(jù)PES 流經(jīng)過傳輸復(fù)用器組合成的一個碼流就是傳輸流,分為節(jié)目復(fù)用和傳輸復(fù)用。節(jié)目復(fù)用通常是將有同一時間基準(zhǔn)的視頻、音頻或數(shù)據(jù)的PES 包打包。而傳輸復(fù)用是將不同時間基準(zhǔn)的多套節(jié)目PES 流進(jìn)行打包處理。打包長度不能太長,規(guī)定為188 字節(jié),類似于計算機(jī)通信的數(shù)據(jù)包長度,IP包最大長度為65535 字節(jié)。在TS 碼流層插入PCR,用于收端節(jié)目與發(fā)端節(jié)目的同步,由于TS流打包長度固定,便于在數(shù)據(jù)流中準(zhǔn)確檢測到同步字節(jié)的位置,適用于信道環(huán)境差的情況。

傳輸流的包長為188 字節(jié),其中包頭占用4 字節(jié),數(shù)據(jù)凈荷占用184 字節(jié),數(shù)據(jù)凈荷為PES格式的數(shù)據(jù)流。如圖1 為某一傳輸碼流包頭監(jiān)測結(jié)果。包頭由下面幾個部分組成:

3.1 同步字節(jié)

包頭中同步字節(jié)為OX47,占用8 比特。數(shù)字電視不同于模擬電視,模擬電視可以使用行、場,色同步信號實(shí)現(xiàn)收發(fā)兩端的同步,而數(shù)字電視經(jīng)過壓縮編碼、數(shù)字化后,以數(shù)據(jù)包的形式存在,同步信息已不存在,只能通過OX47字節(jié)來識別以實(shí)現(xiàn)同步。

3.2 傳送錯誤指示

傳送錯誤指示占用1 比特,用來表示傳輸流中是否有錯誤,1表示有錯誤,0表示沒有錯誤。

3.3 傳送優(yōu)先級

傳送優(yōu)先級占用1 比特,表示該傳輸包的優(yōu)先級,類似于PES包中的優(yōu)先級。

3.4 包PID

包PIP 占用13 比特,每一個視頻、音頻,數(shù)據(jù)的PES 流都分別對應(yīng)一個PID,在數(shù)據(jù)流中識別出各自的視頻、音頻節(jié)目唯一的方法就是不同的PID。終端解碼PID 在傳輸流中還要傳送節(jié)目專用信息,例如節(jié)目關(guān)聯(lián)表PAT,節(jié)目映射表PMT 等也必須用PID 來區(qū)分和識別。這些節(jié)目專用信息表的PID 有的是固定值,例如PAT表的PID用OX0001表示,NIT 表的 PID 用 OX0010 表示 , SDT 表 和 BAT 表 的 PID 用OX0011 表示。節(jié)目專用信息的TS包有效數(shù)據(jù)不足時,使用空包表示其PID固定為OX1FFF。前文已經(jīng)說明收發(fā)端的同步是通過同步字節(jié)建立起來的,而且PID 在包頭中的位置固定,因此收端很容易通過PID值提取所需的數(shù)據(jù)。

3.5 傳送加擾控制

傳送加擾控制占用2 比特,表征該包是否被加擾,00表示未被加擾。

3.6 適配域控制字

適配域控制字占用1 比特,表示適配域是否存在。

3.7 連續(xù)計數(shù)器

連續(xù)計數(shù)器占用4 比特,表征發(fā)送的數(shù)據(jù)從發(fā)端傳輸?shù)绞斩耸欠駚G失,發(fā)端循環(huán)對所有TS流傳送包從0 到15 計數(shù),若收端收到的包和之前的包計數(shù)值不連續(xù),則認(rèn)為傳輸中丟失了數(shù)據(jù)包。如圖1 中有14 個連續(xù)計數(shù)錯誤。

圖1 傳輸流包頭監(jiān)測

3.8 PCR

PCR 是適配域中的一個重要參數(shù),占用42比特。編碼器的系統(tǒng)時鐘頻率為27MHz,在視頻進(jìn)行編碼時,系統(tǒng)時鐘的取樣值要賦予TS流中的PCR,用于收端定時信息的提取。MPEG-2規(guī)定PCR傳遞的間隔不應(yīng)大于40毫秒,兩個連續(xù)的PCR 差值不大于100 毫秒。PTS、DTS和PCR主要用來解決視音頻傳輸中的同步問題,PTS、DTS是在PES碼流層插入的。

4 傳輸流技術(shù)指標(biāo)及測試

傳輸流的技術(shù)測試使用TR101290測試標(biāo)準(zhǔn)和三級錯誤檢測模式。TR101290測試標(biāo)準(zhǔn)將錯誤指標(biāo)分為三級,第一級指標(biāo)是確保解碼器正確解碼的幾個必要參數(shù),第二級是解碼器持續(xù)可靠工作必須的基本指標(biāo),第三級為確保應(yīng)用正確使用的指標(biāo)。

4.1 第一級錯誤

1.傳送流同步丟失錯誤:當(dāng)連續(xù)監(jiān)測到兩個以上的不正確同步時,即為同步丟失錯誤,通常以5個包為一個組進(jìn)行監(jiān)測。

2.同步字節(jié)錯誤:如果傳輸流中的同步字節(jié)不是0X47,即使此時的包長度仍然是188 字節(jié),也會產(chǎn)生同步字節(jié)錯誤。

3.PAT 錯誤: PAT 表的 PID值為0X0000時,PAT錯誤可能是PAT 表的重復(fù)間隔超過0.5 秒、PAT表為空或者PAT的PID中包頭的加密控制段不是0,即被加擾。

4.連續(xù)計數(shù)錯誤:發(fā)端對所有相同PID 的包進(jìn)行從0 到15 重復(fù)計數(shù),收端有丟包、包重復(fù)、包順序錯的情況就會產(chǎn)生連續(xù)計數(shù)錯。

5.PMT錯誤:PMT錯誤可能是PMT 表的重復(fù)間隔超過0.5秒、PMT 表為空或者PMT 的PID中包頭的加密控制段不是0。

6.設(shè)置PID錯誤:監(jiān)測是否每一個PID 都有碼流,是否同一PID 的視頻、音頻或數(shù)據(jù)的重復(fù)間隔不超過0.5 秒。若碼流沒有PID,無法完成該節(jié)目解碼。

4.2 第二級錯誤

1.傳輸錯誤:TS包頭中的傳送包錯誤指示為1,說明傳送的包中有一個不可糾正的錯誤位。

2.CRC 錯誤:CRC錯誤表明在PSI 和SI 表中循環(huán)冗余檢測碼檢測到錯誤。

3.PCR 間隔錯誤:如前所述,收端收到PCR 間隔超過100毫秒、PCR整個發(fā)送間隔超過40毫秒,就會影響收端正確解碼,產(chǎn)生PCR間隔錯誤。

4.PCR抖動錯誤:PCR精度和PCR 抖動不超過500 毫秒,否則會使收端時鐘失鎖或抖動過大。

5.PTS 錯誤:PTS 重復(fù)發(fā)送間隔為700 毫秒,否則會影響圖像的正確顯示。如圖2 展示的是PTS 重復(fù)間隔錯誤的截圖,如圖3為PTS重復(fù)間隔小于700ms的截圖。

6.CAT錯誤:表示沒有CAT表或PID為0X0001的表不是CAT表,CAT表指出授權(quán)管理信息EMM的PID,確保接收機(jī)正確解碼。

圖2 PTS重復(fù)間隔錯誤

圖3 PTS重復(fù)間隔小于700ms

4.3 第三級錯誤

第三級錯誤主要指標(biāo)為:EIT 錯誤、NIT 錯誤、SDT 錯誤、RST 錯誤、TDT 錯誤、SI 重復(fù)率錯誤、非指定PID 錯誤,空緩沖器錯誤和數(shù)據(jù)延遲錯誤。第三級錯誤并不一定對接收機(jī)解碼產(chǎn)生致命影響。

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