数字电视的码流技术

视频PES1
音频PES1
节 目 复 用
PS流1
传
视频ES2 音频ES2 数据2
打包
打包
视频PES2 音频PES2
输 复 用
TS流
数字电视码流之间的层次关系
1. 基本码流（Elementary Stream）
包含视频、音频、数据的连续码流。 MPEG视频码流：
根据MPEG图像序列的结构， MPEG视频ES 的结构由6层组成。 图像序列、图像组、图像帧、宏块条、宏块、 块。
PES 专用数据
包头 字段
节目包 序列
节目码流系统目标 解码器缓冲器
PES扩展 字段长度
PES扩展 字段数据
图4—15 PES的组成图
在图4—15中，SC表示加扰指示，PR表示优 先级指示，DA说明相配合的数据，CR表示有无版 权指示，OC表示原版或拷贝，PD表示是否有PTS 及DTS，ESCR表示PES包头部是否有Elementary Stream Clock Reference，即基本码流的时钟基 准信息，RATE表示PES包头部是否有Elementary Stream Rate即基本码率信息，TM指出是否有8比 特的字段说明DSM (digital storage media)的模 式，AC未定义，CRC表示是否有循环校验码， EXT说明是否有扩展标志。
①link layer的作用是：
A．包同步。它是包中的第一个字节，用于建立 包同步； B．包识别符(PID)。包之所以能被复用和解复 用，就是靠特定的基本码流和控制码流的包识别符 号。由于PID在头部的位置是固定的，要提取某个 基本码流的包很容易，只要同步建立后靠PID滤出 这个包就行。
C．误码处理。解码器中的打包层能够作误码 检测是靠连续计数的字段来实现的，在发送端对所 有的包都作0到15的重复计数，在接收机终端如发 现连续计数器的值中断，即表明数据在发送中丢失 了，此时解码器的传输处理器就会告诉解码器某个 基本码流丢失了数据。 D．条件接收。MPEG一2传输格式允许包的数 据作扰乱处理，各个基本码流都可以独立地进行扰 乱。传输包的连接头信息要说明包中的净负荷数据 是否被扰乱了，如果是，则要标志出解扰的密钥。 必须指出的是，头部信息总是清楚的、不被扰乱的。
附加信息
无
无
加密、加扰
有如电子节目表
数字电视码流的类型
ES（基本码流） 视频ES 音频ES ES 数据流 PES （节目基本码流）——打包的基本码流 PS （节目码流）——用于节目存储，演播室，
信道干扰小 TS （传输码流）——用于远距离信号传输，信 道干扰较大
视频ES1 音频ES1 数据1
打包 打包
②adaptation layer的作用是：
A．同步和定时。正如前文ISO11172中所说， 压缩后的数字图像的各帧数据量相差很大，这就不 可能从图像数据的起始部分直接获取定时信息，所 以在数字码流中没有像在模拟电视中有“同步脉 冲’’ 的概念。
包标志(stream-id)，说明这个包所属码流的性 质(视频、音频或数据)及序号，比如： 1100××××——MPEG Audio stream， Number××××；1111××××——MPEG Video stream，Number××××。 stream-id后面的是PES包长度，说明这个字段 后面有多少个字节。PES中2bit“10”是MPEG一2的 标志，其后的PES Header Flags即PES头部识别标 志为14 bit，PES组成及其PES Header Flags包含 内容如图4—1 5所示。
③f—code：定义P、B帧运动估计时搜索窗的 范围，由此限定了宏块MV所能达到的最大值。 ④top—first—field、repeat—first—field及 progress—frame的组合，形成MPEG一2视频多种 解码、显示方式。
（6）图像数据层(Picture data)
主要包括宏块条头、宏块、块等信息， MPEG—2通常取一行宏块构成一个Slice， 是最小的同步单位。
ISO11172将基本码流复合在一起的办法是将基 本码流先打成小包PES (packet elementary stream， 即打包的基本流，实质是码流的数据分组)，每个小包 都只能有一种基本码流，比如视频小包、音频小包或 其他，PES最大长度达216字节。一个小包不可能有两 种或两种以上的基本码流，其小包头部都有码流识别 码(stream id—codes)，可借以区别不同性质的基本 码流。
（5）图像编码扩展(Picture coding extension)
①picture structure：说明是顶场(top field)、 底场(bottom field)还是帧图像(frame picture)。 ②intra—dc—precision：规定帧内直流系数 的精度是8／9／l 0／11 bits中的哪一种。此外，还说 明运动矢量的变动范围，是否是4：2：0格式等。
（3）扩展与用户(extension & user) 有扩展起始码，指明扩展的开始。用户 数据是由用户为其特殊应用所定义的数据， 用户数据起始码表明用户数据开始。
（4）图像组头(Group of picture header)
①group—start—code：一个16进制的字符串 000001B8，表明图像组头部的开始。 ② time—code：一个25比特的字段，用于视频 磁带记录器的时间和控制码。
模拟电视与数字电视
模拟电视 信号表示 连续的电流或电压 数字电视
利用二进制数 “0”、“1”表示
打包，码流复用多套电 采用扫描实现图像信号 视组成一个传输码流 信号传输 的顺序传输 串行传输
音视频
频分、同时传输
打包，音视频交替传输 利用时间信息， 时间标识，实现同步
信号同步 利用同步脉冲信号同步 条件接收
序列 头 序列 头
序列 扩展
扩展 与用户
图像 组
扩展 与用户
图像 头
图像编 码扩展
扩展 与用户
图像 数据
序列 结束
图4—1 4 MPEG一2视频基本码流（ES）的高层结构
（1）序列的头部（sequence header）
标志整个编码序列的开始，实际码流中可以有 多个序列头，以实现编辑切换。该序列头定义了有 关图像大小(水平和垂直尺寸)、帧率、码率、用户 自定义帧内／帧间量化矩阵等重要信息。考虑到 MPEG一2和MPEG一1的兼容性，头部信息分成两 部分：一部分称为序列头——这是两个标准的共用 部分，另一部分称为序列扩展或序列延伸(sequence extension)——这是MPEG一2的标志。
一个8×8图像块DCT系数的量化（可变长度编码） 宏块 量化 运动 块模式 亮度 色度 模式 地址 值 矢量 编码 块 块 起始 宏块条 量化 宏块 宏块 0 1 码 地址 值 … 宏块 n－1
块层
宏块层
宏块条层
起始 图像 宏块条 宏块条 0 1 码 标志
…

宏块条 m－ 1
…
图像层 图像序列层
起始 图像序 量化加 图像 图像 图像 0 1 码 列参数 权矩阵 级和型
（1）PES的组成
在PES数据块的前面有一个PES的头部，其头 部包含了许多信息，首先是包起始码，它由一个起 始码前缀和后面的起始码标志组成。起始码前缀是 由一串字符共23个“0’’和一个“1”组成，即“0000 0000 0000 0000 0000 0001”。起始码标志是一个8 bit的整数，说明起始码的种类，即包标志(stream －id)，说明这个包所属码流的性质(视频、音频或 数据)及序号，起始码的比特格式是专用的，在码流 中不会有同样的组合是代表别的意思。
码流各层的主要语法元素组成
图像 p－1
2. 包的基本流（ Packet Elementary Stream PES ）
基本码流是对编码的视频码流、音频码流和其他 编码数据流的统称。音频或视频数据经过编码后得到 基本码流（ES）还不能直接送入传输系统或节目系 统。一个符合ISO11172规定的码流是由一个或几个 基本码流ES (elementary stream)复合而成的。数据 传输需要分组打包，数据分组。ES流经过打包后称为 打包的基本码流，其包的长度可变，一般取单元长度。 一个单元长度：一幅视频图像 一个音频帧
数字电视原理
数字电视码流基础
数字电视码流基础
数字电视信号是以码流形式传输与模拟 电视显著不同。 码流内容包含： 信号的表示、码流语法、码流中的逻辑 关系、码流内部所描述内容、码流的层次关 系等。
模拟电视与数字电视的区别（信号及信号 传输） ； 数字电视码流及分类； 码流的主要内容； 同步与时间标识； 条件接收，加密，加扰； 附加信息，电子节目表，服务信息；
包起始 码标识
流标 识码
PES 长度
PES 头
PES 包数据
“10” 控制
解码时间标签 显示时间标签
加扰
优先级 指示
数据校 准指示
版权 指示
原始 包头数 标识 复制 据长度
PES 字段
包数 据块
ES系统 时间标识
ES 流
数据存储 介质模式
附加复 制信息
循环校验 码标志
PES扩 展标志
标识
任意 字段
③closed—gop及broken—link均涉及到对B 帧的处理。在传送来的图像序列中，码流中第一个 I帧和P帧之间的B帧属于前一个GOP，如果对当前 GOP进行剪辑，除非这些B帧仅使用后向预测 (closed—gop＝1)，否则它们无法正确重建；而 broken—link，正常编码过程置0，当对GOP剪辑 时则置1，说明该GOP的I、P帧之间的B帧无法正确 解码，除非closed—gop=1，否则解码器必须跳 帧，以避免显示这些B帧。