Giới thiệu MPEG TS

Giới thiệu MPEG TSMPEG2 Transport Stream MPEG-TS, MTS hay TS là một chuẩn định dạng đặc biệt, một container format cho việc truyền và lưu trữ MPEG video trộn với các dòng khác.. Tổng qua

1 Giới thiệu MPEG TS

MPEG2 Transport Stream (MPEG-TS, MTS hay TS) là một chuẩn định dạng đặc biệt, một container format cho việc truyền và lưu trữ MPEG video trộn với các dòng khác Chuẩn này thường dùng cho TV số

và truyền dòng trên mạng, bao gồm internet TS được sử dụng trong các hệ thống quảng bá ví dụ như DVB, ATSC và IPTV

Transport Stream được định nghĩa trong MPEG-2 Part 1, Systems (thường được biết đến như là

chuẩn ISO/IEC 13818-1 hay ITU-T Rec H.222.0)

Tên file mở rộng có dạng: ts, tsv, tsa

2 Tổng quan hoạt động MP2TS

Bổ sung sau cho phù hợp với hình Đầu ra của một

bộ mã hóa MPEG audio hay video được gọi là một dòng cơ sở (elementary stream) Để thuận tiện, dòng cơ sở được chia thành các khối dữ liệu kích thước dễ quản lý, hay còn gọi là gói hóa dòng cơ sở, tạo thành PES (packetized elementary stream) PES chứa các thông tin tiêu đề (information header) để xác định điểm bắt đầu của 1 gói tin và cần phải

có nhãn thời gian (time stamps) bởi vì việc gói hóa dòng cơ sở phá vỡ trục thời gian Nhãn thời gian trong mỗi PES có thể được sử dụng để đảm bảo đồng bộ môi (lip-sync) giữa video và audio

Trong truyền tải và quảng bá truyền hình số, một vài chương trình cùng với PES của mỗi chương trình có thể được trộn lại thành một dòng truyền tải đơn Một dòng truyền tải khác với dòng chương trình (program stream) trong việc gói PES được chia nhỏ hơn thành các gói kích thước nhỏ cố định và mang

theo được nhiều chương trình được mã hóa với đồng hồ khác nhau Điều này thực hiện được là bởi vì TS

có kỹ thuật đồng hồ chương trình tham chiếu (PCR – program clock reference) cho phép truyền nhiều đồng gồ, và một trong số đó được chọn và được tái tạo tại bộ giải mã

TS không chỉ là bộ trộn PES audio và video Cộng thêm vào audio, video và dữ liệu đã nén, TS còn bao gồm siêu dữ liệu (metadata) miêu tả dòng bit TS bao gồm bảng kết hợp chương trình (PAT – Program Association Table) liệt kê các chương trình trong dòng truyền tải Mỗi thực thể trong PAT chỉ đến bảng ánh xạ chương trình (PMT – Program Map Table), PMT liệt kê các dòng bit cơ sở ứng với mỗi chương trình Một vài chương trình được phát, nhưng một vài chương trình có thể được sắp đặt với điều kiện truy cập (mã hóa bảo mật), những thông tin này cũng được lưu trong metadata

Dòng truyền tải bao gồm các gói dữ liệu kích thước cố định, gói TS (TS packet) gồm 188 bytes Mỗi gói mang một mã định danh chương trình (PID – Program Identifier) Tất cả các gói trong cùng một dòng cơ

sở thì có chung PID, do đó bộ giải mã hay bộ phân kênh có thể chọn một hay nhiều dòng cơ sở mà nó cần và từ chối các dòng còn lại Việc đếm các gói tin liên tục đảm bảo rằng mọi gói tin cần để giải mã dòng đều được nhận Một hệ thống đồng bộ hiệu quả là cần thiết để bộ giải mã có thể xác định một cách chính xác điểm bắt đầu của mỗi gói tin và thực hiện giải mã dòng bit thành từ mã

3 Các khái niệm cơ bản

‒ PES : Packetized Elementary Streams, là gói tin sau khi gói hóa dòng cơ sở Dòng cơ sở liên tục mang audio hoặc video từ bộ nén cần được phân chia thành các gói tin Những gói tin này được định danh bởi tiêu đề, bao gồm cả nhãn thời gian cho việc đồng bộ hóa Các gói tin PES có thể được sử dụng để tạo các dòng chương trình (Program Streams) hoặc dòng truyền tải (Transport Streams) Trong PES, dòng cơ sở liên tục được chia thành các gói tin có kích thước phù hợp với ứng dụng Kích thước gói tin có thể là vài trăm KB, dẫu cho nó đa dạng với ứng dụng Mỗi gói tin được bắt đầu bằng tiêu đề (PES packet header) BỔ SUNG

The packet begins with a start-code prefix of 24 bits and a stream ID that identifies the contents

of the packet as video or audio and further specifies the type of audio coding These two

parameters (start code prefix and stream ID) comprise (bao gồm) the packet start code that identifies the beginning of a packet

- Time Stamps: Nhãn thời gian được kết hợp chặt chẽ từng giai đoạn trong mỗi ảnh để giữ audio và video cùng nhau

Nhãn thời gian là số 33 bit (33 bit for the 90kHz portion of the clock), chia 27MHz cho 300 Nhãn thời gian có thể nội suy từ bộ giải mã, nhưng không được lớn hơn 700ms một phần Time stamps indicate where a particular access unit belongs in time Lip sync is obtained by incorporating time stamps into the headers in both video and audio PES packets

- PTS/DTS:

The decode time stamp (DTS) indicates the time when a picture must be decoded, whereas

a presentation time stamp (PTS) indicates when it must be presented to the decoder output

4 Các phần tử cơ bản của TS

- TS Packet:

The size is a constant 188 bytes and it is always divided into a header and a payload

In this header, the most important information is:

o The sync byte This byte is recognized by the decoder so that the header and the payload can be deserialized Có giá trị 0x47

o The transport error indicator This indicator is set if the error correction layer above the transport layer is experiencing a raw-bit error rate (BER) that is too high to be correctable It indicates that the packet may contain errors

o The packet identification (PID) This 13 bit code is used to distinguish between different types of packets More will be said about PID later

o The continuity counter This four-bit value is incremented by the multiplexer as each new packet having the same PID is sent It is used to determine if any packets are lost, repeated, or out of sequence

- Programs: Transport stream has a concept of programs Each single program is described by

a Program Map Table (PMT) which has a unique PID, and the elementary streams associated with that program have PIDs listed in the PMT

- PAT: PAT stands for Program Association Table It lists all programs available in the transport stream Each of the listed programs is identified by a 16-bit value called program_number Each of the programs listed in PAT has an associated value of PID for its Program Map Table (PMT) TS Packets containing PAT information always have PID 0x0000

- PMT: Program Map Tables (PMTs) contain information about programs For each program, there is one PMT While the MPEG-2 standard permits more than one PMT section to be transmitted on a single PID (Single Transport stream PID contains PMT information of more than one program)

- PCR: To enable a decoder to present synchronized content, such as audio tracks matching

the associated video, at least once each 100 ms a Program Clock Reference, or PCR is

transmitted in the adaptation field of an MPEG-2 transport stream packet The PID with the PCR for an MPEG-2 program is identified by the pcr_pid value in the associated Program Map Table The value of the PCR, when properly used, is employed to generate a

system_timing_clock in the decoder The STC or System Time Clock decoder, when properly implemented, provides a highly accurate time base that is used to synchronize audio and video elementary streams Timing in MPEG2 references this clock For example, the

presentation time stamp (PTS) is intended to be relative to the PCR.The first 33 bits are based on a 90 kHz clock

-By reading the PAT, the demultiplexer can find the PIDs of the NIT and of each program map table (PMT) By finding the PMTs, the demultiplexer can find the PIDs of each elementary stream

- Null packets: Some transmission schemes, such as those in ATSC and DVB, impose strict

constant bitrate requirements on the transport stream In order to ensure that the stream maintains a constant bitrate, a Multiplexer may need to insert some additional packets The PID 0x1FFF is reserved for this purpose The payload of null packets may not contain any data at all, and the receiver is expected to ignore its contents