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[图文]MPEG-2系统复用         ★★★
MPEG-2系统复用
发布者:imefan 文章来源:网络 点击数: 更新时间:2008-2-13 22:12:32

  MPEG-2系统是将视频、音频及其它数据基本流组合成一个或多个适宜于存储或传输的数据流的规范,如图1所示。

 

  如图可知符合ITU-R. 601标准的、帧次序为I1B2B3P4B5B6P7B8B9I10数字视频数据和符合AES/EBU标准的数字音频数据分别通过图像编码和声音编码之后,生成次序为I1P4B2B3 P7B5B6I10 B8B9视频基本流(ES)和音频ES。在视频ES中还要加入一个时间基准,即加入从视频信号中取出的27MHz时钟。然后,再分别通过各自的数据包形成器,将相应的ES打包成打包基本流(PES)包,并由PES包构成PES。最后,节目复用器和传输复用器分别将视频PES和音频PES组合成相应的节目流(PS)包和传输流(TS)包,并由PS包构成PS和由TS包构成TS。显然,不允许直接传输PES,只允许传输PS和TS;PES只是PS转换为TS或TS转换为PS的中间步骤或桥梁,是MPEG数据流互换的逻辑结构,本身不能参与交换和互操作。由系统的定义,可知MPEG-2系统的任务。

 
 

  MPEG-2的标准由表2所示的8个文件组成,MPEG-2系统是其关键部分。MPEG以开放系统互联(OSI-Open System Interconnection)为目标,争取全球标准化。在详细规定视音频编码算法的基础上,为传输和交换编码数据流(比特流,码流,流)创造统一条件。以利于接收端重建为指导,按照既定的参数给数据流以一定程度的“包装”。

  因此,MPEG-2系统应完成的任务有:

 ● 规定以包方式传输数据的协议;
 ● 为收发两端数据流同步创造条件;
 ● 确定将多个数据流合并和分离(即复用和解复用)的原则;
 ● 提供一种进行加密数据传输的可能性。

  由系统的任务,可知完成任务,系统应具备的基础。 

  根据数字通信信息量可以逐段传输的机理,将已编码数据流在时间上以一定重复周期结构分割成不能再细分的最小信息单元,这个最小信息单元就定义为数据包,几个小数据包(Data Packet)又可以打包成大数据包(Data Pack)。用数据包传输的优点是:网络中信息可占用不同的连接线路和简单暂存;通过数据包交织将多个数据流组合(复用)成一个新的数据流;便于解码器按照相应顺序对数据包进行灵活地整理。从而,数据包为数据流同步和复用奠定了基础。

  因此,MPEG-2系统规范不仅采用了PS、TS和PES三种数据包,而且也涉及PS和TS两种可以互相转换的数据流。显然,以数据包形式存储和传送数据流是MPEG-2系统的要点。为此,MPEG-2系统规范定义了三种数据包及两种数据流:

 1) 打包基本流(PES)

  将MPEG-2压缩编码的视频基本流(ES-Elementary Stream)数据分组为包长度可变的数据包,称为打包基本流(PES- Packetized Elementary Stream)。广而言之,PES为打包了的专用视频、音频、数据、同步、识别信息数据通道。

  所谓ES,是指只包含1个信源编码器的数据流。即ES是编码的视频数据流,或编码的音频数据流,或其它编码数据流的统称。每个ES都由若干个存取单元(AU-Access Unit)组成,每个视频AU或音频AU都是由头部和编码数据两部分组成的。将帧顺序为I1P4B2B3P7B5B6 的编码ES,通过打包,就将ES变成仅含有1种性质ES的PES包,如仅含视频ES的PES包,仅含音频ES的PES包,仅含其它ES的PES包。PES包的组成见图2。

 

  由图2可见,1个PES包是由包头、ES特有信息和包数据3个部分组成。由于包头和ES特有信息二者可合成1个数据头,所以可认为1个PES包是由数据头和包数据(有效载荷)两个部分组成的。

  包头由起始码前缀、数据流识别及PES包长信息3部分构成。包起始码前缀是用23个连续“0”和1个“1”构成的,用于表示有用信息种类的数据流识别,是1个8 bit的整数。由二者合成1个专用的包起始码,可用于识别数据包所属数据流(视频,音频,或其它)的性质及序号。例如:

 比特序1 1 0 ×××××是号码为××××的MPEG-2音频数据流;
 比特序1 1 1 0 ××××是号码为××××的MPEG-2视频数据流。

  PES包长用于包长识别,表明在此字段后的字节数。如,PES包长识别为2 B ,即2×8 = 16 bit字宽,包总长为216-1=65535 B,分给数据头9 B(包头6 B + ES特有信息3 B ),可变长度的包数据最大容量为65526 B。尽管PES包最大长度可达(216 -1)=65535 B(Byte),但在通常的情况下是组成ES的若干个AU中的由头部和编码数据两部分组成的1个AU长度。1个AU相当于编码的1幅视频图像或1个音频帧,参见图2右上角从ES到PES的示意图。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。

  ES特有信息是由PES包头识别标志、PES包头长信息、信息区和用于调整信息区可变包长的填充字节4部分组成的PES包控制信息。其中,PES包头识别标志由12个部分组成:PES加扰控制信息、PES优先级别指示、数据适配定位指示符、有否版权指示、原版或拷贝指示、有否显示时间标记(PTS-Presentation Time Stamp)/解码时间标记(DTS-Deco

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