關鍵詞
單節目，變碼率，音視訊交織，PCR，DTS，PTS，PSI/SI
前言
在數字電視中，節目的音視訊資訊經過編碼後的資料，稱為基本流（ES），為了滿足傳輸需要，這些ES資料一般還要經過打包（PES）複用成傳輸流（TS）。TS流有兩種，一種是僅包括單個節目的音視訊的TS流，我們稱為單節目流，另一種是多個節目打包複用成一個TS流，我們稱之為多節目複用流。在本文中，我們對單節目的變碼率TS的複用方法進行探讨，提出了一種解決方案，并通過試驗得到了良好的效果。
單節目複用需要解決的問題
音視訊資料交織
音視訊資料的交織，是TS複用中的關鍵環節。音視訊的交織要保證音視訊的同步，避免解碼器在解複用和解碼時的緩沖器溢出。音視訊的交織方法有很多種，在本文中，我們提出一種基于音頻的交織方法。我們知道，編碼後的音頻資料一般來講比較接近于恒定碼率，而編碼後的視訊資料，每幀資料碼率變化相對校大。基于音頻的交織方法步驟如下：
1 每次交織取相同時間長度的視訊資料和音頻資料，分别存放在兩個緩沖中。
2 将音頻資料和視訊資料分别進行PES打包，并根據TS流的生成規則生成成TS包。TS流的生成規則主要包括配置設定PID，連續計數的處理，起始标志的設定等。
3 為每包TS流音頻資料做一個計數标志，從0開始，每次加1，依次遞增。最大值記為N。
4 為每包TS流視訊資料做一個計數标志，從0開始，每次加1，依次遞增。最大值記為M，計算視訊資料包除以音頻資料包的倍數n（n可以為非整數）：
n=M/N
5 修改視訊資料的計數标志，每包視訊TS流資料的原計數标志除以n作為新的計數标志。
6 開始交織，每次比較音視訊兩個緩沖的第一個TS包的計數值，取每次值較小的那個音頻或視訊TS包作為目标TS流的新一包資料，如果計數值相等先取音頻。
7 依次類推，直到緩沖中沒有資料。
8 重複1~7，直到停止複用。
對于每次交織的資料時間長度（InterlaceDuration），即可以以幀為機關進行計算，如果視訊每幀時間長度為40ms，音頻每幀時間長度為8ms，可以每次取40ms的視訊資料和40ms的音頻資料進行交織。如果視訊每幀時間長度為40ms，音頻每幀為24ms，則可以每次取120ms的視訊和120ms的音頻進行交織；當然也可以每次取整幀音頻資料，視訊長度根據音頻的長度進行截取。
PCR的生成
PCR作為節目參考時鐘，是解碼端解碼和播放的時間基準。DVB标準需求PCR的間隔不能大于40ms。在變碼率中，PCR的生成也可以根據每包音頻TS包的時間進行計算。在上一節交織步驟中，我們為每包音頻的TS包打上了一個計數标志，通過每次交織時音頻TS的初始時間，和目前的計數标志，我們可以計算出每包TS流資料的時間:
TS_Time(i) = TS_Time(0) +InterlaceDuration_Duration * i/N
其中：
TS_Time(i) 是要計算的目前TS包的時間值。
TS_Time(0) 是本次交織時第一包資料的時間。
InterlaceDuration 是參與交織的資料的時間長度。
N 是參與交織的TS資料包的數量。
通過計算TS_Time(i)，我可以用目前時間減去上次添加PCR時間，如果內插補點大于30ms時，添加一次PCR，進而保證PCR的間隔符合DVB标準。
在計算PCR值時需要注意兩點，一是PCR節目時鐘為27MHz，我們計算的時間以ms為機關，需要進行時間機關的轉化，轉化的詳細步驟不再贅述；二是複用時第一包TS流資料的TS_Time可以作為PCR初始值，這樣我們簡單地認為每次添加的PCR就等于每次計算的TS_Time。
DTS/PTS的生成
DTS/PTS描述了ES流的解碼時間和顯示時間，在對ES資料進行PES打包時添加在PES的標頭中。對于視訊而言，DTS/PTS根據IBP幀類型不同而不同， I幀的DTS一般和PTS相同或早于PTS，P幀的DTS一般早于PTS，而B幀中一般隻有PTS，它的DTS和PTS相同。對于音頻而言，隻有PTS，表示DTS和PTS相同。
對DTS而言，如果它的值和DTS所在TS包的TS_Time值（見上一節介紹）相差太大（即DTS-PCR），就會造成緩沖區的上溢，如果太小甚至是負數，就會造成下溢，是以在DTS和TS_Time之間選擇一個合适的內插補點是一個非常關鍵的問題。對于視訊而言，在每個PES的圖像頭中有一個vbv_delay，它用來設定解碼器的緩沖區，以避免解碼器緩沖區上溢或下溢。一般我們取這個內插補點為：
0 < Video_Distance(DTS- TS_Time) <= vbv_delay
每幀視訊資料vbv_delay值一般為700ms左右，也可能是一個不斷變化的值，是以一般我們可以取這個內插補點在200ms到400ms，保證不接近臨界值即可。
對于音頻，根據實驗情況，一般取
0 < Audio_Distance(PTS- TS_Time) <= 90ms
DTS和PTS是90KHz時鐘，在實際的PES打包中，也需要進行時間機關的轉換。
PSI/SI表格的生成
在DVB标準中，對不同的PSI/SI表格規定了不同的發送間隔。我們可以根據目前的TS_Time值進行發送間隔的控制。用目前包的TS_Time值減去上次發送表格時TS包的TS_Time，如果這個時間間隔大于我們指定的間隔（這個間隔一般取小于表格要求的發送間隔，比如PAT表需求每500ms發送一次，我們可以控制在400ms左右），就發送一次表格。表格的生成方式，請參閱DVB相關标準，在此不再贅述。
實驗結果
在實驗中，我們取40ms每幀的視訊資料和24ms每幀的音頻資料進行複用試驗，每次參與複用交織的資料長度為120ms，PCR從0開始，視訊的DTS從200ms開始，音頻的PTS從80ms開始，在實驗中，對于PSI/SI表格，我們僅生成了PAT和PMT表。複用後的單節目流使用碼流分析工具分析結果如下：
TR101290分析結果
PCR分析結果
視音頻PES分析結果
結束語
随着數字電視的普及，基于DVB的數字電視複用技術在行業内的應用也越來越廣泛，在本文中，我們通過對單節目變碼率TS流複用方法的探索和試驗，提出了一種基于音頻資料進行複用的算法，希望能對複用技術的發展和應用盡微薄之力。
參考文獻
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