DVB-S 码型研究及信道编码FPGA实现(3)

DVB-S码型研究及信道编码的FPGA

第三章 TS 流

我们在网络上通信都是通过发送或接受数据包来实现的。

I P数据包有首部和数据两部分组成的，首部的前一部分是固定长度20字节，是所有IP数据报必须具有的。首部包括：总长度、标识、MF、DF、片偏移。 “TS流”和“PS流”是经过MPEG-2系统压缩处理后的两种复合信息流。据传输媒体的质量不同，MPEG-2中定义了两种复合信息流：传送流（TS）和节目流（PS）。 在MPEG-2系统中，信息复合/分离的过程称为系统复接/分接，由视频，音频的ES流和辅助数据复接生成的用于实时传输的标准信息流（比如实时广播的电视节目）称为“MPEG-2传送流”（MPEG2-TS）（TS的全称：Transport Stream）。 而“MPEG-2节目流”（MPEG2-PS）主要应用于存储的具有固定时长的节目，如DVD电影（PS的全称：Program Stream）。

TS流与PS流的主要区别在于TS流的包结构是固定长度的，而PS流的包结构是可变长度的。PS包与TS包在结构上的这种差异，导致了它们对传输误码具有不同的抵抗能力，因而应用的环境也有所不同。

TS码流由于采用了固定长度的包结构，当传输误码破坏了某一TS包的同步信息时，接收机可在固定的位置检测它后面包中的同步信息，从而恢复同步，避免了信息丢失。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。

而PS包由于长度是变化的，一旦某一PS包的同步信息丢失，接收机无法确定下一包的同步位置，就会造成失步，导致严重的信息丢失。因此，在信道环境较为恶劣，传输误码较高时，一般采用TS码流；而在信道环境较好，传输误码较低时，一般采用PS码流。

由于TS码流具有较强的抵抗传输误码的能力，因此目前在传输媒体（如有线电视）中进行传输的MPEG-2码流基本上都采用了TS码流的格式。

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数据包介绍

在MPEG-2的标准中，定义了一下4种类型的码流：基本流（Elementary Stream, Es）、打包的基本流（Packetized Elementary Stream, PES）、节目流（Program Stream， PS）和传送流（Program Stream，TS）。 ES：包含压缩的音、视频数据及辅助数据。 PES：视频ES和音频ES分别按一定的格式打包。

PS：是由具有公共事件基准的一个或多个视频、音频PES服用而成的单一码流。 TS：是由一个或多个独立事件基准的一路货多路节目的多个视频、音频PES复用而成的单一码流。TS不是由多个PS复用而成，而是由多个PES复用而成，但这些PES可以有一个公共的时间标准，也可以是几个独立的时间基准TS是为易发生无码的传输信道环境和有损存储媒介设计的。 TS包的组成及功能

传送流是由一个或几个不同的PES经传送流打包后组成的复合流。通常将视频和音频的PES包放在传送流（TS包）的净荷上承载。TS包的长度是固定的，总是188B。

TS利用节目特定信息表（Program Spcific Information,PSI）来管理码流中各个PES的关系及其他的一些复用信息。TS的数据结构为固定长度（188B）的包，所以更适合在相对有干扰或无码的环境中传输，比如有线网络、卫星电视或地面广播。

TS包数据包括包头（Header）和净荷（Payload）两部分。

原始的视频和音频经过压缩编码后，首先形成基本流（ES），然后基本流被拆分为许多长度可变的包，形成PES包。每个PES包都包含包头信息和有效净荷数据，其中净荷数据含有视频或音频信息，最后，属于一套或多套节目的视频、音频、附加数据的PES被拆分成固定长度的TS包并按时分的方式复用成传送流进行传送。 为了使解码器能够找到所有的节目，MPEG-2标准的系统部分（即ISO/IEC 13818-1）定义了一组成为节目特定信息（Program Specific Information， PSI）的表，来说明传送流的内容，其作用是自动设置和引导接收机进行解码。

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视频 音频 视频编码器1 视频ES 打包器 视频PES 节目时钟基准 节目流ES 至无误码媒介 系统时钟1 PS复用器 音频ES 音频PES 数据 音频编码器1 打包器 视频 视频编码器n 视频ES 打包器 视频PES 系统时钟n 节目时间基准 TS复用器 传送流TS 至有误码媒介 音频 音频ES 音频编码器n 打包器 音频PES （图3.1） （图3.1）

PSI生成器 - 10 -

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扩展：

用 VC++开发环境设计实现了 TS流分析与复用软件系统 TSAM，测试结果表明软件复用速率达到并远远超过了一路传输码流的处理速度，该软件复 用方案是有效可行性的。用软件实现传输流的复用，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。

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第四章 信道编码

（图4.1）

数字信号在传输中往往由于各种原因，使得在传送的数据流中产生误码，从而使接收端产生图像跳跃、不连续、出现马赛克等现象。所以通过信道编码这一环节，对数码流进行相应的处理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传送中误码的发生。误码的处理技术有纠错、交织、线性内插等。

信道编解码的主要作用在于对信道的差错控制。其理论基础源自香农第二定理。该定理指出，任何信道都有一定的信道容量C，对任意R

纠错编码的具体做法是:在发送端，信道编码器按照一定的约束关系给被传输的信息序列附加上一些监督码元，这些多余的码元与信息码元构成编码序列一同被发送到信道。在接收端信道译码器按照即定的规则对所接收到的码序列中的监督码元和信息码元间的关系进行检验，一旦传输过程中发生差错，则两者间的关系就会受到破坏，从而可以发现错误，乃至纠正错误。其实质在于利用编码冗余度和对噪声进行均化，为了传输冗余比特就得动用时间、频带、功率以及设备复杂度等冗余资源，而噪声均化的方法主要是加大码长、卷积和交织三种。但同时也增加了设备的复杂度，编码学家一直在寻求一种信道编码结构，它的性能接近香农限，同时它的编译码复杂度又能够被人们接受。数字电视中常用的纠错编码，通常采用两次附加纠错码的前向纠错（FEC）编码。RS编码属于第一个FEC，188字节后附加16字节

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