MPEG transport stream (MPEG-TS, MTS) or simply transport stream (TS) is a standard digital container format for transmission and storage of audio, video, and Program and System Information Protocol (PSIP) data. It is used in broadcast systems such as DVB, ATSC and IPTV.

Transport stream specifies a container format encapsulating packetized elementary streams, with error correction and synchronization pattern features for maintaining transmission integrity when the communication channel carrying the stream is degraded.

Transport streams differ from the similarly named MPEG program stream in several important ways: program streams are designed for reasonably reliable media, such as discs (like DVDs), while transport streams are designed for less reliable transmission, namely terrestrial or satellite broadcast. Further, a transport stream may carry multiple programs.

Transport stream is specified in MPEG-2 Part 1, Systems, formally known as ISO/IEC standard 13818-1 or ITU-T Rec. H.222.0.

Overview

A transport stream encapsulates a number of other substreams, often packetized elementary streams (PESs) which in turn wrap the main data stream using the MPEG codec or any number of non-MPEG codecs (such as AC3 or DTS audio, and MJPEG or JPEG 2000 video), text and pictures for subtitles, tables identifying the streams, and even broadcaster-specific information such as an electronic program guide. Many streams are often mixed together, such as several different television channels, or multiple angles of a movie.

Each stream is chopped into (at most) 188-byte sections and interleaved together.  Due to the tiny packet size, streams can be interleaved with less latency and greater error resilience compared to program streams and other common containers such as AVI, MOV/MP4, and MKV, which generally wrap each frame into one packet. This is particularly important for videoconferencing, where large frames may introduce unacceptable audio delay.

Transport streams tend to be broadcast as constant bitrate (CBR) and filled with padding bytes when not enough data exists.

Elements

Packet 
A network packet is the basic unit of data in a transport stream, and a transport stream is merely a sequence of packets. Each packet starts with a sync byte and a header, that may be followed with optional additional headers;  the rest of the packet consists of payload. All header fields are read as big-endian. Packets are 188 bytes in length, but the communication medium may add additional information. The 188-byte packet size was originally chosen for compatibility with Asynchronous Transfer Mode (ATM) systems.

Packet identifier (PID)
Each table or elementary stream in a transport stream is identified by a 13-bit packet identifier (PID). A demultiplexer extracts elementary streams from the transport stream in part by looking for packets identified by the same PID. In most applications, time-division multiplexing will be used to decide how often a particular PID appears in the transport stream.

Programs
Transport stream has a concept of programs. Every program is described by a program map table (PMT). The elementary streams associated with that program have PIDs listed in the PMT. Another PID is associated with the PMT itself. For instance, a transport stream used in digital television might contain three programs, to represent three television channels. Suppose each channel consists of one video stream, one or two audio streams, and any necessary metadata. A receiver wishing to decode one of the three channels merely has to decode the payloads of each PID associated with its program. It can discard the contents of all other PIDs. A transport stream with more than one program is referred to as a multi-program transport stream (MPTS). A single program transport stream is referred to as a single-program transport stream (SPTS).

Program specific information

There are 4 program specific information (PSI) tables: program association (PAT), program map (PMT), conditional access (CAT), and network information (NIT). The MPEG-2 specification does not specify the format of the CAT and NIT.

PCR 
To enable a decoder to present synchronized content, such as audio tracks matching the associated video, at least once each 100 ms, a program clock reference (PCR) is transmitted in the adaptation field of an MPEG-2 transport stream packet. The PID with the PCR for an MPEG-2 program is identified by the pcr_pid value in the associated PMT. The value of the PCR, when properly used, is employed to generate a system_timing_clock in the decoder. The system time clock (STC) decoder, when properly implemented, provides a highly accurate time base that is used to synchronize audio and video elementary streams. Timing in MPEG-2 references this clock. For example, the presentation time stamp (PTS) is intended to be relative to the PCR. The first 33 bits are based on a 90 kHz clock. The last 9 bits are based on a 27 MHz clock. The maximum jitter permitted for the PCR is .

Null packets
Some transmission schemes, such as those in ATSC and DVB, impose strict constant bitrate requirements on the transport stream. In order to ensure that the stream maintains a constant bitrate, a multiplexer may need to insert some additional packets. The PID 0x1FFF is reserved for this purpose. The payload of null packets is all zeroes, and the receiver is expected to ignore its contents.

Use in digital video cameras
Transport Stream was originally designed for broadcast. Later it was adapted for use with digital video cameras, recorders and players by adding a 4-byte timecode (TC) field to the standard 188-byte packets, resulting in a 192-byte packet. This is what is informally called M2TS stream,  commonly found in HDV cameras. The Blu-ray Disc Association calls it "BDAV MPEG-2 transport stream". JVC called it TOD when used in HDD-based camcorders like GZ-HD7. The timecode allows quick access to any part of the stream either from a media player, or from a non-linear video editing system. It is also used to synchronize video streams from several cameras in a multiple-camera setup.

Use in Blu-ray
Blu-ray Disc video titles authored with menu support are in the Blu-ray Disc Movie (BDMV) format and contain audio, video, and other streams in a BDAV container, which is based on the MPEG-2 transport stream format. Blu-ray Disc video uses these modified MPEG-2 transport streams, compared to DVD's program streams that don't have the extra transport overhead.

There is also the BDAV (Blu-ray Disc Audio/Visual) format, the consumer-oriented alternative to the BDMV format used for movie releases. The BDAV format is used on Blu-ray Disc recordable for audio/video recording. Blu-ray Disc employs the MPEG-2 transport stream recording method. This enables transport streams of a BDAV converted digital broadcast to be recorded as they are with minimal alteration of the packets. It also enables simple stream cut style editing of a BDAV converted digital broadcast that is recorded as is and where the data can be edited just by discarding unwanted packets from the stream. Although it is quite natural, a function for high-speed and easy-to-use retrieval is built in.

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

Notes

References

External links
 ITU-T H.222.0 | ISO/IEC 13818-1 Systems Spec Documents
 Latest free copy of the spec, August 2018
 MPEG-4 Systems FAQ
 TSDuck – Free open-source tool to manipulate MPEG transport streams.

ATSC
Digital container formats
MPEG-2
ITU-T recommendations
MPEG 트랜스포트 스트림(MPEG transport stream, TS, TP, MPEG-TS로 줄임)은 오디오, 비디오, 데이터 전송을 위한 통신 프로토콜이다. PES(packetized elementary streams) 와 기타 데이터를 포함하는 디지털 컨테이너 포맷의 일종이다. TS는 MPEG-2 파트 1, 시스템(ISO/IEC 표준 13818-1)에 규정되어 있다. ITU-T Rec. H.222.0으로도 알려져 있다. 디지털 영상과 소리를 다중화하고 출력을 동기화하는 것이 이 시스템의 목표이다. 트랜스포트 스트림은 신뢰할 수 없는 매체의 오류 정정 기능을 제공하고 DVB와 ATSC와 같은 영상 응용에도 쓰인다. DVD와 같은 신뢰할 수 있는(데이터 손실 우려가 없는) 매체용으로 개발된 MPEG 프로그램 스트림과는 대조된다.

통신 계층 
OSI 네트워크 프로토콜 스택과 비슷하게 트랜스포트 스트림은 계층 구조에서 수신기가 처리한다. 이를테면 비디오를 포함하는 스트림은 다음과 같은 처리를 할 수 있다.
 다양한 프로그램 구성
 PES (패킷화된 기초 스트림, Packetized Elementary Stream)
 ES (기초 스트림, Elementary stream) - 소리 및 영상 (아래의 것은 영상만)
 GOP 구조 (Group of pictures) - 임의 접근 포인트 제공
 슬라이스 (Slice) - 상호 예측을 통하여 파급된 오류 방지
 매크로블록 - 6~12개의 DCT 블록으로 이루어져 있음
 인코딩 블록 / 단순 블록 - DCT 인코딩 블록, 8x8 화소
트랜스포트 스트림(TS)으로 다중화 처리된 데이터의 예가 바로 EPG (전자 프로그램 안내)이다. 더 자세한 내용은 프로그램과 시스템 정보 프로토콜을 참고하라.

트랜스포트 스트림의 중요 요소

패킷 
패킷은 트랜스포트 스트림의 기본 데이터 단위이다. 값이 0x47인 싱크 바이트와 그 뒤를 이어 3개의 1비트 플래그와 13비트의 PID (패킷 증명자), 4비트의 연속 카운터, 추가적인 유효한 필드 신호가 있으면 추가로 선택할 수 있는 트랜스포트 필드가 온다. 패킷의 나머지는 페이로드(payload)다. 패킷들의 길이는 188 바이트이지만 통신 매체는 패킷에다 오류 정정 바이트를 몇 개 추가할 수 있다.
ISDB-T 및 DVB-T/C/S의 전송 패킷 크기(트랜스포트 스트림 패킷 + FEC 데이터)는 204 바이트이며 ATSC 8-VSB의 전송 패킷 크기는 208 바이트이다. ATSC는 20바이트의 리드 솔로몬 전방 오류 정정을 사용하여 208바이트의 패킷을 만들어낸다. 188바이트의 패킷 크기는 원래 ATM 체계와의 호환성을 위하여 선정된 것이다.

PID 
TS의 각 테이블이나 기초 스트림(ES)은 13비트 패킷 ID (PID)로 식별한다. 역다중화기(demultiplexer)는 같은 PID로 식별된 패킷을 검색하여 부분적으로 TS로부터 기초 스트림을 추출한다. 시분할 다중화는 얼마나 자주 특정한 PID가 TS에 나타나는지를 결정하는 데 쓰인다.

프로그램 
TS에는 프로그램 개념이 있다. 각 프로그램은 고유 PID를 갖는 프로그램 맵 테이블 (PMT)로 기술되며 그 프로그램과 연결된 기초 스트림은 PMT에 나열된 PID를 가진다. 이를테면 디지털 TV에 쓰이는 TS는 세 개의 텔레비전 채널을 표현하기 위하여 이러한 프로그램들을 포함할 수 있다. 각 채널이 하나의 비디오 스트림과 한 두 개의 오디오 스트림, 또 필요한 메타 데이터를 갖고 있다는 가정을 해 볼 수 있다. 수신기가 특정한 채널을 디코딩하려면 이 프로그램에 연결된 각 PID의 페이로드를 디코딩하여야 한다.

프로그램 지정 정보 (PSI) 

프로그램 지정 정보에는 4개의 PSI가 있다.
 프로그램 연결 (Program Association, PAT)
 프로그램 맵 (Program Map ,PMT)
 조건식 제한 접근(Conditional Access, CAT)
 네트워크 정보(Network Information, NIT)
MPEG-2 규격은 CAT와 NIT 포맷에 대하여 규정해 놓지 않았다.

PAT 
PAT (프로그램 연결 테이블, Program Association Table)는 TS에서 사용할 수 있는 모든 프로그램을 나열한다. 나열된 프로그램은 각각 program_number (프로그램 계수)라 불리는 16비트 값으로 식별된다. PAT에 나열된 프로그램은 제각각 프로그램 맵 테이블(PMT)의 PID 연결 값을 갖고 있다.

program_number의 값 0x0000는 PID에 네트워크 정보 테이블 위치를 부여하기 위해 보존된다. 해당 프로그램이 PAT에 존재하지 않으면 기본 PID 값 (0x0010)이 NIT에 쓰인다.

PMT 
프로그램 맵 테이블(PMT)은 프로그램에 대한 정보를 갖고 있다. 각 프로그램마다 PMT가 존재한다. MPEG-2 표준이 하나 이상의 PMT 섹션이 단일 PID에 전송될 수 있는 기능을 제공하지만 ATSC와 SCTE와 같은 영역에 속한 대부분의 MPEG-2 사용자들은 각 PMT가 다른 어떠한 패킷에도 쓰이지 않는 하나의 구별된 PID 상에서 전송할 것을 요구한다. PMT는 program_number를 비롯하여 TS에 존재하는 각 프로그램에 대한 정보를 제공하며 기술된 MPEG-2 프로그램을 구성하는 기초 스트림을 나열한다. 각 기초 스트림을 위한 선택적 기술자뿐 아니라 완전한 MPEG-2 스트림을 기술하는 선택적 기술자를 위한 위치 정보도 제공한다. 각 기초 스트림은 stream_type (스트림 종류) 값으로 그 이름이 붙어 있다.

PCR 
연결된 영상과 결합된 오디오 트랙과 같이 동기화된 콘텐츠를 표현하는 디코더를 사용하려면 적어도 100 밀리초마다 프로그램 클록 참조(PCR)가 MPEG-2 TS 패킷의 유효 필드에 전송되어야 한다. MPEG-2 프로그램을 위한 PCR이 있는 PID는 연결된 프로그램 맵 테이블(PMT) 안에서 pcr_pid 값으로 식별된다. 문제가 없다면 PCR의 값은 디코더 안에서 system_timing_clock (시스템 타이밍 클록)을 만들어 낸다. 여기에도 문제가 없으면 STC 디코더는 영상 및 소리의 기초 시스템을 동기화하는 데 쓰이는 더 정확한 시간대를 제공한다.
MPEG2 타이밍은 이 클록을 참조하는데 이를테면 재현 시간표 (PTS)는 PCR에 관련되어 있다. 처음 33비트는 90kHz 클록에 기반을 두며 마지막 9비트는 27MHz 클록에 기반을 둔다. PCR이 허용하는 최대 지터는 +/- 500 나노초이다.

Null 패킷 
ATSC와 DVB와 같은 일부 전송 체계는 엄격한 고정 비트레이트를 TS에 요구한다. 스트림이 고정 비트레이트를 유지하려면 다중화기는 일부 추가적인 패킷을 삽입하여야 한다. 이에 PID 0x1FFF가 예약돼 있다. null 패킷의 페이로드는 데이터에 전혀 포함되지 않으며 수신기가 null 패킷의 콘텐츠 내용을 무시하게 된다.

TS 파일 지원 프로그램

다중 운영 체제 
 FFmpeg
 엠플레이어
 비디오랜 VLC 미디어 플레이어

리눅스 
 xine
 MythTV
 GStreamer
 OpenCaster

윈도 
 컴바인드 커뮤니티 코덱 팩
 스퀘어드 5 MPEG 스트림클립
 토탈 비디오 컨버터
 AVS 비디오 컨버터
 포맷팩토리
 LEADTOOLS MPEG-2 Transport SDK Module

macOS 
 스퀘어드 5 MPEG 스트림클립
 iFunia 비디오 컨버터

같이 보기 
 MPEG-2
 플래시 비디오
 IPTV

각주

외부 링크 
 MPEG-2 Systems FAQ
 MPEG-4 Systems FAQ
 MPEG-1 설명
 Powerpoint MPEG-2 Transport Stream introduction 
 DVB Transport Stream.pdf
 MPEG-2 Transport Stream

MPEG
파일 포맷
MPEG-2
ITU-T 권고
ATSC