Transportní proud MPEG

Transportní proud MPEG (anglicky MPEG transport stream, MPEG-TS, MTS) nebo jednoduše transportní proud (TS) je standardní datový kontejner pro přenos a ukládání zvuku, videa a dat Program and System Information Protocol (PSIP).^[5] Používá se v systémech digitálního vysílání, jako je např. DVB, ATSC a IPTV.

Transportní proud definuje formát kontejneru pro zapouzdřování packetized elementary streamu využívajícího samoopravné kódy a synchronizační vzorky pro udržování integrity přenosu kanálem se sníženou kvalitou.

Transportní proudy se od podobně pojmenovaných programových proudů MPEG liší dvěma významnými vlastnostmi: programové proudy jsou navrženy pro velmi spolehlivá media, jako jsou DVD disky, zatímco transportní proudy jsou navrženy pro méně spolehlivé způsoby přenosu, především pro pozemní a satelitní vysílání televize. Transportní proud také může přenášet více programů.

Transportní proud je specifikován ve standardu (příp. doporučení) MPEG-2 Part 1, Systems, formally known as ISO/IEC standard 13818-1 or ITU-T Rec. H.222.0.^[4]

Transportní proud zapouzdřuje několik obvykle packetized elementary stream (PES) dílčích proudů, které pomocí MPEG kodeku nebo různých ne-MPEG kodeků (např. AC3 nebo DTS audio a MJPEG nebo JPEG 2000 video) naopak zabalují hlavní datový proud, titulky ve formě textu nebo obrázků, tabulky identifikující proudy a dalších informace jako je např. Electronic Program Guide (EPG). Obvykle se kombinuje více proudů, které odpovídají různým televizním kanálům nebo různým pohledům filmu.

Každý proud je rozsekán na části, které jsou umístěny do paketů pevné délky 188 bajtů, které mohou být prokládány s pakety z jiných proudů. Krátké pakety umožňují prokládání proudů s menší latencí a větší odolností proti chybám než u programových proudů a jiných běžných kontejnerů, jako je např. AVI, MOV/MP4 nebo MKV, které zpravidla balí do paketu celý rámec. To je výhodné pro videokonference, kde by velké rámce mohly způsobovat nepřijatelné zpoždění zvuku.

Transportní proudy se obvykle vysílají s konstantní bitovou rychlostí (CBR) s výplňkovými bajty, když není k dispozici dostatek dat.^{[pozn. 1]}

Základní datovou jednotkou v transportním proudu je paket; transportní proud je tvořen posloupností paketů. Každý paket začíná synchronizačním bajtem a hlavičkou, za kterou mohou následovat nepovinné hlavičky; zbytek paketu je datové pole. Všechna pole hlavičky používají pořadí big endian. Pakety mají délku 188 bajtů, ale komunikační médium může přidávat další informace.^{[pozn. 2]} Délka 188 bajtů byla zvolena pro kompatibilitu se systémy ATM.^[7][8]

Každá tabulka nebo elementární proud v transportním proudu je identifikován 13bitovou hodnotou Packet identificator (PID). Demultiplexor extrahuje elementární proudy z transportního proudu částečně hledáním paketů identifikovaných stejným PID. Ve většině aplikací se při rozhodování o tom, jak často se určitý PID objeví v transportním toku, použije časový multiplex.

Transportní proud používá koncept programů. Každý program je popsán tabulkou program map table (PMT). Elementární proudy daného programu mají hodnoty PID uvedeny v PMT. Další PID je spojen se samotnou tabulkou PMT. Například transportní proud používaný v digitální televizi může obsahovat tři programy, které odpovídají třem televizním kanálům. Kanál je obvykle tvořen jedním video proudem, jedním nebo dvěma audio proudy a metadaty. Přijímač digitální televize, který má dekódovat pouze jeden ze tří kanálů, musí dekódovat obsah všech PID tabulek daného kanálu. Obsah všech jiných PID tabulek může zahazovat. Transportní proud s více než jedním programem se nazývá multi-program transport stream (MPTS). Transportní proud s jedním programem se nazývá single-program transport stream (SPTS).

Existují 4 tabulky s informacemi pro určitý program (PSI):

• Program Association Table (PAT)
• Program Map Table (PMT)
• Conditional Access Table (CAT)
• Network Information Table (NIT)

Norma MPEG-2 nepopisuje formát tabulek CAT a NIT.

Pro synchronizaci jednotlivých proudů (aby nedocházelo k posunům mezi audio a video stopou) je v poli adaptation field paketů transportního proudu MPEG-2 nejméně jednou za 100 ms přenášena časová značka program clock reference (PCR). PID s PCR pro MPEG-2 program je identifikován hodnotou pcr_pid v příslušné tabulce PMT. Hodnotu PCR lze použít pro generování systémových hodin (anglicky system_timing_clock) v dekodéru. Dekodér STC poskytuje vysoce přesnou časovou základnu, které se používá pro synchronizaci elementárních proudů se zvukem a videem. Časování v MPEG-2 se odkazuje na tyto hodiny. Například presentation time stamp (PTS) je založen na PCR. Prvních 33 bitů používá hodiny s frekvencí 90 kHz. Posledních 9 bitů používá hodiny s frekvencí 27 MHz. Maximální rozptyl periody (anglicky jitter) pro PCR je ${\displaystyle \pm 500}$ ns.

Některá přenosová schémata, např. v ATSC a DVB, vyžadují konstantní bitovou rychlost transportního proudu. Pro udržení konstantní bitové rychlosti může multiplexor vkládat výplňkové pakety s PID 0x1FFF. Datové pole výplňkových paketů obsahuje bajty s hodnotou 0xFF. Přijímač obsah těchto paketů ignoruje.^[14]

Transportní proud byl původně navržen pro digitální televizní vysílání (DVB). Pro použití v digitálních videokamerách, rekordérech a přehrávačích byl upraven přidáním čtyřbajtového pole timecode (TC) před standardní 188bajtový paket, takže výsledkem je 192bajtový paket.^[15][16] Tento formát neformálně nazývaný M2TS se obvykle používá ve videokamerách High Definition Video (HDV). Blu-ray Disc Association jej nazývá „BDAV MPEG-2 transportní proud“.^[15] JVC v HDD kamkordérech jako GZ-HD7 jej nazývá TOD^{[pozn. 3]}.^[17][18] Časové značky umožňují rychlý přístup k jakékoli části proudu v multimediálním přehrávači nebo v systému pro nelineární editaci videa.^[19] Používá se také při vytváření filmů z několika kamer pro synchronizaci video proudů z různých kamer.

Videa na Blu-ray Disc s podporou menu jsou ve formátu Blu-ray Disc Film (BDMV) a obsahují zvuk, video a další proudy v kontejneru BDAV, který je založen na formátu transportního proudu MPEG-2.^[20][21] Blu-ray videodisky používají tuto modifikaci transportních proudů MPEG-2, které v porovnání s programovými proudy na DVD nemají zvláštní transportní režii.

Existuje alternativa BDMV formátu určená pro vytváření filmů ve formátu BDAV (Blu-ray Disc Audio/Visual) spotřebiteli. BDAV formát se používá na Blu-ray Disc recordable pro záznam audia a videa.^{[21][pozn. 4]} Blu-ray Disc používají metodu záznamu transportního proudu MPEG-2. Ta umožňuje záznam transportních proudů BDAV jak jsou s minimální modifikací paketů.^[16] Umožňuje také jednoduchou editaci digitálního vysílání převedeného do formátu BDAV ve stylu střihu proudu, který je zaznamenán tak, jak je, a kdy lze data upravovat pouhým vynecháním nežádoucích paketů z proudu. I když je to zcela přirozené, je zabudována funkce pro rychlé a snadno použitelné vyhledávání.^[16][23]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku MPEG transport stream na anglické Wikipedii.

• MPEG media transport (MMT)
• Real-time Transport Protocol (RTP)
• Unidirectional Lightweight Encapsulation (ULE)

• ITU-T H.222.0 | ISO/IEC 13818-1 Systems Spec Documents
• Poslední volně dostupná kopie specifikace ze srpna 2018
• MPEG-4 Systems FAQ
• TSDuck – Nástroj s otevřeným zdrojovým textem pro manipulaci s transportními proudy MPEG.

Šablona:MPEG