TS码流解析（一）TS Header
有一些音视频初学者想要了解TS码流结构，但网上资料不全或者讲得不够清楚，使得学习过程变得异常艰难。这一篇内容将对TS码流结构做详尽解析，争取做到通俗易懂，成为最好的TS码流解析文章。
本篇TS码流解析将会参照Android的ATSParser代码。
首先我们要知道一个标准的TS包一般有188字节，但是也有TS包是192字节或者204字节的情况。同一路TS流中，每个TS包大小是一致的，不会同时出现188字节和192字节的TS包。接下来的文章中，我们只解析标准188字节的TS包。
标准TS包包括一个4字节的包头、n字节自适应域（可选）和184-n字节的负载（可选），可选的意思是它可能在TS包中存在，也可能不存在。TS包的结构如图：
图中橙色部分是包头（header），蓝色部分是自适应域（adaptation field），黄色部分是负载（payload）。
1、TS Header解析
4字节包头共包含有8个字段，接下来依次解析包头字段：
sync_byte：同步字节，值为0x47，关于同步字节有以下几点需要了解：- 同步字节表示一个新的TS包的开始，从同步字节开始往后的188字节为一个完整的TS包；
- 根据以上特点，可以通过检查一个流的188个字节的整数倍位置是否为0x47来判断流是否为TS流；
- 如果一段码流中间丢了一部分数据（丢失同步），可以利用同步字节重新找回同步，但是要注意，码流本身可能包含0x47的数据，所以当找到一个0x47时，需要向前和向后各跳跃188个字节，如果这些位置仍然时0x47，那么就可以确定这个0x47是同步字节，TS流已经对齐成功。
transport_error_indicator：传输误差标志，该数据包在传输过程中是否出现错误，如果该位为1，说明应该立即丢弃该TS包；payload_unit_start_indicator：有效负载单元起始标志，- 值为1，表示该TS包中的负载数据是新的PES包或是PSI包的开始；
- 值为0，表示该TS包中的负载数据是上一个PES包或是PSI包的续传数据。
- 如何理解这个字段的意义：PES和PSI（后面了解这两个数据包的具体内容）数据包的大小往往是大于184字节的，要传输这些数据包肯定要把它们拆开装到多个TS包中，解析TS包时需要知道被拆开数据的头和尾，从而能够正确拼接成为完整的PES和PSI数据，这个标志位就是用来做拆开数据头的作用。
transport_priority：传输优先级，指示TS包的优先级，这个字段不影响TS流解析，暂不做了解；PID：包ID（Packet Identifier），用于标识TS包中的负载是什么类型的数据。视频流、音频流、程序关联表（PAT），节目映射表（PMT），条件接入表（CAT）等信息都会被赋予一个唯一的PID，我们解析TS包时就是根据PID来解析的。在TS流中，有几个预先定义的、有特殊含义的PID值：0：TS包中的数据是PAT（Program Association Table），存储有节目信息；1：TS包中的数据是CAT（Conditional Access Table），存储有流的加密、条件访问信息；0x1FFF：空包，用于保证数据流的连续性；
transport_scrambling_control：传输加扰控制，表示负载的PES数据是否经过了加密处理，要注意的是加密只会对PES数据进行加密，我们这里不会对加密数据解析做了解：00：不进行加扰处理；10：进行偶数密钥加扰；11：进行奇数密钥加扰。
adaptation_field_control：自适应字段控制，用来指示该TS包是否含有自适应字段和负载数据，该字段的取值有四种：00：表示TS包既没有自适应字段，也没有负载数据，就是一个填充包；01：表示TS包没有自适应字段，只有负载数据；10：表示TS包只有自适应字段，没有负载数据；11：表示TS包既有自适应字段，也有负载数据；
continuity_counter：连续计数器，用于检测传输流中的包是否丢失或者错序。连续计数器为4位，每当一个新的TS包（PID相同）被发送出去，该包中的连续计数器就会增加1，最大值为15，到达最大值后又从0开始。如果接收到一个包的连续计数器值比前一个包的值大于1，那么就可以判断出中间丢失了一个或者多个包。
以上就是TS Header中的内容，我们暂且先了解到这，里面一些陌生的术语我们后面再做解释。
2、Adaptation Field解析
继续往后解析，需要先看自适应字段控制的值，值为10和11时TS Header后会跟有一个（自适应域）adaptation field，接下来对这个部分做解析：
adaptation field的结构如图：
结构图中的橙色部分是必选（肯定存在）的控制字段，绿色部分是可选，绿色部分的内容由控制字段的值所决定。接下来先看控制字段有哪些：
adaptation Field Length：自适应域的长度，不包含这个字段本身；discontinuity indicator：非连续指示符，标记当前TS包的数据流在此处是否有间断，我们要注意的是discontinuity indicator和continuity counter是两个不同的概念，前者关注的是数据的连续性，后者关注的是TS包本身的连续性；random access indicator：随机存取指示符，标记当前包的是否为随机存取点，即解码器是否可以从此处开始解码，要注意的是该标志位为1不能说明当前帧为I帧；elementary stream priority indicator：基本流优先级指示符，记录当前的ES数据流的优先级；PCR flag：PCR（Program Clock Reference）标志位，值为1会在自适应域中插入6字节的PCR字段；OPCR flag：OPCR标志位，值为1会在自适应域中插入6字节的OPCR字段（暂不了解）；Splicing point flag：剪接点标志，用于记录在传输流中插入或替换媒体数据的位置，广告插播的实现方式，（暂不了解）；Transport private data flag：传输私有数据标志，值为1会在自适应域中插入私有数据字段（暂不了解）；Adaptation field extension flag：自适应域扩展标志，值为1会在自适应域中插入自适应域扩展字段（暂不了解）；
我们先假定控制字段的值都为1，看看后面自适应域的结构是怎么样的：
结构相当的复杂，不过也有规律可循的，这种结构一般包含三个部分：
- 整个字段的长度，这是相当关键的；
- 控制字段，指示存在哪些数据；
- 可选内容，其中可能又嵌套有控制字段和可选内容；
Adaptation Field是否存在取决于TS包的内容和结构：
- 有效负载不足以填充完整个TS包时，利用Adaptation Field可以填充剩余的空间；
- 需要提供额外的控制信息，如PCR（Program Clock Reference）、OPCR（Original Program Clock Reference）、随机访问指示、私有数据等时，这些信息会被放置在Adaptation Field中；
- Adaptation field的长度要小于184字节，不能跨越多个包。
在这里了解一下PCR的作用，PCR是一个全局性的时间基准，在数字视频广播中维护音频和视频的同步，它和PTS有什么区别呢？
我们都知道PTS用于描述音频和视频帧的渲染时间，播放器根据PTS来决定何时将音频或视频帧送到显示设备或者音频设备进行播放，从而确保视频和音频之间的同步性。
PCR是数字电视系统中的概念，数字电视流中可能会有多个不同的节目同时在传输，每个节目流都有自己的PTS，但是这些PTS彼此之间并没有直接的关联，PCR就是提供一个基准用于多个节目流之间的同步。（我也没用过PCR，暂时无法举例）
3、代码解析
接下来看Android是如何解析TS Header和Adaptation Field的：
status_t ATSParser::parseTS(ABitReader *br, SyncEvent *event) {
// 1
unsigned sync_byte = br->getBits(8);
if (sync_byte != 0x47u) {
return BAD_VALUE;
}
// 2
if (br->getBits(1)) { // transport_error_indicator
return OK;
}
unsigned payload_unit_start_indicator = br->getBits(1);
MY_LOGV("transport_priority = %u", br->getBits(1));
unsigned PID = br->getBits(13);
unsigned transport_scrambling_control = br->getBits(2);
unsigned adaptation_field_control = br->getBits(2);
unsigned continuity_counter = br->getBits(4);
status_t err = OK;
// 3
unsigned random_access_indicator = 0;
if (adaptation_field_control == 2 || adaptation_field_control == 3) {
err = parseAdaptationField(br, PID, &random_access_indicator);
}
// 4
if (err == OK) {
if (adaptation_field_control == 1 || adaptation_field_control == 3) {
err = parsePID(br, PID, continuity_counter,
payload_unit_start_indicator,
transport_scrambling_control,
random_access_indicator,
event);
}
}
return err;
}
- 如果同步字节不是0x47则退出该包TS的解析；
- 如果传送误差指示符为1，说明该数据包在传输过程中是否出现错误，丢弃该包数据；
- 如果自适应字段控制值为2或3，说明TS包中包含有自适应域，需要解析部分内容；
- 解析完成自适域中的内容后，需要再查看是否还有负载数据，自适应字段控制值为1或3时，说明有负载数据，需要进一步解析负载数据；
status_t ATSParser::parseAdaptationField(
ABitReader *br, unsigned PID, unsigned *random_access_indicator) {
*random_access_indicator = 0;
// 1
unsigned adaptation_field_length = br->getBits(8);
if (adaptation_field_length > 0) {
if (adaptation_field_length * 8 > br->numBitsLeft()) {
return ERROR_MALFORMED;
}
unsigned discontinuity_indicator = br->getBits(1);
if (discontinuity_indicator) {
}
*random_access_indicator = br->getBits(1);
if (*random_access_indicator) {
}
unsigned elementary_stream_priority_indicator = br->getBits(1);
if (elementary_stream_priority_indicator) {
}
unsigned PCR_flag = br->getBits(1);
// 2
size_t numBitsRead = 4;
if (PCR_flag) {
if (adaptation_field_length * 8 < 52) {
return ERROR_MALFORMED;
}
br->skipBits(4);
uint64_t PCR_base = br->getBits(32);
PCR_base = (PCR_base << 1) | br->getBits(1);
br->skipBits(6);
unsigned PCR_ext = br->getBits(9);
size_t byteOffsetFromStartOfTSPacket =
(188 - br->numBitsLeft() / 8);
uint64_t PCR = PCR_base * 300 + PCR_ext;
uint64_t byteOffsetFromStart =
uint64_t(mNumTSPacketsParsed) * 188 + byteOffsetFromStartOfTSPacket;
for (size_t i = 0; i < mPrograms.size(); ++i) {
updatePCR(PID, PCR, byteOffsetFromStart);
}
numBitsRead += 52;
}
// 3
br->skipBits(adaptation_field_length * 8 - numBitsRead);
}
return OK;
}
- 解析自适应域的长度，长度不包含adaptation_field_length这个字段；
- 用numBitsRead记录已经读取的bit数量；
- 跳过不需要解析的数据；
到这里，TS包的包头和自适应域的解析就完成了，下一节我们来了解TS负载的解析。
