機(jī)載視頻儀表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

機(jī)載視頻儀表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1ts流視頻數(shù)據(jù)打包格式車載hdr通常需要記錄一個(gè)通道的視頻數(shù)據(jù)和兩個(gè)通道的音調(diào)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在，這些音跡數(shù)據(jù)以文件的形式存儲在不同的文件中。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)問題:(1)如果在文件系統(tǒng)中存在多個(gè)文件,那么會增加文件系統(tǒng)的碎片,降低磁盤的讀寫效率;(2)一旦文件系統(tǒng)被破壞,則視頻數(shù)據(jù)關(guān)鍵的信息會丟失,從而造成整個(gè)視頻記錄都不能被播放;(3)數(shù)據(jù)分布在不同的文件中,不利于查找和搜索。要解決這些問題,需要將各路視頻數(shù)據(jù)打入同一個(gè)碼流,并在各路視頻數(shù)據(jù)中打入統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)記,以便各路視頻同步回放。本文對于TS流的視頻數(shù)據(jù)打包格式做了簡單的分析,能圓滿解決以上問題,具體解決途徑如下:(1)TS流可以將多路音視頻數(shù)據(jù)合并成一個(gè)碼流并存成一個(gè)文件,有效減少文件碎片,提高磁盤讀寫效率;(2)在TS流中定時(shí)插入視頻格式、幀率,圖像大小等關(guān)鍵的視頻信息,這樣可以避免因部分?jǐn)?shù)據(jù)損壞而造成的整個(gè)文件不能播放的問題;(3)在TS流中,各路視頻數(shù)據(jù)在文件的位置非常接近,這有利于對視頻數(shù)據(jù)的查找和搜索,也方便了音視頻數(shù)據(jù)的同步回放。2傳輸流psi在MPEG2標(biāo)準(zhǔn)中,為了將一個(gè)或更多的音頻、視頻或其他的基本數(shù)據(jù)流合成單個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)流以適應(yīng)于存儲和傳送,必須對其重新進(jìn)行打包編碼,在碼流中還需插入各種時(shí)間標(biāo)記和系統(tǒng)控制等信息,最后送到信道編碼與調(diào)制器。這樣可以形成兩種數(shù)據(jù)流——傳輸流(TS)和程序流(PS)。傳輸流是根據(jù)ITU-TRec.H.222.0|ISO/IEC13818-2和ISO/IEC13818-3協(xié)議而定義的一種數(shù)據(jù)流,其目的是為了在有可能發(fā)生嚴(yán)重錯誤的情況下進(jìn)行一道或多道程序編碼數(shù)據(jù)的傳送和存儲。這種錯誤表現(xiàn)為比特值錯誤或分組丟失。傳輸流由一道或多道節(jié)目組成,每道節(jié)目由一個(gè)或多個(gè)原始流和一些其他流復(fù)合在一起,包括視頻流、音頻流、節(jié)目特殊信息流(PSI:ProgramSpecificInformation)和其他數(shù)據(jù)包。其中PSI表有4種類型:節(jié)目關(guān)聯(lián)表(PAT:ProgramAssociationTable)、節(jié)目映射表(PMT:ProgramMapTable)、網(wǎng)絡(luò)信息表(NIT:NerworkInformationTable)和條件訪問表(CAT:ConditionalAccessTable)。傳輸流應(yīng)用比較廣泛,如視音頻資料的保存、電視節(jié)目的非線性編輯系統(tǒng)及其網(wǎng)絡(luò)等。在開發(fā)機(jī)頂盒以及視頻設(shè)備時(shí)有時(shí)需要對碼流的編碼知識有比較清楚的了解,這樣才能在遇到問題時(shí)做出全面的分析。3有效負(fù)載存儲如圖1所示,TS包的長度是固定的,為188字節(jié),包括同步字節(jié)0x47和數(shù)據(jù)包識別號PID等。PID為13位字段,指示存儲于分組有效負(fù)載中數(shù)據(jù)的類型,PID值0x0000為程序關(guān)聯(lián)表保留,而0x0001為條件訪問表保留,0x1FFF為空分組保留。從PID可以判斷其后面負(fù)載的數(shù)據(jù)類型是視頻流、音頻流、PSI還是其他數(shù)據(jù)包。(1)節(jié)目關(guān)聯(lián)表pmtPAT表用MPEG指定的PID(00)標(biāo)明,通常用PID=0表示。它的主要作用是針對復(fù)用的每一路傳輸流,指明傳輸流中包含哪些節(jié)目、節(jié)目的編號以及對應(yīng)節(jié)目的節(jié)目映射表(PMT)的位置,即PMT的TS包的包標(biāo)識符(PID)的值,同時(shí)還提供網(wǎng)絡(luò)信息表(NIT)的位置,即NIT的TS包的包標(biāo)識符(PID)的值。(2)pid的表達(dá)CAT表用MPEG指定的PID(01)標(biāo)明,通常用PID=1表示。它提供了在復(fù)用流中條件接收系統(tǒng)的有關(guān)信息,指定CA系統(tǒng)與它們相應(yīng)的授權(quán)管理信息(EMM)之間的聯(lián)系,指定EMM的PID,以及相關(guān)的參數(shù)。(3)節(jié)目時(shí)鐘和時(shí)距節(jié)目映射表指明該節(jié)目包含的內(nèi)容,即該節(jié)目由哪些流組成,這些流的類型(音頻、視頻、數(shù)據(jù)),以及組成該節(jié)目的流的位置,即對應(yīng)的TS包的PID值,每路節(jié)目的節(jié)目時(shí)鐘參考(PCR)字段的位置。(4)網(wǎng)絡(luò)信息表nit網(wǎng)絡(luò)信息表提供關(guān)于多組傳輸流和傳輸網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的信息,其中包含傳輸流描述符、通道頻率、衛(wèi)星發(fā)射器號碼和調(diào)制特性等信息。(5)傳輸流描述表tsdt：transportmas運(yùn)行描述表傳輸流描述表由PID為2的TS包傳送,提供傳輸流的一些主要參數(shù)。(6)專業(yè)部門具體部門MPEG-2還定義了一種專用段用于傳送用戶自己定義的專用數(shù)據(jù)。(7)psi表的存儲技術(shù)除了上述的表述之外,MPEG-2還定義了許多描述符,這些描述符提供關(guān)于視頻流、音頻流、語言、層次、系統(tǒng)時(shí)鐘、碼率等多方面的信息,在PSI的表中可以靈活地采用這些描述符進(jìn)一步為接收機(jī)提供更多的信息。在解碼時(shí),接收機(jī)首先根據(jù)PID值找到PAT表,找出相應(yīng)節(jié)目的PMT表的PID,再由該P(yáng)ID找到該P(yáng)MT表,再在PMT表中找到相應(yīng)的碼流,然后開始解碼4節(jié)目特殊狀況MPEG-2解碼器接收到MPEG-2TS流時(shí),首先檢測包結(jié)構(gòu),在TS流中查找同步字節(jié):47hex,后者總位于TS包開始位置,固定間隔為188字節(jié)。同時(shí)滿足這兩個(gè)條件,可以確定同步。如果出現(xiàn)一個(gè)字節(jié)為47hex,解碼器將檢測這個(gè)字節(jié)前后n倍188字節(jié)的位置是否也是同步字節(jié)。如果是,則當(dāng)前字節(jié)為同步字節(jié);否則,當(dāng)前字節(jié)只是碼流中偶爾出現(xiàn)的47hex,不是同步字節(jié)。接收端收到5個(gè)TS包之后開始同步。丟包3個(gè)之后解碼器即失步。TS流中傳送節(jié)目的數(shù)目和結(jié)構(gòu)靈活多變,TS流中必須包含列表來描述TS流的瞬時(shí)結(jié)構(gòu)。這些列表稱為節(jié)目特殊信息流(PSI),是偶爾在payload中傳輸?shù)谋砀?包括:節(jié)目關(guān)聯(lián)表(PAT)和節(jié)目映射表(PMT),其結(jié)構(gòu)如圖2所示。每個(gè)TS流包含一個(gè)PAT,每隔0.5sec重復(fù)。PAT描述TS流中有多少個(gè)節(jié)目。包含該表的TS包的PID為0,便于識別。PAT的payload中傳送特殊PID的列表,每個(gè)PID對應(yīng)一個(gè)節(jié)目。這些PID是描述每個(gè)獨(dú)立節(jié)目詳細(xì)信息的指針。PID指向PMT表。PMT對應(yīng)TS包有特殊的PID和特殊的payload。PMT的PID由PAT傳送。例如要接收節(jié)目3時(shí),先從PAT的payload中的所有PID列表中選出節(jié)目3的PID為1FF3hex,然后查找包頭中PID=1FF3hex的TS包,就是節(jié)目3的PMT。PMT包含該節(jié)目中所有ES流(視頻、音頻或數(shù)據(jù))的PID。一個(gè)節(jié)目可能有多個(gè)視頻和音頻流,解碼器必須選擇2個(gè)PID,一個(gè)視頻流的PID(100hex),一個(gè)音頻流的PID(200hex)。此后解碼器只收集這些TS包,解復(fù)用,重新組成PES包,這些PES包再送到視頻或音頻解碼器。傳輸過程中TS流的結(jié)構(gòu)也可能發(fā)生改變。解碼端機(jī)頂盒,如DVB-S,必須連續(xù)檢測TS流瞬時(shí)結(jié)構(gòu),讀出PAT和PMT,做自適應(yīng)調(diào)整。PAT和PMT讀出以后,用戶確定出一個(gè)節(jié)目的兩個(gè)PID:待解碼視頻信號的PID(如100hex)和待解碼音頻信號的PID(如200hex)。解碼器只處理這兩個(gè)PID的TS包:解復(fù)用過程中,PID為100hex的所有TS包集合成視頻PES包,送到視頻解碼器;同樣,PID為200hex的所有TS包重新集合成音頻PES包,送到音頻解碼器。如果ES流沒有加擾,這時(shí)可以直接解碼。5流量同步5.1接收端時(shí)鐘和解碼過程由于亮度信號采樣頻率為13.5MHz,色度信號為6.75MHz。27MHz是采樣頻率的倍數(shù),作為發(fā)送端MPEG編碼器所有處理過程的參考或基本頻率。編碼器中27MHz振蕩器作為系統(tǒng)時(shí)鐘(STC)的輸入。STC是42bit計(jì)數(shù)器,由27MHz時(shí)鐘計(jì)數(shù),溢出后重新從0開始。LSB位不會計(jì)數(shù)到FFF,最大只有300,大約每26.5h計(jì)數(shù)器復(fù)位為0。接收端也必須提供STC,其27MHz振蕩器和42bit計(jì)數(shù)器必須與編碼器STC完全同步。MPEG碼流中需傳送參考信息(PCR:ProgramClockReference),即在固定時(shí)刻將最新的STC計(jì)數(shù)器值復(fù)制到TS流中。PCR使得碼流中帶有準(zhǔn)確的內(nèi)部時(shí)鐘,所有編碼和解碼過程都受這個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘控制。解碼器必須讀出PCR值,與自身系統(tǒng)時(shí)鐘(42bit計(jì)數(shù)器)比較。如果收到的PCR與解碼器系統(tǒng)時(shí)鐘一致,則收發(fā)端時(shí)鐘同步;如果不一致,則根據(jù)差別大小產(chǎn)生一個(gè)控制變量送到鎖相環(huán),可以糾正接收端的振蕩器。同時(shí),42bit計(jì)數(shù)器總是設(shè)為收到的PCR值,這是系統(tǒng)初始化和節(jié)目改變時(shí)的基本要求。碼流中傳送的PCR值必須足夠多,有最大間隔的限制;而且要相對準(zhǔn)確,沒有抖動。MPEG標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:每個(gè)節(jié)目PCR的最大間隔為40ms。PCR的抖動小于±500ns。PCR信息在相應(yīng)節(jié)目TS包的adaptationfield中傳送,而TS包類型的準(zhǔn)確信息可以從PMT中獲得。節(jié)目時(shí)鐘同步以后,視音頻編碼就可以鎖定系統(tǒng)時(shí)鐘。5.2顯示時(shí)間標(biāo)記pts視頻和音頻PES包頭中需要有附加的時(shí)間信息。該時(shí)間信息由STC獲得。STC的33位最高有效字符(MSB:MostSignificantBit)被插入到視音頻PES包頭中,最大間隔為700ms,稱為顯示時(shí)間標(biāo)記(PTS:PresentationTimeStamps)。由于編碼規(guī)則限制,視頻幀的傳輸順序與顯示順序不同,視頻流PES頭需要另外的時(shí)間戳,即解碼時(shí)間標(biāo)記(DTS:DecodingTimeStamps)。6ts流技術(shù)應(yīng)用以上探討了使用TS流封裝機(jī)載視頻數(shù)據(jù)的可能性,要將各路視頻打包成TS流,需要將各路原始視頻數(shù)據(jù)基本流(ES:ElementaryStream)打包成打包基本流(PES:PacketizedElementaryStream),并由CPU模塊將多路視頻數(shù)據(jù)合成同一個(gè)TS流,關(guān)鍵技術(shù)問題有以下幾點(diǎn):(1)dv視頻解碼視頻圖像編碼有3種圖像類型:I幀,P幀和B幀。所有的P幀解碼和顯示時(shí)間相同,所以P幀的PES包不存在DTS域,對應(yīng)的DTS計(jì)數(shù)值即為其PTS值。機(jī)載DVR一般都不會產(chǎn)生B幀,所以可以忽略DTS。而對于I幀和P幀而言,兩種類型處理方式基本相同,只是對于編碼器的第一個(gè)GOP的第一個(gè)I幀是特殊情況,由于其只是在整個(gè)編碼過程中開機(jī)瞬間僅有一幀為特殊,所以可以不必考慮。當(dāng)解碼器檢測到視頻PES包頭部到達(dá)解碼器時(shí),系統(tǒng)從頭部數(shù)據(jù)段中抽取DTS和PTS并保存到一張列表中。解碼時(shí),每解到一幀圖像,則可以從列表中讀出相應(yīng)的DTS/PTS,把此DTS/PTS值與STC值比較。當(dāng)二者相等時(shí),當(dāng)前圖像開始解碼/顯示。(2)采集視頻模式音頻PCM的時(shí)鐘從本地系統(tǒng)時(shí)鐘分頻而來,其分頻比N可控。音頻的播放通過不斷微調(diào)分頻比N而微調(diào)播放的速度,實(shí)現(xiàn)音頻播放的同步。當(dāng)音頻播放過快時(shí),即PTS-STC>0,調(diào)小N,放慢播放速度;當(dāng)音頻播放過慢時(shí),即PTS-STC<O,調(diào)大N,加速播放速度。由于不存在跳幀或重復(fù)幀,故不會引起聽