TS封裝格式
ts流最早應用於數字電視領域，其格式非常複雜包含的配置資訊表多達十幾個，視訊格式主要是mpeg2。蘋果公司發明的http live stream流媒體是基於ts檔案的，不過他大大簡化了傳統的ts流，只需要2個最基本的配置表PAT和PMT，再加上音視訊內容就可以了，hls流媒體視訊編碼的主要格式為h264/mpeg4，音訊為aac/mp3。
ts檔案分為三層：ts層（Transport Stream）、pes層（Packet Elemental Stream）、es層（Elementary Stream）。es層就是音視訊資料，pes層是在音視訊資料上加了時間戳等對資料幀的說明資訊，ts層是在pes層上加入了資料流識別和傳輸的必要資訊。
1.ts層
ts包大小固定為188位元組，ts層分為三個部分：ts header、adaptation field、payload。ts header固定4個位元組；adaptation field可能存在也可能不存在，主要作用是給不足188位元組的資料做填充；payload是pes資料。
1.1.ts header
| sync_byte | 8bit | 同步位元組，固定為0x47 |
| transport_error_indicator | 1bit | 傳輸錯誤指示符，表明在ts頭的adapt域後由一個無用位元組，通常都為0，這個位元組算在adapt域長度內 |
| payload_unit_start_indicator | 1bit | 負載單元起始標示符，一個完整的資料包開始時標記為1 |
| transport_priority | 1bit | 傳輸優先順序，0為低優先順序，1為高優先順序，通常取0 |
| pid | 13bit | pid值(Packet ID號碼，唯一的號碼對應不同的包) |
| transport_scrambling_control | 2bit | 傳輸加擾控制，00表示未加密 |
| adaptation_field_control | 2bit | 是否包含自適應區，‘00’保留；‘01’為無自適應域，僅含有效負載；‘10’為僅含自適應域，無有效負載；‘11’為同時帶有自適應域和有效負載。 |
| continuity_counter | 4bit | 遞增計數器，從0-f，起始值不一定取0，但必須是連續的 |
ts層的內容是通過PID值來標識的，主要內容包括：PAT表、PMT表、音訊流、視訊流。解析ts流要先找到PAT表，只要找到PAT就可以找到PMT，然後就可以找到音視訊流了。PAT表的PID值固定為0。PAT表和PMT表需要定期插入ts流，因為使用者隨時可能加入ts流，這個間隔比較小，通常每隔幾個視訊幀就要加入PAT和PMT。PAT和PMT表是必須的，還可以加入其它表如SDT（業務描述表）等，不過hls流只要有PAT和PMT就可以播放了。
- PAT表：他主要的作用就是指明瞭PMT表的PID值。
- PMT表：他主要的作用就是指明瞭音視訊流的PID值。
- 音訊流/視訊流：承載音視訊內容。
|
表 |
PID 值 |
|
PAT |
0x0000 |
|
CAT |
0x0001 |
|
TSDT |
0x0002 |
|
EIT,ST |
0x0012 |
|
RST,ST |
0x0013 |
|
TDT,TOT,ST |
0x0014 |
下面以一個TS流的其中一個Packet中的Packet Header為例進行說明：
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
31 |
32 |
… |
|
|
Packet（十六進位制） |
4 |
7 |
0 |
7 |
e |
5 |
1 |
2 |
… |
||||||||||||||||||||||||
|
Packet（二進位制） |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
… |
|
Packet Header 資訊 |
1 sync_byte=0x47 |
2 |
3 |
4 |
5 PID=0x07e5 |
6 |
7 |
8 |
… |
||||||||||||||||||||||||
sync_byte=01000111, 就是0x47,這是DVB TS規定的同步位元組,固定是0x47.
transport_error_indicator=0, 表示當前包沒有發生傳輸錯誤.
payload_unit_start_indicator=0, 含義參考ISO13818-1標準文件
transport_priority=0, 表示當前包是低優先順序.
PID=00111 11100101即0x07e5, Video PID
transport_scrambling_control=00, 表示節目沒有加密
adaptation_field_control=01 即0x01,具體含義請參考ISO13818-1
continuity_counte=0010 即0x02,表示當前傳送的相同型別的包是第3個
1.2.adaption
| adaptation_field_length | 1B | 自適應域長度，後面的位元組數 |
| flag | 1B | 取0x50表示包含PCR或0x40表示不包含PCR |
| PCR | 5B | Program Clock Reference，節目時鐘參考，用於恢復出與編碼端一致的系統時序時鐘STC（System Time Clock）。 |
| stuffing_bytes | xB | 填充位元組，取值0xff |
自適應區的長度要包含傳輸錯誤指示符標識的一個位元組。pcr是節目時鐘參考，pcr、dts、pts都是對同一個系統時鐘的取樣值，pcr是遞增的，因此可以將其設定為dts值，音訊資料不需要pcr。如果沒有欄位，ipad是可以播放的，但vlc無法播放。打包ts流時PAT和PMT表是沒有adaptation field的，不夠的長度直接補0xff即可。視訊流和音訊流都需要加adaptation field，通常加在一個幀的第一個ts包和最後一個ts包裡，中間的ts包不加。
1.3.PAT格式(Program Association Table，節目關聯表)
PAT表定義了當前TS流中所有的節目，其PID為0x0000，它是PSI的根節點，要查尋找節目必須從PAT表開始查詢。
| table_id | 8b | PAT表固定為0x00 |
| section_syntax_indicator | 1b | 固定為1 |
| zero | 1b | 固定為0 |
| reserved | 2b | 固定為11 |
| section_length | 12b | 後面資料的長度 |
| transport_stream_id | 16b | 傳輸流ID，固定為0x0001 |
| reserved | 2b | 固定為11 |
| version_number | 5b | 版本號，固定為00000，如果PAT有變化則版本號加1 |
| current_next_indicator | 1b | 固定為1，表示這個PAT表可以用，如果為0則要等待下一個PAT表 |
| section_number | 8b | 固定為0x00 |
| last_section_number | 8b | 固定為0x00 |
| 開始迴圈 | ||
| program_number | 16b | 節目號為0x0000時表示這是NIT，節目號為0x0001時,表示這是PMT |
| reserved | 3b | 固定為111 |
| PID | 13b | 節目號對應內容的PID值 |
| 結束迴圈 | ||
| CRC32 | 32b | 前面資料的CRC32校驗碼 |
通過一段TS流中一個Packet分析PAT表，這裡我們分析一段TS流其中一個Packet的Packet Data部分：
首先給出一個數據包，其資料如下：
|
Packet Header |
Packet Data |
|
0x47 0x40 0x00 0x10 |
0000 b0 11 00 01 c1 00 00 00 00 e0 1f 00 01 e1 00 24 ac48 84 ff ff…… ff ff |
分析Packet Header如下表所示：
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
31 |
32 |
… |
|
|
Packet（十六進位制） |
4 |
7 |
4 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
… |
||||||||||||||||||||||||
|
Packet（二進位制） |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
… |
|
Packet Header Bits |
1 sync_byte=0x47 |
2 |
3 |
4 |
5 PID=0x0000 |
6 |
7 |
8 |
… |
||||||||||||||||||||||||
根據包頭資料格式，我們可以知曉整個資料包的屬性，列表如下：
|
sync_byte |
0x47 |
固定同步位元組 |
|
transport_error_indicator |
“0” |
沒有傳輸錯誤 |
|
payload_unit_start_indicator |
“1” |
在前4個位元組後會有一個調整位元組。所以實際資料應該為去除第一個位元組後的資料。即上面資料中紅色部分不屬於有效資料包。 |
|
transport_priority |
“0” |
傳輸優先順序低 |
|
PID |
0x0000 |
PID=0x0000說明資料包是PAT表資訊 |
|
transport_scrambling_control |
“00” |
未加密 |
|
adaptation_field_control |
“01” |
附加區域控制 |
|
continuity_counte |
“0000” |
包遞增計數器 |
如上表所示，我們可以知道，首先Packet的Packet Data是PAT資訊表，因為其PID為0x0000，並且在包頭後需要除去一個位元組才是有效資料（payload_unit_start_indicator="1"）。這樣，Packet Data就應該是“00 b0 11 00 01 c1 00 00 00 00 e0 1f 00 01 e1 00 24 ac48 84 ff ff …… ff ff”。
|
Packet Data分析 |
|||||||||||||||||||||||||
|
第n個位元組 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
… |
||||
|
Packet Data(除去開頭的0x00) |
00 |
b0 |
11 |
00 |
01 |
c1 |
00 |
00 |
00 |
00 |
e0 |
1f |
00 |
01 |
e1 |
00 |
24 |
ac |
48 |
84 |
… |
||||
|
欄位名 |
位 |
具體值 |
次序 |
說明 |
|||||||||||||||||||||
|
table_id |
8 |
0000 |
第1個位元組 0000 0000B(0x00) |
PAT的table_id只能是0x00 |
|||||||||||||||||||||
|
section_syntax_indicator |
1 |
1 |
第2、3個位元組 1011 0000 0001 0001B(0xb0 11) |
段語法標誌位，固定為1 |
|||||||||||||||||||||
|
zero |
1 |
0 |
|||||||||||||||||||||||
|
reserved |
2 |
11 |
|||||||||||||||||||||||
|
section_length |
12 |
0000 0001 0001B=0x011=17 |
段長度為17位元組 |
||||||||||||||||||||||
|
transport_stream_id |
16 |
0x0001 |
第4、5個位元組 0x00 0x01 |
||||||||||||||||||||||
|
reserved |
2 |
11 |
第6個位元組 1100 0001B(0xc1) |
||||||||||||||||||||||
|
version_number |
5 |
00000 |
一旦PAT有變化，版本號加1 |
||||||||||||||||||||||
|
current_next_indicator |
1 |
1 |
當前傳送的PAT表可以使用，若為0則要等待下一個表 |
||||||||||||||||||||||
|
section_number |
8 |
0x00 |
第7個位元組0x00 |
||||||||||||||||||||||
|
last_section_number |
8 |
0x00 |
第8個位元組 0x00 |
||||||||||||||||||||||
|
開始迴圈 |
|||||||||||||||||||||||||
|
program_number |
16 |
0x0000-第一次 |
2個位元組(0x00 00) |
節目號 |
|||||||||||||||||||||
|
reserved |
3 |
111 |
2個位元組 1110 0000 0001 1111B(0xe0 1f) |
||||||||||||||||||||||
|
network_id(節目號為0時) program_map_PID(節目號為其他時) |
13 |
0 0000 0001 1111B=31 -第一次 |
節目號為0x0000時,表示這是NIT，PID=0x001f，即31 節目號為0x0001時,表示這是PMT，PID=0x100，即256 |
||||||||||||||||||||||
|
結束迴圈 |
|||||||||||||||||||||||||
|
CRC_32 |
32 |
-- |
4個位元組 |
||||||||||||||||||||||
由以上幾個表可以分析出PAT表和PMT表有著內在的聯絡。也就是之前提到的。PAT表描述了當前流的NIT（Network Information Table，網路資訊表）中的PID、當前流中有多少不同型別的PMT表及每個PMT表對應的頻道號。
1.4.PMT格式( Program Map Table，節目對映表 )
| table_id | 8b | PMT表取值隨意，0x02 |
| section_syntax_indicator | 1b | 固定為1 |
| zero | 1b | 固定為0 |
| reserved | 2b | 固定為11 |
| section_length | 12b | 後面資料的長度 |
| program_number | 16b | 頻道號碼，表示當前的PMT關聯到的頻道，取值0x0001 |
| reserved | 2b | 固定為11 |
| version_number | 5b | 版本號，固定為00000，如果PAT有變化則版本號加1 |
| current_next_indicator | 1b | 固定為1 |
| section_number | 8b | 固定為0x00 |
| last_section_number | 8b | 固定為0x00 |
| reserved | 3b | 固定為111 |
| PCR_PID | 13b | PCR(節目參考時鐘)所在TS分組的PID，指定為視訊PID |
| reserved | 4b | 固定為1111 |
| program_info_length | 12b | 節目描述資訊，指定為0x000表示沒有 |
| 開始迴圈 | ||
| stream_type | 8b | 流型別，標誌是Video還是Audio還是其他資料，h.264編碼對應0x1b，aac編碼對應0x0f，mp3編碼對應0x03 |
| reserved | 3b | 固定為111 |
| elementary_PID | 13b | 與stream_type對應的PID |
| reserved | 4b | 固定為1111 |
| ES_info_length | 12b | 描述資訊，指定為0x000表示沒有 |
| 結束迴圈 | ||
| CRC32 | 32b | 前面資料的CRC32校驗碼 |
通過一段TS流中一個Packet分析PMT表，通過分析一段TS流的資料包Packet來學習PMT表。下面給出了一段TS流資料中的一個Packet（十六進位制數）
|
Packet Header |
Packet Data |
|
0x47 0x43 0xe8 0x12 |
00 02 b0 12 00 01 c1 00 00 e3 e9 f0 00 1b e3 e9 f0 00 f0 af b4 4f ff ff…… ff ff |
首先解析Packet Header，分析如下：
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
31 |
32 |
… |
|
|
Packet（十六進位制） |
4 |
7 |
4 |
3 |
e |
8 |
1 |
2 |
… |
||||||||||||||||||||||||
|
Packet（二進位制） |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
… |
|
Packet Header Bits |
1 sync_byte=0x47 |
2 |
3 |
4 |
5 PID=0x03e8 |
6 |
7 |
8 |
… |
||||||||||||||||||||||||
|
Packet Header分析 |
|||
|
Packet Header：0x47 0x40 0x00 0x10 |
|||
|
1 |
sync_byte |
0x47 |
固定同步位元組 |
|
2 |
transport_error_indicator |
“0” |
沒有傳輸錯誤 |
|
3 |
payload_unit_start_indicator |
“1” |
在前4個位元組後會有一個調整位元組。所以實際資料應該為去除第一個位元組後的資料。 |
|
4 |
transport_priority |
“0” |
傳輸優先順序低 |
|
5 |
PID |
0x03e8 |
PID=0x03e8說明資料包是PMT表資訊 |
|
6 |
transport_scrambling_control |
“00” |
未加密 |
|
7 |
adaptation_field_control |
“01” |
附加區域控制 |
|
8 |
continuity_counte |
“0010” |
包遞增計數器 |
因為payload_unit_start_indicator=‘1’，在解析資料包的時候需要去除Packet Data的第一個位元組。下面是對Packet Data的詳細解析：
|
PMT表的Packet Data分析 |
|||||||||||||||||||||||||
|
第n個位元組 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
… |
||||
|
Packet Data |
02 |
b0 |
12 |
00 |
01 |
c1 |
00 |
00 |
e3 |
e9 |
f0 |
00 |
1b |
e3 |
e9 |
f0 |
00 |
f0 |
1b |
e3 |
… |
||||
|
欄位名 |
位數 |
具體值 |
次序 |
說明 |
|||||||||||||||||||||
|
table_id |
8 |
0x02 |
第1個位元組 |
||||||||||||||||||||||
|
section_syntax_indicator |
1 |
1B |
第2、3個位元組 1011 0000 0001 0010B=0xb012 |
段語法標誌 |
|||||||||||||||||||||
|
zero |
1 |
0B |
|||||||||||||||||||||||
|
reserved |
2 |
11B=0x03 |
|||||||||||||||||||||||
|
section_length |
12 |
0000 0001 0010B=0x12 |
段長度,從program_number開始,到CRC_32(含)的位元組總數 |
||||||||||||||||||||||
|
program_number |
16 |
0x0001 |
第4、5個位元組 0x00 01 |
頻道號碼,表示當前的PMT關聯到的頻道 |
|||||||||||||||||||||
|
reserved |
2 |
11B=0x03 |
第6個位元組 1100 0001B=0xc1 |
||||||||||||||||||||||
|
version_number |
5 |
00000B=0x00 |
版本號碼,如果PMT內容有更新,則它會遞增1通知解複用程式需要重新接收節目資訊 |
||||||||||||||||||||||
|
current_next_indicator |
1 |
1B=0x01 |
當前未來標誌符 |
||||||||||||||||||||||
|
section_number |
8 |
0x00 |
第7個位元組0x00 |
當前段號碼 |
|||||||||||||||||||||
|
last_section_number |
8 |
0x00 |
第8個位元組 0x00 |
最後段號碼,含義和PAT中的對應欄位相同 |
|||||||||||||||||||||
|
reserved |
3 |
111B=0x07 |
第9、10個位元組 1110 0011 1110 1001B=0xe3e9 |
||||||||||||||||||||||
|
PCR_PID |
13 |
000111110B=0x3e9 |
PCR(節目參考時鐘)所在TS分組的PID |
||||||||||||||||||||||
|
reserved |
4 |
1111B=0x0f |
第11、12個位元組 1111 0000 0000 0000=0xf000 |
||||||||||||||||||||||
|
program_info_length |
12 |
000000000000B=0x000 |
節目資訊長度(之後的是N個描述符結構,一般可以忽略掉,這個欄位就代表描述符總的長度,單位是Bytes)緊接著就是頻道內部包含的節目型別和對應的PID號碼了 |
||||||||||||||||||||||
|
stream_type |
8 |
0x1b |
第13個位元組 0x1b |
流型別,標誌是Video還是Audio還是其他資料 |
|||||||||||||||||||||
|
reserved |
3 |
111B=0x07 |
第14、15個位元組 1110 0011 1110 1001B=0xe3e9 |
||||||||||||||||||||||
|
elementary_PID |
13 |
000111110 1001=0x3e9 |
該節目中包括的視訊流，音訊流等對應的TS分組的PID |
||||||||||||||||||||||
|
reserved |
4 |
1111B=0x0f |
第16、17個位元組 1111 0000 0000 0000B=0xf000 |
||||||||||||||||||||||
|
ES_info_length |
12 |
0000 0000 0000=0x000 |
|||||||||||||||||||||||
|
CRC |
32 |
—— |
—— |
||||||||||||||||||||||
1.4.pes層
pes層是在每一個視訊/音訊幀上加入了時間戳等資訊，pes包內容很多，我們只留下最常用的。
| pes start code | 3B | 開始碼，固定為0x000001 |
| stream id | 1B | 音訊取值（0xc0-0xdf），通常為0xc0 視訊取值（0xe0-0xef），通常為0xe0 |
| pes packet length | 2B | 後面pes資料的長度，0表示長度不限制， 只有視訊資料長度會超過0xffff |
| flag | 1B | 通常取值0x80，表示資料不加密、無優先順序、備份的資料 |
| flag | 1B | 取值0x80表示只含有pts，取值0xc0表示含有pts和dts |
| pes data length | 1B | 後面資料的長度，取值5或10 |
| pts | 5B | 33bit值 |
| dts | 5B | 33bit值 |
1.5.es層
es層就是音視訊裸資料了，常用的音訊編碼格式為AAC，視訊編碼格式為H.264
2.打包H.264和AAC為TS
對於H.264視訊而言，每一幀的時間長度為
frame_duration = 1000/fps
當fps為25時，一幀時間為40ms
對於AAC音訊而言，每一幀的時間長度為
音訊幀的播放時間=一個AAC幀對應的取樣樣本的個數/取樣頻率(單位為s)
一幀 1024個 sample。取樣率 Samplerate 44100KHz，每秒44100個sample, 所以根據公式 音訊幀的播放時間=一個AAC幀對應的取樣樣本的個數/取樣頻率
當前AAC一幀的播放時間是= 1024*1000000/44100= 22.32ms(單位為ms)
由此得到了每一幀資料的持續時間，音視訊交叉儲存在容器中：一個時間軸：
時間軸：0 22.32 40 44.62 66.96 80 89.16 111.48 120 ................
音 頻 ：0 22.32 44.62 66.96 89.16 111.48 ................
視 頻 ：0 40 80 120 ................
即視訊的持續時間相加 和音訊的持續時間相加作比較，誰小寫入哪個。 (自己的方法) 音訊資料（AAC 48k） 21.33 42.44 63.99 85.32 視訊資料（H264 25fps） 40 80 時間軸 -------------------------------------------> （ts容器）迴圈做（寫一幀視訊，然後寫一幀音訊，然後視訊的時間減去音訊的時間，如果大於一幀音訊的時間，就多寫一幀音訊，知道視訊多出來的時間小於一幀音訊） 使用 Elecard Stream Analyzer 可以分析TS流
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