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摘要 本文从MPEG-2的视频基本流（ES-Elementary Stream）的层次讨论了MPEG-2节目流（PS-Program Stream）的合成。在分析了MPEG-2码流的时间信息在音视频同步的作用后，提出了一种ES到PS包过程中时间信息的重建算法。同时，将打包后的数据包复用成完整的节目数据流。
关键字 同步；系统参考时钟；显示时间标签；解码时间标签；复用
1 前言
随着数字电视技术日趋成熟，我国广播电视的数字化进程已经制定出了详细的时间表。当前广播电视主要通过有线电视网络的覆盖对城镇、乡进行广播。虽然传播中的信道编码具备多样性，但是广播电视的信源普遍采用MPEG-2国际标准处理的节目流（PS）方式。 temporal_reference中获得这个序号（定义为Ref_Order）。根据MPEG-2的时序模型（见图3），我们知道视频的DTS值始终具有逐帧递增的特点，而PTS和DTS之间具有一定的差值关系。差值同帧速率、帧在帧所在图像组（GOP-Group of pictures）中的解码顺序以及帧在（GOP-Group of pictures）的帧序号（定义为GopFrameOrder）有关。因而，我们根据DTS确定PTS值。
首先，根据ES的frame_rate_code字段来计算视频帧的帧速率frame_rate。每一帧的帧历时为：frame_time=(1／frame_rate)*90000。MPEG-2视频压缩采用双向和单向两种预测编码，视频帧的编码顺序和显示顺序不同，视频帧的DTS和PTS的计算需要结合picture_header()中的参数得到。这些参数包括了：当前视频帧在码流中的帧数序号、在当前GOP中的视频帧序号、当前帧的类型。算法实现如下：
1)、如果当前帧是I帧，并且是整个码流第一帧。
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（PtsIni指编码时设定的PTS初值）
2)、如果当前帧是I帧或者P帧或者B帧，但不是第一帧，解码时间比显示时间的差值有恒定关系。应该注意，B帧的DTS并不显示在编码后的PES包中。
3.1.2 音频PES时间信息的重建
将音频帧打包成一个PES分组，只需要读取合适长度的音频帧数据，在具有音频帧帧头标识的PES包上加上包头内容，如PTS，PES长度等字段的内容。其中PTS的算法如下：
其中，AudioFrmOrder，当前音频帧的在完整码流的音频帧中的序号；AudioSamp，音频帧的样本点，与采样率有关；Sequence，时钟频率，90KHz；Sampling，音频采样率。
3. 2 PS时间信息重建
为了使PS的码流具有良好的能控性，我们将每一个PES包的长度定为一个合适而固定的长度。在完成PES包的编码之后，我们需要将一个个视频PES包和音频PES包交织成PS包。
在PS流中，时间同步信息是指SCR。SCR表示了系统的时间基准，其频率是27MHz。SCR是为了解决压缩编码图像同步问题而产生的。PTS、DTS以90KHz为单位。在PS包头插入42bit的SCR，从PS包头的第5到第10字节，表明SCR字段最后一个字节离开编码器的时间。MPEG-2编解码的时序也表明在解码端解码时，用本地SCR相位和输入的瞬时SCR相位锁相比较确定解码的同步。SCR的值由复用数据率和统一系统时钟的27MHz频率确定。采用时间标志PTS、DTS和SCR是解决音视频同步、帧正确显示、防止系统目标解码器缓存器上溢或下溢的好方法。
SCR编码的时候被分成两个部分，一部分以系统时钟的1/300为单位，称为SCR_Base；一部分以系统时钟为单位，称为SCR_Ext。SCR的计算方法如下：
令i=0，即可以得到当前i'字节编码的SCR值的计算公式，从而得到：
第一个PS包定义SCR初值、PS平均码率，其系统头规定了比特率范围和音视频缓冲区的大小。我们以GOP为单位，在一定范围内修正其码率,再根据该码率计算SCR，确保SCR与PTS、DTS不发生翻转。
4 结束语
按照上述算法，在VC++6．0环境下，编码完成PS合成软件。合成的PS在各种播放软件中播放流畅，同时也满足应用广泛的神龙卡、Opitibase等播放卡的硬播放需求。测试结果表明，本软件合成PS的速度达到TMpgEnc的合成工具的1.3～1.5倍，而且码流的规范性上也强于TMpgEnc，解决了TMpgEnc合成的码流在硬播放中找点播放时常出现的不同步、抖动、和卡死等问题。本软件已经被广泛应用于州市各级电视台。实践证明，具有非常可靠的稳定性和规范性。
参考文献
【1】ISO/IEC 13818-1,13818-2, Generic coding of moving pictures and associated audio[S]. 1994
【2】 ISO/IEC 11172-3, Generic coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1.5Mbit/s[S]. 1994-11-13
【3】郭斌. MPEG-2压缩编码技术.北京:电视制播数字化网络化技术文集,2003-08
