TS流解析 二 *****

1.TS格式介绍

TS：全称为MPEG2-TS。TS即"Transport Stream"的缩写。它是分包发送的，每一个包长为188字节（还有192和204个字节的包）。包的结构为，包头为4个字节（第一个字节为0x47），负载为184个字节。在TS流里可以填入很多类型的数据，如视频、音频、自定义信息等。MPEG2-TS主要应用于实时传送的节目，比如实时广播的电视节目。MPEG2-TS格式的特点就是要求从视频流的任一片段开始都是可以独立解码的。简单地说，将DVD上的VOB文件的前面一截cut掉（或者是数据损坏数据）就会导致整个文件无法解码，而电视节目是任何时候打开电视机都能解码（收看）的。

TS解析需要参考：ISO/IEC 13818-1的2.4 Transport Stream bitstream requirements

TS的包结构：

　　

　　包头信息说明

Packet Header（包头）信息说明
1	sync_byte	8bits	同步字节
2	transport_error_indicator	1bit	错误指示信息（1：该包至少有1bits传输错误）
3	payload_unit_start_indicator	1bit	负载单元开始标志（packet不满188字节时需填充）
4	transport_priority	1bit	传输优先级标志（1：优先级高）
5	PID	13bits	Packet ID号码，唯一的号码对应不同的包
6	transport_scrambling_control	2bits	加密标志（00：未加密；其他表示已加密）
7	adaptation_field_control	2bits	附加区域控制
8	continuity_counter	4bits	包递增计数器

　　详细如下：

　　sync_byte （同步字节）：固定为0100 0111 (0x47)；该字节由解码器识别，使包头和有效负载可相互分离。

　　transport_error_indicator（传输错误指示）：‘1’表示在相关的传输包中至少有一个不可纠正的错误位。当被置1后，在错误被纠正之前不能重置为0。

　　payload_unit_start_indicator（开始指示）：为1时，在前4个字节之后会有一个调整字节，其的数值为后面调整字段的长度length。因此有效载荷开始的位置应再偏移1+[length]个字节。原来有效负载是这样来的

　　transport_priority（传输优先级）：‘1’表明优先级比其他具有相同PID 但此位没有被置‘1’的分组高。

　　PID：指示存储与分组有效负载中数据的类型。PID 值 0x0000—0x000F 保留。其中0x0000为PAT保留；0x0001为CAT保留；0x1fff为分组保留，即空包。

　　transport_scrambling_control（加扰控制）：表示TS流分组有效负载的加密模式。空包为‘00’，如果传输包包头中包括调整字段，不应被加密。

　　adaptation_field_control（适配域控制）：表示包头是否有调整字段或有效负载。‘00’为ISO/IEC未来使用保留；‘01’仅含有效载荷，无调整字段；‘10’ 无有效载荷，仅含调整字段；‘11’ 调整字段后为有效载荷，调整字段中的前一个字节表示调整字段的长度length，有效载荷开始的位置应再偏移[length]个字节。空包应为‘10’。

　　continuity_counter（连续性计数器）：随着每一个具有相同PID的TS流分组而增加，当它达到最大值后又回复到0。范围为0~15。接收端可判断是否有包丢失及包传送顺序错误。

 

2.TS流包含的内容

　　BAT解析例举：

　　TS-包1：

　　

　　这个包比较特别，为什么说它是第一个包呢，因为 continuity_counter=0 & payload_unit_start_indicator=1。

　　也就是说任何SCTION段过滤器都开始于continuity_counter=0的TS包，continuity_counter有4BIT 1-15这样计算的的话，SECTION最大为184X16=2944 Byte。

　　那么SECTION究竟有多大的，这要取决于要解析的SECTION语法，取出有效载荷的前3 Byte也就知道了SCTION的长度，计算公式通常为：

　　secLen = ((uint16_t)(buf[1] & 0xf)) << 8 | buf[2])　　buf为有效载荷的起始位置。详见BAT表语法结构。

　　概述如下：

　　　　1、包递增器为0，表示为第一个SCTION的开始，包递增器为0的TS包payload_unit_start_indicator=1，其它情况下payload_unit_start_indicator=0。

　　　　2、有效载荷的具体位置取决于 包头4+附加区域长度+负载单元起始位置。

　　　　3、每个SCTION长度为包含在有效载荷的前3Byte。

　　　　解复用器中通常使用payload_unit_start_indicator=1作为判断新包的开始。

　　47 40 11 10 表示无调整字段，有负载单元起始标志，那么有效载荷的起始位置为data[5]以后，有效载荷长度为183，有效载荷的前3Byte为 4a f2 ed，换算出当前的SCTION长度为secLen=749 Byte。

　　TS-包2

　　

　　47 00 11 11 表示无调整字段，无负载单元起始标志，那么有效载荷的起始位置为data[4]以后，有效载荷长度为184。

　　TS-包3：

　　

　　47 00 11 12 表示无调整字段，无负载单元起始标志，那么有效载荷的起始位置为data[4]以后，有效载荷长度为184。

　　TS-包4

　　

　　47 00 11 13 表示无调整字段，无负载单元起始标志，那么有效载荷的起始位置为data[4]以后，有效载荷长度为184。

　　TS-包5

　　

　　47 00 11 14 表示无调整字段，无负载单元起始标志，那么有效载荷的起始位置为data[4]以后，有效载荷长度为17。

　　这是当前SCTION的最后一个TS包，那么怎么判断是最后一个包呢？

　　　　首先我们解析了第一个TS包时得出secLen=749，随着包递增器的增加，我们陆续获取有效载荷，749-183-184-184-184=17，所以当解析到第5个TS包时，有效载荷为17 Bype，BAT完成数据的获取工作，BAT的语法解析如下：

　　

========================================================================================================================

　　一段TS流，必须包含PAT包、PMT包、多个音频包、多个视频包、多个PCR包、以及其他信息包。

　　解析TS流数据的流程：查找PID为0x0的包，解析PAT，PAT包中的program_map_PID表示PMT的PID；查找PMT，PMT包中的elementary_PID表示音视频包的PID，PMT包中的PCR_PID表示PCR的PID，有的时候PCR的PID跟音频或者视频的PID相同，说明PCR会融进音视频的包，注意解析，有的时候PCR是自己单独的包；CAT、NIT、SDT、EIT的PID分别为: 0x01、0x10、0x11、0x12。

　　下面我们来分析，在ISO/IEC 13818-1里有说明，BAT的PID值为0x11，TS包的标识(即sync_byte)为0x47，并且为了确保这个TS包里的数据有效，所以我们一开始查找47 40 11这三组16进制数，为什么这样？具体的奥秘在TS包的结构上，前面已经说了sync_byte固定为0x47。现在往下看transport_error_indicator、payload_unit_start_indicator、transport_priority和PID这四个元素，PID为0x11，这是BAT的标识。transport_error_indicator为0，transport_priority为0。把他们看成是两组8位16进制数就是：40 11。现在看看我们的TS流片断例子，看来正好是47 40 11开头的，一个TS流的头部占据了4个字节。剩下的负载部分的内容由PID来决定，例子看来就是一个BAT表。在这里有个地方需要注意一下，payload_unit_start_indicator为1时，在前4个字节之后会有一个调整字节，它的数值决定了负载内容的具体开始位置。现在看例子中的数据47 40 11 10 00第五个字节是00，说明紧跟着00之后就是具体的负载内容，也就是说4a f2 ed后面是载荷。

　　到现在为止，引申出TS包有效载荷的定位问题，有效载荷定位要注意两点：

　　1、自适应区的大小

　　2、“payload_unit_start_indicator” 有效载荷的起始区域

　　我们以“tsBuf[]”为例，“tsBuf[]”存储了一帧TS包，tsBuf[0]=0x47，TS的同步头，那么tsBuf[4]为自适应区域的长度。

transport_packet(){
  sync_byte
    ...
  adaptation_field_control                                    bslbf
  continuity_counter                                          uimsbf
  if(adaptation_field_control == '' || adaptation_field_control == ''){
    adaptation_field()
  }
  ...
}

tsBuf[4]=adaptation_field_length

adaptation_field(){
  adaptation_field_length                                     uimsbf
  if(adaptation_field_length>){
    ...
    PCR_flag                                                  bslbf
    ...
    if(PCR_flag == ''){
      program_clock_reference_base                           uimsbf
      Reserved                                                bslbf
      program_clock_reference_extension                       uimsbf
      ...
    }
  }
}

　　关于自适应区的ISO/IEC 13818-1语法如下：

　　　　

3.TS包头解析

TS包头有4个字节

//Transport Stream header

typedef struct TS_header

{

         unsigned sync_byte                    :8;      //同步字节，固定为0x47 ，表示后面的是一个TS分组，当然，后面包中的数据是不会出现0x47的

         unsigned transport_error_indicator       :1;      //传输错误标志位，一般传输错误的话就不会处理这个包了

         unsigned payload_unit_start_indicator    :1;      //有效负载的开始标志，根据后面有效负载的内容不同功能也不同

         // payload_unit_start_indicator为1时，在前4个字节之后会有一个调整字节，它的数值决定了负载内容的具体开始位置。

         unsigned transport_priority              :1;      //传输优先级位，1表示高优先级

         unsigned PID                          :13;     //有效负载数据的类型

         unsigned transport_scrambling_control     :2;      //加密标志位,00表示未加密

         unsigned adaption_field_control          :2;      //调整字段控制,。01仅含有效负载，10仅含调整字段，11含有调整字段和有效负载。为00的话解码器不进行处理。

         unsigned continuity_counter              :4;      //一个4bit的计数器，范围0-15

} TS_header;

    //特殊参数说明：

   //sync_byte：0x47

   //payload_unit_start_indicator：0x01表示含有PSI或者PES头

   //PID：0x0表示后面负载内容为PAT，不同的PID表示不同的负载

   //adaption_field_control：

        // 0x0: // reserved for future use by ISO/IEC

        // 0x1: // 无调整字段，仅含有效负载  

        // 0x2: // 仅含调整字段，无有效负载

        // 0x3: // 调整字段后含有效负载

 

// Parse TS header

int Parse_TS_header(unsigned char *pTSBuf, TS_header *pheader)

{

    pheader->sync_byte                                     = pTSBuf[0];

    if (pheader->sync_byte != 0x47)

        return -1;

    pheader->transport_error_indicator       = pTSBuf[1] >> 7;

    pheader->payload_unit_start_indicator    = pTSBuf[1] >> 6 & 0x01;

    pheader->transport_priority             = pTSBuf[1] >> 5 & 0x01;

    pheader->PID                         = (pTSBuf[1] & 0x1F) << 8 | pTSBuf[2];

    pheader->transport_scrambling_control   = pTSBuf[3] >> 6;

    pheader->adaption_field_control         = pTSBuf[3] >> 4 & 0x03;

    pheader->continuity_counter            = pTSBuf[3] & 0x0F;

    return 0;

}

TS包头解析需要参考：ISO/IEC 13818-1的2.4.3.2 Transport Stream packet layer

4.TS负载格式解析

4.1 PAT解析

TS_header包头中的PID值为0x0，表示当前负载为PAT（Program Association Table）。PAT数据的信息可以理解为整个TS流包含的节目信息。

// Program Association Table

typedef struct PAT_Packet_tag

{

    unsigned table_id                        : 8; //固定为0x00 ，标志是该表是PAT

    unsigned section_syntax_indicator        : 1; //段语法标志位，固定为1

    unsigned zero                            : 1; //0

    unsigned reserved_1                      : 2; // 保留位

    unsigned section_length                  : 12;//表示这个字节后面有用的字节数，包括CRC32

    unsigned transport_stream_id             : 16;//该传输流的ID，区别于一个网络中其它多路复用的流

    unsigned reserved_2                      : 2; // 保留位

    unsigned version_number                  : 5; //范围0-31，表示PAT的版本号

    unsigned current_next_indicator          : 1; //发送的PAT是当前有效还是下一个PAT有效

    unsigned section_number                  : 8; //分段的号码。PAT可能分为多段传输，第一段为00，以后每个分段加1，最多可能有256个分段

    unsigned last_section_number             : 8; //最后一个分段的号码

    // for(i=0; i<N; i++)

    // {

    unsigned program_number                  : 16;

    unsigned reserved_3                      : 3;

    unsigned network_PID                     : 16;  // 或者program_map_PID

    unsigned CRC_32                          : 32;

    // }

} PAT_Packet;

 

// Parse PAT

int Parse_PAT(unsigned char *pTSBuf, PAT_Packet *packet)

{

    TS_header TSheader;

    if (Parse_TS_packet_header(pTSBuf, &TSheader) != 0)

        return -1;

    if (TSheader.payload_unit_start_indicator == 0x01) // 表示含有PSI或者PES头

    {

        if (TSheader.PID == 0x0)  // 表示PAT

        {

             int iBeginlen = 4;

             int adaptation_field_length = pTSBuf[4];

             switch(TSheader.adaption_field_control)

             {

             case 0x0:                                    // reserved for future use by ISO/IEC

                  return -1;

             case 0x1:                                    // 无调整字段，仅含有效负载      

                  iBeginlen += pTSBuf[iBeginlen] + 1;  // + pointer_field

                  break;

             case 0x2:                                     // 仅含调整字段，无有效负载

                  return -1;

             case 0x3: // 调整字段后含有效负载

                 if (adaptation_field_length > 0)

                 {

                      iBeginlen += 1;                   // adaptation_field_length占8位

                      iBeginlen += adaptation_field_length; // + adaptation_field_length

                 }

                 else

                 {

                      iBeginlen += 1;                       // adaptation_field_length占8位

                 }

                 iBeginlen += pTSBuf[iBeginlen] + 1;           // + pointer_field

                 break;

            default:

                 break;

            }

            unsigned char *pPAT = pTSBuf + iBeginlen;

            packet->table_id                    = pTSBuf[0];

            packet->section_syntax_indicator    = pTSBuf[1] >> 7;

            packet->zero                        = pTSBuf[1] >> 6 & 0x1;

            packet->reserved_1                  = pTSBuf[1] >> 4 & 0x3;

            packet->section_length              = (pTSBuf[1] & 0x0F) << 8 | pTSBuf[2];

            packet->transport_stream_id         = pTSBuf[3] << 8 | pTSBuf[4];

            packet->reserved_2                  = pTSBuf[5] >> 6;

            packet->version_number              = pTSBuf[5] >> 1 &  0x1F;

            packet->current_next_indicator      = (pTSBuf[5] << 7) >> 7;

            packet->section_number              = pTSBuf[6];

            packet->last_section_number         = pTSBuf[7];

            int len = 0;

            len = 3 + packet->section_length;

            packet->CRC_32                      = (pTSBuf[len-4] & 0x000000FF) << 24

                                                | (pTSBuf[len-3] & 0x000000FF) << 16

                                                | (pTSBuf[len-2] & 0x000000FF) << 8

                                                | (pTSBuf[len-1] & 0x000000FF);

 

            int n = 0;

            for ( n = 0; n < (packet->section_length - 12); n += 4 )

            {

                 packet->program_number = pTSBuf[8 + n ] << 8 | pTSBuf[9 + n ];

                 packet->reserved_3                = pTSBuf[10 + n ] >> 5;

                 if ( packet->program_number == 0x00)

                 {

                     packet->network_PID = (pTSBuf[10 + n ] & 0x1F) << 8 | pTSBuf[11 + n ];

                 }

                 else

                 {

                     // 有效的PMT的PID,然后通过这个PID值去查找PMT包

                     program_map_PID = (pTSBuf[10 + n] & 0x1F) << 8 | pTSBuf[11 + n];

                 }

            }

            return 0;

         }

    }

    return -1;

}

　　PAT数据解析需要参考：ISO/IEC 13818-1的2.4.4.3 Program Association Table

4.2 PMT解析

由PAT包中的program_map_PID可以确定PMT(Program Map Table)的PID。PMT数据的信息可以理解为这个节目包含的音频和视频信息。

// Program Map Table

typedef struct PMT_Packet_tag

{

     unsigned table_id                        : 8;

     unsigned section_syntax_indicator        : 1;

     unsigned zero                            : 1;

     unsigned reserved_1                      : 2;

     unsigned section_length                  : 12;

     unsigned program_number                  : 16;

     unsigned reserved_2                      : 2;

     unsigned version_number                  : 5;

     unsigned current_next_indicator          : 1;

     unsigned section_number                  : 8;

     unsigned last_section_number             : 8;

     unsigned reserved_3                      : 3;

     unsigned PCR_PID                         : 13;

     unsigned reserved_4                      : 4;

     unsigned program_info_length             : 12;

     // for(i=0; i<N; i++)

     // {

     unsigned stream_type                     : 8;

     unsigned reserved_5                      : 3;

     unsigned elementary_PID                  : 13;

     unsigned reserved_6                      : 4;

     unsigned ES_info_length                  : 12;

     // }

     unsigned CRC_32                          : 32;

} PMT_Packet;

   // Parse PMT

int Parse_PMT(unsigned char *pTSBuf, PMT_Packet *packet)

{

    // 参考Parse_PAT()来做就行了

    // ...

     

    return 0;

}

　　PMT数据解析需要参考：ISO/IEC 13818-1的2.4.4.8 Program Map Table

4.3 PES解析

根据文档参考PAT、PMT的解析流程就能完成PES的解析了。

需要注意的是PES中PTS的解析，一般来说在90 kHz 中，PTS/9000的值为秒单位。

unsigned long long Parse_PTS(unsigned *pBuf)

{

     unsigned long long llpts = (((unsigned long long)(pBuf[0] & 0x0E)) << 29)

         | (unsigned long long)(pBuf[1] << 22)

         | (((unsigned long long)(pBuf[2] & 0xFE)) << 14)

         | (unsigned long long)(pBuf[3] << 7)

         | (unsigned long long)(pBuf[4] >> 1);

     return llpts;

}

PES数据解析需要参考：2.5.5.1 Syntax of the PES packet syntax for Program Stream directory

5.码流分析工具

5.1 Elecard Stream Analyzer

5.2 EasyICE

 

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