CN101605252A

CN101605252A - 将节目流转换成传输流的方法和系统

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Publication number: CN101605252A
Application number: CNA2009101087745A
Authority: CN
Inventors: 李昌盛
Original assignee: Shenzhen Skyworth Digital Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Skyworth Digital Technology Co Ltd
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2029-07-17
Also published as: CN101605252B

Abstract

本发明公开一种将节目流转换成传输流的方法和系统。其中，该方法包括：将输入的节目流解析为音频帧的数据流和视频帧的数据流；根据音频帧的数据流的现有编码与目标编码之间的匹配关系，将音频帧的数据流重新采样和编码，转换成目标编码格式；重建音频帧和视频帧的时间信息：根据所述匹配关系重新计算音频帧的PTS值，且DTS值与PTS值相同；保留视频帧的PTS值和DTS值不变；将视频帧和音频帧的PCR值设为DTS值加上延迟时间；将音频帧和视频帧添加PES头，生成PES包，将PES包打包成传输流并输出。本发明具有数据流转换效率高和视频质量好的优点。

Description

将节目流转换成传输流的方法和系统

技术领域

本发明涉及数据流转换方法，尤其是涉及一种用于将符合DVD标准的MPEG-PS转换成MPEG-TS的数据流转换方法，以及采用该方法的对应转换系统。

背景技术

在数字电视系统中，模拟视音频信号按照MPEG-2的标准，经过抽样、量化及压缩编码形成基本码流(Elementary Stream，ES)，基本码流是不分段的连续码流。把基本码流分割成段，并加上相应的头文件打包形成的打包基本码流(Packetized Elementary Stream，PES)，PES包和PES包之间可以是不连续的。在传输时将PES包再分段打成有固定长度188Bit的传输流(Transport Stream，TS)或可变长度的节目流(Program Stream，PS)。

据传输媒体的质量不同，MPEG-2标准中定义了两种复合信息流：传送流(TS)和节目流(PS)。TS流与PS流的区别在于TS流的包结构是固定长度的，而PS流的包结构是可变长度的。PS包与TS包在结构上的这种差异，导致了它们对传输误码具有不同的抵抗能力，因而应用的环境也有所不同。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流；而在信道环境较好，传输误码较低时，一般采用PS流。

由于TS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流的包格式。

然而，在数字电视系统的使用过程中，需要将PS流转换成TS流。若将PS流重新编码生成TS流，则必定会造成音视频质量的下降；且由于重新编码生成TS流时，节目时钟参考(Program Clock Reference，PCR)、显示时间标签(Presentation Time Stamps，PTS)和解码时间标签(Decoding Time Stamps，DTS)需要重新计算而造成一定的偏差，使生成的TS流也往往不能符合接收机对音视频同步的要求。

因此，有必要提出一种能够克服目前PS流转TS流存在缺陷的方法，以提高PS流转TS流的质量和效率。

发明内容

本发明提出一种用于将符合DVD标准的MPEG-PS转换成MPEG-TS的数据流转换方法，以及采用该方法的对应转换系统，解决目前PS流转换成TS流时需要进行音视频编码重建的技术问题。

为解决本发明的技术问题，本发明公开一种将节目流转换成传输流的方法，其包括步骤：

a、将输入的MPEG标准的节目流解析为音频帧的数据流和视频帧的数据流；

b、按节目流的音频编码与传输流音频编码之间的匹配关系，将音频帧的数据流重新采样和编码处理；

c、重建音频帧和视频帧的时间信息；

d、将音频帧和视频帧添加PES头，生成PES数据包，将PES数据包打包成MPEG标准的传输流。

其中，所述步骤c包括：根据所述匹配关系重新计算音频帧的PTS值，且使DTS值与PTS值相同；保留视频帧的PTS值和DTS值不变；将视频帧和音频帧的PCR值设为DTS值加上延迟时间。

其中，若视频帧出现P帧缺少PTS值，则在步骤c中将该P帧的PTS值设为其后的第一个P帧或I帧的DTS值。

其中，步骤c之前还包括校正PCR值产生跳变的步骤：设定一个校正值，当音频帧和视频帧的PCR值的变化在阈值内时，校正值为0；当某一音频帧或视频帧PCR值的变化超出阈值时，校正值等于该音频帧或视频帧的PCR推算值减去当前的PCR值，此时正确的PCR值为PCR当前值加上校正值。

其中，所述匹配关系是PS数据流中每连续3个AC3编码格式的音频帧对应目标编码为AAC编码的4个音频帧。

其中，所述延迟时间为20-40ms。

其中，步骤d中一个PES包中打包多个音频帧。

另外，本发明还公开一种将节目流转换成传输流的系统，其包括：

PS流解析模块，用于将输入的MPEG标准的节目流解析为音频帧的数据流和视频帧的数据流；

音频转码模块，用于按节目流的音频编码与传输流音频编码之间的匹配关系，将音频帧的数据流重新采样和编码处理；

时间信息重建模块，用于重建音频帧和视频帧的时间信息：根据所述匹配关系重新计算音频帧的PTS值，且DTS值与PTS值相同；保留视频帧的PTS值和DTS值不变；将视频帧和音频帧的PCR值设为DTS值加上延迟时间；

TS流打包模块，用于将音频帧和视频帧添加PES头，生成PES数据包，将PES数据包打包成MPEG标准的传输流。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明无需对视频进行重新编码，只需对音频进行重新编码，且对音频和视频重新生成时间信息。由于无需对视频重新编码，因此效率高，视频质量好；由于进行了PES的打包音频帧数计算，因此TS流的纯负载高；且TS流可以输出到各种数字电视设备，从而方便用户使用。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

图2是本发明的流程示意图。

具体实施方式

为便于理解，先对MPEG-2中MPEG-PS(节目流)与MPEG-TS(传输流)的结构差异作进一步的描述：

MPEG-2的结构可分为压缩层和系统层，其中ES属于压缩层，PES和TS/PS属于系统层。

在PES层，主要是在PES包头信息中加入显示时间标签(PTS)和解码时间标签(DTS)用于视频、音频同步。而在传输流(TS)的PES包头还加入了节目时钟参考(PCR)用于解码器的系统时钟恢复；在节目流(PS)的PES包头中加入作用与PCR域相似的系统时间参考(System Clock Reference，SCR)。

而基本码流(ES)用于编码视频数据流或音频数据流，每个ES都由若干个存取单元(AU)组成，每个AU都是由头部和编码数据两部分组成，1个AU相当于编码的1幅视频图像或1个音频帧，也可以说，每个AU实际上是编码数据流的显示单元，即相当于解码的1幅视频图像或1个音频帧的取样。

另外，MPEG-2对视频的压缩产生I帧、P帧、B帧。把帧顺序I1帧-P4帧-B2帧-B3帧-P7帧-B5帧-B6帧的编码ES，通过打包并在每个帧中插入PTS/DTS标志，变成PES。在插入PTS/DTS标志时，由于在B帧PTS和DTS是相等的，所以无须在B帧多插入DTS。而对于I帧和P帧，由于经过复用后数据包的顺序会发生变化，显示前一定要存储于视频解码器的从新排序缓存器中，经过从新排序后再显示，所以一定要同时插入PTS和DTS作为从新排序的依据。例如，解码器输入的图像帧顺序为I1-P4-B2-B3-P7-B5-B6，但显示时P4一定要在B2、B3之后，在PST和DTS的指引下，经过缓存器从新排序，以重建视频帧顺序为：I1-B2-B3-P4-P7-B5-B6。

将PES包再打成更小的具固定长度的TS包时在其包头位置加入了PCR和PID(包标识)。PID的值是由用户确定的，解码器根据PID把TS上不同节目的TS包区分出来，以重建原来的ES。另外，TS的包头包含一个4bit的连续计数器，连续计数器可对PID包传送顺序计数，据计数器读数，接收端可判断是否有包丢失及包传送顺序错误，所以TS流的包头具有同步、识别、检错等功能。

一般而言，DVD标准的MPEG-2的PS流。本实施例描述一种IPTV系统中将DVD转换成TS流。

如图1所示，本发明的数据流转换系统1包括：PS流解析模块11、音频转码模块12、时间信息重建模块13和TS流打包模块14。

结合图2所示，本发明采用如下步骤来实现：

步骤S110、解析输入的PS数据流(简称PS流)。

输入的PS流可以是PS流读取设备(比如DVD光驱)输出至PS流解析模块11，由该PS流解析模块11解析PS流格式，提取出视频数据流和音频数据流；对于视频数据流并不进行重新编码，直接由PS流解析模块11输出至时间信息重建模块13，对于音频数据流则需考虑MPE6-PS与MPEG-TS之间的差异，由PS流解析模块11输出至音频转码模块12进行重新编码处理。

步骤S120、对音频数据流重新编码处理。

音频转码模块12考虑了MPEG-PS对音频采用的AC3(Dolby Digital)编码与MPEG-TS对音频采用AAC(Advanced Audio Coding)编码，两者采样数不同而按照以下原则处理：根据两种编码之间的匹配关系，即3个AC3音频帧能够转换成4个AAC音频帧，以每个画面组(Groupof Pictures，GOP)为一个处理周期，在每个GOP结束时，将不为3整数的末尾AC3帧推入下一个GOP处理。另外，音频转码模块12可以使用libfaac开源库可以对音频数据流进行AAC的编码将其转成为AAC格式。也就是说，以每3个连续的AA3音频帧为一组，作为采样音频原始数据提供了libfaac开源库，使其重新采样、编码处理为4个AAC音频帧。

步骤S130、重建音频帧和视频帧的时间信息。

时间信息重建模块13是将音频数据流和视频数据流重新生成其时间信息，以保证其播放的正确性，且时间信息重建原则如下：

A、由于音频是连续的，因此音频数据流DTS与PTS相同；同时，由于3个AC3音频帧的采样时间与4个AAC音频帧采样时间相同，因此生成的AAC帧的PTS必须重新计算。

假设3个连续AC3帧的PTS分别为P1、P2、P3，则4个AAC音频帧的PTS分别为P’1、P’2、P’3和P’4，则：

P’1＝P1；

P’2＝P1+(P3-P1)*1/3

P’3＝P1+(P3-P1)*2/3

P’4＝P3。

B、保持视频数据流中的PTS和DTS不变。

C、对于视频帧和音频帧的PCR值为DTS加上延迟时间，该延迟时间可以根据实验或经验进行预设，例如，延迟时间为20-40ms；对于DVD中出现P帧缺少PTS的情况，该P帧的PCR取值为位于该P帧之后的第一个P帧或第一个I帧的DTS；

其中，在时间信息重建模块13重建时间信息之前，时间信息重建模块13还考虑了DVD中可能存在的PCR变换。考虑到PCR的变换有可能只是抖动，而非跳变，因此在初始化时预先设定一个校正值，当PCR的变化在一定范围内时，校正值为0；当某一帧的PCR值的变化超出允许的阈值时，校正值等于该帧PCR的推算值(基于历史数据或前后帧的PCR值推算得到)减去PCR的当前值，此时PCR的真正值应为PCR当前值加上这个校正值。此后如果多次使用该校正值能够得到音频数据流和视频数据流的正确PCR，则认为发生了PCR跳变，并将该校正值设置为本发明的数据流转换系统中对PCR变换的校正值。将经过校正后的视频帧和音频帧的PCR值按上述方式作重建时间信息处理。

时间信息重建模块13也是按照MPEG-2协议标准，对音频数据流中的音频帧和视频数据流中的视频帧进行PTS、DTS和PCR的重建处理。

步骤S140、将处理后的音频帧和视频帧生成PES包并打包成TS数据流输出。

经过时间信息重建模块13处理后的音频帧和视频帧进入TS流打包模块14，由TS流打包模块14为生成的视频帧和音频帧添加PES(Packetized Elementary Stream)头，然后将生成的PES打入TS包中。

为了不浪费带宽，TS流打包模块14有可能需要将多个音频帧打入同一个PES，同一个PES中音频帧的数量按照一定方法计算，计算方法的伪代码如下：

while(frame_num＜LIMIT)

{

frame_num个音频帧的总大小为total_byte；

residue是total_byte对184取模的值；

如果residue＞123，即余数大于TS包三分之二的负载

break；

}

其中LIMIT是一个PES包中所允许的最大音频帧数，由此过程得到的frame_num就是一个合适用来作为PES打包帧数的值。

从TS流打包模块14可以实时按照PAL制式或NTSC制式的帧率或PS流原有帧率输出TS流至数字电视网络、硬盘等存储器、或是流媒体服务器，也可以按照最大速率输出至存储器以备它用。

综上，本发明无需对视频进行重新编码，只需对音频进行重新编码，且对音频和视频重新生成时间信息。由于无需对视频重新编码，因此效率高，视频质量好；由于进行了PES的打包音频帧数计算，因此TS流的纯负载高；且TS流可以输出到各种数字电视设备，从而方便用户使用。

Claims

1、一种将节目流转换成传输流的方法，其特征在于，包括步骤：

c、重建音频帧和视频帧的时间信息；

2、根据权利要求1所述将节目流转换成传输流的方法，其特征在于，所述步骤c包括：根据所述匹配关系重新计算音频帧的PTS值，且使DTS值与PTS值相同；保留视频帧的PTS值和DTS值不变；将视频帧和音频帧的PCR值设为DTS值加上延迟时间。

3、根据权利要求1所述将节目流转换成传输流的方法，其特征在于，若视频帧中出现P帧缺少PTS值，则在步骤c中将该P帧的PTS值设为其后的第一个P帧或I帧的DTS值。

4、根据权利要求1所述将节目流转换成传输流的方法，其特征在于，步骤c之前还包括校正PCR值产生跳变的步骤。

5、根据权利要求4所述将节目流转换成传输流的方法，其特征在于，设定一个校正值，当音频帧和视频帧的PCR值的变化在阈值内时，校正值为0；当某一音频帧或视频帧PCR值的变化超出阈值时，校正值等于该音频帧或视频帧的PCR推算值减去当前的PCR值，此时正确的PCR值为PCR当前值加上校正值。

6、根据权利要求1所述将节目流转换成传输流的方法，其特征在于，所述匹配关系是PS数据流中每连续3个AC3编码格式的音频帧对应目标编码为AAC编码的4个音频帧。

7、根据权利要求1所述将节目流转换成传输流的方法，其特征在于，一个PES包中打包多个音频帧。

8、一种将节目流转换成传输流的系统，其特征在于，包括：

9、根据权利要求8所述将节目流转换成传输流的系统，其特征在于，若视频帧出现P帧缺少PTS值，由时间信息重建模块将该P帧的PTS值设为其后的第一个P帧或I帧的DTS值。

10、根据权利要求8所述将节目流转换成传输流的系统，其特征在于，所述匹配关系是PS数据流中每连续3个AC3编码格式的音频帧对应目标编码为AAC编码的4个音频帧。