Giả định dạng nguồn Phân kênh dòng chương trình Phân kênh Bộ mở gói Giải m hóa nénã Lớp nén (compress layer) Lớp hệ thống (system layer) Ghép kênh tạo Ghép kênh tạo dòng chương trình Bộ đóng gói M hóa nénã Định dạng nguồn
AUDIO, VIDEO, DATA
Hệ thống MPEG - 2 sử dụng cấu trỳc dữ liệu dạng gúi như dữ liệu của cỏc mạng truyền thụng. Cỏc gúi dữ liệu luụn luụn bao gồm phần đầu đề (Header) và phần tải (Payload).
+ Phần Header chứa thụng tin cần thiết để xử lý dữ liệu ở phần Payload (thụng tin phõn loại ảnh trong phần Header gúi ảnh).
+ Kớch thước phần Payload cú thể cố định hoặc thay đổi.
Hỡnh 3.11. Mụ tả kớch thước Payload.
Trong tiờu chuẩn MPEG - 2, dũng bớt tại đầu ra bộ mó hoỏ Video/Audio được gọi là dũng sơ cấp ES và là một khung Audio trong dũng Audio cơ bản. Cỏc dũng ES được đúng gúi trở thành: “Packetized Elementary Stream”, gọi là cỏc gúi PES. Cũng như mọi dạng thụng tin khỏc, PES bao gồm phần Header và phần Payload. Phần Payload của PES cú độ dài thay đổi. Cỏc gúi PES sau đú được chia ra thành cỏc gúi nhỏ hơn cú độ dài cố định gọi là gúi truyền tải TSP (Transport Stream Packet).
Mỗi loại gúi cấu trỳc nờn một dạng dũng dữ liệu sử dụng cho những ứng dụng khỏc nhau. Cỏc gúi PES cấu thành dũng chương trỡnh (Program Stream). Nếu chỳng được chia nhỏ thành cỏc gúi TS (Tranport Packet) thỡ tạo thành dũng truyền tải (Transport Stream). Ở phớa phỏt hiện đúng gúi và ghộp kờnh, cũn bờn thu sẽ mở gúi và giải mó.
Packet header Packet payload
Hỡnh 3.12. Hệ thống truyền tải MPEG -2
Lớp hệ thống (System layer) là phần mở rộng của MPEG -2 so với MPEG -1. MPEG -1 chỉ quy định quỏ trỡnh nộn, giải nộn và đồng bộ cho tớn hiệu video, audio trong lớp nộn. Lớp này mụ tả cỳ phỏp và cỏc dũng video và audio trong lớp nộn. Mỗi dũng này, một cỏch độc lập nhau, cấu thành cỏc dũng cơ bản (Elementary Stream - ES).
MPEG -2 trong lớp tăng cường của mỡnh là System Layer, xỏc định ký phỏp kết nối cỏc dũng video, audio riờng lẻ thành cỏc dũng đơn cho lưu trữ (dũng chương trỡnh - Program Stream) hoặc truyền dẫn (dũng truyền tải - Transport Stream) cũng như cỏc thụng tin cần thiết cho phõn kờnh và đồng bộ tại bờn thu. Cuối lớp hệ thúng (System Layer), cỏc thụng tin đồng hồ tham chiếu (System Clock Reference - SCR) và tem thời gian trỡnh diễn (Presentation Time Stamp) được xen vào dũng bit.
3.4.2. Dũng dữ liệu đúng gúi, dũng chương trỡnh và dũng truyền tải
Dữ liệu phần Payload Gói có dung lượng Max là 8 Kbyte
Số byte SC SI PL BS 3 2 2 1 SC SI Bắt đầu mã Xác định dòng Độ dài gói Dung lượng bộ đệm Mục đích PL BS 8 byte header Dòng #1 trình chương Dòng truyền tải #1 Đóng gói Đóng gói Đóng gói Đóng gói Đóng gói Video Audio M hóa và nénã M hóa và nénã Audio Dữ liệu Video M hóa và nénã Định dạng M hóa và nénã Audio PES Video PES G hé p kê nh #n #2 hé p kê nh Audio PES G hé p kê nh Data PES #2 Video PES G hé p kê nh T S
Dũng Video, Audio cơ bản qua bộ đúng gúi sẽ được phõn tỏch thành cỏc gúi PES với kớch cỡ bất kỳ. Nội dung của PES khởi nguyờn từ dữ liệu õm thanh, hỡnh ảnh MPEG - 2 gốc.
Cấu trỳc PES trong tiờu chuẩn MPEG - 2 như sau:
Hỡnh 3.13. Cấu trỳc gúi PES
Sau khi được đúng gúi, cỏc dũng Video, Audio cơ bản (Elementary Stream) trở thành cỏc dũng được đúng gúi PES (Packetized Elementary Stream).
b. Dũng chương trỡnh (Program Stream - PS) và dũng truyền tải (Transport Stream - TS)
Thụng thường, cú hai phương thức cung cấp thụng tin video tới người sử dụng: Từ mỏy phỏt VCR hoặc từ mạng truyền hỡnh quảng bỏ thụng qua cỏp, vệ tinh hay truyền thụng mặt đất. MPEG - 2 định nghĩa hai cụng cụ cho hai phương thức truyền tớn hiệu này là:Dũng chương trỡnh cho lưu trữ dữ liệu trờn ổ cứng hay đĩa CD-ROM và dũng truyền tải (Transport Stream) cho mạng cung cấp tớn hiệu video thời gian thực
truyềntải TS của gói Phần deader 2 2 1 1 1 13
Gói có độ dài 188 byte
Từ đồng bộ 47H
Số bít 4 byte
Cờ báo lỗi truyền dẫn (Error indicator) Bắt đầu gói PES (Packet start indicator) Chỉ định ưu tiên truyền dẫn Chỉ mục gói PES (Packet indentifier) Điều khiển trộn (Scramb control) Điều khiển trường thích nghi (Adaptation field control)
Phần header thích nghi có độ dài thay đổi Số liệu truyền tải
Mục đích 184 byte
Hỡnh 3.14. Định dạng dũng chương trỡnh, dũng truyền tảitừ dũng đúng gúi PES
Dũng chương trỡnh bao gồm cỏc gúi PES cú độ dài thay đổi. Dũng chương trỡnh được cấu thành từ sự ghộp nối cỏc dũng video và audio đúng gúi (PES), được thiết kế để truyền trờn cỏc kờnh tương đối ớt bị nhiễu (vớ dụ trong cỏc ứng dụng CD - ROM) bởi vỡ dũng chương trỡnh cú độ dài gúi thay đổi làm giảm tớnh chống nhiễu và bất cứ sự thất thoỏt, cấu trỳc dữ liệu nào cũng gõy ra những tỏc động vụ cựng xấu tới chất lượng hỡnh ảnh và õm thanh.
Dũng truyền tải: Nếu chia cỏc gúi PES cú độ dài khỏc nhau thành cỏc gúi TS cú độ dài khụng đổi (Mỗi gúi TS được bắt đầu bằng TS Header) và truyền cỏc gúi này đi, ta sẽ cú dũng truyền tải TS.
Hỡnh 3.15. Cấu trỳc gúi truyền tải (Tranport stream packet - TS) trong tiờu chuẩn MPEG - 2
Cỏc gúi TS cú độ dài khụng đổi là 188 byte, trong đú chứa thụng tin định thời, đồng bộ cũng như cụng cụ chớnh xỏc độ Jiter để đảm bảo truyền trờn cỏc truyền nhiễu như: Kờnh truyền hỡnh thụng thường ( thụng qua trạm mặt đất) cũng như cỏc kờnh truyền hỡnh cỏp.
Một trong những trường quan trọng nhất trong phần Header gúi TS là PID (Packet Identifie) và PCR (Presentation Clock Pefference). Tất cả cỏc gúi truyền tải đều cú số PID, sử dụng để xỏc định cỏc gúi truyền tải mang dữ liệu của cựng một dũng sơ cấp, đồng thời cũng định dạng loại dữ liệu được truyền tải trong phần Payload. Một số giỏ trị PID cú ý nghĩa đặc biệt trong MPEG - 2.
Bảng 3.6. Cỏc giỏ trị của số PID
Giỏ trị PID Mụ tả
0 x 0000 Bảng hiệp hội chương trỡnh
0 x 0000 Bảng truy cập cú điều kiện
0x0002 ữ 0x000 F Dành riờng
0x0010 ữ 0 x 1 FFE Dành cho dong PES, bảng MAP,
bảng mạng
Chuỗi Video #n
Chuỗi Video #n
Chuỗi Video #n+1
Chuỗi Video #n+1 Gói PES (độ dài thay đổi, lớn hơn 64Kbit)
Gói PES (độ dài thay đổi, lớn hơn 64Kbit) Chuỗi Video #n-1 Chuỗi Video #n-1 188 byte/gói Dòng sơ cấp Video Dòng sơ cấpVideo đ đóng góiã Các gói truyền tải Video Dòng sơ cấp Audio 188 byte/gói Các gói truyền tải Audio Dòng sơ cấp Audio đ đóng góiã Audio Video Video Audio Video Audio Dòng chương trình #3 Video Dữ liệu Audio 2 Audio 1 Video Dòng chương trình #1 Dòng chương trình #2
Cỏc gúi truyền tải cú PID = 0 mang dữ liệu của bảng hiệp hội chương trỡnh (Program Association Tabe)
Cỏc gúi TS cú số PID = 0 x10, trong phần payload mang dữ liệu audio, video của cỏc dũng sơ cấp.
Tốc độ truyền tải luụn luụn khụng đổi nờn cỏc gúi rỗng được thờm vào để duy trỡ tốc độ bớt ổn định cho dự tốc độ cỏc dũng sơ cấp là thay đổi. Trường PCR chứa thụng tin thời gian sử dụng cho đồng hồ đồng bộ 27 MHz trong bộ giải mó và giải mó.
Một chương trỡnh bao gồm một hay nhiều dũng cơ cấp với cựng thụng tin tham chiếu định thời. Nghĩa là một bộ PCR cung cấp thụng tin định thời cho tất cả cỏc loại số liệu: video, audio, được suy ra từ xung đồng bộ chủ. Hỡnh vẽ dưới đõy mụ tả quỏ trỡnh ghộp kờnh Audio, video tạo thành dũng truyền tải.
Hỡnh 3.16. Định dạng truyền tải MPEG - 2
3.4.3. Dũng truyền tải MPEG - 2
Dũng truyền tải MPEG - 2 với độ dài cỏc gúi TS (Transport Stream Packet) khụng đổi cú một số ưu điểm nổi bật sau:
+ Cấp phỏt dung lượng động:
Cỏc gúi TS với độ dài cố định tạo khả năng linh hoạt trong việc cấp phỏt dung lượng kờnh giữa cỏc số liệu video, audio cũng như cỏc số liệu phụ.
Mỗi gúi TS được nhận dạng với số PID thuộc TS header. Dung lượng toàn bộ của kờnh cũng cú thể được cấp phỏt lại khi phõn phối số liệu. Khả năng này cú thể được ứng dụng để phõn phối cỏc khúa mó trong từng giõy đến người xem trong cỏc chương trỡnh truyền hỡnh cú thu tiền.
+ Khả năng co gión:
Một kờnh cú dải thụng tin rộng hơn cú thể khai thỏc tối đa bằng cỏch sử dụng nhiều dũng sơ cấp ES tại đầu vào bộ ghộp kờnh. Tớnh chất này rất cú giỏ trị khi phõn phối trờn mạng cũng như cung cấp khả năng liờn vận hành.
+ Khả năng mở rộng:
Cấu trỳc dũng truyền tải cho phộp mở rộng khả năng phục vụ cỏc dịch vụ trong tương lai. Cỏc dũng bớt sơ cấp mới cú thể được ghộp thờm vào dũng truyền tải mà khụng cần sửa đổi cấu tạo phần cứng phớa phỏt, chỉ cần gắn thờm cỏc PID mới, khả năng tương hợp ngược vẫn đảm bảo. Cú nghĩa bộ giải mó hệ thống hiện nay vẫn giải mó được dũng truyền tải tương lai nhưng bỏ qua cỏc gúi tương ứng cỏc PID mới . Khả năng này được ứng dụng để đưa vào “Cỏc dạng thức 1000 dũng quột liờn tục “ hay “3D - HDTV ” bằng cỏch gửi thờm số liệu theo tớn hiệu cơ bản.
+ Khả năng chống lỗi và đồng bộ:
Cỏc gúi TS cú độ dài khụng đổi tạo nền tảng cho việc kiểm soỏt lỗi gõy ra bởi đường truyền và việc khụi phục lại đồng bộ giữa cỏc dũng bớt sơ cấp video, audio đang ghộp kờnh chung (dựa vào thụng tin trong phõn header).
a. Tớnh linh hoạt của dũng truyền tài
Dũng truyền tải MPEG - 2 rất linh hoạt, thể hiện dưới hai khớa cạnh sau: - Cỏc chương trỡnh được định nghĩa như bất kỳ kết hợp nào của cỏc dũng bớt sơ cấp. Cỏc dũng bớt sơ cấp cú thể xuất hiện trong một hay nhiều chương trỡnh khỏc nhau. Hai dũng bớt video cú thể cựng kết hợp với một dũng audio để tạo hai chương trỡnh khỏc nhau. Cỏc chương trỡnh cú thể được sửa đổi phự hợp với một số yờu cầu đặc biệt cựng một chương trỡnh truyền hỡnh như phần audio được thay đổi theo từng vựng ngụn ngữ khỏc nhau.
- Nhiều chương trỡnh khỏc nhau cú thể ghộp kệnh trong cựng một hệ thống truyền tải, tại phớa thu (phớa giải mó) chỳng sẽ được tỏch ra dễ dàng.
b. Khả năng liờn vận hành của dũng truyền tài.
Khả năng liờn vận hành của dũng bớt truyền hỡnh là đặc tớnh quan trọng của hệ thống truyền hỡnh số, hai lĩnh vực liờn vận hành cần được quan tõm là: Dũng truyền tải MPEG - 2 cú thể được truyền trờn tất cả cỏc hệ thống thụng tin và hệ thống truyền tải MPEG - 2, cũng cú thể truyền cỏc dũng bớt đó tạo ra bởi cỏc thụng tin khỏc.
Một cỏch tổng quỏt, khụng cú gỡ ngăn trở việc truyền cỏc dũng truyền tải MPEG - 2 trờn cỏc hệ thống truyền dẫn khỏc nhau, tuy nhiờn, trong một số hệ thống như truyền dẫn cỏp, DBS, ATV..., dũng truyền tài MPEG - 2 được truyền dễ dàng hơn, thuận tiện hơn so với một số hệ thống khỏc như cỏc mạng mỏy tớnh sử dụng thủ tục FDDI, IEEE 802 ..., cú thể sử dụng dũng truyền tải MPEG - 2 để truyền nội bộ trong studio cũng như truyền tới cỏc thiết bị, cỏc hệ thống thụng qua một số phương phỏp như sau:
- Phương phỏp truyền số liệu nối tiếp SDI (Serial Digital Interface) theo khuyến nghị 656.
- Phương phỏp truyền số liệu đúng gúi nối tiếp SDDI (serial Digital Data Interconect).
- Phương phỏp truyền SDH/SONET (Synchronnous Digital Hierachy/ Syschronous Optical Network).
- Phương phỏp truyền số liệu gúi ATM (Asynchronnous Transfer Mode).
Một khớa cạnh liờn vận hành khỏc của dong truyền tải truyền hỡnh là khả năng truyền cỏc dũng bớt khụng phải thuộc truyền hỡnh trờn cỏc hệ thống truyền hỡnh số dựa trờn tiờu chuẩn MPEG - 2. Điều này thực hiện được khi cỏc dũng bit này bao gồm cỏc gúi truyền tải cú khả năng nhận dạng. Tuy nhiờn ở lớp hệ thống MPEG - 2 cũng cần cú xử lý thờm.
c. Sự phõn loại dũng truyền tải - dũng truyền tải đa chương trỡnh.
Hệ thống MPEG - 2 phõn loại hai dạng dũng truyền tải:
- Dũng truyền tải đơn chương trỡnh (Single Program Transport Stream _ SPTS):
Dũng truyền tải này gồm cỏc dũng PES tương ứng với cỏc dũng sơ cấp khỏc nhau (audio, video, dữ liệu) nhưng cú cựng thời gian gốc (thời gian định thời)
- Dũng truyền tải đa chương trỡnh (Multi Program Transport Stream - MPTS):
Theo tiờu chuẩn MPEG - 2, một chương trỡnh là sự kết hợp của một số dũng cơ cấp cú cựng thời gian gốc. Một dũng sơ cấp video kết hợp với hai dũng sơ cấp cú cựng thời gian gốc. Một dũng sơ cấp video kết hợp với hai dũng cơ cấp audio và một dũng sơ cấp dữ liệu tạo thành một chương trỡnh truyền hỡnh với hai ngụn ngữ khỏc nhau, dũng dữ liệu chứa thụng tin bỗ trợ.
Program 1
Video 1
Audio 1 Video 2
Program 2
Cú nghĩa là một trạng thỏi thiết lập PCR cung cấp thụng tin định thời cho cỏc loại dữ liệu trong chương trỡnh. Cỏc thời gian định thời riờng lẻ cho audio hay video được suy ra từ đồng hồ chủ.
Nếu đan xe cỏc gúi TS của hai hay nhiều chương trỡnh khỏc nhau sẽ tạo ra dũng truyền tải đa chương trỡnh (Multi Program Transport Stream), được mụ tả như sau:
Hỡnh 3.17. Dũng truyền tải đa chương trỡnh
Dũng truyền tải ở đõy được tạo ra do đan xe cỏc gúi TS của hai chương trỡnh. Chương trỡnh 1 gồm hai dũng Sơ cấp (một video và một audio).
Chương trỡnh 2 chỉ cú dũng sơ cấp video, mỗi chương trỡnh cú đồng hồ tham chiếu 27 Mhz riờng. Tốc độ dũng truyền tải bao giờ cũng được ổn định cho dự tốc độ cỏc dũng sơ cấp thay đổi. Cỏc gúi dữ liệu rỗng cú số PID = 1FFF được thờm vào nhằm duy trỡ ổn định tốc độ bớt dũng truyền tải đa chương trỡnh.
d. Thụng tin đặc tả chương trỡnh PSL (Program specific information)
Như đó đề cập, một dũng truyền tải đa chương trỡnh gồm một số cỏc chương trỡnh, mỗi chương trỡnh lại gồm một số dũng cơ cấp. Do đú, hệ thống cần theo dừi tất cả cỏc dũng số liệu khỏc nhau và cỏc PID liờn hệ. Bởi vậy, bờn cạnh dũng thụng tin audio và video, hệ thống truyền tải MPEG - 2 cũng mang thụng tin điều khiển và quản lý. Cỏc thụng tin này được sử dụng để nhúm cỏc dũng audio và video riờng rẽ trong một chương trỡnh.
Tất cả cỏc cấu trỳc thụng tin điều khiển và quản lý chương trỡnh được nhúm trong” Thụng tin đặc tả chương trỡnh” Prorgam Specific information - PSI”. Về cơ bản, PSI là một tập hợp cỏc bảng kết nối với nhau.
Bao gồm:
- Program Association Table (PMT): Bảng liờn kết chương trỡnh - Program map Table: Bảng bản đồ chương trỡnh.
- Network Information Table (CAT): bảng truy xuất cú điều kiện.
Cỏc thụng tin đặc tả chương trỡnh PSI bao gồm cỏc loại thụng tin: PAT, PMT, NIT và CAT. Thụng tin bảng liờn kết chương trỡnh PAT là điểm bắt đầu của dũng truyền tải đa chương trỡnh và được tỡm thấy trong cỏc gúi truyền tải cú số PID = 0
Thụng tin PAT bao gồm số thứ tự chương trỡnh và một sú PID tương ứng với mỗi chương trỡnh. Giỏ trị PID này xỏc định cỏc gúi truyền tải mang một thụng tin đặc tả khỏc là MAP (Bảng bản độ chương trinh).
Thụng tin MAP cú một trường hợp gọi là PID - sơ cấp (elemntary PID).Trường này xỏc định số PID của cỏc gúi truyền tải mang dữ liệu PES (Packet elementary stream) của một số chương trỡnh xỏc định.
Bảng thông tin mạng NIT Thông tin về mạng cung cấp Thông tin điều khiển trộn Bảng sơ đồ chương trình PMT (cho chương trình số 15) (Thuộc các gói truyền tải có số PID=1)
Số thứ tự
chương trình Số PID Số PID
Số thứ tự chương trình
Bảng truy xuất có điều kiện CAT (Thuộc các gói truyền tải có số PID=1)
15 10 2 1 0 200 100 .... ... 37 123 65 Video 500 Bảng liên kết chương trình PAT
(thuộc các gói TS có số PID=0)
Trong hỡnh dưới đõy cho ta thấy: Bảng PAT xỏc định đối với chương trỡnh số 15 thỡ thụng tin bản đồ chương trỡnh (MAP) nằm trong cỏc gúi cú số PID là 200. Gúi PES video cho chương trỡnh số 15 được tỡm thấy trong cỏc gúi truyền tải cú số PID - 500. Cỏc gúi audio tương ứng của chương trỡnh này nằm trong cỏc gúi truyền tải cú số PID 510 và 520.