数字电视码流包结构及码流监测探析

卢崇麟

国家广播电视总局六四一台 福建省 泉州市 362100

引 言

随着广播电视技术的发展，我国已全面实现了使用数字电视进行传输覆盖，数字电视的数字编码压缩后都以码流的形式输出，本文接下来对MPEG-2 的码流形成进行分析，并介绍数字码流错误监测指标。

1 打包基本码流（PES）

在数字电视系统中，所有的视频、音频，数据信息都通过编码得到基本码流，或称为ES流，是最原始的编码数据。因此需要在形成基本码流后，再产生打包的基本码流，就是PES 流。一般以一帧图像为一个基本编码单元，形成打包的基本码流。打包基本码流的长度不固定，是由基本码流加入包头信息后形成的。

PES 包头中包含着重要信息，其中最为重要的是PTS 和DTS，PTS 指的是显示时间标签，而DTS 指的是解码时间标签，PTS 指示已解码的信息何时显示，而DTS 则是指对接收到的数据信息何时进行解码。为了能够按照预期的设计显示每幅图像，就要对每副图像设置一个PTS 标签。DTS 的值可以由PTS得到，一般情况下两者是相同的，但是当编码图像包含B 帧时，解码时间和显示时间是不同的，此时的PTS 和DTS 是不一样的。音频编码解码的顺序和输出的顺序是一致的，所以PTS 和DTS 的值是一样的。PTS 是包头信息中最重要的信息之一，它直接影响终端的视音频是否同步。PES包最重要的字段有如下几个：

1.1 PES包长度

PES 包的长度是可变的，用16比特来表示，因此一个PES 包的最大长度为2 的16 次方字节。PES 包净荷的第1 个字节是一帧图像、一个图像序列或GOP的起始码。PES 包头长度字节占用8比特，用PES 包长减掉PES 包头的长度，剩下的就是PES 包的净荷数据长度。

1.2 PES包起始前缀

PES 包起始前缀占用24 比特，表征一个PES 包开始，类似于同步字节，是一个固定的数值，用16进制表示为OX000001。

1.3 ES流标识符

ES 流标识符占用ES 流标识符8比特，表征ES流的类型，说明所传的ES 流是视频、音频或数据。一般用OXC0 表示音频，OXE0表示视频。

2 节目流（PS）

节目流PS指将同一节目的视频、音频，数据信息流进行复用产生的数据流，由PES 流组成，PES流是由ES流加包头产生的。

PS流中每个PES包的长度不统一，虽然可通过OX000001 同步字节检测是否同步，但无法准确确定同步位置，在遇到差错时，无法检测到同步位置，无法恢复同步。

PS流只适合信道干扰小的使用环境，如演播室或系统内的硬盘等，因此必须使用统一长度的数据包来满足抗干扰的需求。

3 传输流（TS）

视频、音频或数据PES 流经过传输复用器组合成的一个码流就是传输流，分为节目复用和传输复用。节目复用通常是将有同一时间基准的视频、音频或数据的PES 包打包。而传输复用是将不同时间基准的多套节目PES 流进行打包处理。打包长度不能太长，规定为188 字节，类似于计算机通信的数据包长度，IP包最大长度为65535 字节。在TS 码流层插入PCR，用于收端节目与发端节目的同步，由于TS流打包长度固定，便于在数据流中准确检测到同步字节的位置，适用于信道环境差的情况。

传输流的包长为188 字节，其中包头占用4 字节，数据净荷占用184 字节，数据净荷为PES格式的数据流。如图1 为某一传输码流包头监测结果。包头由下面几个部分组成：

3.1 同步字节

包头中同步字节为OX47，占用8 比特。数字电视不同于模拟电视，模拟电视可以使用行、场，色同步信号实现收发两端的同步，而数字电视经过压缩编码、数字化后，以数据包的形式存在，同步信息已不存在，只能通过OX47字节来识别以实现同步。

3.2 传送错误指示

传送错误指示占用1 比特，用来表示传输流中是否有错误，1表示有错误，0表示没有错误。

3.3 传送优先级

传送优先级占用1 比特，表示该传输包的优先级，类似于PES包中的优先级。

3.4 包PID

包PIP 占用13 比特，每一个视频、音频，数据的PES 流都分别对应一个PID，在数据流中识别出各自的视频、音频节目唯一的方法就是不同的PID。终端解码PID 在传输流中还要传送节目专用信息，例如节目关联表PAT，节目映射表PMT 等也必须用PID 来区分和识别。这些节目专用信息表的PID 有的是固定值，例如PAT表的PID用OX0001表示，NIT 表的 PID 用 OX0010 表示 ， SDT 表 和 BAT 表 的 PID 用OX0011 表示。节目专用信息的TS包有效数据不足时，使用空包表示其PID固定为OX1FFF。前文已经说明收发端的同步是通过同步字节建立起来的，而且PID 在包头中的位置固定，因此收端很容易通过PID值提取所需的数据。

3.5 传送加扰控制

传送加扰控制占用2 比特，表征该包是否被加扰，00表示未被加扰。

3.6 适配域控制字

适配域控制字占用1 比特，表示适配域是否存在。

3.7 连续计数器

连续计数器占用4 比特，表征发送的数据从发端传输到收端是否丢失，发端循环对所有TS流传送包从0 到15 计数，若收端收到的包和之前的包计数值不连续，则认为传输中丢失了数据包。如图1 中有14 个连续计数错误。

图1 传输流包头监测

3.8 PCR

PCR 是适配域中的一个重要参数，占用42比特。编码器的系统时钟频率为27MHz，在视频进行编码时，系统时钟的取样值要赋予TS流中的PCR，用于收端定时信息的提取。MPEG-2规定PCR传递的间隔不应大于40毫秒，两个连续的PCR 差值不大于100 毫秒。PTS、DTS和PCR主要用来解决视音频传输中的同步问题，PTS、DTS是在PES码流层插入的。

4 传输流技术指标及测试

传输流的技术测试使用TR101290测试标准和三级错误检测模式。TR101290测试标准将错误指标分为三级，第一级指标是确保解码器正确解码的几个必要参数，第二级是解码器持续可靠工作必须的基本指标，第三级为确保应用正确使用的指标。

4.1 第一级错误

1.传送流同步丢失错误：当连续监测到两个以上的不正确同步时，即为同步丢失错误，通常以5个包为一个组进行监测。

2.同步字节错误：如果传输流中的同步字节不是0X47，即使此时的包长度仍然是188 字节，也会产生同步字节错误。

3.PAT 错误： PAT 表的 PID值为0X0000时，PAT错误可能是PAT 表的重复间隔超过0.5 秒、PAT表为空或者PAT的PID中包头的加密控制段不是0，即被加扰。

4.连续计数错误：发端对所有相同PID 的包进行从0 到15 重复计数，收端有丢包、包重复、包顺序错的情况就会产生连续计数错。

5.PMT错误：PMT错误可能是PMT 表的重复间隔超过0.5秒、PMT 表为空或者PMT 的PID中包头的加密控制段不是0。

6.设置PID错误：监测是否每一个PID 都有码流，是否同一PID 的视频、音频或数据的重复间隔不超过0.5 秒。若码流没有PID，无法完成该节目解码。

4.2 第二级错误

1.传输错误：TS包头中的传送包错误指示为1，说明传送的包中有一个不可纠正的错误位。

2.CRC 错误：CRC错误表明在PSI 和SI 表中循环冗余检测码检测到错误。

3.PCR 间隔错误：如前所述，收端收到PCR 间隔超过100毫秒、PCR整个发送间隔超过40毫秒，就会影响收端正确解码，产生PCR间隔错误。

4.PCR抖动错误：PCR精度和PCR 抖动不超过500 毫秒，否则会使收端时钟失锁或抖动过大。

5.PTS 错误：PTS 重复发送间隔为700 毫秒，否则会影响图像的正确显示。如图2 展示的是PTS 重复间隔错误的截图，如图3为PTS重复间隔小于700ms的截图。

6.CAT错误：表示没有CAT表或PID为0X0001的表不是CAT表，CAT表指出授权管理信息EMM的PID，确保接收机正确解码。

图2 PTS重复间隔错误

图3 PTS重复间隔小于700ms

4.3 第三级错误

第三级错误主要指标为：EIT 错误、NIT 错误、SDT 错误、RST 错误、TDT 错误、SI 重复率错误、非指定PID 错误，空缓冲器错误和数据延迟错误。第三级错误并不一定对接收机解码产生致命影响。