音视频学习（二十五）：ts

TS（MPEG-TS，MPEG Transport Stream） 是一种广泛应用于流媒体传输和存储的容器格式。它最早由 MPEG（Moving Picture Experts Group）组织订定，用于视频和音频的压缩编码。在 HLS（HTTP Live Streaming） 等流媒体协议中，常用 TS 格式来封装视频片断（通常为 .ts 文件），用于网络传输和客户端播放。
概述

TS（Transport Stream）是一种为广播和流媒体应用操持的容器格式，具有高容错性和灵活性，能够承载视频、音频、字幕等多种数据流。它常用于卫星电视、广播电视、视频传播输等场景。

• 文件扩展名：.ts。
  
• 基本组成：TS 文件将视频和音频编码流（如 H.264、AAC）分割成固定大小的小数据包（通常为 188 字节）。每个数据包包罗一个或多个编码流的包头和数据负载。
  

TS文件结构

一个标准的 MPEG-TS 文件（.ts）重要由 TS 数据包（Transport Stream Packet）组成，每个数据包的大小固定为 188 字节。每个数据包都包罗一个 包头 和一个 负载（payload）。
TS 数据包（Transport Stream Packet）结构

每个 TS 数据包的结构如下：
字段长度描述同步字节1字节固定值 0x47，用于标识数据包的开始。错误标志1字节指示是否发生了错误。PID（Packet ID）13位表示该数据包的流标识符，决定了该数据包属于哪个流。优先级标志2位用于优先级控制，通常设置为 00。有效负载指示符1位表示该包是否包罗有效的数据。继续传输标志1位如果设置为1，表示后续包还是同一数据流的一部分。包计数1字节每个数据包的序列号。负载184字节现实存储的视频或音频数据。

• 同步字节（Sync Byte）：每个 TS 数据包的首字节固定为 0x47，这用于包的同步，确保数据包的正确起始。如果接收到一个包的同步字节不是 0x47，则表示包大概已损坏。
  
• 错误标志（Error Indicator）：指示数据包是否损坏。如果包标志为 1，则表示该数据包存在错误，需要抛弃。
  
• PID（Packet Identifier）：该字段是 13 位长，用于标识该数据包所属于的流范例。每个流都有一个唯一的 PID。例如，视频流、音频流、字幕流等都使用不同的 PID 标识。PID 也有特别寄义：
  
  
  
  • 0x1FFF：表示一个无效的 PID，通常用于空数据包。
    
  • 0x0000：用于 PAT（Program Association Table）。
    
  • 0x0001：用于 PMT（Program Map Table）。
    
  
  
• 负载单元开始指示符（Payload Unit Start Indicator）：当数据包包罗一个新的数据单元时，该指示符为 1。通常，这意味着数据包的负载部分是一个完备的数据单元的开始（如一个视频帧的开始，或者音频数据的开始）。
  
• 自顺应字段控制（Adaptation Field Control）：指示数据包是否包罗 自顺应字段。如果该值为 01，则表示没有自顺应字段；如果为 10 或 11，则表示包罗自顺应字段。自顺应字段包罗如时间戳、插入控制字节等信息，用于增补流媒体内容。
  
• 负载（Payload）：负载部分承载了现实的数据内容。根据数据包的 PID，负载部分大概包罗视频数据、音频数据、字幕数据，或者一些控制数据。例如，视频数据通常是 H.264 编码后的数据，音频数据则大概是 AAC 编码的数据。
  

包头

• TS 数据包的包头包罗了同步字节和其他控制信息，包头的结构如下：
     字段长度描述同步字节 (Sync Byte)1字节固定值 0x47，标识数据包开始。错误标志 (Error Indicator)1位如果包发生错误，标识设置为 1。PID（Packet Identifier）13位用于标识流范例，指向具体的音视频流。优先级标志 (Priority Flag)1位设置为 1 表示优先级较高。有效负载标志 (Payload Unit Start Indicator)1位如果为 1，表示该数据包是负载的开始。自顺应字段控制 (Adaptation Field Control)2位标识数据包是否有自顺应字段。包计数（Continuity Counter）1字节包的连续性计数。
  

负载

负载部分的内容根据数据包的范例而不同，大概是视频数据、音频数据或其他范例的控制信息。

• 视频数据：如果该数据包是视频流的一部分，负载将包罗如 H.264 编码的视频帧数据。
  
• 音频数据：如果该数据包是音频流的一部分，负载将包罗如 AAC 编码的音频帧数据。
  
• 字幕数据：如果该数据包是字幕流的一部分，负载将包罗字幕数据。
  

TS 文件中的顺应性字段（Adaptation Field）

顺应性字段是可选的字段，通常用于增补流信息，如时间戳、插入字节等。顺应性字段可以包罗：

• 时间戳：用于同步音频和视频流。
  
• 插入字节：用于数据包的对齐。
  
• 自顺应字段的长度：指示该字段的长度。
  

顺应性字段的出现与否由 自顺应字段控制（Adaptation Field Control） 字段决定。如果数据包需要包罗这些信息，它将占据包头后的 1 到 184 字节之间的位置。
工作原理

在 HLS 流媒体协议中，TS 文件用于将视频流和音频流分成若干小片断，每个片断大多为 10 秒钟左右。每个 .ts 文件通常由多个 TS 数据包组成，并通过网络传输给客户端举行播放。
编码流的分割

在 HLS 中，视频（如 H.264）和音频（如 AAC）编码后被分割成一个个 TS 数据包。每个 TS 包包罗该视频片断的一部分或整个音频流的部分内容。由于 TS 数据包是固定大小的，因此视频流和音频流会被切割成多个包举行传输。
数据传输

每个 TS 文件会包罗一个 .m3u8 播放列表文件，客户端根据该播放列表按顺序请求 TS 文件中的数据段。每个 TS 文件通过 HTTP 或其他协议传输给客户端，客户端逐个解析并播放这些数据段。
错误规复与容错

由于 TS 格式具有良好的容错本领，如果某个 TS 数据包出现损坏，播放器可以通过抛弃该数据包来继续播放后续内容。TS 格式的容错本领重要体现在：

• 每个 TS 数据包的大小固定，可以较容易地实现错误检测和修复。
  
• 各个流（视频、音频等）通常是独立的，因此如果一个流的数据包损坏，其他流通常不会受到影响。
  

TS文件的封装与编码

视频与音频封装

在 TS 文件中，视频流和音频流的数据是独立的，它们通过不同的 PID（Packet Identifier）标识。每个 TS 数据包可以包罗以下范例的流：

• 视频流：如 H.264 编码的视频流，通常具有特定的 PID。
  
• 音频流：如 AAC 编码的音频流，具有另一个独立的 PID。
  
• 字幕流：例如，嵌入的字幕也可以作为一个独立的流举行传输。
  

HLS 流的 TS 切片

在 HLS 流中，视频源文件会被分割成多个小的 .ts 文件（通常每个文件连续约 10 秒钟）。每个 .ts 文件包罗了一个视频段的编码数据，客户端通过 .m3u8 播放列表文件来顺序请求这些 .ts 文件。
TS 文件与 HLS 流的关系

在 HLS 中，每个视频流（如直播视频或点播视频）都被切分成多个小的 TS 文件，每个 TS 文件包罗了一个视频片断。播放器使用 .m3u8 播放列表文件中的链接，按顺序加载这些 TS 文件举行播放。

• 每个 TS 文件通常包罗一个视频段（如 10 秒钟的 H.264 编码视频片断）和音频段（如 10 秒钟的 AAC 编码音频）。
  
• 每个 .m3u8 播放列表文件会列出这些 TS 文件的路径，播放器根据网络状况逐个请求这些文件。
  
• HLS 支持多码率流（例如，低码率、中码率和高码率流），每个流使用不同的 TS 文件和 .m3u8 播放列表。
  

TS文件的特点

优点

• 容错性强：由于 TS 包内置的错误检测和修复机制，使得 TS 格式在流媒体传输中具有较强的容错本领，纵然网络状况不稳定，也能保证流媒体播放的稳定性。
  
• 实时性好：TS 格式特别得当实时流媒体的传输，能够在直播等场景中提供较低的耽误。
  
• 灵活性：TS 文件不但可以包罗视频和音频流，还可以支持字幕、元数据等多种数据流，非常得当多种媒体格式的封装。
  

缺点

• 文件大小和传输服从：TS 文件通过固定大小的数据包传输，大概会导致一定的网络带宽浪费，尤其是对于低比特率流（例如低清楚度视频）的传输。
  
• 耽误：由于每个 TS 文件都需要一定的传输时间和播放时间，所以它的耽误通常比其他实时协议（如 RTMP）要高，尤其是在使用 HLS 举行直播时。
  

TS 文件与其他容器格式的对比

与 MP4 格式：

• MP4 是基于文件的格式，更得当离线存储和播放，不得当流媒体传输。
  
• TS 格式则是针对流媒体传输而操持，支持边下载边播放，并具有较好的错误规复本领。
  

与 FLV 和 RTMP：

• TS 和 FLV 都支持流媒体播放，但 TS 在错误规复方面体现更好。
  
• RTMP 通常用于低耽误的直播流，而 TS 更适用于具有容错要求的场景，如通过 HTTP 举行的直播流。
  

总结

TS 文件（Transport Stream） 是 HLS 流媒体协议中常用的封装格式，它通过将视频、音频和其他数据流切分为固定大小的数据包（188 字节）举行传输，具有高容错性和顺应流媒体传输的本领。

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