ffmpeg对mpeg2-TS详细解析

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匿名网站用户   2020-12-19 17:23   11   0
介绍:
MPEG的系统层编码为不同的应用场景设计了两种格式:
TS(Transport Stream) 和PS(Program Stream),
它们两者之间不具有层级关系，
在逻辑上，它们两者都是由PES(Packetized Elementary Stream)包组成的，
所以可以很方便地实现相互转换.

TS(Transport Stream):
是将具有一个或多个独立时间基的一个或多个节目(包括音频和视频)组成一个流,
组成同一个节目的基本流(如一个视频流，多个音频流)的PES包有一个共用的时间基。
TS的包长标准为188bytes.
从上面的定义可以分成三层来看TS/PS。
ES层 : 由单独的音频(如mp3)，视频流(如h.264)组成基本的ES(Elementary Stream)。
PES层 : 将基本的ES按一定的规则(如H.264以AU)进行封装，并打上时间戳，组成PES。
TS/PS层: 将PES包进行切分后再封装成188bytes大小的TS包，
同时还将一些节目信息也封装成TS包(称为section), 两者共同组成TS层。

从上面的总结，TS/PS总体上来说，是一种封装格式，用来承载数据。
所以FFmpeg
将TS/PS的解析文件定义在libavformat/mpegts.c文件中
将音频，视频的解码定义在libavcodec/mpeg12.c文件中

下面来看FFmpeg是如何进行TS的demuxer的。

1. MPEG2-TS的demuxer函数

  1. AVInputFormat ff_mpegts_demuxer = {
  2. "mpegts",
  3. NULL_IF_CONFIG_SMALL("MPEG-2 transport stream format"),
  4. sizeof(MpegTSContext),
  5. mpegts_probe,
  6. mpegts_read_header,
  7. mpegts_read_packet,
  8. mpegts_read_close,
  9. read_seek,
  10. mpegts_get_pcr,
  11. .flags = AVFMT_SHOW_IDS|AVFMT_TS_DISCONT,
  12. #ifdef USE_SYNCPOINT_SEARCH
  13. .read_seek2 = read_seek2,
  14. #endif
  15. };

2. 解析流中的TS格式

  1. /*
  2. * 出现3种格式，主要原因是：
  3. * TS标准是 188Bytes;
  4. * 日本标准是192Bytes的DVH-S格式;
  5. * 第三种的 204Bytes则是在188Bytes的基础上，加上16Bytes的FEC(前向纠错).
  6. */
  7. #define TS_PACKET_SIZE 188
  8. #define TS_DVHS_PACKET_SIZE 192
  9. #define TS_FEC_PACKET_SIZE 204

  11. #define TS_MAX_PACKET_SIZE 204

  13. //< maximum score, half of that is used for file-extension-based detection
  14. #define AVPROBE_SCORE_MAX 100

  1. /*
  2. * 函数功能:
  3. * 分析流中是三种TS格式的哪一种
  4. */
  5. static int mpegts_probe(AVProbeData *p)
  6. {
  7. #define CHECK_COUNT 10

  9. const int size= p->buf_size;
  10. int score, fec_score, dvhs_score;
  11. int check_count= size / TS_FEC_PACKET_SIZE;

  13. if (check_count < CHECK_COUNT)
  14. return -1;

  16. score = analyze(p->buf, TS_PACKET_SIZE *check_count, TS_PACKET_SIZE , NULL)
  17. * CHECK_COUNT / check_count;
  18. dvhs_score= analyze(p->buf, TS_DVHS_PACKET_SIZE*check_count, TS_DVHS_PACKET_SIZE, NULL)
  19. * CHECK_COUNT / check_count;
  20. fec_score = analyze(p->buf, TS_FEC_PACKET_SIZE *check_count, TS_FEC_PACKET_SIZE , NULL)
  21. * CHECK_COUNT / check_count;

  23. /*
  24. * we need a clear definition for the returned score ,
  25. * otherwise things will become messy sooner or later
  26. */
  27. if (score > fec_score && score > dvhs_score && score > 6)
  28. return AVPROBE_SCORE_MAX + score - CHECK_COUNT;
  29. else if(dvhs_score > score && dvhs_score > fec_score && dvhs_score > 6)
  30. return AVPROBE_SCORE_MAX + dvhs_score - CHECK_COUNT;
  31. else if(fec_score > 6)
  32. return AVPROBE_SCORE_MAX + fec_score - CHECK_COUNT;
  33. else
  34. return -1;
  35. }

  1. /*
  2. * 函数功能:
  3. * 在size大小的buf中，寻找满足特定格式，长度为packet_size的
  4. * packet的个数;
  5. * 显然，返回的值越大越可能是相应的格式(188/192/204)
  6. */
  7. static int analyze(const uint8_t *buf, int size, int packet_size, int *index){
  8. int stat[TS_MAX_PACKET_SIZE];
  9. int i;
  10. int x=0;
  11. int best_score=0;

  13. memset(stat, 0, packet_size*sizeof(int));

  15. for (x=i=0; i < size-3; i++)
  16. {
  17. if ((buf[i] == 0x47) && !(buf[i+1] & 0x80) && (buf[i+3] & 0x30))
  18. {
  19. stat[x]++;

  21. if (stat[x] > best_score)
  22. {
  23. best_score= stat[x];
  24. if (index)
  25. *index= x;
  26. }
  27. }

  29. x++;
  30. if (x == packet_size)
  31. x= 0;
  32. }

  34. return best_score;
  35. }

buf[i] == 0x47
其中的sync_byte固定为0x47,即上面的.
!(buf[i+1] & 0x80)
由于transport_error_indicator为1的TS Packet实际有错误,
表示携带的数据无意义, 这样的Packet显然没什么意义.
buf[i+3] & 0x30
对于adaptation_field_control, 如果取值为0x00,则表示为未来保留，现在不用.

这就是MPEG TS的侦测过程.

3. MPEG2-TS头解析

  1. #define NB_PID_MAX 8192
  2. #define MAX_SECTION_SIZE 4096

  4. /* pids */
  5. #define PAT_PID 0x0000
  6. #define SDT_PID 0x0011

  8. /* table ids */
  9. #define PAT_TID 0x00
  10. #define PMT_TID 0x02
  11. #define SDT_TID 0x42

  1. /*
  2. * 函数功能:
  3. *
  4. */
  5. int mpegts_read_header(AVFormatContext *s, AVFormatParameters *ap)
  6. {
  7. /*
  8. * MpegTSContext , 是为了解码不同容器格式所使用的私有数据，
  9. * 只有在相应的诸如mpegts.c文件才可以使用的.
  10. * 这样，增加了这个库的模块化.
  11. */
  12. MpegTSContext *ts = s->priv_data;
  13. AVIOContext *pb = s->pb;
  14. uint8_t buf[8*1024];
  15. int len;
  16. int64_t pos;

  18. /* read the first 8*1024 bytes to get packet size */
  19. pos = avio_tell(pb); // 获取buf的当前位置
  20. len = avio_read(pb, buf, sizeof(buf)); // 从pb->opaque中读取sizeof(buf)个字节到buf
  21. if (len != sizeof(buf))
  22. goto fail;

  24. /*
  25. * 获得TS包的实际长度
  26. */
  27. ts->raw_packet_size = get_packet_size(buf, sizeof(buf));
  28. if (ts->raw_packet_size <= 0)
  29. {
  30. av_log(s, AV_LOG_WARNING, "Could not detect TS packet size, defaulting to non-FEC/DVHS\n");
  31. ts->raw_packet_size = TS_PACKET_SIZE;
  32. }

  34. ts->stream = s;
  35. ts->auto_guess = 0;

  37. if (s->iformat == &ff_mpegts_demuxer)
  38. {
  39. /* normal demux */
  40. /* first do a scaning to get all the services */
  41. if (avio_seek(pb, pos, SEEK_SET) < 0)
  42. {
  43. av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Unable to seek back to the start\n");
  44. }

  46. /*
  47. * 挂载了两个Section类型的过滤器,
  48. * 其实在TS的两种负载中，section是PES的元数据，
  49. * 只有先解析了section,才能进一步解析PES数据，因此先挂上section的过滤器。
  50. */
  51. mpegts_open_section_filter(ts, SDT_PID, sdt_cb, ts, 1);
  52. mpegts_open_section_filter(ts, PAT_PID, pat_cb, ts, 1);

  54. /*
  55. */
  56. handle_packets(ts, s->probesize / ts->raw_packet_size);

  58. /* if could not find service, enable auto_guess */
  59. ts->auto_guess = 1;
  60. av_dlog(ts->stream, "tuning done\n");
  61. s->ctx_flags |= AVFMTCTX_NOHEADER;
  62. }
  63. else
  64. {
  65. ...
  66. }

  68. avio_seek(pb, pos, SEEK_SET);
  69. return 0;

  71. fail:
  72. return -1;
  73. }

  1. MpegTSFilter *mpegts_open_section_filter(MpegTSContext* ts,
  2. unsigned int pid,
  3. SectionCallback* section_cb,
  4. void* opaque,
  5. int check_crc)
  6. {
  7. MpegTSFilter *filter;
  8. MpegTSSectionFilter *sec;

  10. av_dlog(ts->stream, "Filter: pid=0x%x\n", pid);

  12. if (pid >= NB_PID_MAX || ts->pids[pid])
  13. return NULL;

  15. filter = av_mallocz(sizeof(MpegTSFilter));
  16. if (!filter)
  17. return NULL;

  19. ts->pids[pid] = filter;
  20. filter->type = MPEGTS_SECTION;
  21. filter->pid = pid;
  22. filter->last_cc = -1;
  23. sec = &filter->u.section_filter;
  24. sec->section_cb = section_cb;
  25. sec->opaque = opaque;
  26. sec->section_buf= av_malloc(MAX_SECTION_SIZE);
  27. sec->check_crc = check_crc;

  29. if (!sec->section_buf)
  30. {
  31. av_free(filter);
  32. return NULL;
  33. }

  35. return filter;
  36. }

对于这部分代码，需要分析数据结构的定义：
依次为：

struct MpegTSContext;
|
V
struct MpegTSFilter;
|
V
+--------------+---------------+
| |
V V
MpegTSPESFilter MpegTSSectionFilter

就是struct MpegTSContext；中有NB_PID_MAX(8192)个TS的Filter，
而每个struct MpegTSFilter
可能是 PES 的Filter
或者是 Section的Filter。

为什么NB_PID_MAX 是 8192,
需要看TS的语法结构(ISO/IEC 138138-1 page 19):
  1. Syntax No. of bits Mnemonic
  2. transport_packet(){
  3. sync_byte 8 bslbf
  4. transport_error_indicator 1 bslbf
  5. payload_unit_start_indicator 1 bslbf
  6. transport_priority 1 bslbf
  7. PID 13 uimsbf
  8. transport_scrambling_control 2 bslbf
  9. adaptation_field_control 2 bslbf
  10. continuity_counter 4 uimsbf
  11. if (adaptation_field_control=='10' ||
  12. adaptation_field_control=='11' )
  13. {
  14. adaptation_field()
  15. }

  17. if (adaptation_field_control=='01' ||
  18. adaptation_field_control=='11' )
  19. {
  20. for (i=0;i<N;i++)
  21. {
  22. data_byte 8 bslbf
  23. }
  24. }
  25. }
而8192,是2^13=8192(PID)的最大数目，
为什么会有PES和Section的区分，更详细的可以参考ISO/IEC-13818-1.


挂载上了两种section过滤器，如下：
=========================================================================
PID |Section Name |Callback
=========================================================================
SDT_PID(0x0011) |ServiceDescriptionTable|sdt_cb
| |
PAT_PID(0x0000) |ProgramAssociationTable|pat_cb
=========================================================================
设计成回调函数，是为了在后面使用。

4. MPEG2-TS的包处理

  1. int handle_packets(MpegTSContext *ts, int nb_packets)
  2. {
  3. AVFormatContext *s = ts->stream;
  4. uint8_t packet[TS_PACKET_SIZE];
  5. int packet_num, ret;

  7. ts->stop_parse = 0;
  8. packet_num = 0;

  10. for ( ; ; )
  11. {
  12. packet_num++;

  14. if (nb_packets != 0 && packet_num >= nb_packets ||
  15. ts->stop_parse > 1)
  16. {
  17. ret = AVERROR(EAGAIN);
  18. break;
  19. }

  21. if (ts->stop_parse > 0)
  22. break;

  24. ret = read_packet(s, packet, ts->raw_packet_size);
  25. if (ret != 0)
  26. return ret;

  28. ret = handle_packet(ts, packet);
  29. if (ret != 0)
  30. return ret;
  31. }

  33. return 0;
  34. }


它的代码结构很简单:
handle_packets()
|
+->read_packet()
|
+->handle_packet()
|
+->write_section_data()
read_packet(), 很简单, 就是去找sync_byte(0x47),
handle_packet(),是真正处理数据的地方.它的代码如下:
  1. /*
  2. * 功能: handle one TS packet
  3. */
  4. int handle_packet(MpegTSContext *ts, const uint8_t *packet)
  5. {
  6. AVFormatContext *s = ts->stream;
  7. MpegTSFilter *tss;
  8. int len, pid, cc, expected_cc, cc_ok, afc, is_start;
  9. const uint8_t *p, *p_end;
  10. int64_t pos;

  12. /* 获取该包的PID */
  13. pid = AV_RB16(packet + 1) & 0x1fff;
  14. if (pid && discard_pid(ts, pid))
  15. return 0;

  17. /*
  18. * 是否是PES或者Section的开头
  19. * 即syntax element: payload_unit_start_indicator
  20. */
  21. is_start = packet[1] & 0x40;
  22. tss = ts->pids[pid];

  24. /*
  25. * ts->auto_guess此时为0，因此不考虑下面的代码
  26. */
  27. if (ts->auto_guess && tss == NULL && is_start)
  28. {
  29. add_pes_stream(ts, pid, -1);
  30. tss = ts->pids[pid];
  31. }
  32. if (!tss)
  33. return 0;

  35. /*
  36. * continuity check (currently not used)
  37. * 虽然检查，但不利用检查的结果
  38. */
  39. cc = (packet[3] & 0xf);
  40. expected_cc = (packet[3] & 0x10) ? (tss->last_cc + 1) & 0x0f : tss->last_cc;
  41. cc_ok = (tss->last_cc < 0) || (expected_cc == cc);
  42. tss->last_cc = cc;

  44. /*
  45. * 解析 adaptation_field_control 语法元素
  46. * =======================================================
  47. * 00 | Reserved for future use by ISO/IEC
  48. * 01 | No adaptation_field, payload only
  49. * 10 | Adaptation_field only, no payload
  50. * 11 | Adaptation_field follwed by payload
  51. * =======================================================
  52. */
  53. afc = (packet[3] >> 4) & 3;
  54. p = packet + 4;
  55. if (afc == 0) /* reserved value */
  56. return 0;
  57. if (afc == 2) /* adaptation field only */
  58. return 0;
  59. if (afc == 3)
  60. {
  61. /*
  62. * 跳过 adapation field
  63. * p[0]对应的语法元素为: adaptation_field_length
  64. */
  65. p += p[0] + 1;
  66. }

  68. /*
  69. * if past the end of packet, ignore
  70. * p已近到达TS包中的有效负载的地方
  71. */
  72. p_end = packet + TS_PACKET_SIZE;
  73. if (p >= p_end)
  74. return 0;

  76. pos = avio_tell(ts->stream->pb);
  77. ts->pos47= pos % ts->raw_packet_size;

  79. if (tss->type == MPEGTS_SECTION)
  80. {
  81. /*
  82. * 针对Section, 第一个字节对应的语法元素为:pointer_field(见2.4.4.1),
  83. * 它表示在当前TS包中，从pointer_field开始到第一个section的第一个字节间的字节数。
  84. * 当TS包中有至少一个section的起始时,
  85. * payload_unit_start_indicator = 1 且 TS负载的第一个字节为pointer_field;
  86. * pointer_field = 0x00时，表示section的起始就在这个字节之后;
  87. * 当TS包中没有section的起始时,
  88. * payload_unit_start_indicator = 0 且 TS负载中没有pointer_field;
  89. */
  90. if (is_start)
  91. {
  92. /* pointer field present */
  93. len = *p++;
  94. if (p + len > p_end)
  95. return 0;

  97. if (len && cc_ok)
  98. {
  99. /*
  100. * write remaining section bytes
  101. * TS包的负载部分由Section A的End部分和Section B的Start组成，
  102. * 先把Section A的End部分写入
  103. */
  104. write_section_data(s, tss, p, len, 0);

  106. /* check whether filter has been closed */
  107. if (!ts->pids[pid])
  108. return 0;
  109. }
  110. p += len;

  112. if (p < p_end)
  113. {
  114. /*
  115. * 再将Section B的Start部分写入
  116. */
  117. write_section_data(s, tss, p, p_end - p, 1);
  118. }
  119. }
  120. else
  121. {
  122. /* TS包负载仅是一个Section的中间部分部分，将其写入*/
  123. if (cc_ok)
  124. {
  125. write_section_data(s, tss, p, p_end - p, 0);
  126. }
  127. }
  128. }
  129. else
  130. {
  131. int ret;

  133. /*
  134. * 如果是PES类型，直接调用其Callback，
  135. * 但显然，只有Section部分解析完成后才可能解析PES
  136. */
  137. // Note: The position here points actually behind the current packet.
  138. if ((ret = tss->u.pes_filter.pes_cb(tss, p, p_end - p, is_start,
  139. pos - ts->raw_packet_size)) < 0)
  140. return ret;
  141. }

  143. return 0;
  144. }
write_section_data()函数:
反复收集buffer中的数据，指导完成相关Section的重组过程,
然后调用之前注册的两个section_cb.


5. 节目指定信息的解析

  1. /*
  2. * PAT(Program Association Table) 节目相关表
  3. * 提供了节目号与PID值的对应关系
  4. * 见ISO/IEC 13818-1 2.4.4.3 Table 2-30
  5. */
  6. void pat_cb(MpegTSFilter *filter, const uint8_t *section, int section_len);

  8. /*
  9. * PMT(Program Map Table) 节目映射表
  10. * 提供了节目号与组成节目的元素之间的映射关系--或者称为"节目定义"
  11. * 见ISO/IEC 13818-1 2.4.4.8 Table 2-33
  12. */
  13. void pmt_cb(MpegTSFilter *filter, const uint8_t *section, int section_len);


  16. /*
  17. * SDT(Transport Stream Description Table) TS描述表
  18. * 用于定义TS描述子的表
  19. * 见ISO/IEC 13818-1 2.4.4.12 Table 2-36
  20. */
  21. void sdt_cb(MpegTSFilter *filter, const uint8_t *section, int section_len)

6. 解析PES包

  1. /*
  2. * 见ISO/IEC 13818-1 2.4.3.6 Table 2-21
  3. */
  4. int mpegts_push_data(MpegTSFilter* filter,
  5. const uint8_t* buf,
  6. int buf_size,
  7. int is_start,
  8. int64_t pos);

至此，整个TS层的解析基本完成。


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