多路TS流的软件复用关键技术和实现

　　本文分析了多路数字电视节目系统级复用原理，并对数字电视节目专用信息PSI的提取和重构及系统层节目时间参考PCR值的修正等关键技术进行研究，提出了进行软件复用的具体方法，可以节约硬件成本，降低系统的开发费用；且算法全部软件实现，可移植性高，具有良好的扩展性，可以方便灵活的加入数字电视节目指南等辅助信息。

　　1.引言  FPT

　　FPT又称射频信号模式匹配（RF pattern match），是美国无线公司（US Wireless）开发的技术，已成功用于RadioCamera系统中。由于多径干扰的模式完全取决于反射环境，所以特定地区的干扰模式具有自己的特征。终端发射的无线电波经建筑物和其它障碍物的反射和折射，产生与周围环境密切相关的特定模式多径信号。基站天线阵列检测信号的幅度和相位特性，提取多径干扰特征参数，将该参数与预先存储在数据库中的模式进行匹配，找出相似的结果，然后结合地理信息系统，找出与该模式相匹配的地区范围，以街道和城区的图形化形式输出定位结果。FPT技术基本不受非视距传输效应（NLOS）影响，系统独立性强，结构简单。但FPT技术实施的高度复杂性是推广应用的障碍，因为在FPT定位系统投入实际使用前，必须建立庞大完整的位置指纹数据库，详细记录城市每个可分辩区域的特征，并保持与城市建设同步更新，以保证指纹样本的有效性、可靠性和准确性，所以该项技术尚处于试运行阶段，没有大规模应用。

　　数字图像通信的广泛也是常见的应用就是数字电视广播系统[1]，与此对应的 DVB 标准的建立更是加速了数字电视广播系统的大规模应用。DVB 标准选定 ISO JIEC MPEG-2 标准作为音频及视频的编码压缩方式，信源编码进行了统一，随后对 MPEG-2 码流进行打包形成 TS流（transport stream），进行多个传输流复用，通过卫星、有线电视等不同媒介传输方式进行传输。

　　对多个传输流进行复用的意义在于复用后的传输流只占用一个物理的传输信道，传输流中的每个节目所占用的是传输流提供的虚拟信道。在解码器端，只需要一套固定的接收设备，对不同节目的选择只是在传输流中选择不同的原始码流，这大大简化了接收机的实现，节省了成本，提高了灵活性，而且根据该标准定义，解码器的系统时钟与调制解调器的时钟是完全独立的。这使得在实现这两个子系统彼此功能时是完全分开的，因此接口变得很简单。

　　在数字电视节目制作及发送时，对多路节目的复用，由于一般的计算机很难处理几十兆到几百兆码率的码流，所以，目前大部分的复用器都是用硬件实现的，但其价格昂贵[2,3]。在软件复用实现方案中，服务器从卫星电视或其它片源中实时采集 TS流，经过分析和过滤将所选择的基本流复用成一路 TS 流，然后通过普通的 TS 流播出卡发送出去。论文分析多路 TS 流复用原理，针对 TS 流中的信息提取和节目专用信息 PSI （program specific information）合成，及软件复用中的节目时钟参考 PCR （ program clock reference）的修正等问题进行研究，提出了进行软件复用的 具体方法，在 Windows 平台上设计并实现多路 TS流的软件复用。

　　2.TS流的系统级复用

　　数字电视节目的复用包括两个阶段， 对音/视频 PES包的节目复用和对 TS流的系统复用[4]。本文研究第二个阶段即 TS系统级复用，将多个单路的 TS流合成一个多节目 TS流。数字电视系统级复用是数字电视系统的关键技术之一， 其中数字电视节目专用信息 PSI 的提取和重构及系统层节目时间参考 PCR 值的修正，是复用器的两项关键技术。

　　基于 MPEG-2 的 TS 流多路数字电视节目 TS 流系统级复用原理如图 1 所示。当多路 TS 流复用成一路 TS流时，首先将对各路 TS流的 PSI 进行搜集并分析其码流，得到各路 TS码流中相应的视频、音频、数据信息的码率、对各路节目的包标识 PID, 数字电视节目专用信息PSI，节目时间参考 PCR 等信息进行处理，丢弃各路原有的 PSI 信息。可以看到，无论是否出现 PID冲突，复用器都需要重构 PSI 信息，其滤波的处理过程如图 2 所示。并在携带有调整字段的 TS包中， 判断带有 PCR标志位字段的值，如果该值为“1”，那么在该 TS 流离开复用器的时刻，需要对 TS 包中的 PCR 值做相应的修正或重新插入新的节目时钟参考，具体方法将在后面详细介绍。

　　DVD节目中的MPEG2格式，是MPEG2-PS，全称是Program Stream，TS的全称则是Transport Stream。MPEG2-PS主要应用于存储的具有固定时长的节目，如DVD电影，而MPEG-TS则主要应用于实时传送的节目，比如实时广播的电视节目。这两种格式的主要区别是什么呢？你将DVD上的VOB文件的前面一截剪掉（或者干脆就是数据损坏），那么就会导致整个文件无法解码，而电视节目是你任何时候打开电视机都能解码（收看）的，所以，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。

　　3.TS流节目专用信息的提取与重构

　　数字电视节目专用信息 PSI 描述 TS流的组成结构，在 MPEG-2 系统层中极为重要，一个有多路节目和私有数据的 TS 流，需要 PSI信息将每一路节目的音视频对应起来[5]。PSI 信息将 TS 流中的内容描述成一个树状的结构，如图 3 所示。DVB 系统沿用 MPEG-2 的节目专用信息 PSI来确定传输的节目和包标识 PID 的关系以及节目的组成结构等情况。 PSI 主要包括以下四个表：节目关联表（PAT: Program AssociationTable）、条件访问表（CAT: Conditional Access Table）、节目映射表（PMT: Program Map Table）、网络信息表

　　MPEG2格式大家都通过对DVD的接触而多多少少了解了一些，DVD节目中的MPEG2格式，确切地说是MPEG2-PS，全称是Program Stream，而TS的全称则是Transport Stream。MPEG2-PS主要应用于存储的具有固定时长的节目，如DVD电影，而MPEG-TS则主要应用于实时传送的节目，比如实时广播的电视节目。这两种格式的主要区别是什么呢？简单地打个比喻说，你将DVD上的VOB文件的前面一截cut掉（或者干脆就是数据损坏），那么就会导致整个文件无法解码了，而电视节目是你任何时候打开电视机都能解码（收看）的，所以，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。

　　NIT: Network Information Table），本文需要涉及到节目关联表 PAT 和节目映射表 PMT。

　　由于 TS 流复用后的相关联内容发生了变化，因此要对 PSI 信息进行处理。PSI 信息的处理 包括 PAT 和 PMT 表的替换，PID 的重映射，还有就是连续计数器的修改，虽然这不算 PSI 信息， 但是这部分工作与 PSI 信息修改关系很密切，同时在实际的实现过程中可以同时完成。