CN100534179C - 一种面向avs1.0的传输流离线复用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数字音视频传输技术领域，一种面向AVS1.0的传输流离线复用方法。该方法首先分析每个音视频基本流的许多基本信息，设定了节目特定信息(PSI)表的传送频率等基本信息；其次根据这些基本的信息来计算复用时节目相关表(PAT)、节目映射表(PMT)、节目时钟参考(PCR)和每个音视频基本流的时间单位；然后根据每个节目所包含的音视频基本流设定PMT表、设置PAT信息表，设定输出码率。一切设置完毕后，开始复用输出传输流(TS)。生成得到的传输流符合DVB系统测量标准之一TR 101-290定义的三个优先级。该方法不仅适用于最新的音视频标准AVS1.0，同时也适应于MPEG-2。

Description

一种面向AVS1.0的传输流离线复用方法

技术领域

本发明涉及数字音视频传输技术领域，尤其是一种面向AVS1.0的传输流离线复用方法。

背景技术

AVS(Audio Video Coding Standard of China|)是我国目前正在制定的具有自主知识产权的第二代信源编码标准：先进数字音视频编码标准。AVS1.0是面向高清和标清电视的音视频编码标准，其系统层不仅兼容MPEG-2的系统层，同时针对AVS1.0的第二部分(视频)和第三部分(音频)做了一些扩充。

发明内容

本发明的主要目的是提供一个符合AVS1.0系统层标准的离线传输流复用方法。本发明可以以离线方式复用多路AVS1.0音视频节目，生成一个固定输出码率的传输流。本发明同时可以把多路MPEG-2节目复用成一符合MPEG-2系统标准的传输流。

本发明的目的是采用下述技术方案实现：

一种AVS1.0传输流离线复用方法，包括如下步骤：

步骤1：设置每个音视频基本流的类型MPEG-2/AVS1.0、PID(Packet Identifier)值，设置每路节目所包含的音视频流的PID，设置每路节目的节目号(program_number)、PID信息；设置复用器输出码率；

步骤2：对每个AVS1.0/MPEG-2视频基本流进行分析，先后进行PES(Packetized Element Stream，已打包基本流)、TS(TransportStream，传输流)打包，并求出每个视频流TS包所占的时间单位；

步骤3：对每个AVS1.0/MPEG-2音频基本流进行分析，先后进行PES流和TS传输流打包，并求出每个音频传输流包所占的时间单位；

步骤4：求出复用所需的最小码率，以判断当前设定的输出流码率是否低于复用所需的最小码率，当输出流码率大于复用所需的最小码率时，开始进入复用阶段，调度器对音视频基本流进行调度复用，并输出所需的传输流。

所述的AVS1.0传输流离线复用方法，所述步骤1：设置每个音视频基本流的类型MPEG-2/AVS1.0、PID值，设置每路节目所包含的音视频流的PID，设置每路节目的节目号、PID信息。

所述的AVS1.0传输流离线复用方法，所述步骤2：对每个AVS1.0/MPEG-2音视频基本流的每个视频帧进行PES打包，根据视频帧的类型设置每个PES包的DTS包的(Decoding Time-Stamp，解码时间戳)和PTS(Presentation Time-Stamp，展现时间戳)，并把每个PES包打成一个或多个TS包，读取每个视频基本流的帧率video_frame_rate，记录每个视频基本流的帧数video_total_frames，记录每个视频TS流中TS包的个数video_ts_count，由下式计算每个TS包所占的视频时间单位video_time_unit：

video_time_unit＝(video_total_frames/video_frame_rate)*27000000/video_ts_count。(注：由视频的帧数和帧率求得当前视频基本流的时间长度，然后与27000000相乘，结果除以传输流包的个数得到每个传输流包所占的视频时间单位)(注：这里27000000为一秒钟平均分成的份数，下同)；

所述的AVS1.0传输流离线复用方法，所述步骤3：对每个AVS1.0音频或MPEG-2音频基本流的每个音频帧进行PES打包，设置每个PES包的展现时间戳PTS，并把每个PES包打成一个或多个传输流TS包，记录每个音频TS流中TS包的个数audio_ts_count；记录每个音频基本流中总的帧数audio_total_frames，读取每个音频基本流的采样率sample_fre；计算每个音频基本流的总时间长度audio_time_length；计算每个TS包所占的时间单位audio_time_unit为：

对于MP3：audio_time_unit＝(audio_total_frames*1152.0/sample_fre)*27000000/audio_ts_count；(注：由音频的帧数、帧长(1152)和采样率求得当前音频基本流的时间长度，然后与27000000相乘，结果除以传输流包的个数得到每个音频传输流包所占的时间单位数)；

对于AV3：audio_time_unit＝(audio_total_frames*1024.0/sample_fre)*27000000/audio_ts_count。(注：由音频的帧数、帧长(1024)和采样率求得当前音频基本流的时间长度，然后与27000000相乘，结果除以传输流包的个数得到每个音频传输流包所占的时间单位)；

所述的AVS1.0传输流离线复用方法，所述步骤4：对各音视频序列流TS流的码率进行相加，其和加上要传输的PSI节目特定信息表组成的TS流所占用的码率，求出输出传输流所需的最小码率min_bit_rate，并与设定的输出流的码率target_bit_rate相比较，如果target_bit_rate<min_bit_rate，设定输出码率太低，则出错，需要调高设定的输出流的码率target_bit_rate，或裁减某些节目以减小min_bit_rate，使得target_bit_rate略大于min_bit_rate。其中，min_bit_rate的计算方法如下：

min_bit_rate＝(FREQ_PAT+FREQ_PCR+num_program*FREQ_PMT)*188*8.0；(注：算出每秒需要传输的节目特定信息表、节目时钟参考等信息所占用的比特数)

for(i＝0；i<video_number；i++)

min_bit_rate+＝video_ts_count[i]*188*8.0/(video_total_frames[i]/video_frame_rate[i])；(注：由每个视频总的帧数和视频的帧率算得每个视频的时间长度，由视频传输流中传输流包的包数和视频的时间长度算得每个视频的最小码率，并把各个视频的最小码率相加)

for(i＝0；i<audio_number；i++)

min_bit_rate+＝audio_ts_count[i]*188*8.0/audio_time_length[i]；(注：由每个音频传输流中传输流包的包数和音频的时间长度算得每个音频的最小码率，并把各个音频的最小码率相加；各个信息表、视频和音频的最小码率相加得到输出传输流所需的最小码率)；

这里188是每个TS包的字节长度；FREQ_PAT、FREQ_PMT、FREQ_PCR分别为PAT、PMT、PCR的传输频率；num_program是节目的个数；video_number是视频基本流的个数；audio_number是音频基本流的个数。

所述的AVS1.0传输流离线复用方法，所述步骤4：当target_bit_rate大于min_bit_rate时，进入复用器复用阶段；首先设置调度器的时间步长和每个PSI TS流的传送单位时间pat_timeunit、pmt_timeunit、pcr_timeunit；设置调度器的计时器；设置每个PSI流和数据流的计时器；接着开始复用每个节目和PSI信息，生成所需的传输流。

所述的AVS1.0传输流离线复用方法，调度器的时间步长通过下式确定：

time_step＝(188*8.0/target_bit_rate)*27000000；(连续发送两个传输流之间的时间间隔。注：这里的时间单位为1秒的27000000之一，下同)；

每个PSI TS流的传送单位时间pat_timeunit、pmt_timeunit、pcr_timeunit分别通过下面各式确定：

pat_timeunit＝(1.0/FREQ_PAT)*27000000；(计算连续发送两个节目关联表之间的时间间隔)

pmt_timeunit＝(1.0/FREQ_PMT)*27000000；(计算连续发送两个节目映射表之间的时间间隔)

pcr_timeunit＝((1.0/FREQ_PCR)*27000000；(计算连续发送两个节目时钟参考之间的时间间隔)

调度器的计时器由下式确定：

time_send＝0

每个PSI流/数据流的计时器分别由下面各式确定：

time_pat＝0，time_pmt[i]＝0，time_pcr＝0，time_video[j]＝0，time_audio[k]＝0。

所述的AVS1.0传输流离线复用方法，通过下面流程复用每个节目和PSI信息成一个TS流：

如果time_send>＝time_pcr，根据当前的time_send生成一个PCRTS包，并传送，time_pcr+＝pcr_timeunit，time_send+＝time_step，跳到2开始处；

如果time_send>＝time_pat，传送包含整个PAT的TS包，time_pat+＝N*pat_timeunit，time_send+＝N*time_step，跳到2开始处；

如果time_send>＝time_pmt[i]，传送包含第一个节目的PMT的所有TS包(设为M个)，time_pmt+＝M*pmt_timeunit，time_send+＝M*time_step；如果不满足，使用同样的方法检查下一个节目的PMT，直到最后一个节目，跳到2开始处；

如果time_send>＝time_video[j]，传送第j个视频流的一个TS包，video_ts_count[j]--，time_video[j]+＝video_time_unit[j]，time_send+＝time_step，如果video_ts_count[j]等于0，则标记当前流已传送完；如果所有的流已传送完，则标记所有视频流已传送完，跳到2开始处，如果time_send<time_video[j]，使用同样的方法检查下一个视频；

如果time_send>＝time_audio[k]，传送第k个音频流的一个TS包，audio_ts_count[k]--，time_audio[k]+＝audio_time_unit[k]，time_send+＝time_step，如果audio_ts_count[k]等于0，则标记当前流已传送完，如果所有的流已传送完，则标记所有音频流已传送完，跳到2开始处，如果time_send<time_audio[k]，使用同样的方法检查下一个音频；

如果所有的视频流和音频流已传送完，则当前复用完成；

如果上面的所有情况都不满足，则传送一个空的TS包，回到2开始处，依此往下进行。

附图说明

图1是本发明的面向AVS1.0的传输流离线复用方法主要步骤流程图。

具体实施方式

图1的面向AVS1.0的传输流离线复用方法，包括如下步骤：

步骤1：设置每个音视频基本流的类型(MPEG-2/AVS1.0)、PID(Packet Identifier)值，设置每路节目所包含的音视频流的PID，设置每路节目的节目号(program_number)、PID等信息；

步骤2：对每个AVS1.0/MPEG-2视频基本流进行分析，先后进行PES(Packetized Element Stream，已打包基本流)、TS(TransportStream，传输流)打包，并求出每个视频流TS包所占的时间单位；根据帧的类型(I帧、P帧、B帧)设置每个PES包的DTS和PTS，并把每个PES包打成一个或多个TS包。读取每个视频基本流的帧率video_frame_rate，记录每个视频序列的帧数video_total_frames，记录每个视频TS流中TS包的个数video_ts_count，计算每个TS包所占的时间单位video_time_unit为：

video_time_unit＝(video_total_frames/video_frame_rate)*27000000/video_ts_count；

步骤3：对每个AVS1.0/MPEG-2音频基本流进行分析，先后进行PES、TS打包，并求出每个音频流TS包所占的时间单位；设置每个PES包的PTS，并把每个PES包打成一个或多个TS包。记录每个音频TS流中TS包的个数audio_ts_count；对于MPEG-2音频或AVS1.0音频(AATF，Avs Audio Transport Format)，记录每个音频序列中总的帧数audio_total_frames，读取当前节目音频序列的采样率sample_fre；

计算每个音频基本流的总时间长度audio_time_length；计算每个TS包所占的时间单位audio_time_unit为：

对于MP3：audio_time_unit＝(auido_total_frames*1152.0/sample_fre)*27000000/audio_ts_count；)((lengthf*8/(double)bit_rate)/(ts_count)*27000000)；

对于AV3：audio_time_unit＝(audio_total_frames*1024.0/sample_fre)*27000000/audio_ts_count；

步骤4：求出复用所需的最小的码率，以判断当前设定的输出码率是否过低，当输出码率大于上述最小输出码率时，开始进入复用阶段，调度器对音视频流进行调度复用，并输出所需的传输流。

首先，将各音视频基本流的TS流的码率进行相加，其和加上要传输的PSI(Program Specific Information)信息表组成的TS流所占用的码率，求出输出传输流所需的最小码率min_bit_rate，并与设定的输出流的码率target_bit_rate相比较，如果target_bit_rate<min_bit_rate，设定输出码率太低，则出错，需要调高设定的输出流的码率target_bit_rate，或裁减某些节目以减小min_bit_rate，使得target_bit_rate略大于min_bit_rate。其中，min_bit_rate的计算方法如下：

min_bit_rate＝(FREQ_PAT+FREQ_PCR+num_program*FREQ_PMT)*188*8.0；

for(i＝0；i<video_number；i++)

min_bit_rate+＝video_ts_count[i]*188*8.0/(video_total_frames[i]/video_frame_rate[i])；

for(i＝0；i<audio_number；i++)

min_bit_rate+＝audio_ts_count[i]*188*8.0/audio_time_length[i]；

这里FREQ_PAT、FREQ_PMT、FREQ_PCR分别为PAT、PMT、PCR的传输频；num_program是节目的个数；video_number是视频基本流的个数；audio_number是音频基本流的个数。

当target_bit_rate大于min_bit_rate时，进入复用器复用阶段；首先设置调度器(Scheduler)的时间步长和每个PSI TS流的传送单位时间pat_timeunit、pmt_timeunit、pcr_timeunit；设置调度器的计时器；设置每个PSI流和数据流的计时器；接着开始复用每个节目和PSI信息，生成所需的TS流。

1.设置调度器的时间步长：

time_step＝(188*8.0/target_bit_rate)*27000000；

设置PSI信息表组成TS的传送单位时间pat_timeunit、pmt_timeunit、pcr_timeunit。

pat_timeunit＝(1.0/FREQ_PAT)*27000000；

pmt_timeunit＝(1.0/FREQ_PMT)*27000000；

pcr_timeunit＝((1.0/FREQ_PCR)*27000000；

设置调度器的计时器time_send＝0；

每个PSI流/数据流的计时器分别由下面各式确定：

time_pat＝0，time_pmt[i]＝0，time_pcr＝0，time_video[j]＝0，time_audio[k]＝0。

2.开始复用每个节目和PSI信息：

通过下面流程复用每个节目和PSI信息成一个TS流：

如果time_send>＝time_pcr，根据当前的time_send生成一个PCRTS包，并传送，time_pcr+＝pcr_timeunit，time_send+＝time_step，跳到2开始处；

如果time_send>＝time_pat，传送包含整个PAT的TS包(设为N个)，time_pat+＝N*pat_timeunit，time_send+＝N*time_step，跳到2开始处；

如果time_send>＝time_pmt[i]，传送包含第i个节目的PMT的所有TS包(设为M个)，time_pmt+＝M*pmt_timeunit，time_send+＝M*time_step；如果不满足，使用同样的方法检查下一个节目的PMT，直到最后一个节目，跳到2开始处；

如果time_send>＝time_video[j]，传送第j个视频流的一个TS包，video_ts_count[j]--，time_video[j]+＝video_time_unit[j]，time_send+＝time_step，如果video_ts_count[j]等于0，则标记当前流已传送完；如果所有的流已传送完，则标记所有视频流已传送完，跳到2开始处，如果time_send<time_video[j]，使用同样的方法检查下一个视频，

如果time_send>＝time_audio[k]，传送第k个音频流的一个TS包，audio_ts_count[k]--，time_audio[k]+＝audio_time_unit[k]，time_send+＝time_step，如果audio_ts_count[k]等于0，则标记当前流已传送完，如果所有的流已传送完，则标记所有音频流已传送完，跳到2开始处，如果time_send<time_audio[k]，使用同样的方法检查下一个音频，

如果所有的视频流和音频流已传送完，则当前复用完成，

如果上面的所有情况都不满足，则传送一个空的TS包，回到2开始处，依此往下进行。

Claims (6)

1.一种AVS1.0传输流离线复用方法，包括如下步骤：

步骤1：设置每个音视频基本流的类型为MPEG-2/AVS1.0、设置每个音视频基本流的PID值，设置每路节目所包含的音视频基本流的PID，设置每路节目的节目号和PID信息；设置复用器的输出流码率；

步骤2：对每个AVS1.0/MPEG-2视频基本流进行分析，先后进行PES流和TS流打包，并求出每个视频TS流包所占的时间单位；

步骤3：对每个AVS1.0/MPEG-2音频基本流进行分析，先后进行PES流和TS流打包，并求出每个音频TS流包所占的时间单位；

步骤4：求出输出传输流所需的最小码率，当输出流码率大于输出传输流所需的最小码率时，开始进入复用阶段，调度器对音视频TS流包进行调度复用，并输出所需的传输流。

2.根据权利要求1所述的AVS1.0传输流离线复用方法，其特征在于，所述步骤2：对每个AVS1.0/MPEG-2视频基本流的每个视频帧进行PES流打包，根据视频帧的类型设置每个PES流包的解码时间戳DTS，和展现时间戳PTS，并把每个PES流包打成一个或多个视频TS流包，读取每个视频基本流的帧率video_frame_rate，记录每个视频基本流的帧数video_total_frames，记录每个视频TS流包的个数video_ts_count，由下式计算每个视频TS流包所占的时间单位：

video_time_unit＝(video_total_frames/video_frame_rate)*27000000/video_ts_count。

3.根据权利要求1所述的AVS1.0传输流离线复用方法，其特征在于，所述步骤3：对每个AVS1.0/MPEG-2音频基本流的每个音频帧进行PES流打包，设置每个PES流包的展现时间戳，并把每个PES流包打成一个或多个音频TS流包，记录每个音频基本流生成的音频TS流包的个数audio_ts_count；记录每个音频基本流中总的帧数audio_total_frames，读取每个音频基本流的采样率sample_fre；计算每个音频基本流的总时间长度audio_time_length；计算每个音频TS流包所占的时间单位audio_time_unit；

对于MP3格式：audio_time_unit＝(audio_total_frames*1152.0/sample_fre)*27000000/audio_ts_count；

对于AV3格式：audio_time_unit＝(audio_total_frames*1024.0/sample_fre)*27000000/audio_ts_count。

4.根据权利要求1所述的AVS1.0传输流离线复用方法，其特征在于，所述步骤4：对各音视频序列传输流的码率进行相加，其和加上要传输的节目特定信息表组成的传输流所占用的码率，求出输出传输流所需的最小码率min_bit_rate，并与设定的输出流码率target_bit_rate相比较，如果target_bit_rate<min_bit_rate，则出错，需要调高设定的输出流码率target_bit_rate，或裁减某些节目以减小min_bit_rate，使得target_bit_rate略大于min_bit_rate；其中min_bit_rate的计算方法如下：

min_bit_rate＝(FREQ_PAT+FREQ_PCR+num_program*FREQ_PMT)*188*8.0；

for(i＝0；i<video_number；i++)

min_bit_rate+＝video_ts_count[i]*188*8.0/(video_total_frames[i]/video_frame_rate[i])；

for(i＝0；i<audio_number；i++)

min_bit_rate+＝audio_ts_count[i]*188*8.0/audio_time_length[i]；

这里188为TS流包的字节长度，FREQ_PAT、FREQ_PMT、FREQ_PCR分别为节目相关表PAT、节目映射表PMT、PCR的传输频率；num_program是节目的个数；video_number是视频基本流的个数；audio_number是音频基本流的个数，video_ts_count[i]为第i个视频基本流所生成的视频TS流包数，video_total_frames[i]为第i个视频基本流所包含的视频帧数，video_frame_rate[i]为第i个视频基本流的帧率，audio_ts_count[i]为第i个音频基本流所生成的音频TS流包数，audio_time_length[i]为第i个音频基本流的持续时间长度。

5.根据权利要求4所述的AVS1.0传输流离线复用方法，其特征在于，当设定的输出流码率target_bit_rate大于输出传输流所需的最小码率min_bit_rate时，进入复用器复用阶段；首先设置调度器的时间步长和每个节目特定信息表所组成的传输流的传送单位时间pat_timeunit、pmt_timeunit、pcr_timeunit；设置调度器的计时器；设置每个PSI流和数据流的计时器；接着开始复用节目特定信息表和每个节目，生成所需的传输流。

6.根据权利要求5所述的AVS1.0传输流离线复用方法，其特征在于，调度器的时间步长通过下式确定：

time_step＝(188*8.0/target_bit_rate)*27000000；

每个节目特定信息表所组成的传输流的传送单位时间pat_timeunit、pmt_timeunit、pcr_timeunit分别通过下面各式确定：

pat_timeunit＝(1.0/FREQ_PAT)*27000000；

pmt_timeunit＝(1.0/FREQ_PMT)*27000000；

pcr_timeunit＝((1.0/FREQ_PCR)*27000000；

调度器的计时器由下式确定：

time_send＝0

每个PSI流/数据流的计时器分别由下面各式确定：

time_pat＝0，time_pmt[i]＝0，time_pcr＝0，time_video[j]＝0，time_audio[k]＝0。

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