Transportstrom

Multiple MPEG-Programme werden kombiniert und über eine Antenne gesendet. Beim US broadcast digital TV system dekodiert dann ein ATSC Receiver den TS und gibt das einzelne Programm auf dem Wiedergabegerät aus.

Ein Transportstrom (englisch: Transport Stream, TS, TP, und MPEG-TS) ist der Name für ein standardisiertes Kommunikationsprotokoll zur Übertragung von Audio, Video, und Daten. Es ist spezifiziert in MPEG-2 Part 1, Systems (ISO/IEC 13818-1).

Mit MPEG-TS wird die Ausgabe von digitalem Video und digitalem Audio durch Multiplexing synchronisiert. Die Transportströme bieten eine Fehlerkorrektur bei unzuverlässigen Medien und werden bei Broadcast-Medien wie DVB und ATSC eingesetzt. Es ist das Pendant zum Programmstrom, der für betriebssichere Medien wie DVDs entwickelt wurde.

Einführung

Der Transportstrom wird im Gegensatz zum Programmstrom auf durch Fehlerkorrekturverfahren abgesicherten Kanälen (wie Satellit, Antenne, Kabel), also solche mit hoher Bitfehlerhäufigkeit, verwendet.

Ein Transportstrom unterteilt die Programmstrom-Pakete noch einmal in jeweils 188 Byte kurze Teilstücke. Die Idee dahinter ist, dass bei einer nicht gesicherten Übertragung leicht Teile der Daten verlorengehen können. Bei einem kleinen Fehler ist dann jeweils ein Paket verloren. Durch kurze Pakete gewährleistet man, dass kleine Übertragungsfehler auch nur kleine Auswirkungen haben. Die Länge von 188 Byte ist an die Größe der zur Zeit der Erstellung des MPEG-2-Standards als zukunftsträchtig erachteten Übertragungstechnik ATM angepasst (ein Transportstrompaket passt in vier ATM-„Zellen“).

Zusätzlich zu Video und Audio sind bei Transportströmen auch Datenkanäle vorgesehen. Zum Beispiel können über diese Kanäle Verschlüsselungsinformationen oder eine „elektronische Programmzeitschrift“ übertragen werden.

Transportströme werden beim weit verbreiteten Digitalfernsehstandard DVB verwendet. Bei der Übertragung von DVB-T werden üblicherweise vier Fernsehkanäle in einem Transportstrom untergebracht, dem sogenannten Bouquet.

Elemente des Transportstroms

Paket

Ein Paket ist die Basiseinheit eines Transportsstroms. Es enthält ein sync byte, dessen Wert 0x47 beträgt, gefolgt von drei 1-Bit-Flags und einem 13 Bit großen PID (packet identifier), auf welchen wiederum ein 4-Bit-Kontinuitätszähler folgt. Zusätzliche optionale Felder können folgen. Der Rest des Pakets besteht aus der eigentlichen Nachricht.

PID (packet identifier)

Jede Tabelle oder jeder Elementary Stream in einem Transportstrom wird durch einen 13 Bit großen PID identifiziert. Ein Demultiplexer extrahiert den Elementary Stream aus dem Transportstrom durch eine Suche nach identischen PIDs. In den meisten Fällen wird Time-division Multiplexing eingesetzt, um zu entscheiden, wie oft eine bestimmte PID im Transportstrom erscheint.

Ein PID signalisiert entweder ein Spezialpaket (PAT oder PMT) oder ein Datenpaket, das zu einem bestimmten Elementarstrom gehört.

Programme

Das grundsätzliche Konzept von Transportströmen sind Programme, die aus Gruppen von einem oder mehreren in Beziehung stehenden PIDs bestehen. Ein Transportstrom für digitales Fernsehen besteht zum Beispiel aus drei Programmen, die jeweils einen Fernsehkanal repräsentieren. Nehmen wir an, ein Programm besteht aus einem Videostream, zwei Audiostreams und zusätzlichen Metadaten, also vier Elementarströmen. Wenn ein Receiver versuchen würde, ein bestimmtes Programm („Kanal“) einzustellen, dann müsste er zunächst einmal die PAT analysieren (erkennbar an der PID Null), woraufhin er die PID der zugehörigen PMT erfährt. Nun müsste er anhand dieser PID die dem Kanal zugeordnete PMT analysieren und erfährt dort, welche Elementarströme zu diesem Programm gehören. Dann muss er genau alle diejenigen Daten dekodieren, die zu den in der PMT angegebenen PIDs gehören.

PMT

Die Program Map Table, (PMT) enthält Informationen über die Programme. Für jedes Programm gibt es eine PMT, assoziiert mit seiner eigenen PID. Die PMTs beschreiben, welche PIDs Daten für das Programm enthalten. PMTs stellen ebenso Metadaten für die Streams und ihre einzelnen PIDs bereit. Zum Beispiel sind bei einem Programm, bestehend aus einem MPEG-2-Videostrom, die PID des Videostreams und zusätzlich die Art der Daten, also in diesem Fall MPEG-2, enthalten. Die PMT kann außerdem zusätzliche Deskriptoren zur Beschreibung der einzelnen Ströme enthalten.

PAT

PAT steht für Program Association Table. Die PAT listet alle PIDs für alle PMTs im Strom. Pakete, die die PAT-Information enthalten, haben immer die PID 0x0.

PCR

Um dem Dekoder eine zeitlich und geschwindigkeitsrichtige Darstellung zu ermöglichen, enthält das Programm eine Program Clock Reference, oder PCR, aufbauend auf den PIDs im Programm.

Null Pakete

Bestimmte Übertragungsprotokolle, wie ATSC und DVB, schreiben eine konstante Bitrate vor (CBR). Um dieses sicherzustellen, kann es vorkommen, dass ein Multiplexer zusätzliche Pakete einfügen muss. Hierfür ist die PID 0x1FFF reserviert, die dann keine Daten enthält und vom Receiver ignoriert wird.

Speicherformate

Einige Festplattenreceiver und viele Computer-TV-Karten können Aufnahmen von Transportströmen einzelner Sender und teilweise auch von kompletten Transpondern aufzeichnen. Das häufigst benutzte Containerformat ist dabei *.ts, kann aber zwischen den Herstellern abweichen. So verwendet Vantage das TRP-Container-Format und Topfield speichert diese als *.rec. Einige dieser Transportstream-Container lassen sich in andere konvertieren.^[1] Weil häufig mehrere Programme innerhalb eines Transponders zu Transportstreams zusammengefasst werden, erlauben einige Receiver ohne Doppeltuner, dennoch zwei Programme zu sehen oder aufzunehmen.

Weblinks

• MPEG-2 Systems FAQ
• MPEG-4 Systems FAQ
• MPEG-1 description
• Powerpoint MPEG-2 Transport Stream introduction
• Splicing FAQ

Siehe auch

• Programmstrom
• MPEG-2
• Moving Picture Experts Group

Einzelnachweise

1. ↑ Tutorial: Aufnahmen in H.264 TRP- und REC in TS formatieren auf: HDTVTotal.com, vom 5. April 2008