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\n");
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\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.   } 
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。

来源：https://www.cnblogs.com/yulang314/p/3737854.html