关键词 单节目，变码率，音视频交织，PCR，DTS，PTS，PSI/SI 前言在数字电视中，节目的音视频信息经过编码后的数据，称为基本流（ES），为了满足传输需要，这些ES数据一般还要经过打包（PES）复用成传输流（TS）。TS流有两种，一种是仅包括单个节目的音视频的TS流，我们称为单节目流，另一种是多个节目打包复用成一个TS流，我们称之为多节目复用流。在本文中，我们对单节目的变码率TS的复用方法进行探讨，提出了一种解决方案，并通过试验得到了良好的效果。 单节目复用需要解决的问题音视频数据交织音视频数据的交织，是TS复用中的关键环节。音视频的交织要保证音视频的同步，避免解码器在解复用和解码时的缓冲器溢出。音视频的交织方法有很多种，在本文中，我们提出一种基于音频的交织方法。我们知道，编码后的音频数据一般来讲比较接近于恒定码率，而编码后的视频数据，每帧数据码率变化相对校大。基于音频的交织方法步骤如下： 1 每次交织取相同时间长度的视频数据和音频数据，分别存放在两个缓冲中。 2 将音频数据和视频数据分别进行PES打包，并根据TS流的生成规则生成成TS包。TS流的生成规则主要包括分配PID，连续计数的处理，起始标志的设置等。 3 为每包TS流音频数据做一个计数标志，从0开始，每次加1，依次递增。最大值记为N。 4 为每包TS流视频数据做一个计数标志，从0开始，每次加1，依次递增。最大值记为M，计算视频数据包除以音频数据包的倍数n（n可以为非整数）： n=M/N 5 修改视频数据的计数标志，每包视频TS流数据的原计数标志除以n作为新的计数标志。 6 开始交织，每次比较音视频两个缓冲的第一个TS包的计数值，取每次值较小的那个音频或视频TS包作为目标TS流的新一包数据，如果计数值相等先取音频。 7 依次类推，直到缓冲中没有数据。 8 重复1~7，直到停止复用。 对于每次交织的数据时间长度（InterlaceDuration），即可以以帧为单位进行计算，如果视频每帧时间长度为40ms，音频每帧时间长度为8ms，可以每次取40ms的视频数据和40ms的音频数据进行交织。如果视频每帧时间长度为40ms，音频每帧为24ms，则可以每次取120ms的视频和120ms的音频进行交织；当然也可以每次取整帧音频数据，视频长度根据音频的长度进行截取。 PCR的生成PCR作为节目参考时钟，是解码端解码和播放的时间基准。DVB标准需求PCR的间隔不能大于40ms。在变码率中，PCR的生成也可以根据每包音频TS包的时间进行计算。在上一节交织步骤中，我们为每包音频的TS包打上了一个计数标志，通过每次交织时音频TS的初始时间，和当前的计数标志，我们可以计算出每包TS流数据的时间: TS_Time(i) = TS_Time(0) +InterlaceDuration_Duration * i/N 其中： TS_Time(i) 是要计算的当前TS包的时间值。 TS_Time(0) 是本次交织时第一包数据的时间。 InterlaceDuration 是参与交织的数据的时间长度。 N 是参与交织的TS数据包的数量。 通过计算TS_Time(i)，我可以用当前时间减去上次添加PCR时间，如果差值大于30ms时，添加一次PCR，从而保证PCR的间隔符合DVB标准。 在计算PCR值时需要注意两点，一是PCR节目时钟为27MHz，我们计算的时间以ms为单位，需要进行时间单位的转化，转化的详细步骤不再赘述；二是复用时第一包TS流数据的TS_Time可以作为PCR初始值，这样我们简单地认为每次添加的PCR就等于每次计算的TS_Time。 DTS/PTS的生成DTS/PTS描述了ES流的解码时间和显示时间，在对ES数据进行PES打包时添加在PES的包头中。对于视频而言，DTS/PTS根据IBP帧类型不同而不同， I帧的DTS一般和PTS相同或早于PTS，P帧的DTS一般早于PTS，而B帧中一般只有PTS，它的DTS和PTS相同。对于音频而言，只有PTS，表示DTS和PTS相同。 对DTS而言，如果它的值和DTS所在TS包的TS_Time值（见上一节介绍）相差太大（即DTS-PCR），就会造成缓冲区的上溢，如果太小甚至是负数，就会造成下溢，所以在DTS和TS_Time之间选择一个合适的差值是一个非常关键的问题。对于视频而言，在每个PES的图像头中有一个vbv_delay，它用来设置解码器的缓冲区，以避免解码器缓冲区上溢或下溢。一般我们取这个差值为： 0 < Video_Distance(DTS- TS_Time) <= vbv_delay 每帧视频数据vbv_delay值一般为700ms左右，也可能是一个不断变化的值，所以一般我们可以取这个差值在200ms到400ms，保证不接近临界值即可。 对于音频，根据实验情况，一般取 0 < Audio_Distance(PTS- TS_Time) <= 90ms DTS和PTS是90KHz时钟，在实际的PES打包中，也需要进行时间单位的转换。 PSI/SI表格的生成在DVB标准中，对不同的PSI/SI表格规定了不同的发送间隔。我们可以根据当前的TS_Time值进行发送间隔的控制。用当前包的TS_Time值减去上次发送表格时TS包的TS_Time，如果这个时间间隔大于我们指定的间隔（这个间隔一般取小于表格要求的发送间隔，比如PAT表需求每500ms发送一次，我们可以控制在400ms左右），就发送一次表格。表格的生成方式，请参阅DVB相关标准，在此不再赘述。 实验结果在实验中，我们取40ms每帧的视频数据和24ms每帧的音频数据进行复用试验，每次参与复用交织的数据长度为120ms，PCR从0开始，视频的DTS从200ms开始，音频的PTS从80ms开始，在实验中，对于PSI/SI表格，我们仅生成了PAT和PMT表。复用后的单节目流使用码流分析工具分析结果如下：
TR101290分析结果
PCR分析结果
视音频PES分析结果 结束语 随着数字电视的普及，基于DVB的数字电视复用技术在行业内的应用也越来越广泛，在本文中，我们通过对单节目变码率TS流复用方法的探索和试验，提出了一种基于音频数据进行复用的算法，希望能对复用技术的发展和应用尽微薄之力。 参考文献1 钟玉琢，王琪等 《MPEG-2运动图像压缩编码国际标准及MPEG的新进展》 2 方涛 《数字电视业务信息及编码》 3 王东兴 余松煜 梁龙飞 《关于复用器数据插入方式的研究》 4 杜江洪 《基于CATV网MPEG-2 TS复用器包调度算法》 5 杨峰 白新跃 何建 《变码率TS流动态复用算法设计》 6 陈卫兵 徐重阳 刘卫忠 《ES流复用成MPEG-2 TS流的缓冲区控制策略及实现》 | 
发表于 2013-12-13 11:44:40
发表于 2014-6-20 16:27:28