【摘要】 本文介绍了MPEG-2系统层标准的码流格式和复用器的关键技术，重点阐述了PCR校正的重要性、PCR校正的基本原理、PCR校正的不同方法。
【关键字】 MPEG-2 复用器 PCR
一. 引言 在数字电视广播系统中，节目复用器和传输流再复用器是必不可少的。节目复用器的作用是将编码后的视频基本流（ES）、音频基本流、节目描述信息（Program Specification Information，PSI）和辅助数据按MPEG-2系统层标准规定的格式复用成为一个传输流。同时，为了使收发端同步工作，系统时钟（STC）计数器的值将被插入到相应包的PCR字段中去。按照输出传输流中所含的节目数，传输流分为单节目传输流（SPTS）和多节目传输流（MPTS），相应地，节目复用器也被分为单节目复用器和多节目复用器。在传输流最终被送到信道设备进行信道发送之前，需要一台设备将不同来源的传输流合成为一个新的传输流，即传输流再复用器。同时，数据广播、电子节目指南（Electrical Program Guide，EPG）、条件接收（Conditional Access CA）等服务信息(SI)一般也通过再复用器插入到输出传输流。PCR校正是复用器的关键技术之一，PCR的作用是将发端的27MHz的时钟以PCR时间戳的形式注入码流中，而收端是否能够根据该信息无偏差地恢复出发端的参考时钟以达到收发同步，在对系统的性能有至关重要的影响，所以本文对 PCR校正进行了详细的介绍。
二. MPEG-2系统层标准
MPEG-2标准，即ISOIEC13818是数字电视系统的基础,它规定了两种系统层码流格式：一种是节目码流（Program Stream，PS），即PS复用器将一个或几个具有公共时间基准的PES包组合成单一码流，包的长度相对较长而且不固定，它适用于错误相对较少、信道较好的环境，如演播室、家庭环境存储媒介中。另一种是传输码流（Transport Stream，TS），即PES流进入传输复用器中切割成一个个固定长度为188字节的包。适用于较容易发生错误的环境，如广播传输信道。在MPEG-2传输流中，包长固定为188byte每个包由4byte包头、可变数字节的适配域（Adaptation field）以及净荷（Payload）组成。包头包括：同步字节、根据内容不同且长度固定为13bit的包标识（Packet Identifier，PID)、包连续计数器及其他各种标志位.在自适应字段中，比较重要的信息包括42bit的节目时钟基准（Program Clock Reference，PCR）字段。
三. 复用器的关键技术
如果在一个电视频道内复用几路TS流，也即在一个常规频道内传输多套数字电视节目，则称为多路节目的双层复用。第一层复用称为节目复用，第二层复用称为传输复用。传输复用器的基本功能是将来自不同传输流的包进行重新组合,然后放到输出传输流中去。其关键技术有PCR的校正、PSI信息的重构和PID的映射。
（1）PCR校正（PCR correction）：PCR由33bit基值（Base）和9bit扩展值（Extension）组成，PCR值以系统参考时钟周期为单位记录了源端的时间信息，对于整个数字电视系统的同步起着关键作用。在节目复用器中，有一个分为两段的42bitPCR计数器，分别对应传输流PCR字段的基值和扩展值。扩展值以节目复用器系统参考时钟（2MHz）为基准在0～299之间循环计数；扩展值每计到300时清零，同时，基值加1。在PCR字段最后1个字节离开节目复用器前的那一时刻，基值和扩展值分别被插入到传输流包的相应位置。在接收端，通过对PCR值的提取，利用锁相环电路恢复出与源端基本一致的27MHz时钟，作为接收端工作的基准时钟。在再复用器中，由于输入传输流的各个包经过再复用器的处理后延时各不相同，有必要对各个节目PCR字段的内容分别进行修正，这种操作称为PCR校正。其基本算法用公式表示如下：
其中，PCRin和PCRout分别为同一个包的PCR字段在进入再复用器和离开再复用器时的数值； 为此字段数据随着相应的传输流包在整个再复用器进行各种处理后产生的延时总和。
（2）PSI信息由MPEG-2标准规定，记录了关于信道、传输流和节目的基本信息。它主要包括节目关联表（Program Association Table，PAT）、节目映射表（Program Map Table，PMT）、网络信息表（Network Information Table，NIT）和条件接收表（Conditional Access Table，CAT）。PSI的插入可以看作再复用器数据插入功能的一个特例。因为再复用器的输出传输流是由多个输入传输流和数据组合而成，所以输出TS的PSI信息需要根据输出流的组成结构重新生成。为了保证码流的随机接入性，MPEG-2标准规定PSI表的重复间隔不得超过100ms，而DVB标准则更加严格,要求不得超过40ms。
（3）PID映射（PID mapping）：在同一个传输流中，不同数据包PID的分配是互不冲突的，当来自多个传输流的包复用到一起时，则可能发生PID冲突的现象。另外，用户也可能需要修改某些PID，或将某些PID的包过滤掉。修改PID、根据PID使包选择性通过等操作统称为PID映射。
四. PCR校正的重要性及PCR抖动
1.PCR校正的重要性
PCR是TS流中节目参考时钟的英文缩写，利用PCR可以使数字电视接收机或机顶盒的解码视频输出与编码器端的视频源同步。从MPEG-2的模型来看，必须要保证传输系统是一个恒定延时系统，它的端到端的延迟（从信号进入编码器到信号从解码器输出）是一个常数。如果不进行校正或者校正精度不能满足要求，解码器所恢复的图像容易掉彩色，还会出现周期性的黑屏现象，同时图像会伴有马赛克，严重时会出现死机。
PCR是整个MPEG-2传输系统中的统一时钟，它的作用是将发端的27MHz时钟以PCR时间戳的形式注入码流中，而收端是否能够根据该信息无偏差地恢复出发端的参考时钟以达到收发时钟的同步，这对系统的性能有至关重要的影响，因此对PCR的研究一直是热点问题，其中主要的难点是如何校正并消除人为处理和网路阻塞等影响带来的PCR抖动。
2.非均匀延时和PCR抖动
通常情况下，经过复用和再复用后，PCR值并不能完全精确地反映信源编码端的时间信息，这种现象称为PCR抖动（PCR jitter）。复用器增加的PCR抖动量主要有以下几个来源：①本地27MHz时钟与节目复用器中系统参考时钟不一致；②本地27MHz时钟与输入传输流时钟不一致；③本地27MHz时钟与输出传输流时钟不一致。
下面通过一个例子说明非均匀延迟。假若在某TS流中，PCR1和PCR2之间的原始码速率是a，设为所表示的换算为秒的时间，两者的间隔为m1（bit），显然，根据PCR原理得到a=m1/△PCR。现在，由于传输过程中的各种原因，PCR1和PCR2之间的码流速率变为b，两者间隔为m2，如果要求b=m2/△PCR（即变化后的PCR仍然能够准确地反映当前速率），则必须有：
满足式（1）的延迟称为均匀延迟，否则称为非均匀延迟，显然在一个随机变化的网路中均匀延迟几乎是不可能的，我们把这种非均匀延迟带来的PCR值不能正确放映码流当前的速率信息的状况称为PCR抖动。
引起非均匀延迟的原因主要有两大类：一类是数据在网路中传输时端到端的非均匀传输延迟造成的，这类抖动一般来说都比较小，大多数系统是可以容忍的；另一类是根据传输的需要人为的改变码速率所引起的，码流复用和码速率调整所引起的PCR抖动都属于这一类，这类情况所引起的抖动一般是比较大的。PCR抖动较大会对收端恢复同步时钟产