• 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
    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));
    14.     
    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]++;
    20.             
    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.   }
    33.     
    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
    3.         
    4. /* pids */
    5. #define PAT_PID 0x0000
    6. #define SDT_PID 0x0011
    7.         
    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 ");
    31.     ts->raw_packet_size = TS_PACKET_SIZE;
    32.   }
    34.   ts->stream = s; 
    35.   ts->auto_guess = 0;
    36.   
    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 ");
    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 ");
    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 ", 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.   } 
    16.        
    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;
    6.      
    7.   ts->stop_parse = 0;
    8.   packet_num = 0;
    10.   for ( ; ; ) 
    11.   {
    12.     packet_num++;
    13.     
    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;
    23.         
    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.   } 
    32.   
    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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