數(shù)字電視碼流包結(jié)構(gòu)及碼流監(jiān)測(cè)探析

盧崇麟

國(guó)家廣播電視總局六四一臺(tái) 福建省 泉州市 362100

引 言

隨著廣播電視技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)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(lái)對(duì)MPEG-2 的碼流形成進(jìn)行分析，并介紹數(shù)字碼流錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)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(guò)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(gè)基本編碼單元，形成打包的基本碼流。打包基本碼流的長(zhǎng)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(shí)間標(biāo)簽，而DTS 指的是解碼時(shí)間標(biāo)簽，PTS 指示已解碼的信息何時(shí)顯示，而DTS 則是指對(duì)接收到的數(shù)據(jù)信息何時(shí)進(jìn)行解碼。為了能夠按照預(yù)期的設(shè)計(jì)顯示每幅圖像，就要對(duì)每副圖像設(shè)置一個(gè)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(shí)，解碼時(shí)間和顯示時(shí)間是不同的，此時(shí)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(gè)：

1.1 PES包長(zhǎng)度

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

1.2 PES包起始前綴

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

1.3 ES流標(biāo)識(shí)符

ES 流標(biāo)識(shí)符占用ES 流標(biāo)識(shí)符8比特，表征ES流的類型，說(shuō)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(gè)PES包的長(zhǎng)度不統(tǒng)一，雖然可通過(guò)OX000001 同步字節(jié)檢測(cè)是否同步，但無(wú)法準(zhǔn)確確定同步位置，在遇到差錯(cuò)時(shí)，無(wú)法檢測(cè)到同步位置，無(wú)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(pán)等，因此必須使用統(tǒng)一長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)包來(lái)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(guò)傳輸復(fù)用器組合成的一個(gè)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(shí)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(shí)間基準(zhǔn)的多套節(jié)目PES 流進(jìn)行打包處理。打包長(zhǎng)度不能太長(zhǎng)，規(guī)定為188 字節(jié)，類似于計(jì)算機(jī)通信的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度，IP包最大長(zhǎng)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(zhǎng)度固定，便于在數(shù)據(jù)流中準(zhǔn)確檢測(cè)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(zhǎng)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(cè)結(jié)果。包頭由下面幾個(gè)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(chǎng)，色同步信號(hào)實(shí)現(xiàn)收發(fā)兩端的同步，而數(shù)字電視經(jīng)過(guò)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(guò)OX47字節(jié)來(lái)識(shí)別以實(shí)現(xiàn)同步。

3.2 傳送錯(cuò)誤指示

傳送錯(cuò)誤指示占用1 比特，用來(lái)表示傳輸流中是否有錯(cuò)誤，1表示有錯(cuò)誤，0表示沒(méi)有錯(cuò)誤。

3.3 傳送優(yōu)先級(jí)

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

3.4 包PID

包PIP 占用13 比特，每一個(gè)視頻、音頻，數(shù)據(jù)的PES 流都分別對(duì)應(yīng)一個(gè)PID，在數(shù)據(jù)流中識(shí)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(lái)區(qū)分和識(shí)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(shí)，使用空包表示其PID固定為OX1FFF。前文已經(jīng)說(shuō)明收發(fā)端的同步是通過(guò)同步字節(jié)建立起來(lái)的，而且PID 在包頭中的位置固定，因此收端很容易通過(guò)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(jì)數(shù)器

連續(xù)計(jì)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(duì)所有TS流傳送包從0 到15 計(jì)數(shù)，若收端收到的包和之前的包計(jì)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(gè)連續(xù)計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。

圖1 傳輸流包頭監(jiān)測(cè)

3.8 PCR

PCR 是適配域中的一個(gè)重要參數(shù)，占用42比特。編碼器的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為27MHz，在視頻進(jìn)行編碼時(shí)，系統(tǒng)時(shí)鐘的取樣值要賦予TS流中的PCR，用于收端定時(shí)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(gè)連續(xù)的PCR 差值不大于100 毫秒。PTS、DTS和PCR主要用來(lái)解決視音頻傳輸中的同步問(wèn)題，PTS、DTS是在PES碼流層插入的。

4 傳輸流技術(shù)指標(biāo)及測(cè)試

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

4.1 第一級(jí)錯(cuò)誤

1.傳送流同步丟失錯(cuò)誤：當(dāng)連續(xù)監(jiān)測(cè)到兩個(gè)以上的不正確同步時(shí)，即為同步丟失錯(cuò)誤，通常以5個(gè)包為一個(gè)組進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.同步字節(jié)錯(cuò)誤：如果傳輸流中的同步字節(jié)不是0X47，即使此時(shí)的包長(zhǎng)度仍然是188 字節(jié)，也會(huì)產(chǎn)生同步字節(jié)錯(cuò)誤。

3.PAT 錯(cuò)誤： PAT 表的 PID值為0X0000時(shí)，PAT錯(cuò)誤可能是PAT 表的重復(fù)間隔超過(guò)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(jì)數(shù)錯(cuò)誤：發(fā)端對(duì)所有相同PID 的包進(jìn)行從0 到15 重復(fù)計(jì)數(shù)，收端有丟包、包重復(fù)、包順序錯(cuò)的情況就會(huì)產(chǎn)生連續(xù)計(jì)數(shù)錯(cuò)。

5.PMT錯(cuò)誤：PMT錯(cuò)誤可能是PMT 表的重復(fù)間隔超過(guò)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(cuò)誤：監(jiān)測(cè)是否每一個(gè)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(guò)0.5 秒。若碼流沒(méi)有PID，無(wú)法完成該節(jié)目解碼。

4.2 第二級(jí)錯(cuò)誤

1.傳輸錯(cuò)誤：TS包頭中的傳送包錯(cuò)誤指示為1，說(shuō)明傳送的包中有一個(gè)不可糾正的錯(cuò)誤位。

2.CRC 錯(cuò)誤：CRC錯(cuò)誤表明在PSI 和SI 表中循環(huán)冗余檢測(cè)碼檢測(cè)到錯(cuò)誤。

3.PCR 間隔錯(cuò)誤：如前所述，收端收到PCR 間隔超過(guò)100毫秒、PCR整個(gè)發(fā)送間隔超過(guò)40毫秒，就會(huì)影響收端正確解碼，產(chǎn)生PCR間隔錯(cuò)誤。

4.PCR抖動(dòng)錯(cuò)誤：PCR精度和PCR 抖動(dòng)不超過(guò)500 毫秒，否則會(huì)使收端時(shí)鐘失鎖或抖動(dòng)過(guò)大。

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

6.CAT錯(cuò)誤：表示沒(méi)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(cuò)誤

圖3 PTS重復(fù)間隔小于700ms

4.3 第三級(jí)錯(cuò)誤

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