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音视频学习（二十五）：ts

news 2025/7/8 19:00:49

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）组织制定，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 格式来封装视频片段（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设计的容器格式，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、视频流传输等场景。

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）。每个数据包包含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）主要由 TS 数据包（Transport Stream Packet）组成，每个数据包的大小固定为 188 字节。每个数据包都包含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	表示该包是否包含有效的数据。
继续传输标志	1位	如果设置为1，表示后续包仍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	实际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，则表示包可能已损坏。
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，需要丢弃。
PID（Packet Identifier）：该字段是 13 位长，用于标识该数据包所属于的流类型。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 也有特殊含义：
- 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）：当数据包包含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整的数据单元的开始（如一个视频帧的开始，或者音频数据的开始）。
自适应字段控制（Adaptation Field Control）：指示数据包是否包含 自适应字段。如果该值为 01，则表示没有自适应字段；如果为 10 或 11，则表示包含自适应字段。自适应字段包含如时间戳、插入控制字节等信息，用于补充流媒体内容。
负载（Payload）：负载部分承载了实际的数据内容。根据数据包的 PID，负载部分可能包含视频数据、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，音频数据则可能是 AAC 编码的数据。

包头

TS 数据包的包头包含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	用于标识流类型，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。
自适应字段控制 (Adaptation Field Control)	2位	标识数据包是否有自适应字段。
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类型而不同，可能是视频数据、音频数据或其他类型的控制信息。

视频数据：如果该数据包是视频流的一部分，负载将包含如 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，负载将包含如 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，负载将包含字幕数据。

TS 文件中的适应性字段（Adaptation Field）

适应性字段是可选的字段，通常用于补充流信息，如时间戳、插入字节等。适应性字段可以包含：

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。
自适应字段的长度：指示该字段的长度。

适应性字段的出现与否由 自适应字段控制（Adaptation Field Control） 字段决定。如果数据包需要包含这些信息，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段，每个片段大多为 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进行播放。

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 包包含该视频片段的一部分或整个音频流的部分内容。因为 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进行传输。

数据传输

每个 TS 文件会包含一个 .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。

错误恢复与容错

由于 TS 格式具有良好的容错能力，如果某个 TS 数据包出现损坏，播放器可以通过丢弃该数据包来继续播放后续内容。TS 格式的容错能力主要体现在：

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 数据包可以包含以下类型的流：

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进行传输。

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（通常每个文件持续约 10 秒钟）。每个 .ts 文件包含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 文件包含了一个视频片段。播放器使用 .m3u8 播放列表文件中的链接，按顺序加载这些 TS 文件进行播放。

每个 TS 文件通常包含一个视频段（如 10 秒钟的 H.264 编码视频片段）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能力，即使网络状况不稳定，也能保证流媒体播放的稳定性。
实时性好：TS 格式特别适合实时流媒体的传输，能够在直播等场景中提供较低的延迟。
灵活性：TS 文件不仅可以包含视频和音频流，还可以支持字幕、元数据等多种数据流，非常适合多种媒体格式的封装。

缺点

文件大小和传输效率：TS 文件通过固定大小的数据包传输，可能会导致一定的网络带宽浪费，尤其是对于低比特率流（例如低清晰度视频）的传输。
延迟：由于每个 TS 文件都需要一定的传输时间和播放时间，所以它的延迟通常比其他实时协议（如 RTMP）要高，尤其是在使用 HLS 进行直播时。

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，更适合离线存储和播放，不适合流媒体传输。
TS 格式则是针对流媒体传输而设计，支持边下载边播放，并具有较好的错误恢复能力。

与 FLV 和 RTMP：

TS 和 FLV 都支持流媒体播放，但 TS 在错误恢复方面表现更好。
RTMP 通常用于低延迟的直播流，而 TS 更适用于具有容错要求的场景，如通过 HTTP 进行的直播流。

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）进行传输，具有高容错性和适应流媒体传输的能力。

概述