http://blog.csdn.net/zxh821112/article/details/17587215
一 从TS流开始
数字电视机顶盒接收到的是一段段的码流,我们称之为TS(Transport Stream,传输流),每个TS流都携带一些信息,如Video、Audio以及我们需要学习的PAT、PMT等信息。因此,我们首先需要了解TS流是什么,以及TS流是怎样形成、有着怎样的结构。
(一) TS流、PS流、PES流和ES流都是什么?
ES流(Elementary Stream):基本码流,不分段的音频、视频或其他信息的连续码流。
PES流:把基本流ES分割成段,并加上相应头文件打包成形的打包基本码流。
PS流(Program Stream):节目流,将具有共同时间基准的一个或多个PES组合(复合)而成的单一数据流(用于播放或编辑系统,如m2p)。
TS流(Transport Stream):传输流,将具有共同时间基准或独立时间基准的一个或多个PES组合(复合)而成的单一数据流(用于数据传输)。
*NOTE:TS流和PS流的区别:TS流的包结构是长度是固定的;PS流的包结构是可变长度的。这导致了TS流的抵抗传输误码的能力强于PS流(TS码流由于采用了固定长度的包结构,当传输误码破坏了某一TS包的同步信息时,接收机可在固定的位置检测它后面包中的同步信息,从而恢复同步,避免了信息丢失。而PS包由于长度是变化的,一旦某一 PS包的同步信息丢失,接收机无法确定下一包的同步位置,就会造成失步,导致严重的信息丢失。因此,在信道环境较为恶劣,传输误码较高时,一般采用TS码流;而在信道环境较好,传输误码较低时,一般采用PS码流。)
由于TS码流具有较强的抵抗传输误码的能力,因此目前在传输媒体中进行传输的MPEG-2码流基本上都采用了TS码流的包格。
(二) TS流是如何产生的?
从上图可以看出,视频ES和音频ES通过打包器和共同或独立的系统时间基准形成一个个PES,通过TS复用器复用形成的传输流。注意这里的TS流是位流格式(分析Packet的时候会解释),也即是说TS流是可以按位读取的。
(三) TS流的格式是怎样的?
TS流是基于Packet的位流格式,每个包是188个字节(或204个字节,在188个字节后加上了16字节的CRC校验数据,其他格式一样)。整个TS流组成形式如下:
Packet Header(包头)信息说明 | |||
1 | sync_byte | 8bits | 同步字节 |
2 | transport_error_indicator | 1bit | 错误指示信息(1:该包至少有1bits传输错误) |
3 | payload_unit_start_indicator | 1bit | 负载单元开始标志(packet不满188字节时需填充) |
4 | transport_priority | 1bit | 传输优先级标志(1:优先级高) |
5 | PID | 13bits | Packet ID号码,唯一的号码对应不同的包 |
6 | transport_scrambling_control | 2bits | 加密标志(00:未加密;其他表示已加密) |
7 | adaptation_field_control | 2bits | 附加区域控制 |
8 | continuity_counter | 4bits | 包递增计数器 |
PID是TS流中唯一识别标志,Packet Data是什么内容就是由PID决定的。如果一个TS流中的一个Packet的Packet Header中的PID是0x0000,那么这个Packet的Packet Data就是DVB的PAT表而非其他类型数据(如Video、Audio或其他业务信息)。下表给出了一些表的PID值,这些值是固定的,不允许用于更改。
表 | PID 值 |
PAT | 0x0000 |
CAT | 0x0001 |
TSDT | 0x0002 |
EIT,ST | 0x0012 |
RST,ST | 0x0013 |
TDT,TOT,ST | 0x0014 |
下面以一个TS流的其中一个Packet中的Packet Header为例进行说明:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | … |
Packet(十六进制) | 4 | 7 | 0 | 7 | e | 5 | 1 | 2 | … | ||||||||||||||||||||||||
Packet(二进制) | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | … |
Packet Header 信息 | 1 sync_byte=0x47 | 2 | 3 | 4 | 5 PID=0x07e5 | 6 | 7 | 8 | … |
sync_byte=01000111, 就是0x47,这是DVB TS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, 含义参考ISO13818-1标准文档
transport_priority=0, 表示当前包是低优先级.
PID=00111 11100101即0x07e5, Video PID
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ISO13818-1
continuity_counte=0010 即0x02,表示当前传送的相同类型的包是第3个
TS流的基本内容就是这些了。
回顾一下,TS流是一种位流(当然就是数字的),它是由ES流分割成PES后复用而成的;它经过网络传输被机顶盒接收到;数字电视机顶盒接收到TS流后将解析TS流。
TS流是由一个个Packet(包)构成的,每个包都是由Packet Header(包头)和Packet Data(包数据)组成的。其中Packet Header指示了该Packet是什么属性的,并给出了该Packet Data的数据的唯一网络标识符PID。
到这里,我们对TS流已经有了一定的了解,下面将从TS流转向PAT表和PMT表的学习。
二 从TS流到PAT、PMT
说完了TS流的基本概念,就该开始对TS流进行更深入的研究了。首先需要想一想:TS流的本质是什么?它的确是一段码流,并且是一段由数据包(Packet)组成的码流。那么这些数据包究竟是怎样的呢?它和我们收看的电视节目之间又有什么区别?这些都是这部分需要了解的内容。
在上一节中,我们可以看到PID这个被标红的字段频繁地出现。PID是当前TS流的Packet区别于其他Packet类型的唯一识别符,通过读取每个包的Packet Header,我们可以知道这个Packet的数据属于何种类型。上一节列出了几项固定的PID值,它们用于识别存储了特殊信息的Packet。下面要谈的PAT表的PID值就是固定的0x0000。
(一) PAT表(Program Association Table,节目关联表)
由于下面的内容比较繁杂,这里先给出一个大纲,方便查阅:
1. PAT表的描述(表格+分析)
2. PAT表的定义(代码+分析)
3. PAT表的结构(代码+分析)
4. PAT表的解析(代码+分析)
5. 通过一段TS流中一个Packet分析PAT表(表格+分析)
下面,开始正式的分析!
1. PAT表的描述(表格+分析)
PAT表定义了当前TS流中所有的节目,其PID为0x0000,它是PSI的根节点,要查寻找节目必须从PAT表开始查找。
PAT表携带以下信息:
TS流ID | transport_stream_id | 该ID标志唯一的流ID |
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Video PID和Audio PID) |
PMT的PID | program_map_PID | 表示本频道使用哪个PID做为PMT的PID,因为可以有很多的频道,因此DVB规定PMT的PID可以由用户自己定义 |
2. PAT表的定义(代码+分析)
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。下面将PAT表的定义给出:
3. PAT表的结构(代码+分析)
再将PAT表的结构体给出:
4. PAT表的解析(代码+分析)
接下来给出的是PAT表的解析代码:
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PMT PID是什么。解复用程序需要接收所有的频道号码和对应的PMT 的PID,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PMT的 PID。
5. 通过一段TS流中一个Packet分析PAT表(表格+分析)
这里我们分析一段TS流其中一个Packet的Packet Data部分:
首先给出一个数据包,其数据如下:
Packet Header | Packet Data |
0x47 0x40 0x00 0x10 | 0000 b0 11 00 01 c1 00 00 00 00 e0 1f 00 01 e1 00 24 ac48 84 ff ff…… ff ff |
分析Packet Header如下表所示:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | … |
Packet(十六进制) | 4 | 7 | 4 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | … | ||||||||||||||||||||||||
Packet(二进制) | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | … |
Packet Header Bits | 1 sync_byte=0x47 | 2 | 3 | 4 | 5 PID=0x0000 | 6 | 7 | 8 | … |
根据包头数据格式,我们可以知晓整个数据包的属性,列表如下:
sync_byte | 0x47 | 固定同步字节 |
transport_error_indicator | “0” | 没有传输错误 |
payload_unit_start_indicator | “1” | 在前4个字节后会有一个调整字节。所以实际数据应该为去除第一个字节后的数据。即上面数据中红色部分不属于有效数据包。 |
transport_priority | “0” | 传输优先级低 |
PID | 0x0000 | PID=0x0000说明数据包是PAT表信息 |
transport_scrambling_control | “00” | 未加密 |
adaptation_field_control | “01” | 附加区域控制 |
continuity_counte | “0000” | 包递增计数器 |
如上表所示,我们可以知道,首先Packet的Packet Data是PAT信息表,因为其PID为0x0000,并且在包头后需要除去一个字节才是有效数据(payload_unit_start_indicator="1")。这样,Packet Data就应该是“00 b0 11 00 01 c1 00 00 00 00 e0 1f 00 01 e1 00 24 ac48 84 ff ff …… ff ff”。
Packet Data分析 | |||||||||||||||||||||||||
第n个字节 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | … | ||||
Packet Data(除去开头的0x00) | 00 | b0 | 11 | 00 | 01 | c1 | 00 | 00 | 00 | 00 | e0 | 1f | 00 | 01 | e1 | 00 | 24 | ac | 48 | 84 | … | ||||
字段名 | 位 | 具体值 | 次序 | 说明 | |||||||||||||||||||||
table_id | 8 | 0000 | 第1个字节 0000 0000B(0x00) | PAT的table_id只能是0x00 | |||||||||||||||||||||
section_syntax_indicator | 1 | 1 |
第2、3个字节 1011 0000 0001 0001B(0xb0 11) | 段语法标志位,固定为1 | |||||||||||||||||||||
zero | 1 | 0 |
| ||||||||||||||||||||||
reserved | 2 | 11 |
| ||||||||||||||||||||||
section_length | 12 | 0000 0001 0001B=0x011=17 | 段长度为17字节 | ||||||||||||||||||||||
transport_stream_id | 16 | 0x0001 | 第4、5个字节 0x00 0x01 |
| |||||||||||||||||||||
reserved | 2 | 11 |
第6个字节 1100 0001B(0xc1) |
| |||||||||||||||||||||
version_number | 5 | 00000 | 一旦PAT有变化,版本号加1 | ||||||||||||||||||||||
current_next_indicator | 1 | 1 | 当前传送的PAT表可以使用,若为0则要等待下一个表 | ||||||||||||||||||||||
section_number | 8 | 0x00 | 第7个字节0x00 |
| |||||||||||||||||||||
last_section_number | 8 | 0x00 | 第8个字节 0x00 |
| |||||||||||||||||||||
开始循环 | |||||||||||||||||||||||||
program_number | 16 | 0x0000-第一次 | 2个字节(0x00 00) | 节目号 | |||||||||||||||||||||
reserved | 3 | 111 |
2个字节 1110 0000 0001 1111B(0xe0 1f) |
| |||||||||||||||||||||
network_id(节目号为0时) program_map_PID(节目号为其他时) | 13 | 0 0000 0001 1111B=31 -第一次 | 节目号为0x0000时,表示这是NIT,PID=0x001f,即31 节目号为0x0001时,表示这是PMT,PID=0x100,即256 | ||||||||||||||||||||||
结束循环 | |||||||||||||||||||||||||
CRC_32 | 32 | -- | 4个字节 |
|
由以上几个表可以分析出PAT表和PMT表有着内在的联系。也就是之前提到的。PAT表描述了当前流的NIT(Network Information Table,网络信息表)中的PID、当前流中有多少不同类型的PMT表及每个PMT表对应的频道号。而PAT表和PMT表到底有什么深层次的联系呢?在讨论完了PMT表和SDT表后再做讨论吧。
6. 过滤PAT表信息的伪代码(代码)
(二) PMT表(Program Map Table,节目映射表)(Service Descriptor Table)
1. PMT表的描述
如果一个TS流中含有多个频道,那么就会包含多个PID不同的PMT表。
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)
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。
2. PMT表的定义(代码)
3. PMT表的结构体定义(代码)
4. PMT表的解析(代码)
5. 通过一段TS流中一个Packet分析PMT表(表格+分析)
老样子,还是通过分析一段TS流的数据包Packet来学习PMT表。
下面给出了一段TS流数据中的一个Packet(十六进制数)
Packet Header | Packet Data |
0x47 0x43 0xe8 0x12 | 00 02 b0 12 00 01 c1 00 00 e3 e9 f0 00 1b e3 e9 f0 00 f0 af b4 4f ff ff…… ff ff |
首先解析Packet Header,分析如下:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | … |
Packet(十六进制) | 4 | 7 | 4 | 3 | e | 8 | 1 | 2 | … | ||||||||||||||||||||||||
Packet(二进制) | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | … |
Packet Header Bits | 1 sync_byte=0x47 | 2 | 3 | 4 | 5 PID=0x03e8 | 6 | 7 | 8 | … |
PID=0x03e8为其PID
下面是详细的解析表
Packet Header分析 | |||
| Packet Header:0x47 0x40 0x00 0x10 | ||
1 | sync_byte | 0x47 | 固定同步字节 |
2 | transport_error_indicator | “0” | 没有传输错误 |
3 | payload_unit_start_indicator | “1” | 在前4个字节后会有一个调整字节。所以实际数据应该为去除第一个字节后的数据。 |
4 | transport_priority | “0” | 传输优先级低 |
5 | PID | 0x03e8 | PID=0x03e8说明数据包是PMT表信息 |
6 | transport_scrambling_control | “00” | 未加密 |
7 | adaptation_field_control | “01” | 附加区域控制 |
8 | continuity_counte | “0010” | 包递增计数器 |
因为payload_unit_start_indicator=‘1’,在解析数据包的时候需要去除Packet Data的第一个字节。下面是对Packet Data的详细解析:
PMT表的Packet Data分析 | |||||||||||||||||||||||||
第n个字节 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | … | ||||
Packet Data | 02 | b0 | 12 | 00 | 01 | c1 | 00 | 00 | e3 | e9 | f0 | 00 | 1b | e3 | e9 | f0 | 00 | f0 | 1b | e3 | … | ||||
字段名 | 位数 | 具体值 | 次序 | 说明 | |||||||||||||||||||||
table_id | 8 | 0x02 | 第1个字节 |
| |||||||||||||||||||||
section_syntax_indicator | 1 | 1B |
第2、3个字节 1011 0000 0001 0010B=0xb012 | 段语法标志 | |||||||||||||||||||||
zero | 1 | 0B |
| ||||||||||||||||||||||
reserved | 2 | 11B=0x03 |
| ||||||||||||||||||||||
section_length | 12 | 0000 0001 0010B=0x12 | 段长度,从program_number开始,到CRC_32(含)的字节总数 | ||||||||||||||||||||||
program_number | 16 | 0x0001 | 第4、5个字节 0x00 01 | 频道号码,表示当前的PMT关联到的频道 | |||||||||||||||||||||
reserved | 2 | 11B=0x03 |
第6个字节 1100 0001B=0xc1 |
| |||||||||||||||||||||
version_number |
5 |
00000B=0x00 | 版本号码,如果PMT内容有更新,则它会递增1通知解复用程序需要重新接收节目信息 | ||||||||||||||||||||||
current_next_indicator | 1 | 1B=0x01 | 当前未来标志符 | ||||||||||||||||||||||
section_number | 8 | 0x00 | 第7个字节0x00 | 当前段号码 | |||||||||||||||||||||
last_section_number | 8 | 0x00 | 第8个字节 0x00 | 最后段号码,含义和PAT中的对应字段相同 | |||||||||||||||||||||
reserved | 3 | 111B=0x07 | 第9、10个字节 1110 0011 1110 1001B=0xe3e9 |
| |||||||||||||||||||||
PCR_PID | 13 | 000111110B=0x3e9 | PCR(节目参考时钟)所在TS分组的PID | ||||||||||||||||||||||
reserved | 4 | 1111B=0x0f |
第11、12个字节 1111 0000 0000 0000=0xf000 |
| |||||||||||||||||||||
program_info_length |
12 |
000000000000B=0x000 | 节目信息长度(之后的是N个描述符结构,一般可以忽略掉,这个字段就代表描述符总的长度,单位是Bytes)紧接着就是频道内部包含的节目类型和对应的PID号码了 | ||||||||||||||||||||||
stream_type | 8 | 0x1b | 第13个字节 0x1b | 流类型,标志是Video还是Audio还是其他数据 | |||||||||||||||||||||
reserved | 3 | 111B=0x07 | 第14、15个字节 1110 0011 1110 1001B=0xe3e9 |
| |||||||||||||||||||||
elementary_PID | 13 | 000111110 1001=0x3e9 | 该节目中包括的视频流,音频流等对应的TS分组的PID | ||||||||||||||||||||||
reserved | 4 | 1111B=0x0f | 第16、17个字节 1111 0000 0000 0000B=0xf000 |
| |||||||||||||||||||||
ES_info_length | 12 | 0000 0000 0000=0x000 |
| ||||||||||||||||||||||
CRC | 32 | —— | —— |
|
(三) 解复用模型(代码)
解复用的意义在于,由于TS流是一种复用的码流,里面混杂了多种类型的包;解复用TS流可以将类型相同的Packet存入相同缓存,分别处理。这样就可以将Video、Audio或者其他业务信息的数据区分开来。
(四) DVB搜台原理以及SDT表(Service Descriptor Table,业务描述表)
机顶盒先调整高频头到一个固定的频率(如498MHZ),如果此频率有数字信号,则COFDM芯片(如MT352)会自动把TS流数据传送给MPEG- 2 decoder。 MPEG-2 decoder先进行数据的同步,也就是等待完整的Packet的到来.然后循环查找是否出现PID== 0x0000的Packet,如果出现了,则马上进入分析PAT的处理,获取了所有的PMT的PID。接着循环查找是否出现PMT,如果发现了,则自动进入PMT分析,获取该频段所有的频道数据并保存。如果没有发现PAT或者没有发现PMT,说明该频段没有信号,进入下一个频率扫描。
在解析TS流的时候,首先寻找PAT表,根据PAT获取所有PMT表的PID;再寻找PMT表,获取该频段所有节目数据并保存。这样,只需要知道节目的PID就可以根据PacketHeade给出的PID过滤出不同的Packet,从而观看不同的节目。这些就是PAT表和PMT表之间的关系。而由于PID是一串枯燥的数字,用户不方便记忆、且容易输错,所以需要有一张表将节目名称和该节目的PID对应起来,DVB设计了SDT表来解决这个问题。 该表格标志一个节目的名称,并且能和PMT中的PID联系起来,这样用户就可以通过直接选择节目名称来选择节目了。
SDT可以提供的信息包括:
(1) 该节目是否在播放中
(2) 该节目是否被加密
(3) 该节目的名称
三、 从PAT开始,走向更远
在本章的学习中,我们发现了一个特点:所有的TS流的解析都是从寻找PAT表开始的,只有找到了PAT表,我们才能继续下一步的解析。因此,在进行了TS流、PAT表和PMT表的初步知识储备后,在接下来的学习中将从PAT表开始,学习更多的PSI/SI相关的表,将走得更远。