第3章：多路复用.ppt

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1、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

2、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、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0x0000。 (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0x0001。,(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。 (

4、5) 传送流描述表TSDT（Transport Stream Description Table）： PID为0x0002。 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

5、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

6、-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

7、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

8、)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

9、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0x0000， 找到PID0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

10、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

11、， 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1300(27 MHz300=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1300(90 kHz)为单位的称为PC

12、R-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%233 (3-1) PCR-ext(i)=系统时钟频率t(i)DIV1%

13、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

14、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tconst，即可达到恢复相同时间起点的目的。其中, tconst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

15、为,PCRPCRt-tconst t=Tsys-out-Tsys-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， 实时性要求也不高的场合。 如天气预报广播、 商品信息广告、股市行情等。 另一种方法就是从系统复用中加入。当数据量比较大时， 如进行远程教学、 图文新闻广播、数据广播等时， 可以开辟一个专门的TS流， 它与其它数字电视节目TS流无关。,