ffmpeg解析TS流

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
10. #define TS_MAX_PACKET_SIZE 204
11. //< maximum score, half of that is used for file-extension-based detection
12. #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
8. const int size= p->buf_size;
9. int score, fec_score, dvhs_score;
10. int check_count= size / TS_FEC_PACKET_SIZE;
11. if (check_count < CHECK_COUNT)
12. return -1;
13. score     = analyze(p->buf, TS_PACKET_SIZE *check_count, TS_PACKET_SIZE , NULL)
14. * CHECK_COUNT / check_count;
15. dvhs_score= analyze(p->buf, TS_DVHS_PACKET_SIZE*check_count, TS_DVHS_PACKET_SIZE, NULL)
16. * CHECK_COUNT / check_count;
17. fec_score = analyze(p->buf, TS_FEC_PACKET_SIZE *check_count, TS_FEC_PACKET_SIZE , NULL)
18. * CHECK_COUNT / check_count;
19. /*
20. * we need a clear definition for the returned score ,
21. * otherwise things will become messy sooner or later
22. */
23. if (score > fec_score && score > dvhs_score && score > 6)
24. return AVPROBE_SCORE_MAX + score - CHECK_COUNT;
25. else if(dvhs_score > score && dvhs_score > fec_score && dvhs_score > 6)
26. return AVPROBE_SCORE_MAX + dvhs_score - CHECK_COUNT;
27. else if(fec_score > 6)
28. return AVPROBE_SCORE_MAX + fec_score - CHECK_COUNT;
29. else
30. return -1;
31. }

 

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;
12. memset(stat, 0, packet_size*sizeof(int));
13. for (x=i=0; i < size-3; i++)
14. {
15. if ((buf[i] == 0x47) && !(buf[i+1] & 0x80) && (buf[i+3] & 0x30))
16. {
17. stat[x]++;
18. if (stat[x] > best_score)
19. {
20. best_score= stat[x];
21. if (index)
22. *index= x;
23. }
24. }
25. x++;
26. if (x == packet_size)
27. x= 0;
28. }
29. return best_score;
30. }

 

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
3. /* pids */
4. #define PAT_PID 0x0000
5. #define SDT_PID 0x0011
6. /* table ids */
7. #define PAT_TID 0x00
8. #define PMT_TID 0x02
9. #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;
17. /* read the first 8*1024 bytes to get packet size */
18. pos = avio_tell(pb);                   // 获取buf的当前位置
19. len = avio_read(pb, buf, sizeof(buf)); // 从pb->opaque中读取sizeof(buf)个字节到buf
20. if (len != sizeof(buf))
21. goto fail;
22. /*
23. * 获得TS包的实际长度
24. */
25. ts->raw_packet_size = get_packet_size(buf, sizeof(buf));
26. if (ts->raw_packet_size <= 0)
27. {
28. av_log(s, AV_LOG_WARNING, "Could not detect TS packet size, defaulting to non-FEC/DVHS\n");
29. ts->raw_packet_size = TS_PACKET_SIZE;
30. }
31. ts->stream = s;
32. ts->auto_guess = 0;
33. if (s->iformat == &ff_mpegts_demuxer)
34. {
35. /* normal demux */
36. /* first do a scaning to get all the services */
37. if (avio_seek(pb, pos, SEEK_SET) < 0)
38. {
39. av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Unable to seek back to the start\n");
40. }
41. /*
42. * 挂载了两个Section类型的过滤器,
43. * 其实在TS的两种负载中，section是PES的元数据，
44. * 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。
45. */
46. mpegts_open_section_filter(ts, SDT_PID, sdt_cb, ts, 1);
47. mpegts_open_section_filter(ts, PAT_PID, pat_cb, ts, 1);
48. /*
49. */
50. handle_packets(ts, s->probesize / ts->raw_packet_size);
51. /* if could not find service, enable auto_guess */
52. ts->auto_guess = 1;
53. av_dlog(ts->stream, "tuning done\n");
54. s->ctx_flags |= AVFMTCTX_NOHEADER;
55. }
56. else
57. {
58. ...
59. }
60. avio_seek(pb, pos, SEEK_SET);
61. return 0;
62. fail:
63. return -1;
64. }

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;
9. av_dlog(ts->stream, "Filter: pid=0x%x\n", pid);
10. if (pid >= NB_PID_MAX || ts->pids[pid])
11. return NULL;
12. filter = av_mallocz(sizeof(MpegTSFilter));
13. if (!filter)
14. return NULL;
15. ts->pids[pid] = filter;
16. filter->type = MPEGTS_SECTION;
17. filter->pid = pid;
18. filter->last_cc = -1;
19. sec = &filter->u.section_filter;
20. sec->section_cb = section_cb;
21. sec->opaque = opaque;
22. sec->section_buf= av_malloc(MAX_SECTION_SIZE);
23. sec->check_crc = check_crc;
24. if (!sec->section_buf)
25. {
26. av_free(filter);
27. return NULL;
28. }
29. return filter;
30. }

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. }
16. if (adaptation_field_control=='01' ||
17. adaptation_field_control=='11' )
18. {
19. for (i=0;i<N;i++)
20. {
21. data_byte                     8                bslbf
22. }
23. }
24. }

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;
6. ts->stop_parse = 0;
7. packet_num = 0;
8. for ( ; ; )
9. {
10. packet_num++;
11. if (nb_packets != 0 && packet_num >= nb_packets ||
12. ts->stop_parse > 1)
13. {
14. ret = AVERROR(EAGAIN);
15. break;
16. }
17. if (ts->stop_parse > 0)
18. break;
19. ret = read_packet(s, packet, ts->raw_packet_size);
20. if (ret != 0)
21. return ret;
22. ret = handle_packet(ts, packet);
23. if (ret != 0)
24. return ret;
25. }
26. return 0;
27. }

 

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;
11. /* 获取该包的PID */
12. pid = AV_RB16(packet + 1) & 0x1fff;
13. if (pid && discard_pid(ts, pid))
14. return 0;
15. /*
16. * 是否是PES或者Section的开头
17. * 即syntax element: payload_unit_start_indicator
18. */
19. is_start = packet[1] & 0x40;
20. tss = ts->pids[pid];
21. /*
22. * ts->auto_guess此时为0，因此不考虑下面的代码
23. */
24. if (ts->auto_guess && tss == NULL && is_start)
25. {
26. add_pes_stream(ts, pid, -1);
27. tss = ts->pids[pid];
28. }
29. if (!tss)
30. return 0;
31. /*
32. * continuity check (currently not used)
33. * 虽然检查，但不利用检查的结果
34. */
35. cc = (packet[3] & 0xf);
36. expected_cc = (packet[3] & 0x10) ? (tss->last_cc + 1) & 0x0f : tss->last_cc;
37. cc_ok = (tss->last_cc < 0) || (expected_cc == cc);
38. tss->last_cc = cc;
39. /*
40. * 解析 adaptation_field_control 语法元素
41. * =======================================================
42. * 00 | Reserved for future use by ISO/IEC
43. * 01 | No adaptation_field, payload only
44. * 10 | Adaptation_field only, no payload
45. * 11 | Adaptation_field follwed by payload
46. * =======================================================
47. */
48. afc = (packet[3] >> 4) & 3;
49. p = packet + 4;
50. if (afc == 0) /* reserved value */
51. return 0;
52. if (afc == 2) /* adaptation field only */
53. return 0;
54. if (afc == 3)
55. {
56. /*
57. * 跳过 adapation field
58. * p[0]对应的语法元素为: adaptation_field_length
59. */
60. p += p[0] + 1;
61. }
62. /*
63. * if past the end of packet, ignore
64. * p已近到达TS包中的有效负载的地方
65. */
66. p_end = packet + TS_PACKET_SIZE;
67. if (p >= p_end)
68. return 0;
69. pos = avio_tell(ts->stream->pb);
70. ts->pos47= pos % ts->raw_packet_size;
71. if (tss->type == MPEGTS_SECTION)
72. {
73. /*
74. * 针对Section, 第一个字节对应的语法元素为:pointer_field(见2.4.4.1),
75. * 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。
76. * 当TS包中有至少一个section的起始时,
77. *    payload_unit_start_indicator = 1 且 TS负载的第一个字节为pointer_field;
78. *    pointer_field = 0x00时，表示section的起始就在这个字节之后;
79. * 当TS包中没有section的起始时,
80. *    payload_unit_start_indicator = 0 且 TS负载中没有pointer_field;
81. */
82. if (is_start)
83. {
84. /* pointer field present */
85. len = *p++;
86. if (p + len > p_end)
87. return 0;
88. if (len && cc_ok)
89. {
90. /*
91. * write remaining section bytes
92. * TS包的负载部分由Section A的End部分和Section B的Start组成，
93. * 先把Section A的End部分写入
94. */
95. write_section_data(s, tss, p, len, 0);
96. /* check whether filter has been closed */
97. if (!ts->pids[pid])
98. return 0;
99. }
100. p += len;
101. if (p < p_end)
102. {
103. /*
104. * 再将Section B的Start部分写入
105. */
106. write_section_data(s, tss, p, p_end - p, 1);
107. }
108. }
109. else
110. {
111. /* TS包负载仅是一个Section的中间部分部分，将其写入*/
112. if (cc_ok)
113. {
114. write_section_data(s, tss, p, p_end - p, 0);
115. }
116. }
117. }
118. else
119. {
120. int ret;
121. /*
122. * 如果是PES类型，直接调用其Callback，
123. * 但显然，只有Section部分解析完成后才可能解析PES
124. */
125. // Note: The position here points actually behind the current packet.
126. if ((ret = tss->u.pes_filter.pes_cb(tss, p, p_end - p, is_start,
127. pos - ts->raw_packet_size)) < 0)
128. return ret;
129. }
130. return 0;
131. }

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);
7. /*
8. * PMT(Program Map Table) 节目映射表
9. * 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"
10. * 见ISO/IEC 13818-1 2.4.4.8 Table 2-33
11. */
12. void pmt_cb(MpegTSFilter *filter, const uint8_t *section, int section_len);
13. /*
14. * SDT(Transport Stream Description Table) TS描述表
15. * 用于定义TS描述子的表
16. * 见ISO/IEC 13818-1 2.4.4.12 Table 2-36
17. */
18. 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。