第3章：多路复用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 多路复用,第,3,章 多路复用,3.1,节目复用,3.2,系统复用,3.3,数据增值业务,多路复用分为节目复用和系统复用。,节目复用是将一路数字电视节目的视频、音频和数据等各种媒体流按照一定的方法时分复用成一个单一的数据流。,系统复用是将多路数字电视节目的数据流进行再复用，实现节目间的动态带宽分配，并提供各种增值业务。,3.1,节目复用,3.1.1 PES,包,MPEG-2,的结构可分为压缩层和系统层。一路节目的视频、音频及其它辅助数据经过数字化后，通过压缩层完成信源压缩编码，分别形成视频的基本流,ES(Elementary Stream),、,音频的基本流和其它辅助数据的基本流。紧接着，系统层将不同的基本流分别加包头打包（分组）为,PES(Packetized,ES,，,打包基本流,),包。,PES,又称为分组基本码流。,PES,包的结构如图,3-1,所示。,图,3-1 PES,包的结构,3.1.2 TS,包,为了进行多路数字节目流的复用和有效传输，又将,PES,包作为负载分别插入传送流,TS(Transport Stream),包中。,TS,包固定为,188 B,，,其包头由固定的,4 B,和可选的可变长的,调整字段组成，如图,3-2,所示。,图,3-2 TS,的结构,各种,PES,包（视频,PES,包、音频,PES,包和其它辅助数据的,PES,包）按一定的比率复用后可形成,一路节目的,TS,流，如图,3-3,所示。,图,3-3 MPEG-2,中视频流和音频流的多路复用,3.1.3,节目特定信息,1.,几种节目特定信息,(1),节目关联表,PAT(Program Association Table),：,它给出每一个节目对应的,PMT,的,PID,，,还给出,NIT,的,PID,，,本身的,PID,为,0 x0000,。,(2),条件接收表,CAT(Conditional Access Table),：,给出条件接收系统的有关信息,PID,为,0 x0001,。,(3),节目映射表,PMT(Program Map Table),：,给出一个节目内各种媒体流的,PID,及该节目的解码时钟,PCR,。,(4),网络信息表,NIT(Network Information Table),：,给出物理传输网络的有关信息。,(5),传送流描述表,TSDT,（,Transport Stream Description Table,）：,PID,为,0 x0002,。,PSI,信息以段,(Section),为单位进行组织，段可以作为负载插入,TS,包中，然后以一定的比率插入一路节目的,TS,流中，形成完整的一路节目的,TS,流。,2.PSI,和,TS,流的关系,图,3-4,表示了,4,个,PSI,和,TS,流之间的基本关系。每个,TS,流必须有一个完整有效的节目关联表,(PAT),，,节目关联表中给出了节目号,(Program Number),和此节目的节目映射表,(PMT),位置,(PMT-PID),之间的对应关系。在映射为一个,TS,包之前，,PAT,可能被分为,255,个分段，每个分段包含有整个,PAT,的一部分。这种分法在出错时可使数据丢失最少，也就是包丢失或位错误可定位于更小的,PAT,分段，这样就允许其它分段被接收和正确解码。节目号,0,规定用于网络,PID,。,节目,关联表在传送过程中不加密。,图,3-4 PSI,和,TS,流的关系,3.PAT,的结构,整个,PAT,被分割为一个或多个分段，每个分段具有如图,3-5,所示的结构。分段的整体字头为,8 B,长，由表格标识符、分段长度、传送流标识符、版本号、当前下次指示器、分段号和最后分段号组成。其可变字长的节目表清单由,N,个,4 B,长的节目项组成，每个节目项由,16 b,的,节目号和,13 b PMT,表的,PID,值组成。最后是,4 B,长的,CRC,校验。,图,3-5 PAT,的结构,3.1.4,业务信息,DVB,还在,TS,流中定义了许多辅助信息，称为业务信息,SI(Service Information),，,以便于选择节目，了解与节目相关的一些信息，提供节目之间的相互关系以及携带特定的数据。,DVB,在,MPEG-2,的节目特定信息,PSI,的基础上，补充规定了一系列,SI,表格，并规定了一些表格的,PID,值。这些,SI,表格包括：,(1),业务描述表,SDT,(2),业务群关联表,BAT,(3),事件信息表,EIT,(4),运行状态表,RST,(5),时间日期表,TDT,(6),时间偏移表,TOT,(7),填充表,ST,(8),选择信息表,SIT,(9),间断信息表,DIT,3.1.6,节目复用器的构成,将一路数字电视节目的视频,PES,包、音频,PES,包和其它辅助数据（包括一些增值业务）的,PES,包按一定的比率复用成一路节目的,TS,（或,PS,）,流称为节目复用。,图,3-6,是节目复用器的硬件构成方框图。图中，,FIFO,（,First In First Out,）,是先进先出移位寄存器。复用器启动后，首先向前面的视频、音频编码器发出系统编码开始信号，同时发送,27 MHz,的系统时钟，作为,PES,打包时,PTS,与,DTS,的时间标记的计数时钟。,图,3-6,节目复用器的硬件构成方框图,3.2,系统复用,在实际的通信系统中，一路常规的模拟电视信道中可传送多路数字电视节目，在调制之前要将多路节目,(,可能具有不同的时基,),的,TS,流进行再复用,(,Remultiplex,),，,实现节目间的动态带宽分配，提供各种增值业务，以适合传输的需要。这种多路节目的复用常称为系统复用或传送复用。,系统复用时，最主要的工作,是进行,PSI,信息的重构和,PCR,修正。,图,3-7,节目复用和系统复用示意图,3.2.1 PSI,信息的重构,编码器输出的,TS,流为单节目,TS,流,(SPTS),；,而卫星接收机解调输出的,TS,流则为多节目,TS,流,(MPTS),。,在再复用的过程中，通常需要从多个多节目,TS,流中各抽出一路或多路节目参与复用，复用生成的,TS,流仍然应当符合,MPEG-2,标准的系统层定义。整个再复用的过程实际上是一个节目特定信息分析、解复用、节目特定信息重组、复用的过程。同时，为了适应传输码率的需要，再复用过程中还应包含码率调整、,PCR,调整等过程。,PSI,被分成节目关联表、节目映射表、网络信息表及条件接收表等，这些表中包含了进行,多路解调和显示程序的必要和足够的信息。每个表可以被分成一段或多段置于,TS,流中。,系统层解复用时首先要获取节目关联表,PAT,，,节目关联表,PAT,的,PID,值为,0 x0000,，,找到,PID,0,的,TS,包就能找到,PAT,表，,PAT,表中包含了该,TS,流中所有节目的一个清单。通过,PAT,表，就可获取该,TS,流中所包含的每个节目映射表,PMT,。,在每个节目的,PMT,表中，含有该节目的各个,TS,包的信息，包括,PID,、,TS,包类型以及该节目含有效,PCR,字段,TS,包的,PID,值。经过,PAT,及,PMT,表的设置，就可完整描述,TS,流中各路节目以及每路节目中各,TS,包之间的关系。,条件接收表,CAT,只有当,TS,流中有一个或几个,TS,包被加扰时才出现。,每路,TS,流都有一个,PAT,和多个,PMT,，,但是最后合成的,TS,流中只有一个,PAT,和与之相对应的多个,PMT,；,而且在不同的,TS,流中可能定义了相同的,PID,，,例如，,TS1,的视频,TS,包的,PID,有可能与,TS2,的音频,TS,包的,PID,相同。所以，在对各路,TS,流进行复用时，首先必须提取出各节目中,TS,包的,PID,，,常称为,TS,包过滤；然后重新标识,PID,再对所有,TS,流中的,PAT,和,PMT,进行分析、整理,，生成总的,PAT,和,PMT,，,作为合成,TS,流的,PSI,；,最后将,TS,包交织后输出。,3.2.2,节目时钟参考,PCR,修正,PCR,是编码端系统时钟的采样值，一般情况下，一路节目只有一个,PCR,时间基点与之关联。在,PSI,的,PMT,中，指出了每路节目中带有,PCR,字段的,TS,包的,PID,值，该,PID,值也称为,PCR PID,。,时间标签一般以,90 kHz,为单位，但,PCR,可以达到,27 MHz,。,PCR,时序信息是将系统时间频率,27 MHz,的,1,300(27 MHz,300=90 kHz),编成,33,位码并加上,9,位,(2830029),余数。,PCR,字段被编码在,TS,包的调整字段中，其中以系统时钟频率,27 MHz,的,1,300(90 kHz),为单位的称为,PCR-base(,见公式,(3-,1),，,另一个以系统时钟,27 MHz,为单位的称为,PCR-ext(,见公式,(3-2),。,MPEG-2,标准中用,TS,系统目标解码器,(T-STD),这个概念来定义字节到达、解码事件以及它们发生的时间。数据从,TS,流进入,T-STD,的速率是一个分段常数，第,i,个字节在时间,t,(,i,),进入，这个字节进入,T-STD,的时间可以通过对输入流的,PCR,的字段解码而恢复，编码在,PCR(,i,)(,公式,(3-3),中的数据代表了,t,(,i,),i,指包含,PCR-base,字段的最后一位的字节。,PCR-base(,i,)=,系统时钟频率,t,(,i,),DIV300%2,33,(3-1),PCR-ext(,i,)=,系统时钟频率,t,(,i,),DIV1%300 (3-2),PCR(,i,)=PCR-base(,i,)300+PER-ext(,i,),式中，,DIV,代表除，代表模除，,a%b,代表,b,除,a,后的余数。因此，,PCR,指示,PCR-base,的最后一个字节预定到达目标解码器的时间。通过,PCR,值不但可以获得正确的解码时间，还可以计,算传送速率等与时间有关的指示。,PCR,的正确传送将直接关系到解码端系统时钟的恢复，进而影响音,/,视频的同步回放。对于多路,TS,流的,PCR,修正，由于每路,TS,流都有各自的时钟，因此对每路时钟都要进行,PCR,修正，以消除抖动。根据,PCB,修正原理，由于从数据进入复用器至离开之间存在不确定的处理延迟,(,特别是对于多路节目的不同速率交织，更加剧了这种不确定性,),，因此，比较简单的通,用做法是：在原有,PCR,值基础上加上该字段在复用器中的等待延迟,t,即可。,但此时还存在一个必须考虑的问题，即时钟起始时间尚未统一。若如上面所述，每个,PCR,在原有基础上再加上其延迟,t,，,则在解码端恢复的系统时钟值实际上未考虑这段延迟，如果把所有延迟后的,PCR,减去,t,const,，,即可达到恢复相同时间起点的目的。其中,t,const,是任选的一个,t,，,在选择点处修正值为,0,。这是因为只要有一个,PCR,考虑到这段延迟，不进行修正，其余的,PCR,均在此基础上进行相对不定延迟的修正，这就使得复用时不修正的,PTS,和,DTS,相对于,PCR,来说恢复了统一的时间起点。最后得到每个,PCR,的修正值为,PCR,PCR,t,-,t,const,t,=,T,sys-out,-,T,sys-in,3.3,数据增值业务,3.3.1,数据增值业务的加入方式,一种方法是从节目复用中加入，即在一路正常的电视信号中，在节目复用时加入一些数据，与音频、视频,PES,一起形成,TS,流，在电视系统中传输。接收端再把附加的数据从电视数据中分离出来。这种方法的特点是方便简单，不需要专门的信道，只要在收、发端的复用和解复用中作相应的改动就行。它的缺点是数据量不能太大，否则会影响数字电视节目的传输。此方法适合于数据量相对较少，实时性要求也不高