CN102006454A - 一种gpon网络中视频监控业务的实现方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种GPON网络中视频监控业务的实现方法和系统。通过AV接口收到监控摄像头发送的模拟音视频信号，对该信号进行采集、量化成数字信号；对数字信号进行8B/10B线路编码后，形成64B/65B码块；将64B/65B码块透明映射到GEM帧的有效负载区域中，并发送给光线路终端；在光线路终端侧执行的操作，包括以下步骤：接收光网络单元发送的GEM帧，对GEM帧进行去映射，并提取GEM帧中的64B/65B码块；将64B/65B码块解码为8B/10B的采样数据；对多路解码后的采样数据进行集中编码，并将编码后的音视频信号发送到视频监控平台。本发明提供高质量视频监控业务接入承载方案。
Description
技术领域
本发明属于光通信和宽带接入网领域，尤其涉及一种视频监控业务的实现方法和系统。
背景技术
GPON(Gigabit-Capable PON)技术是基于ITU-TG.984.x标准的无源光综合接入标准。基于GPON技术的设备基本结构由局端的OLT(光线路终端)、用户端的ONT/ONU(光网络终端或称作光网络单元)、连接这两种设备的ODN(光分配网络)以及网管系统组成。
GPON的主要技术特点是采用全新的传输汇聚层协议“通用成帧协议”(GEM：GPON Encapsulation Method)，GEM源于GFP(Generic Framing Protocol，通用成帧规程)，能将任何类型和任何速率的业务进行原有格式封装后经由PON系统进行传输。因此，GPON具有覆盖任何可能出现的新业务的适配能力，包括数字视频、存储网络(SAN)、电子商务等。
网络视频监控是IT、安防与电信技术相结合的产物，经历过“9.11”恐怖袭击事件后，安全问题被各国政府提上重要日程，网络视频监控技术、设备快速发展。在我国，近年来“平安城市”、“平安校园”以及机场、地铁等视频监控系统已经开始在全国范围内服务。
国内视频监控系统经历了模拟监控和数字监控两个主要阶段，而接入网提供视频业务接入的两种方式均有不足之处，下面将结合附图进行说明。
如图1所示，模拟视频监控的接入网络从模拟矩阵到前端设备之间采用光纤直连的方式，每个视频设备占用一根光纤，对光纤资源占用较大，规模部署难度大，同时，难以满足日益提高的全省、甚至全国范围的联网需求。
数字视频监控业务通过视频终端进行业务流IP化并压缩，如果利用现有的GPON网络承载，则如图2所示。但是，这种方案对视频终端要求高(成本高、压缩质量难以保证)，而且数字视频终端硬件(如CPU)性能较差，对比较复杂的编码处理较慢，前端传到后台有较大的延迟，难以满足一些重要客户如公安视频监控的高质量要求。
因此，从客观需求出发，采用模拟-数字视频监控混合的解决方案反而是目前高质量视频监控业务的主要方案。
发明内容
本发明提出一种利用可能在接入网大量部署的GPON网络，提供高质量视频监控业务接入承载方案。
根据本发明的一方面，提出一种GPON网络中视频监控业务的实现方法，通过光网络单元和光线路终端完成音视频信号编码，并发送给视频监控平台，其中，在光网络单元侧执行的操作，包括以下步骤：通过AV接口收到监控摄像头发送的模拟音视频信号，对该信号进行采集、量化成数字信号；对数字信号进行8B/10B线路编码后，形成64B/65B码块；将64B/65B码块透明映射到GEM帧的有效负载区域中，并发送给光线路终端；在光线路终端侧执行的操作，包括以下步骤：接收光网络单元发送的GEM帧，对GEM帧进行去映射，并提取GEM帧中的64B/65B码块；将64B/65B码块解码为8B/10B的采样数据；对多路解码后的采样数据进行集中编码，并将编码后的音视频信号发送到视频监控平台。
进一步，将64B/65B码块透明映射到GEM帧的有效负载区域中的操作，包括以下步骤：在GEM帧中定义PTI值，标示该GEM帧用于透明传输数据。
进一步，将64B/65B码块透明映射到GEM帧的有效负载区域中的操作，包括以下步骤：将64B/65B码块透明映射到GEM帧中PTI编码的预留字段。
根据本发明的另一方面，还提出一种GPON网络中视频监控业务的实现系统，其中，光网络单元，包括：视频采集模块，通过AV接口收到监控摄像头发送的模拟音视频信号，对该信号进行采集、量化成数字信号；线路编码模块，将数字信号进行8B/10B线路编码；数据码块形成模块，将线路编码模块编码后的数字信号形成64B/65B码块；映射模块，将64B/65B码块映射到GEM帧的有效负载区域；第一媒体接入控制模块，向光线路终端发送GEM帧；光线路终端，包括：第二媒体接入控制模块，接收光网络单元发送的GEM帧；去映射模块，对GEM帧进行去映射，提取GEM帧中的64B/65B码块；数据码块解码模块，对64B/65B码块进行解码；线路解码模块，将64B/65B码块解码为8B/10B的采样数据；视频编码模块，将多路解码后的采样数据进行集中编码，将编码后的音视频信号发送到视频监控平台。
进一步，映射模块在GEM帧中定义PTI值，标示该GEM帧用于透明传输数据。
进一步，映射模块将64B/65B码块透明映射到GEM帧中PTI编码的预留字段。
本申请相对现有技术而言，具有以下的优点和效果。
与模拟视频监控相比：
模拟视频监控的接入网络从模拟矩阵到前端设备之间的采用光纤直连的方式，每个视频设备占用一根光纤，对光纤资源占用较大。如图1所示，每个光端机到多路编码器都需要占用1根光纤。而本方法可以利用PON网络的特点，节省主干光纤资源。如图3所示，采用PON设备可以在光缆网汇接的地方放置一台无源光分路器，无源光分路器到OLT设备仅需1根光纤，从而节省了主干光纤资源。
与数字视频监控相比：
传统的数字视频监控业务在视频终端实现业务流IP化并压缩，对视频终端要求高(成本高、压缩质量难以保证)，而且数字视频终端硬件(如CPU)性能较差，对比较复杂的编码处理较慢，前端传到后台有较大的延迟。本方法在ONU将接收到的模拟音视频信号仅进行采集，实现从模拟到数字的处理，并将数字化信号实时进行透明封装处理，压缩编码等工作在OLT端集中处理，这样既可以简化前端设备的复杂度又可以降低时延保证视频的质量。
附图说明
图1是现有技术中模拟视频监控接入网络结构示意图。
图2是现有技术中数字视频监控接入网络结构示意图。
图3是本发明GPON承载视频监控业务接入网络结构示意图。
图4是本发明ONU结构示意图。
图5是现有技术中GEM的帧结构示意图。
图6是现有技术G.984.3定义的PTI编码含义。
图7是本发明定义的PTI编码含义。
图8是本发明OLT结构示意图。
图9是本发明视频监控业务的实现方法流程图。
具体实施方式
本发明提供一种高质量视频监控业务在GPON中的传输方法，主要包含两个重要方面：一是采用GEM帧透明承载实时视频信号的方法；二是将模拟视频信号转换为数据流封装到GEM帧传送，并在OLT实现集中压缩编码的视频业务承载方法。
为了实现高质量视频监控业务的接入，本发明首先明确系统的网络结构示意图如图3所示。
图4为本发明提出的光网络单元ONU结构示意图。光网络单元包括：
视频采集模块，通过AV接口收到监控摄像头发送的模拟音视频信号，对该信号进行采集、量化成数字信号。
线路编码模块，将数字信号进行8B/10B线路编码。
数据码块形成模块，将线路编码模块编码后的数字信号形成64B/65B码块。
映射模块，将64B/65B码块映射到GEM帧的有效负载区域，并在PTI域中按照图7所定义的编码写入PTI值。其中，映射模块将64B/65B码块透明映射到GEM帧中预留字段直接封装进行承载以传输数据。定义PTI值主要是为了指示该GEM帧不是普通的GEM帧，而是本方法定义的承载透明传输数据的帧。
第一媒体接入控制模块，向光线路终端发送GEM帧。
下面将结合附图具体说明对GEM帧中预留字段进行透明传输数据的定义方式。
GPON系统中采用GEM为TC层适配协议，考虑到PON网络多ONU、多端口复用的情况，引入了Port ID。本发明利用G.984.3预留的控制字节，直接承载视频流，实现视频监控业务高质量传输。下面对GEM承载透明数据的方式进行定义。
图5为现有技术G.984.3定义的GEM的帧结构示意图。如图5所示，GEM帧包括：有效负载帧长度标识符(PLI)占用12个比特，端口标识符(Port-ID)占用12个比特，有效负载类型指示(PTI)占用3个比特，检测字段(HEC)占用13个比特和有效负载(Payload)占用L个字节，L的值由PLI指示。
其中，PTI域用于指示段净荷的内容类型和相应的处理方式。编码含义见图6。
本发明利用G.984.3预留的PTI部分字节，实现透明传输数据的标识，定义的新的编码见图7。
图8为本发明提出的光线路终端OLT结构示意图。光线路终端包括：
第二媒体接入控制模块，接收光网络单元发送的GEM帧。
去映射模块，对GEM帧进行去映射，提取GEM帧中的64B/65B码块。
数据码块解码模块，对64B/65B码块进行解码。
线路解码模块，将64B/65B码块解码为8B/10B的采样数据。
视频编码模块，将多路解码后的采样数据进行集中编码，将编码后的音视频信号发送到视频监控平台。
本发明不需要在前端的终端设备上进行压缩编码，仅需实现模拟到数字的采样，复杂的编码处理集中在处理能力较高的OLT端实现，从而有效提高视频的压缩质量及降低传输时延。
本发明相对于模拟视频监控系统的优点在于可以有效节省光纤资源，有效保证视频的质量，并可利用规模建设的GPON网络实现视频监控业务的联网。
图9是本发明视频监控业务的实现方法流程图。通过光网络单元和光线路终端完成音视频信号编码，并发送给视频监控平台。该方法包括以下步骤：
在光网络单元侧(ONU)执行的操作，包括以下步骤：
在步骤901，通过AV接口收到监控摄像头发送的模拟音视频信号，对该信号进行采集、量化成数字信号。
现有的ONU中提供的AV接口，主要用来传送CATV模拟电视业务。光网络单元(ONU)设备直接提供AV接口来接收信号，并在其中内置视频采集模块，对通过AV接口接收来的模拟视频信号不进行压缩编码，而是直接对该信号进行采集、量化成数字信号。
在步骤902，对数字信号进行8B/10B线路编码后，形成64B/65B码块。
在步骤903，将64B/65B码块透明映射到GEM帧的有效负载区域中，并发送给光线路终端。
其中，将64B/65B码块透明映射到GEM帧中预留字段直接封装进行承载以传输数据。GEM帧中预留的用于透明传输数据的定义如图7所示。定义PTI值主要是为了指示该GEM帧不是普通的GEM帧，而是本方法定义的承载透明传输数据的帧。
在光线路终端侧(OLT)执行的操作，包括以下步骤：
在步骤904，接收光网络单元发送的GEM帧，对GEM帧进行去映射，并提取GEM帧中的64B/65B码块。
在步骤905，将64B/65B码块解码为8B/10B的采样数据。
在步骤906，对多路解码后的采样数据进行集中编码，并将编码后的音视频信号发送到视频监控平台。在光线路终端内置视频编码模块的系统结构，实现对多路解码后的采样数据进行集中编码。
本发明通过在ONU将接收到的模拟音视频信号进行采集，实现从模拟到数字的处理，并将数字化信号实时进行透明封装处理，然后在OLT端进行解封装后，再将数字信号统一处理，进行集中压缩编码。
本发明保证视频监控业务传输质量的同时，充分利用了宽带接入网资源，在GPON接入网中高效、高质量的提供高清视频监控业务接入，是“平安城市”、“平安校园”等高质量视频监控业务的最有效的技术方案之一。
Claims (6)
1.一种GPON网络中视频监控业务的实现方法，通过光网络单元和光线路终端完成音视频信号编码，并发送给视频监控平台，其中：
在光网络单元侧执行的操作，包括以下步骤：
通过AV接口收到监控摄像头发送的模拟音视频信号，对该信号进行采集、量化成数字信号；
对数字信号进行8B/10B线路编码后，形成64B/65B码块；
将64B/65B码块透明映射到GEM帧的有效负载区域中，并发送给光线路终端；
在光线路终端侧执行的操作，包括以下步骤：
接收光网络单元发送的GEM帧，对GEM帧进行去映射，并提取GEM帧中的64B/65B码块；
将64B/65B码块解码为8B/10B的采样数据；
对多路解码后的采样数据进行集中编码，并将编码后的音视频信号发送到视频监控平台。
2.根据权利要求1所述视频监控业务的实现方法，其中，将64B/65B码块透明映射到GEM帧的有效负载区域中的操作，包括以下步骤：在GEM帧中定义PTI值，标示该GEM帧用于透明传输数据。
3.根据权利要求1或2所述视频监控业务的实现方法，其中，将64B/65B码块透明映射到GEM帧的有效负载区域中的操作，包括以下步骤：将64B/65B码块透明映射到GEM帧中PTI编码的预留字段。
4.一种GPON网络中视频监控业务的实现系统，其中：
光网络单元，包括：
视频采集模块，通过AV接口收到监控摄像头发送的模拟音视频信号，对该信号进行采集、量化成数字信号；
线路编码模块，将数字信号进行8B/10B线路编码；
数据码块形成模块，将线路编码模块编码后的数字信号形成64B/65B码块；
映射模块，将64B/65B码块映射到GEM帧的有效负载区域；
第一媒体接入控制模块，向光线路终端发送GEM帧；
光线路终端，包括：
第二媒体接入控制模块，接收光网络单元发送的GEM帧；
去映射模块，对GEM帧进行去映射，提取GEM帧中的64B/65B码块；
数据码块解码模块，对64B/65B码块进行解码；
线路解码模块，将64B/65B码块解码为8B/10B的采样数据；
视频编码模块，将多路解码后的采样数据进行集中编码，将编码后的音视频信号发送到视频监控平台。
5.根据权利要求4所述视频监控业务的实现系统，其中，映射模块在GEM帧中定义PTI值，标示该GEM帧用于透明传输数据。
6.根据权利要求4或5所述视频监控业务的实现系统，其中，映射模块将64B/65B码块透明映射到GEM帧中PTI编码的预留字段。
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