[发明专利]一种自动分配传输流视频基本码流码率的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及数字电视的视频编码、复用编码技术，具体来说是一种自动分配传输流视频基本码流码率的方法和系统。

背景技术

在数字电视领域，一套节目至少应包含一路视频和一路音频，视频、音频数据由相互独立的视频编码器、音频编码器产生，它们都不能直接传输至解码端。复用器将相互独立的视频、音频数据按照指定格式打包成单一的数据流，并在此数据流中插入必须的描述信息，保证解码端可以无差错地、唇音同步地解码得到视频、音频数据。总的来说，数字电视的播出端由视频编码器、音频编码器和复用器等3个主要单元完成一路节目的编码，接收端由解复用器、视频解码器、音频解码器等3个与编码相逆的主要单元完成编码，从而实现一套完整可靠的数字电视编码、传输、解码过程。

对于最常用的MPEG数字电视编解码系统，复用和解复用由标准GB/T17975.1-2000《信息技术运动图像及其伴音信息的通用编码第1部分：系统》规定，视频编解码由标准GB/T 17975.2-2000《信息技术运动图像及其伴音信息的通用编码第2部分：视频》规定，音频编解码由标准GB/T 17975.3-2002《信息技术运动图像及其伴音信息的通用编码第3部分：音频》规定。

图1是现行典型的数字电视系统工作流图，以常见的标准清晰度数字电视为例，音频输入信号为双声道、采样率48kHz的脉冲编码调制(PCM)数据，经音频编码器压缩编码后得到输出码率为256Kbps的音频基本码流(ES)，通常采用MP2格式进行编码；视频输入信号为分辨率720x576、帧率25fps的4:2:0分量视频(YUV)数据，经视频编码器压缩编码后得到输出码率为5Mbps的视频基本码流(ES)，通常采用MPEG-2格式进行编码。视频ES、音频ES由复用器编码为统一的传输流(TS)，TS码率应大于视频、音频码率之和且以稳定码率输出，对于5Mbps的视频ES、256Kbps的音频ES通常编码为6Mbps或更高码率的TS，剩余744Kbps或更多用于传输TS的描述信息和维持TS码率稳定的填充空包。

复用器接收视频ES和音频ES，视音频ES格式不相同且每帧长度都不固定。为了统一传输相互独立的视音频ES，首先需将其转变为相对复用器来说相同的打包基本码流(PES)，并添加相应的PES包头信息和时间标记，复用器再进一步将视音频PES分解为长度较短且固定的TS包。TS包是TS的基本单元，长度固定为K(K为188字节或204字节)，当PES包长度不是TS包长度的整数倍时需填充无用数据以满足K字节的整数倍。每个TS包均携带有同步头和节目识别码(PID)等描述信息，同一ES的所有TS包均具有相同的PID，从而保证接收端根据PID来选择所需的ES同时排斥其它ES。

为了保证整个视音频编解码系统的正常工作，TS中除音视频数据外还必需包含节目关联表(PAT)、节目映射表(PMT)，还可选地包含GB/T 17975.1-2000《信息技术运动图像及其伴音信息的通用编码第1部分：系统》所支持的一个或多个节目专用信息，例如条件接收表(CAT)、节目描述表(SDT)等节目专用信息(PSI)。当包含视音频数据和PSI的总有效数据码率小于TS码率时，插入填充空包以维持TS码率稳定。

在接收端，执行与发送端相逆的过程，解复用器根据PID识别TS包并完成TS流解析。首先去除填充空包，再解析PAT、PMT、CAT和SDT等描述信息得到TS的逻辑结构和视音频PID，再依据视音频PID来解析视音频数据，按帧输出至视音频解码器，解码器完成ES解码得到无差错的电视节目。

在实际的数字电视广播系统中，发送端通常称为编码器，它包含音频编码器、视频编码器和复用器，一台编码器设备应至少能完成1套节目的编码，其中至少应包含1路视频、1路音频并输出合法TS；接收端称为解码器，它包含解复用器、音频解码器、视频解码器。

实际的数字电视广播网络的信道带宽固定，实现稳定信号传输就要求TS码率稳定，首先要求发送端的视音频编码器的输出码率稳定且码率之和小于TS总码率，以便有足够带宽发送PSI信息；音频ES的码率较低且稳定，视频ES占TS的主要部分且码率可能波动，视频ES码率的设置是决定TS能否以稳定码率输出的关键。视频ES码率设置过高会导致发送缓冲区溢出而造成丢帧、接收错误等异常情况；视频ES码率设置过低虽然复用器能通过填充空包来保证整个系统工作正常，但却不能充分利用带宽资源，降低视频图像质量。