CN103596043A

CN103596043A - 一种数字电视中ts流转化为ps流的方法

Info

Publication number: CN103596043A
Application number: CN201310566912.0A
Authority: CN
Inventors: 袁三男; 王绍徐
Original assignee: Shanghai University of Electric Power
Current assignee: Shanghai University of Electric Power; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-11-14
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2033-11-14
Also published as: CN103596043B

Abstract

本发明涉及一种数字电视中TS流转化为PS流的方法，该方法包括以下步骤：1)获取TS流，搜索TS流中TS包的同步头；2)从同步头开始依次读取TS包，获取该TS包相应的PID，判断PID的类型并进行相应操作；3)继续读取TS包，重复步骤2)，直至数据结束。与现有技术相比，本发明具有转换速度快、效率高等优点。

Description

一种数字电视中TS流转化为PS流的方法

技术领域

本发明涉及视音频流数据处理技术，尤其是涉及一种数字电视中TS流转化为PS流的方法。

背景技术

数字电视是最近几年才发展起来的新技术，然而发展非常迅速，目前已经基本取消了模拟电视转而实现数字电视。数字电视中视音频流的格式有TS流(Transport Stream，传输流)和PS流(Program Stream，节目流)。针对不容易发生错误的环境所制定的数据流规范为PS，适用于存储介质等应用；对于容易发生错误的环境所制定的数据流规范为TS，比如卫星信道等容易引入干扰和数据丢失的环境。PS流由连续的PS包组成，每个PS包由包头和0个或多个PES数据包组成，包头部分包含该PS的系统信息。TS流由连续的TS包组成，一个TS包由一些头部信息和净负荷数据组成，头部信息包括包识别符(PID)。

数字电视广播系统将一路信源编码为ES流(Elementary Stream，基本码流)后打包形成PES包(Packetised Elementary Streams，基本码流包)，再经转换处理将PES包转换为TS包后，将各路作为电视节目信源的ES流转换的TS包复用为一路TS流，最后通过卫星、有线电视等不同媒介传输方式进行传输。DVD光盘中的音、视频数据是采用MPEG-2标准编码压缩后以PS流(Program Stream，节目流)的形式进行存储的。TS和PS是可以互相转换的，并且这种转换工作是经常的和必需的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种转换速度快、效率高的数字电视中TS流转化为PS流的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种数字电视中TS流转化为PS流的方法，该方法包括以下步骤：

1)获取TS流，搜索TS流中TS包的同步头；

2)从同步头开始依次读取TS包，获取该TS包相应的PID，判断PID的类型并进行相应操作：

若PID为PAT PID，则解析PAT表，得到PMT PID，执行步骤3)；

若PID为PMT PID，则解析PMT，得到TS包中各数据流的PID，执行步骤3)；

若PID为Vi_PID，则读取该TS包中的数据，并保存至缓冲区，判断一帧图像数据是否结束，若是，则构建PES和PS头部数据，形成PS包后发送或存储，消除相应缓存，执行步骤3)，若否，则直接执行步骤3)；

若PID为Ai_PID，则直接拷贝构建PES和PS头部数据，形成PS包后发送或存储；

若PID为空PID，则直接丢弃该TS包，执行步骤3)：

若PID为其它PID，则构建相应PES和PS包，发送或存储，执行步骤3)；

3)继续读取TS包，重复步骤2)，直至数据结束。

所述的步骤1)中，搜索TS流中TS包的同步头具体步骤为：

101)初始化搜索状态为未同步，计数器为0；

102)接收数据，并判断接收到的数据是否满188字节，若是，则执行步骤103)，若否，则等待继续接收；

103)判断当前状态是否为同步状态，若是，则执行步骤104)，若否，则执行步骤3.1；

3.1判断接收到的第一字节是否为“0x47”，若是，则计数器为0，去掉第一字节数据，转步骤102)，若否，则执行步骤3.2；

3.2计数器加1；

3.3判断计数器是否等于5，若是，则执行步骤3.4，若否，则丢弃接收的188字节，转步骤102)；

3.4将当前状态设定为同步状态，计数器清0，同时处理接收的188字节数据包；

104)判断接收到的第一字节是否为“0x47”，若是，则计数器恢复为0，同时处理188字节数据包，转步骤102)，若否，则执行步骤105)；

105)计数器加1，判断计数器是否为3，若是，则将当前状态设定为未同步状态，计数器为0，去掉第一个字节，转步骤102)，若否，则处理188字节数据包，转步骤102)。

所述的构建PES时，PES的长度按照拷贝的数据量得到，PES的PTS和DTS按如下步骤计算：

201)取出TS流中新开始的一个PES，此即GOP，含有整个12帧的数据，将其按照帧开始标志划分为12个PES；

202)GOP开始数据为I帧，取出该PES的DTS值；

203)对于I、B、P帧根据如下公式构建PES的DTS和PTS：

DTS_I＝DTS_前

DTS_P，B＝DTS_后I+1*3600

PTS_I，P＝DTS_后本+3*3600

PTS_B＝DTS_后本

式中，DTS_I为I帧的DTS，DTS_P，B为P帧和B帧的DTS，PTS_I，P为I帧和P帧的PTS，PTS_B为B帧的PTS，DTS_前为转换前GOP中PES的DTS，DTS_后1为转换后的前一个PES中的DTS，DTS_后本为转换后本PES的DTS。

与现有技术相比，本发明直接在未解压视音频的基础上实现将TS流转换为PS流，在转换过程中对TS流和PS流的重要参数进行了修正和重建，转换速度快，效率高。

附图说明

图1为本发明中TS包同步头搜索的流程示意图；

图2为TS包的逻辑关系图；

图3为各帧图像的时间相互关系示意图；

图4为PTS和DTS之间的相互关系示意图；

图5为PID=0x110的PES中原始TS包数据头信息；

图6为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

TS流采用188字节长度的包为单位进行传输，目前流量一般为40Mbps左右，数字电视采用mpeg2编码，每套标清节目的流量一般为4-5Mbps，因此数字电视的每个频点即每个TS流可复用8套节目，实际复用6套节目的比较多。本实施例以上海地区730频点的TS为例，它复用了6套，各套节目对应的节目标识号PID分别为110(113)，120(123)，130(133)，140(143)，150(153)，160(163)，其中前一个为视频PID，括号中为音频PID，数字均用16进制。为了得到这些PID，需对TS流进行分析。分析流程如下：

TS流格式为：TS头(4字节)和TS数据(184字节)。TS头为：同步(1字节)为47，传输错误指示(1位)，负载开始指示(1位)，传输优先级(1位)，PID(13位)，加密控制(2位)，调整字段控制(2位)，相同PID TS包计数(4位)，共4字节。因此分析转换TS时首先必须找到同步头，然后按照不同的PID针对每个TS包进行不同的处理。

分析TS包时首先需要进行TS的同步搜索，分成两个状态，即同步和同步丢失。当检测到连续5个同步字节时认为进入同步状态，在同步状态下连续未检测到3个同步字节认为同步丢失，进行TS包分析时必须处于同步状态下。图中处理188字节模块即是TS包的分析处理模块。

如图1所示，搜索TS流中TS包的同步头具体步骤为：

101)初始化搜索状态为未同步，计数器为0；

3.2计数器加1；

分析TS包时必须找出其复用关系，先找PAT表(Program Association Table，节目关联表)，标准规定PID＝0的包构成PAT表。按照标准13818定义，PAT表中包含了每个PMT表(Program Map Table，节目映射表)的节目号及PID，针对本文分析的TS流，其PAT数据为47 40 00(PID为0) 13 00 00 b0 25 00 01 df 00 00(后面开始为节目号和PID)00 00 e0 10 00 65 e0 81 00 66 e0 82 00 67 e0 83 00 68 e0 8400 69 e0 85 00 6a e0 86 a2 00 41 f4…由此可以得出各个节目号和对应的PID为：00-10(此为NIT表)，65-81，66-82，67-83，68-84，69-85，6a-86(为6个节目，对应节目号和相应的PID)。

得到PMT的PID后，可以按照13818定义分析PMT表。以65号节目按PID＝81为例，提取数据为：47 40 81(PID＝81)12 00 02 b0 1d 00 65 c5 00 00 ff fe f0 00 02 e110 f0 00 04 e1 13 f0 06 0a 04 63 68 69 00 c8 a0 2a 90，PMT表中规定了每个节目的流类型和对应的PID，上述数据中02 e1 10 f0 00表示节目中有类型为2即视频流，PID＝110，04 e1 13 f0 06表示节目中有类型为4即音频流，PID＝113。因此分析该节目的视频和音频时，只要提取PID为110和113的TS包即可。TS包的逻辑关系如图2所示。

按照PID即可分别从TS包中提取出各个节目的视音频。视音频是按照PES组成的，因此通过重新打包可以恢复PES。对于TS转PS，就是将恢复的PES重新按照PS的结构进行再打包，PS重要的参数为SCR(System Clock Reference，系统参考时钟)、PTS(Presentation Time Stamp，显示时钟标签)、DTS(Decode Time Stamp，解码时间标签)等，其它参数可以不用考虑。PTS、DTS位于PES层，主要用于视音频的同步。编码产生的视音频分别构成基本码流ES，它是不分段的连续码流，而PES是将ES分割成段并加上相应的头信息，在传输时将PES包再分段打成有固定长度188字节的TS流或可变长度的PS流。在TS流中TS包头加入了节目时钟参考PCR(Program Clock Reference)，解码器在解码时，首先利用PCR重建和编码器同步的27MHz系统时钟，恢复系统时钟后，再利用PES流中的DTS，PTS进行音频与视频间的同步。在节目流PS包头中同样加入系统时钟参考SCR，它的作用与PCR相似，SCR也可以理解为解码器应该开始从磁盘读取数据的时间。PTS和DTS均为33位长，其单位是以27MHz时钟的300分频即90KHz得到，而 PCR和SCR以27MHz为单位，分两个部分，base为90KHz为单位，ext以27MHz为单位。

对于音频而言DTS和PTS是一致的，对视频而言，如果编码时没有B帧，即没有后向预测，则是一致的，但有B帧时需作调整，因为I帧内部编码，P帧前向预测，只使用了前面帧的信息，而B帧双向预测，既使用了前面的IP帧信息，又使用了后面的IP帧信息，因此在解码时必须先解出后面的IP帧，再解当前的B帧，但显示时该B帧要比后面的IP帧提前，具体如图3所示。

图3中表示了各帧图像的时间相互关系，以B14为例，为了实现更有效的编码方法，采用双向预测运动补偿即B图编码，用前一帧I13和后面的帧P16作为参考图(双向预测的图如B15不作为别的预测参考图)，因此解码时需先解I13，然后解P16，然后B14，而显示时按照I13B14B15P16的规律。以一个I帧和若干个BP帧为单位构成一个GOP(Group of Pictures，画面组)，显然编码开始时的第一个GOP比其它GOP少了两个B帧。因为截取流的时候不一定正好从头开始，因此分析时从任意中间位置开始(可以搜索使得从I帧开始)。

对于完整的PES结构，以视音频为例，为：包开始码3字节(000001)，流ID1字节，PES长度2字节，头标识3字节，若有PTS则5字节PTS，若有DTS则5字节DTS…后部为其它的标识及数据。对TS转PS，需要修改的主要是PTS及DTS，以及增加的PS头信息，其余可以完全复制。

PS的结构为：包开始码4字节(000001BA)，SCR6字节，程序流速率3字节，填充数据，若有系统头部信息，则系统头开始码4字节(000001BB)，系统信息，PES包数据。SCR意义如上所述，在解码端是一个很重要的参数。在TS转PS时，主要构造SCR信息，具体算法见下节。

TS流可以进行复用解复用。为了实现TS到PS的转换，先从TS得到各个节目的PES，按照PES数据定义得出新的PES的PTS和DTS，再构成PS。PTS和DTS之间的相互关系分析如图4所示。

图中PTS和DTS均是以90KHz为单位计数。可以得出如下关系：PTS1-DTS1＝10800＝3*3600，PTS2-DTS2＝10800＝3*3600，PTS2-PTS1＝43200＝12*3600，PTS3-DTS3＝10800＝3*3600，PTS3-PTS2＝43200＝12*3600，PTS4-DTS4＝10800＝3*3600，PTS4-PTS3＝43200＝12*3600。在PAL制式中每帧间隔为40ms，即3600个90KHz时钟，因此可以得出，在该频点中，对于PID＝0x110的TS包构成的PES 包中，每个PES包头中的PTS均比DTS延迟3帧时间，而相邻两个PES相隔时间为12帧。

进一步分析PID＝0x110的PES包中ES结构，如图5所示。

由图可以得出，在该流中的帧结构为I BB PBB PBB PBB，一个GOP为12个帧。整个12帧图像构成一个PES。

将该TS流转成PS流时，一帧图像构成一个PES包，一个PES构成一个PS包。为此，将原TS流中的PES的头部直接拷贝成为PS流中的PES的头部，该PES为GOP中的第一帧即I帧，其后的各B和P帧分别加上PES头及PS头组成PS包，构建PES时，PES的长度按照直接拷贝的数据量得到，PES的PTS和DTS，按如下算法计算：

1、程序开始时，取出TS流中新开始的一个PES，此即GOP，含有整个12帧的数据，将其按照帧开始标志划分为12个PES。

2、GOP开始数据为I帧，取出该PES的DTS值。

3、对于I、B、P帧新构建的PES的DTS和PTS，分别按照式(1)计算：

DTS_I＝转换前GOP中PES的DTS

DTS_P，B＝转换后的前一个PES中的DTS+1*3600 式(1)

PTS_I，P＝转换后本PES的DTS+3*3600

PTS_B＝转换后本PES的DTS

按此算法得出的IBP的DTS、PTS和上述图3是一致的。

进一步分析可知，式(1)中的PTS_I，P的系数3是由IBBPBB的格式引起的，即IP中间加了两个双向预测的B帧图像。而IBBPBB是最常用的一种方式。

对于构成PS包，令SCR_base＝DTS-3600，SCR_ext＝0，由此即可构成PS包。

按照上述原理及算法，针对输入的原始TS流，分析并修正了PES的参数，增加了PS头信息，实现了数字电视中的TS流转换成PS流，如图6所示，具体流程为：

1)获取TS流，搜索TS流中TS包的同步头；

若PID为PAT PID，则解析PAT表，得到PMT PID，执行步骤3)；

若PID为Vi_PID，则读取该TS包中的数据，并保存至缓冲区(Vi_buf[])，判断一帧图像数据是否结束，若是，则构建PES、PS头部数据，形成PS包后发送或存储，消除相应缓存，执行步骤3)，若否，则直接执行步骤3)；

若PID为Ai_PID，则直接拷贝组建PES、PS头部数据，形成PS包后发送或存储；

若PID为空PID，则直接丢弃该TS包，执行步骤3)；

3)继续读取TS包，重复步骤2)，直至数据结束。

Claims

1.一种数字电视中TS流转化为PS流的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)获取TS流，搜索TS流中TS包的同步头；

若PID为PAT PID，则解析PAT表，得到PMT PID，执行步骤3)；

若PID为空PID，则直接丢弃该TS包，执行步骤3)；

3)继续读取TS包，重复步骤2)，直至数据结束。

2.根据权利要求1所述的一种数字电视中TS流转化为PS流的方法，其特征在于，所述的步骤1)中，搜索TS流中TS包的同步头具体步骤为：

101)初始化搜索状态为未同步，计数器为0；

3.2计数器加1；

3.根据权利要求1所述的一种数字电视中TS流转化为PS流的方法，其特征在于，所述的构建PES时，PES的长度按照拷贝的数据量得到，PES的PTS和DTS按如下步骤计算：

202)GOP开始数据为I帧，取出该PES的DTS值；

203)对于I、B、P帧根据如下公式构建PES的DTS和PTS：

DTS_I＝DTS_前

DTS_P，B＝DTS_后1+1*3600

PTS_I，P＝DTS_后本+3*3600

PTS_B＝DTS_后本