MPEG-TS

Транспортный поток (TS, TP, MPEG-TS, или M2TS) является протоколом для передачи аудио- и видеоданных, описанным в MPEG2, часть 1^[1]. Цель разработки этого стандарта — мультиплексирование аудио- и видеоданных и синхронизация их выхода. Транспортный поток открывает возможности для исправления ошибок транспортных средств, таких как DVB и ATSC.

Несколько MPEG программ объединяются, а затем отправляются на передающую антенну. В трансляциях цифрового ТВ США ATSC-приёмник декодирует TS и отображает его.

TS — формат медиаконтейнера, который инкапсулирует пакеты элементарных потоков и других данных.

Структура потока

В транспортном потоке можно выделить несколько уровней абстракции, иерархическая структура которых напоминает сетевую модель OSI. Например поток, содержащий видео, можно представить следующим образом:

• Смесь различных программ.
  • Пакетизированный элементарный поток (Packetized elementary stream, PES)
    • Элементарный поток (Elementary stream, ES)
      • Группа изображений (Group of pictures, GOP) — предоставляет произвольный доступ к картинке
        • Отдельное изображение (кадр)
          • Срез (Slice) — часть кадра, выделенная для предотвращения распространения ошибок квантования
            • Макроблок — в составе — от 6 до 12 DCT-блоков.
              • Элементарный блок кодирования (DCT-блок) размером 8x8 точек

Важные элементы транспортного потока

Пакет

Пакет, базовая единица транспортного потока.

Заголовок пакета:

• заголовок начинается с предопределённого байта синхронизации (8 бит) 0x47 (0100 0111).
• Следующие три битовых флага используются, чтобы указать, как должна быть обработана полезная нагрузка.
  • 1. Первый флажок указывает на транспортную ошибку (Transport Error Indicator)
  • 2. Второй флажок указывает начало полезной нагрузки (Payload Unit Start Indicator). Когда полезная нагрузка Transport Stream пакета содержит данные по PSI, payload_unit_start_indicator имеет значение 1. Если Transport Stream пакет не содержит данных по PSI, то значение payload_unit_start_indicator будет 0. Ссылка на разделы 2.4.4.1 и 2.4.4.2 . Это также применяется к приватным потокам с stream_type 5 (ссылка на Таблица 2-29).
  • 3. Третий флажок указывает транспортный приоритетный бит (Transport Priority)
• флажки сопровождаются идентификатором пакета (13 бит) — PID. Используется, чтобы однозначно определить поток, которому принадлежит пакет (например, пакеты PES, соответствующие ES), сгенерированный мультиплексором. PID позволяет получателю дифференцировать поток, которому принадлежит каждый полученный пакет. Некоторые значения PID предопределены и используются, чтобы указать различные потоки информации контроля. От пакета с неизвестным PID, который не требуется получателю, просто отказываются. Специфическое значение PID 0x1FFF зарезервировано, чтобы указать, что пакет — нулевой пакет (и должен быть проигнорирован получателем).
• два следующих служебных бита используются процедурами условного доступа к зашифрованной полезной нагрузке некоторых пакетов TS (Transport Scrambling Control):
  • 1. 00 — Не зашифрованный пакет.
  • 2. 01 — ЗАРЕЗЕРВИРОВАННЫЙ для будущего использования.
  • 3. 10 — Пакет зашифрован четным ключом.
  • 4. 11 — Пакет зашифрован нечетным ключом.
• Два служебных бита поля адаптации, которые могут иметь четыре значения:
  • 1. 01 — без поля адаптации (adaptation_field), только полезная нагрузка (payload_data)
  • 2. 10 — только поля адаптации (adaptation_field), без полезной нагрузки (payload_data)
  • 3. 11 — поля адаптации (adaptation_field) и далее следует полезная нагрузка (payload_data)
  • 4. 00 — ЗАРЕЗЕРВИРОВАННЫЙ ISO/IEC для будущего использования
• Наконец есть Счётчик Непрерывности (Continuity Counter; 4 бита)

Остальная часть пакета состоит из полезной информации. Пакеты составляют 188 байт в длине, но среда коммуникации может добавить некоторые байты для устранения ошибок пакета. DVB-ASI использует 204 байта и 208 байтов ATSC как транспортный пакет потока. (DVB t=8 и ATSC t=10 то есть дополнительные байты = 2*t). Передача ATSC добавляет 20 байтов Reed-Solomon передовое устранение ошибок, чтобы создать пакет, который является 208 байтов длиной. 188-байтовый размер пакета был первоначально выбран для совместимости с системами ATM.

Поле адаптации (Adaptation Field)

Заголовок AF:

• AF length - байт, длина AF до данных пакета
• DI (Discontinuity indicator) - устанавливается в 1 если на этом пакете нарушилась непрерывность потока по СС или PCR.
• RAI (Random Access Indicatior) - устанавливается в пакете, с которого возможно начать декодирование без ошибок
• Elementary stream priority indicator - устанавливается, для элементарного потока, который должен обрабатываться как "высокоприоритетный"
• PCR present - устанавливается, если AF содержит поле PCR (Program clock reference, 48 бит)
• OPCR present - устанавливается, если AF содержит поле OPCR (Original Program clock reference, 48 бит), используется при копировании TS
• Splicing point flag - устанавливается, если AF содержит поле Splice countdown (8 бит)
• Transport private data flag - устанавливается, если AF содержит private data (поле длины 8 бит + данные)
• Adaptation field extension flag - устанавливается, если в пакете присутствует расширение AF (заголовок + данные)

PID

Каждая таблица или элементарный поток в транспортном потоке идентифицируется по 13-битовому PID. Демультиплексор извлекает элементарные потоки из общего транспортного потока, объединяя их в потоки с одинаковыми PID. В большинстве приложений планируется использовать временно́е мультиплексирование, чтобы решать, как часто конкретный PID будет появляться в транспортном потоке.

Программы

Транспортный поток использует понятие "программа". Каждая программа описана в Program Map Table (PMT), которая имеет уникальный PID, и элементарные потоки, связанные с этой программой и имеющие свои PID-ы, которые перечислены в PMT. Например, транспортный поток, используемый в цифровом телевидении, может состоять из трёх программ и нести в себе три телевизионных канала. Предположим, каждый канал состоит из одного видеопотока и одного или двух аудиопотоков, и любые необходимые метаданные. Приёмник, желающий декодировать один из каналов, использует для декодирования лишь каналы, имеющие PID-ы, которые связаны с интересующей его программой.

Program Specific Information (PSI)

Специальная информация о программах

• Program Association Table (PAT),
• Program Map Table (PMT),
• Conditional Access Table (CAT),
• Network Information Table (NIT).

В спецификации MPEG-2 формат CAT и NIT не регламентирован.

PAT

Таблица программ (Program Association Table, PAT) содержит PID-ы всех PMT. Её собственный PID - всегда 0x0.

PMT

Таблица структуры программ (Program Map Table, PMT) содержит PIDы и основные характеристики элементарных потоков конкретной программы — видео, звука, дополнительных данных. Для каждой программы есть свой PMT с собственным PID. Кроме того, PMT содержит сообщения ECM системы условного доступа, если в программе присутствуют зашифрованные элементарные потоки.

PCR

Чтобы декодер мог воспроизводить программы в правильное время, на правильной скорости и с синхронизацией, обычно программы периодически передают Program Clock Reference, или PCR, в одном из потоков программы. Это также называется 'основной источник опорной частоты' (Master Clock). Временные интервалы в MPEG2 рассчитываются по этой частоте. Для примера, временная метка, представления (PTS), соответствует PCR. Первые 33 бита соответствуют опорной частоте в 90 кГц. Расширение последовательности на 9 бит соответствует частоте в 27 МГц.

Null-пакеты (Null packets)

Некоторые протоколы передачи, такие как в стандартах ATSC и DVB, жестко ограничены требованиями к битрейту транспортного потока. Таким образом, чтобы поток данных поддерживал постоянную жестко заданную скорость передачи, Multiplexer должен иметь возможность добавлять в поток дополнительные пакеты. Пакеты с PID 0x1FFF как раз служат для этих целей. Поле полезной нагрузки этих пакетов не содержит какой-либо полезной информации, таким образом ресивер, получая такой пакет, игнорирует его содержимое.

Модификация в транспортном потоке, спецификация случайного доступа к медиа (M2TS)

Timecode

Транспортный поток был создан для кассет и вещания, поэтому потребовались изменения для использования в медиаустройствах с произвольным доступом, таких как новое поколение цифровых камер, записывающих на DVD, Blu-ray, жесткие диски или SSD, карты памяти.

Система произвольного доступа может хранить пакетные данные в буфере, если устройство хранения не готово (например, пока устройство запускается).

Пакеты записываются не по порядку. Специальный трек хранит их 4-байтный код времени (timecode — TC), добавленный в стандартные 188-байтные пакеты. В результате получается 192-байтный пакет. Все это неофициально называется M2TS-потоком. Blu-ray Disc Association назвала это «BDAV MPEG-2 transport stream». JVC назвала это TOD (возможно, как аббревиатура от «Transport stream on disc») когда использовала его в видекамерах с HDD, таких как GZ-HD7. Транспортный поток M2TS также используется для AVCHD-видеофайлов, которые часто имеют расширение MTS.

Программы, поддерживающие M2TS-файлы

Мультиплатформенные

• FFmpeg
• MPlayer ^[2]
• VideoLAN Медиапроигрыватель VLC ^[3]
• ProjectX
• PS3Muxer

Linux

• Медиапроигрыватель VLC
• xine
• MythTV
• SMPlayer

Windows

• Combined Community Codec Pack ^[4]
• K-Lite Codec Pack
• GOM Player
• Haenlein-Software DVR Studio
• The KMPlayer ^[5]
• Squared 5 MPEG Streamclip ^[6]
• VideoReDo ^[7]
• VobEdit ^[8]
• BSPlayer ^[9]
• jetAudio ^[10]
• Медиапроигрыватель VLC
• Light alloy

Mac OS X

• Squared 5 MPEG Streamclip^[6]
• Movist
• Медиапроигрыватель VLC

Примечания

1. net.net — One of the Internet’s premiere addresses  (неопр.). Дата обращения: 6 июля 2008. Архивировано из оригинала 11 июня 2010 года.
2. Entering MPlayer homepage  (неопр.). Дата обращения: 8 июля 2009. Архивировано 16 июня 2008 года.
3. VideoLAN — Официальная веб-страница медиаплеера VLC, видео фреймворка с открытым исходным кодом  (неопр.). Дата обращения: 8 июля 2009. Архивировано 23 февраля 2011 года.
4. CCCP — Combined Community Codec Pack  (неопр.). Дата обращения: 29 августа 2018. Архивировано из оригинала 9 июня 2017 года.
5. The KMPlayer’s Forums  (неопр.). Дата обращения: 14 сентября 2009. Архивировано 24 декабря 2009 года.
6. Squared 5 — MPEG Streamclip video converter for Mac and Windows  (неопр.). Дата обращения: 13 мая 2022. Архивировано 9 мая 2022 года.
7. VideoReDo MPEG Video Editing Software  (неопр.). Дата обращения: 13 мая 2022. Архивировано 17 мая 2008 года.
8. Free-Codecs.com:: Download VobEdit 0.6 : VobEdit is a tool for joining, cutting, de-multiplexing DVD VOB files  (неопр.). Дата обращения: 8 июля 2009. Архивировано 3 августа 2009 года.
9. The media player, movie player, YouTube player, video player, AVCHD player, divx player, free player — BS.Player.com  (неопр.). Дата обращения: 13 мая 2022. Архивировано 24 декабря 2017 года.
10. JetAudio  (неопр.). Дата обращения: 29 декабря 2009. Архивировано 30 декабря 2009 года.

Ссылки

• MPEG-2 Systems FAQ
• MPEG-4 Systems FAQ
• MPEG-1 description
• Powerpoint MPEG-2 Transport Stream introduction
• Splicing FAQ Архивная копия от 26 июля 2016 на Wayback Machine
• Freeware TS-Muxer
• MPEG-2 Transport Stream
• MPEG-2 Transmission