基於以太無源光網絡的音視頻監控系統流媒體伺服器的製作方法

2023-07-27 23:05:41

專利名稱：基於以太無源光網絡的音視頻監控系統流媒體伺服器的製作方法
技術領域：
本發明涉及網絡通信技術和音視頻編解碼技術領域，特別是一種基於以太無源光網絡(EPON)的視頻監控系統流媒體伺服器。
背景技術：
為應對城市治安管理的日常防控和重大恐怖、災害等特殊突發公共事件，建構一個標準化、多層級的視頻監控網絡愈發成為平安城市建設的一個主要需求。
EPON能較好支持IP協議使得各種以IP為基礎的業務都能在EPON上實現互通，從而成為「多網融合」的理想解決方案。EPON在下行方向上採用點到多點廣播的拓樸結構，容易實現視頻監控信號的傳遞，在上行方向採用統計多址接入，從而能在同一網絡平臺上實現數據、語音和視頻等多種寬帶綜合業務的雙向傳輸，因而非常適合傳輸視頻監控信號。
現有的網絡音視頻伺服器在對音視頻數據進行壓縮編碼時遵循的標準有MJPEG、MPEG-2、MPEG-4、H.264以及AVS等，各種標準互不兼容。要建立標準化的核心視頻監控網絡，就有必要把各類編解碼標準統一到一個共同的編解碼標準，數字音視頻編解碼技術標準(AVS)作為我國自主智慧財產權的第二代信源編碼標準，從主要技術指標——編碼效率比較MPEG-4是MPEG-2的1.4倍，AVS和H.264相當，都是MPEG-2兩倍以上。而且AVS最大的優勢在於專利實施許可費用非常低廉，是大型視頻監控網絡音視頻編解碼標準的最佳選擇。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種基於以太無源光網絡的視頻監控系統流媒體伺服器，該伺服器能夠自動識別從網絡傳入的流媒體數據的音視頻編碼格式，並將各種不同編碼格式的數據轉化為標準的、統一的中國國家數字音視頻編解碼技術標準(AVS)規定的音視頻編碼格式，再以流媒體數據方式發送到目的地址；還能夠根據網管信令將轉化後的單路信源流媒體數據以多播或組播的方式分發到網絡監控客戶端，大大降低對網絡帶寬的需求和網絡音視頻伺服器的負荷。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是由至少一塊音視頻編碼格式轉換板和一塊交換控制板組成，兩者通過數據總線連接；音視頻編碼格式轉換板設有MTM即音視頻編碼格式轉換模塊，其通過MII/GMII接口即媒質無關接口/千兆媒質無關接口與乙太網無源光網絡的光線路終端的線路處理板連接，音視頻編碼格式轉換模塊由一片網絡處理器和一片音視頻編碼格式轉換處理器，兩者通過雙向數據總線和若干控制線連接；交換控制板包括一塊乙太網交換模塊和一片網管處理器，兩者通過MII/GMII接口連接。
本發明的優點是本伺服器綜合了寬帶網絡技術和視頻監控技術，實現視頻監控流媒體數據在EPON上的接入；能夠自動識別從網絡傳入的流媒體數據的音視頻編碼格式，並利用視頻編碼格式轉換技術將各類互不兼容的視頻數據轉化成統一的AVS格式視頻數據，為構建統一的網絡監控系統提供了基礎；利用網管協議實現信源流媒體數據在接入層的分發，包括單播、多播和組播等各種方式，大幅節約了接入層的帶寬資源。本伺服器特別適合跨地域、分布式、多層級網絡視頻監控系統應用，如平安城市視頻監控系統。


圖1是本發明的結構示意圖。
圖2是基於EPON的網絡視頻監控系統結構示意圖。
圖3是視頻編碼格式轉換模塊的結構示意圖。
圖4是視頻編碼格式轉換模塊的工作流程示意圖。
圖5是網管處理器對乙太網交換模塊進行實時在線配置的基本流程圖。
具體實施例方式
本發明提供了一種基於乙太網無源光網絡的音視頻監控系統流媒體伺服器，其由至少一塊音視頻編碼格式轉換板和一塊交換控制板組成，兩者通過數據總線連接；音視頻編碼格式轉換板設有MTM(音視頻編碼格式轉換模塊)，其通過MII/GMII接口(媒質無關接口/千兆媒質無關接口)與乙太網無源光網絡的光線路終端的LPU(線路處理板)相連接，音視頻編碼格式轉換模塊由一片網絡處理器和一片音視頻編碼格式轉換處理器，兩者通過雙向數據總線和若干控制線連接；交換控制板(SCU)包括一塊乙太網交換模塊和一片網管處理器，兩者通過MII/GMII接口連接。
每塊音視頻編碼格式轉換板至少設有一套MTM，每套MTM對應一個LPU。
上述網絡處理器、音視頻編碼格式轉換處理器、乙太網交換模塊和網管處理器均可以採用市售產品，其型號分別為MPC8241、ADSP-BF561、BCM5690和S3C4510B，或者依實際需要而定。
在本伺服器中，其網絡處理器的工作過程是先將來自LPU的流媒體數據乙太網幀拆幀，暫存幀頭數據，然後把幀內包含的流媒體數據傳送給格式轉換處理器；格式轉換處理器根據傳入的流媒體數據編碼格式調用對應的解碼算法，並將解碼得到的流媒體數據依據中國的AVS即數字音視頻編解碼技術標準進行壓縮編碼，然後把得到的AVS格式流媒體數據回傳給網絡處理器，如果傳入的流媒體數據編碼格式也是AVS格式，格式轉換處理器直接把傳入數據回傳給網絡處理器而不作任何其它處理；之後，網絡處理器把暫存的幀頭數據和收到的來自格式轉換處理器的經AVS編碼的流媒體數據重新裝幀為標準乙太網幀，再發送給交換控制板。
網管處理器能夠響應網絡視頻監控系統客戶監控端的網管信令，並對乙太網交換模塊作出相應的配置統計源地址-目的地址表，根據同一源地址對應的目的地址數目複製信源流媒體數據並轉發到目的地址，實現單路信源流媒體數據的多播；或者將信源流媒體數據退出原組播地址，然後加入到新的組播地址實現單路信源流媒體數據的組播。
下面，從基於無源光網絡的網絡視頻監控系統流媒體伺服器的應用和基於無源光網絡的網絡視頻監控系統流媒體伺服器的關鍵技術等方面對本發明作進一步說明。
1.基於以太無源光網絡的視頻監控系統的接入技術一個完整的網絡視頻監控系統的傳輸網絡與傳統的數據傳輸網絡的層次結構是類似的，都分為接入層、匯聚層和核心層。本文是一種基於EPON的網絡視頻監控系統接入方式網絡音視頻伺服器將視頻終端(攝像機)採集到的模擬信號數位化、壓縮編碼後再IP化，然後上行發送至光網絡單元(ONU)。ONU將下屬各終端的數據上行發送至光線路終端(OLT)。同時，OLT將來自外網的目的地址在本接入網的流媒體數據以廣播方式下行發送到ONU，經認證授權的ONU接收到該流媒體數據後再發送給本接入網的客戶監控端或網絡錄像伺服器。以上構成了一套完整的基於EPON的網絡視頻監控接入方案，如圖2所示。
2.基於視頻編碼格式轉換模塊的視頻格式標準化技術網絡音視頻伺服器在對視頻數據進行壓縮編碼時遵循的標準可以有MJPEG、MPEG-2、MPEG-4、H.264以及AVS。前四種是不同時期的國際音視頻編碼標準，後者是中國國家數字音視頻編解碼技術標準，這幾種編解碼標準已分別被廣泛應用於視頻監控產品和系統。同時也在很大程度上抑制了現有的以及新建的視頻監控系統建構成一個統一的網絡監控系統。本文提出一種音視頻編碼格式在接入層轉換成統一的、標準化的AVS格式的方案，這樣在客戶監控端和網絡錄像伺服器接收到的都是同一格式的、符合AVS標準的音視頻數據，為建立跨平臺、跨地域、多層級的統一的網絡視頻監控系統提供的可能。
3.基於網絡管理協議控制的信源流媒體數據轉發技術網絡視頻監控系統要求網絡音視頻伺服器的信源流媒體數據可以單播、多播或組播等各種方式被發送到監控終端或錄像伺服器。本文提供一種基於TCP/IP網絡管理協議的流媒體數據的轉發方法OLT網管處理器解析來自遠程監控端的TCP/IP網管信令，計算出需要進行數據轉發的流媒體IP位址和埠，和目的多播地址或目的組播地址，然後對OLT中的乙太網交換模塊進行相應配置，並最終由該交換模塊實現信源流媒體數據的單播、多播或組播等轉發方式，大幅節約了接入層的帶寬資源、減小了網絡音視頻伺服器的帶寬負荷，同時也消除了流媒體數據轉發對不同網絡音視頻伺服器技術。
下面再結合附圖詳細描述本發明的具體實施方案。
如圖1所示本伺服器由音視頻編碼格式轉換板(MTU)和交換控制板(SCU)兩部分組成，兩者通過數據總線連接。其中MTU由多套音視頻編碼格式轉換模塊(MTM)組成，每套MTM包括一片網絡處理器(NPU)和一片音視頻編碼格式轉換處理器(MPU)，兩者通過雙向數據總線和若干控制線連接。MTM通過MII/GMII總線與EPON系統的光線路終端(OLT)的線路處理板(LPU)連接，並且每一個LPU對應一套MTM。通常，但不限於，每塊MTU包括四套MTM，可以與EPON系統的四塊LPU連接。SCU包括一塊乙太網交換模塊和一片網管處理器，兩者通過MII/GMII接口連接。網管處理器負責響應網管信令，並對乙太網交換模塊進行實時在線配置。
如圖2所示這是一種基於EPON的網絡視頻監控系統接入方式。網絡音視頻伺服器將攝像機採集到的模擬信號數位化、壓縮編碼後再IP化，然後上行發送至光網絡單元(ONU)。ONU將下屬各終端的數據上行發送至光線路終端(OLT)。同時，OLT將來自外網的目的地址在本接入網的流媒體數據以廣播方式下行發送到ONU，經認證授權的ONU接收到該流媒體數據後再發送給本接入網的客戶監控端或網絡錄像伺服器。以上構成了一套完整的基於EPON的網絡視頻監控接入方案。
如圖3所示音視頻編碼格式轉換模塊(MTM)由網絡處理器(NPU)和音視頻編碼格式處理器(MPU)組成。其輸入信號是OLT的LPU輸出的包含有流媒體數據的乙太網幀。NPU接收到上述乙太網幀後，將該幀分拆出地址數據和音視頻數據，然後將該幀的音視頻數據由數據總線發送給MPU，MPU將收到音視頻數據格式轉換成AVS編碼格式的數據後再由數據總線回傳給NPU並重新打包成乙太網幀後經MII/GMH接口發送給流媒體伺服器的交換控制板(SCU)進行處理。
如圖4所示MPU收到NPU發送過來的音視頻數據後，首先判斷其編碼格式，包括但不限於MPEG-2、MPEG-4、H.264和MJPEG等格式，然後設置軟開關選定對應的解碼軟體包，將輸入的不同編碼格式的音視頻數據解碼成標準的YUV格式的視頻信號和wave格式的音頻信號。之後，再調用AVS編碼算法將上面解碼得到的YUV格式的視頻信號和wave格式的音頻信號壓縮編碼成AVS格式的音視頻數據，然後經數據總線回傳給NPU。
如圖5所示這是網管處理器對乙太網交換模塊進行實時在線配置的基本流程圖。網管處理器解析收到的網管信令後，如果需要調整來自網絡音視頻伺服器的監視數據的分發目的地，如果需要向一個新的客戶監控端發送一路監視數據，網管處理器首先判斷是否按照組播方式分發，如果是，則配置乙太網交換模塊，將目的地址加入到組播組；如果不是，即多播模式，則乙太網交換模塊將信源流媒體數據複製一路並發送的目的地址。如果需要向停止向指定的某個客戶監控端繼續發送監視數據，網管處理器首先判斷是否按照組播方式分發，如果是，則配置乙太網交換模塊，將目的地址從組播組中刪除；如果不是，則乙太網交換模塊將停止該信源地址向指定目的地址發送的那路流媒體數據。
上述實施方式僅限於對本發明的進一步說明，並不構成對本發明技術方案的限定。
權利要求
1.一種網絡音視頻監控系統流媒體伺服器，其特徵是一種基於乙太網無源光網絡的音視頻監控系統流媒體伺服器，其由至少一塊音視頻編碼格式轉換板和一塊交換控制板組成，兩者通過數據總線連接；音視頻編碼格式轉換板設有MTM即音視頻編碼格式轉換模塊，其通過MII/GMII接口即媒質無關接口/千兆媒質無關接口與乙太網無源光網絡的光線路終端的線路處理板連接，音視頻編碼格式轉換模塊由一片網絡處理器和一片音視頻編碼格式轉換處理器，兩者通過雙向數據總線和若干控制線連接；交換控制板包括一塊乙太網交換模塊和一片網管處理器，兩者通過MII/GMII接口連接。
2.根據權利要求1所述的網絡音視頻監控系統流媒體伺服器，其特徵在於每塊音視頻編碼格式轉換板至少設有一套MTM，每套MTM對應一個線路處理板。
3.根據權利要求1所述的網絡音視頻監控系統流媒體伺服器，其特徵在於網絡處理器將來自LPU的流媒體數據乙太網幀拆幀，暫存幀頭數據，然後把幀內包含的流媒體數據傳送給音視頻編碼格式轉換處理器；音視頻編碼格式轉換處理器根據傳入的流媒體數據編碼格式調用對應的解碼算法，並將解碼得到的流媒體數據依據中國的AVS即數字音視頻編解碼技術標準進行壓縮編碼，然後把得到的AVS格式流媒體數據回傳給網絡處理器，如果傳入的流媒體數據編碼格式也是AVS格式，音視頻編碼格式轉換處理器直接把傳入數據回傳給網絡處理器而不作任何其它處理；之後，網絡處理器把暫存的幀頭數據和收到的來自音視頻編碼格式轉換處理器的經AVS編碼的流媒體數據重新裝幀為標準乙太網幀，再發送給SCU即交換控制板。
4.根據權利要求1或3所述的網絡音視頻監控系統流媒體伺服器，其特徵在於網絡處理器的型號為MPC8241。
5.根據權利要求1或2或3所述的網絡音視頻監控系統流媒體伺服器，其特徵在於音視頻編碼格式轉換處理器的型號為ADSP-BF561。
6.根據權利要求1所述的網絡音視頻監控系統流媒體伺服器，其特徵在於網管處理器能夠響應網絡視頻監控系統客戶監控端的網管信令，並對乙太網交換模塊作出相應的配置統計源地址-目的地址表，根據同一源地址對應的目的地址數目複製信源流媒體數據並轉發到目的地址，實現單路信源流媒體數據的多播；或者將信源流媒體數據退出原組播地址，然後加入到新的組播地址實現單路信源流媒體數據的組播。
7.根據權利要求1或6所述的網絡音視頻監控系統流媒體伺服器，其特徵在於網管處理器的型號為S3C4510B。
8.根據權利要求1所述的網絡音視頻監控系統流媒體伺服器，其特徵在於乙太網交換模塊的型號為BCM5690。
全文摘要
本發明提供的基於乙太網無源光網絡的音視頻監控系統流媒體伺服器，是由音視頻編碼格式轉換板和交換控制板組成，其通過數據總線連接；音視頻編碼格式轉換板設有音視頻編碼格式轉換模塊，其由一片網絡處理器和一片音視頻編碼格式轉換處理器，兩者通過雙向數據總線和若干控制線連接；交換控制板包括乙太網交換模塊和網管處理器，兩者通過MII/GMII接口連接。本伺服器能夠自動識別並將網絡傳入的流媒體數據的音視頻編碼格式轉化為AVS規定的音視頻編碼格式，再以流媒體數據方式發送到目的地址；還能夠根據網管信令將轉化後的單路信源流媒體數據以多播或組播的方式分發到網絡監控客戶端，大大降低對網絡帶寬的需求和網絡音視頻伺服器的負荷。
文檔編號H04N7/18GK1874506SQ200610019378
公開日2006年12月6日 申請日期2006年6月15日 優先權日2006年6月15日
發明者張敏明, 劉德明, 胡必春 申請人:華中科技大學