4.系統(tǒng)的復(fù)用

    多個信號在同1個信道傳輸而不相互干擾，稱為多路復(fù)用。如果將第一層的多個多路復(fù)用器先分別進(jìn)行單節(jié)目傳輸復(fù)用，而后再進(jìn)行第二層的多節(jié)目傳輸復(fù)用，就形成了雙層復(fù)用。圖8是系統(tǒng)雙層復(fù)用原理圖。由圖可見，編碼器不僅有視頻編碼器和音頻編碼器，還有系統(tǒng)編碼器。第一層的每個多路單節(jié)目傳輸復(fù)用器輸入信號有：ITU -R.601標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字視頻，如視頻幀順序為 I1B2B3 P4B5B6 P7B8B9 I10；AES/EBU數(shù)字音頻數(shù)據(jù)；節(jié)目專用信息PSI及系統(tǒng)時鐘STC 1-N等控制信號。其中視頻編碼器、音頻編碼器和數(shù)據(jù)提供給系統(tǒng)編碼器的是基本流ES，視頻ES的幀順序為I1P4B2B3P7B5B6I10B8B9。經(jīng)過系統(tǒng)編碼器加入PTS及DTS，并分別打包成視頻PES、音頻PES，數(shù)據(jù)本身提供的就是PES。PSI插入數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)加密將有關(guān)的調(diào)用權(quán)、編碼密鑰通過條件收視表插入MPEG-2 TS ，并將傳輸復(fù)用器從STC導(dǎo)出的PCR插入相應(yīng)區(qū)段。這些視頻PES、音頻PES、數(shù)據(jù)PES及PSI，經(jīng)過加入PID及PCR的傳輸復(fù)用器后，將輸入基本流ES分割成傳輸包片段，并為每個片段配備1個數(shù)據(jù)頭（Header），就形成了一系列的TS包。然后，通過各個不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)包交織后，輸出MPEG-2 TS，其包含相應(yīng)傳輸系統(tǒng)解碼器所需要的所有數(shù)據(jù)。這樣，從第一層的N個單節(jié)目復(fù)用器輸出N股MPEG-2 TS，通過各自的傳輸鏈路輸入第二層多路多節(jié)目傳輸復(fù)用器。從N路MPEG-2 TS中提取出N個PCR，從而再生出STC 1-N，最后產(chǎn)生出N個第二層多路多節(jié)目傳輸復(fù)用器用的新PCR。多節(jié)目傳輸復(fù)用器的任務(wù)是在分析的基礎(chǔ)上，對多套節(jié)目復(fù)用合成，對數(shù)據(jù)包時標(biāo)更新。因為，MPEG只允許1個TS只能有1張節(jié)目源結(jié)合表PAT，多節(jié)目傳輸復(fù)用器需要對PSI表進(jìn)行分析，以便建立對新數(shù)據(jù)流適用的PAT，修正有關(guān)數(shù)據(jù)包中的時間標(biāo)志，完成時標(biāo)更新。經(jīng)過第二層多節(jié)目傳輸復(fù)用器復(fù)用后，輸出MPEG-2 TS，可以繼續(xù)通過傳輸鏈路傳輸?shù)浇鈴?fù)用器，也可以采用誤碼保護(hù)編碼、信道編碼、調(diào)制技術(shù)后，通過衛(wèi)星、有線電視、地面無線電視傳輸。例如，將第二層多節(jié)目傳輸復(fù)用的MPEG-2 TS，經(jīng)過QPSK信道調(diào)制上衛(wèi)星，地面用戶通過數(shù)字電視接收機(jī)的QPSK解調(diào)器、解復(fù)用器、解碼器直接接收；有線電視臺前端將衛(wèi)星下行信號先后經(jīng)過解調(diào)器、解復(fù)用器、再復(fù)用器、QAM電纜調(diào)制器后，饋送至有線電視網(wǎng),用戶數(shù)字電視接收機(jī)通過QAM電纜解調(diào)器、解復(fù)用器、解碼器接收；地面無線電視臺將接收的衛(wèi)星信號先后經(jīng)過解調(diào)器、解復(fù)用器、再復(fù)用器、COFDM電纜調(diào)制器后，饋送至地面發(fā)射臺發(fā)射，用戶可通過數(shù)字電視接收機(jī)的COFDM解調(diào)器、解復(fù)用器、解碼器接收。由上述可明白：

1）數(shù)據(jù)流的分割

    將1個數(shù)據(jù)流逐段分割成多個數(shù)據(jù)包，便利于不同數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)包交織。

2）節(jié)目最小組合

    1個電視節(jié)目是由多個不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)流的ES組成的，1個電視節(jié)目的最小組合為1個視頻流，1個音頻流， 1個帶字母、字符的數(shù)據(jù)流（Tele text），其它信息業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流。

3）PS與TS區(qū)別

    節(jié)目流PS只能由1套節(jié)目的ES組成，傳輸流TS一般由多套節(jié)目的ES組成。由于在說明TS的基本流時標(biāo)時，總是針對某1節(jié)目而言，因此TS選擇了節(jié)目時鐘基準(zhǔn)PCR的概念，而不是系統(tǒng)時鐘基準(zhǔn)SCR。

5.系統(tǒng)的解碼

    由前述，MPEG-2系統(tǒng)要解決的問題是：

1）系統(tǒng)的復(fù)用與解復(fù)用

    MPEG-2采用時分多路復(fù)用技術(shù)，讓多路信號在同一信道上占用不同的時隙進(jìn)行存儲和傳輸，以提高信道利用率。

2）聲音圖像要同步顯示

    由于時分多路復(fù)用中的位時隙、路時隙、幀之間具有嚴(yán)格的時間關(guān)系，這就是同步。區(qū)分各路信號以此為據(jù)。為了恢復(fù)節(jié)目，先對ES進(jìn)行解碼。聲音、圖像信號的重現(xiàn)需要同步顯示，從而要求收發(fā)兩端數(shù)據(jù)流要達(dá)到同步。為此，MPEG-2系統(tǒng)規(guī)范通過在數(shù)據(jù)中插入時間標(biāo)志來實現(xiàn)：SCR或PCR為重建系統(tǒng)時間基準(zhǔn)的絕對時標(biāo)；在有效PS和TS產(chǎn)生前，已插入PES的DTS和PTS為解碼和重現(xiàn)時刻的相對時標(biāo)。

3）解碼緩存器無上下溢

    MPEG-2系統(tǒng)是由視音頻編碼器、編碼緩存器、系統(tǒng)編碼器及復(fù)用器、信道網(wǎng)絡(luò)編解碼器及存儲環(huán)境編解碼器、系統(tǒng)解碼器及解復(fù)用器、解碼緩存器和視音頻解碼器構(gòu)成。其中，編碼緩存器和解碼緩存器延遲是可變的；信道網(wǎng)絡(luò)編解碼器及存儲環(huán)境編解碼器和從視/音頻編碼器輸入到視音頻解碼器輸出，延遲是固定的。這表明，輸入視/音頻編碼器的數(shù)字圖像和音頻取樣，經(jīng)過固定的、不能變的點到點延遲后，應(yīng)該精確地同時出現(xiàn)在視音頻解碼器的輸出端。編碼及解碼緩存器的可變延遲的范圍就應(yīng)該受到嚴(yán)格限制，使解碼緩存器無上、下溢。

    為了解決復(fù)用、同步、無溢出問題，需要定義1個系統(tǒng)目標(biāo)解碼器（STD-System Target Decoder）模型。用于解釋傳輸流TS解碼并恢復(fù)基本流ES時的過程；用于在復(fù)用器數(shù)據(jù)包交織時確定某些時間的邊界條件。因此，每個相應(yīng)的MPEG-2 TS必須借助于專門的解碼器模型來解碼。圖9為TS的系統(tǒng)目標(biāo)解碼器模型。

    STD與實際解碼器的主要差別是：STD對數(shù)據(jù)流的操作是瞬時完成的，無須時間延遲。而實際解碼器是有延遲的。于是，可以利用這個差別，根據(jù)STD設(shè)計解碼器的緩存器的容量。例如，PAL制視頻圖像每隔1/25 s解碼出1幀，壓縮視頻以4Mb/s碼率到達(dá)視頻解碼器。要完全移走1幀圖像，視頻解碼器比STD的時間要延遲1/25 s ，其緩存器容量要比STD規(guī)定容量大4Mb/s×1/25s = 0.16Mb。相對于STD，視頻解碼及顯示有延遲，音頻解碼及顯示也應(yīng)延遲同樣的時間，以便視音頻正確同步。

    要防止STD上溢或下溢，首先要確定解碼延遲時間。為此，就要找出第一個DTS字段值與起始SCR字段值的差值。這個差值指出解碼器第一個I幀在復(fù)用數(shù)據(jù)流第一個SCR字段的最后1個字節(jié)之后的解碼的時刻。利用I幀和P幀編碼時間和顯示時間的不同時性，計算出PTS與DTS之時間差，從而確定P幀在重新排序緩存器中存儲的時間，或P幀在重新排序緩存器中停留多長時間后開始解碼。只要在解碼器開始解碼前，完全傳送完1個存取單元，就不會產(chǎn)生下溢。若每個存取單元在解碼前瞬時的緩存器最大充滿度與STD數(shù)據(jù)流緩存器容量大小比較適配，就不會產(chǎn)生上溢。

    由圖9可見，MPEG-2 TS包含N個ES的數(shù)據(jù)。按照PID值，根據(jù)ES的性質(zhì)是視頻的還是音頻的或系統(tǒng)的，通過換向器，將每個相關(guān)數(shù)據(jù)包切換到相應(yīng)路徑，并分別傳送給各個傳輸緩存器（TB-Transport Buffer）。如視頻ES輸入到傳輸緩存器TB-1,音頻ES輸入到傳輸緩存器TB-N,PSI輸入到系統(tǒng)緩存器SB-PSI.從STD輸入端傳送到TB或SB是瞬時的。

    TB的容量略大于2個傳輸流包的相應(yīng)長度，MPEG規(guī)定為512 B。有利于較高復(fù)用器碼率與較低解碼存儲器存取速度相適應(yīng)，因緩存器讀出采用較低的ES速率就可以實現(xiàn)。之所以要采用ES速率，是因為要降低解碼硬件對處理器支持的PSI信息分析的復(fù)雜性，從而規(guī)定緩存器讀出速度最大不超過傳輸速率0.2%。視頻基本數(shù)據(jù)流從TB-1輸出時，由于包頭再也不能識別TS數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，并已去除了全部相關(guān)傳輸記錄信息，同時誤差指示器查詢可能有的包誤差。因此，要拋棄PES包頭，并將所有存儲在TB-1中的PES包的凈負(fù)荷數(shù)據(jù)全部送到主存儲器1，以便為解碼器1提供數(shù)據(jù)。凈負(fù)荷數(shù)據(jù)從TB-1傳送到主存儲器1是瞬時完成的。

    DTS標(biāo)明從STD的ES解碼緩存器移走存取單元全部數(shù)據(jù)的時刻。對輸入到主存儲器1-N的所有存取單元的數(shù)據(jù)，都必須在DTS規(guī)定的瞬時移走。解碼器1-N及系統(tǒng)信息解碼器的解碼是瞬時完成的。順便說明的是：傳輸數(shù)據(jù)包的同時，應(yīng)將誤差信息傳送給解碼器，以便對數(shù)據(jù)內(nèi)容解擾，至于對內(nèi)容的進(jìn)一步解碼，已不是傳輸解碼器的事情。數(shù)據(jù)解壓縮、顯示單元重建及在正確的顯示時間顯示已同步的序列，是解碼系統(tǒng)的任務(wù)。

    PTS標(biāo)明STD出現(xiàn)顯示單元（PU-Presentation Unit）的時間，顯示之前，I幀和P幀需要經(jīng)過重新排序緩存器的延遲。

    節(jié)目專用信息PSI包括節(jié)目源結(jié)合表PAT（PID=0）、條件接收表CAT（PID=1）、節(jié)目源映射表PMT。由于PSI的數(shù)據(jù)量比較小，系統(tǒng)緩存器SB-PSI的規(guī)模限制在1536B。到達(dá)系統(tǒng)信息解碼器的PSI傳輸流，在該解碼器中檢查所期望節(jié)目的相關(guān)信息。解碼器通過PSI表了解來自數(shù)據(jù)流的哪些數(shù)據(jù)包，即數(shù)據(jù)中哪些PID應(yīng)繼續(xù)傳送，其余不期望的節(jié)目數(shù)據(jù)包可忽略。顯然，存儲在節(jié)目源映射表PMT中的PID值，是用于檢測TS內(nèi)所需要的數(shù)據(jù)包的。（