CN103533306B

CN103533306B - 一种视频带宽智能分配装置及方法

Info

Publication number: CN103533306B
Application number: CN201310472876.1A
Authority: CN
Inventors: 冯声威
Original assignee: Zhejiang Uniview Technologies Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Uniview Technologies Co Ltd
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2033-10-11
Also published as: CN103533306A

Abstract

本发明公开了一种视频带宽智能分配装置及方法，该装置包括至少一个业务模块，以及控制模块、PCIe交换模块和带宽分配模块，其中带宽分配模块设置有配置表项，PCIe交换模块设置有PCIe链路切换单元。同时本发明的视频带宽智能分配方法，当发生拥塞时，PCIe交换模块上报拥塞信息和状态信息，控制模块将状态信息和视频数据输入信息下发达带宽分配模块，带宽分配模块根据上述信息，匹配到最匹配的配置表项，生成配置信息，PCIe交换模块根据配置信息调节PCIe链路切换单元，完成PCIe交换模块各端口的带宽智能分配。本发明实现了端口带宽的智能分配，充分利用了带宽资源。

Description

一种视频带宽智能分配装置及方法

技术领域

本发明涉及视频监控技术领域，尤其涉及对视频信号进行集中分析和处理的一种视频带宽智能分配的装置及方法。

背景技术

视频监控是安全防范系统的重要组成部分，视频监控以其直观、准确、及时和信息内容丰富而广泛应用于许多场合。近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控技术也有了长足的发展。因为网络化的到来，视频监控的普及化趋势越来越明显，由于网络化的发展和电信运营商的介入，视频监控在商铺、家庭以及个人等民用市场的应用正获得越来越多的关注，而该类业务被运营商称为公众业务，这一市场将成为视频监控下一个爆发性的增长点。

现有技术视频综合应用平台整合了前端摄像视频设备采集的视频信息，可实现监控点视频图像的实施浏览、智能搜索、视频图像与地理信息联动、历史图像调取等多项功能，特别适合安全防范和应急指挥。然而由于大量前端设备采集的视频数据非常庞大，并且系统对视频的实时浏览图像质量要求较高，因此系统对视频综合平台的处理能力非常重视。

现有技术中视频综合平台在硬件和结构设计上采用ATCA标准的系统架构，以大容量双高速交换总线为互联背板，插入功能强大的视频处理板，已经在视频监控领域发挥了巨大的作用。视频综合平台集模拟及数字视频的矩阵切换、视频图像行为分析、视音频编解码、集中存储管理、网络实时预览等功能于一体，并具备一定的大屏幕拼接显示能力，是编码产品、解码产品、矩阵产品、拼接控制器的总和，其高度的集成性带来了极高的性价比。但是目前的互联背板分配给每个槽位的带宽是固定的，在突发的情况下，容易造成单个处理板发生阻塞。

发明内容

本发明的目的是解决现在技术每个槽位的带宽固定，容易发生阻塞的技术问题，提出一种视频带宽智能分配装置及方法，可以进行动态带宽分配，避免了突发情况下由于带宽限制造成的阻塞。

为了解决上述技术问题，本发明的技术解决方案如下：

一种视频带宽智能分配装置，该视频带宽智能分配装置包括控制模块、PCIe交换模块、带宽分配模块和至少一块业务模块，所述PCIe交换模块设置有上行PCIe端口和下行PCIe端口，通过上行PCIe端口与控制模块相连，通过下行PCIe端口与业务模块相连，其中：

所述PCIe交换模块，用于感知其与所述业务模块间PCIe链路是否拥塞，如果拥塞，则向所述控制模块发送拥塞信息，和下行PCIe端口的状态信息，所述状态信息包括所述下行PCIe端口当前的PCIe链路数目以及链路传输速率；该PCIe交换模块还用于根据所述带宽分配模块新生成的配置信息对所述下行PCIe端口的PCIe链路数目或/和链路传输速率进行重新配置；

所述控制模块，用于接收所述PCIe交换模块发送的拥塞信息和状态信息，并将所述状态信息，以及当前的视频数据输入信息发送给所述带宽分配模块；

所述带宽分配模块，用于根据所述状态信息及当前的视频数据输入信息，并结合自身设置的配置表项，生成下行PCIe端口新的PCIe链路数目或/和链路传输速率的配置信息，并将该新生成的配置信息下发给所述PCIe交换模块进行配置。

进一步地，所述PCIe交换模块的下行PCIe端口均设置有PCIe链路切换单元，所述带宽分配模块生成的下行PCIe端口新的PCIe链路数目通过所述PCIe链路切换单元的切换进行配置。PCIe交换模块接收所述带宽分配模块新生成的配置信息，需要对所述下行PCIe端口的PCIe链路数目进行重新配置时，通过调节PCIe链路切换单元，增加拥塞端口的PCIe链路数目，减少带宽富余端口的PCIe链路数目，达到智能带宽分配的目的。

进一步地，所述当前的视频数据输入信息包含所述业务模块所接入的视频数据路数和每路视频数据的类型。所述配置表项为视频数据路数、每路视频数据类型及其对应的PCIe链路数目和链路传输速率的列表。根据当前的视频数据输入信息，从配置表项中匹配到最合适的PCIe链路数目及链路传输速率，用来配置下行PCIe端口的带宽。

进一步地，所述拥塞信息，是通过带内中断上报给所述控制模块的。通过带内中断方式发送拥塞信息，对当前的视频业务是透明的，没有任何影响。

本发明同时还提出了一种视频带宽智能分配方法，包括步骤：

所述PCIe交换模块感知其与所述业务模块间PCIe链路是否拥塞，如果拥塞，则向所述控制模块发送拥塞信息和下行PCIe端口的状态信息；

所述控制模块接收所述PCIe交换模块发送的拥塞信息和状态信息，并将所述状态信息，以及当前的视频数据输入信息发送给所述带宽分配模块；

所述带宽分配模块接收所述控制模块发送的状态信息以及当前的视频数据输入信息，并结合自身设置的配置表项，生成下行PCIe端口新的PCIe链路数目或/和链路传输速率的配置信息，并将该新生成的配置信息下发给所述PCIe交换模块进行配置；

所述PCIe交换模块接收所述带宽分配模块新生成的配置信息对所述下行PCIe端口的PCIe链路数目或/和链路传输速率进行重新配置。

本发明提出的一种视频带宽智能分配装置及方法，通过设置带宽分配模块配置不同的配置表项，并结合PCIe交换模块中的PCIe链路切换单元，可以在PCIe链路发生拥塞时，根据各PCIe端口状态信息和配置表项，开启和关闭PCIe链路切换单元，来智能分配各端口的带宽。充分利用了带宽资源，并避免了某一端口发生拥塞的状况发生。

附图说明

图1为本发明视频带宽智能分配装置的结构示意图；

图2为本发明视频带宽智能分配方法流程图；

图3为本发明实施例PCIe交换模块内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本发明的限定。

如图1所示，为本发明实施例视频带宽智能分配装置的逻辑结构示意图，包括控制模块，PCIe交换模块，带宽分配模块，以及至少一块业务模块。

其中，控制模块，业务模块都设置有PCIe端口，PCIe交换模块具有至少一个上行PCIe端口，与控制模块的PCIe端口连接；PCIe交换模块的下行PCIe端口，用于连接业务模块的PCIe端口，本实施例设置了18个业务模块，带有业务模块的多少取决于PCIe交换模块的硬件设计以及实际应用的需求。

其中，带宽分配模块，分别与控制模块、PCIe交换模块连接，其连接方式可以是Local Bus，或SPI或LPC或网口等外设通信总线。带宽分配模块中设置有配置表项，本实施例中带宽分配模块为现场可编程门阵列FPGA，可以根据需要灵活配置其中的配置表项，配置表项为视频数据路数、每路视频数据类型及其对应的PCIe链路数目和链路传输速率的列表。在视频带宽智能分配装置启动时，带宽分配模块按照默认的配置表项生成配置信息发送给PCIe交换模块，配置PCIe交换模块的各下行PCIe端口均分带宽，使视频带宽智能分配装置具有最基本的音视频带宽传输功能。在工作状态时，带宽分配模块根据配置表项，并结合当前输入的视频数据路数、每路视频数据类型、各PCIe端口的PCIe链路数目和链路传输速率情况对当前各下行PCIe端口的带宽重新进行智能分配。

本发明实施例视频带宽智能分配装置进行视频带宽智能分配的方法实施流程如图2所示，包括步骤如下：

步骤S1、PCIe交换模块感知其与业务模块间PCIe链路是否拥塞，如果拥塞，则向控制模块发送拥塞信息，和下行PCIe端口的状态信息。

其中，下行PCIe端口的状态信息包括PCIe交换模块各下行PCIe端口当前的PCIe链路数目以及链路传输速率。链路数目又称为lane数，每一个PCIe端口的PCIe链路数目可以配置为PCIe x1/x2/x4/x8/x16，链路传输速率可以配置为2.5Gbps、5.0Gbps、8.0Gbps。该拥塞信息通过带内中断上报给控制模块。

步骤S2、控制模块接收PCIe交换模块发送的拥塞信息和状态信息，并将状态信息，以及当前的视频数据输入信息发送给带宽分配模块。

当前的视频数据输入信息包含各业务模块所接入的视频数据路数和各路视频数据的类型，比如说D1，标清、高清等。

步骤S3、带宽分配模块根据状态信息及当前的视频数据输入信息，并结合自身的配置表项，生成各端口新的PCIe链路数目或/和链路传输速率的配置信息，并将该新生成的配置信息下发给PCIe交换模块进行配置。

带宽分配模块根据配置表项，并结合当前的视频数据输入信息、各下行PCIe端口的链路数目和链路传输速率情况对当前各PCIe端口的带宽重新进行智能分配。PCIe端口带宽的分配可以通过调整链路的速率来实现，也可以通过调整链路的数目来实现。调整链路的速率比较简单，如果当前链路的速率为2.5Gbps，如果该链路出现拥塞，当将该链路的速率调整为5Gbps能实现不再拥塞的话，那就可以直接将该链路的速率配置为5Gbps。调整链路的数目相对比较复杂，需要从宏观上来确认其他端口链路的分配情况再决定将具体哪个端口的哪条链路，或者哪几个端口的哪几条链路来支援当前的拥塞链路传输视频数据。下文将通过一个例子来进行说明。

步骤S4、PCIe交换模块根据带宽分配模块新生成的配置信息对下行PCIe端口的PCIe链路数目或/和链路传输速率进行重新配置。

新生成的配置信息最好是对当前的配置改动最小，即遵循配置修改最小原则。重新配置的过程对当前的视频业务是透明的，没有任何影响。

具体地，PCIe交换模块的每个下行PCIe端口均设置有PCIe链路切换单元，在对下行PCIe端口的PCIe链路数目进行重新配置的时候，通过该PCIe链路切换单元的切换来实现。下面通过图3所示的PCIe交换模块的具体实施例，来对本发明视频带宽智能分配装置的工作原理作进一步说明。

如图3所示，为本实施例PCIe交换模块的一种实现方式，图中“PEX8696”是PCIe交换芯片，“PCIE3415”是PCIe链路切换芯片（PCIe Redriver），PCIe链路切换单元的功能可以通过该PCIe Redriver芯片来实现。本实施例的PCIe交换芯片具有24个端口（Port），每个端口接两个PCIe链路切换芯片，两个PCIe链路切换芯片对应出来的两路链接分别接在不同的槽位（Slot）上。如PEX8696的端口Port_0所连的PCIe链路切换芯片PCIE3415的一路链接连至Slot_0，另一路链接连至Slot_12。其他端口的链路切换芯片的连接方式和Port_0类似，具体请参图3。通过这样的连接，当某一个槽位需要更宽的带宽时，只需要通过配置“PCIE3415”芯片和PEX8696芯片就能实现该槽位lane数的增加，从而完成带宽的扩展需求。

以槽位Slot_0上插入的业务模块1为例，当其接入某一局点的64路1080P视频输出码流时，使用了1lane8Gbps的带宽（图3中连到Port_0的虚线表示1个lane），当该局点接入96路1080P的视频码流时，该业务模块1的上行PCIe连接带宽明显不够，此时其与PCIe交换模块间的PCIe连接承载容量达到上限。PCIe交换模块感知到该PCIe连接拥塞，则通过带内中断(NMI中断)将拥塞信息由PCIe交换模块通过上行链路上报给控制模块，控制模块将包括该业务模块实际输入的视频数据路数以及标清/高清的视频数据类型，以及其它业务模块当前对应的视频数据路数以及视频数据类型，以及各PCIe端口的PCIe链路数目和链路传输速率告知带宽分配模块，带宽分配模块调用自身保存的配置表项来进行各端口PCIe链路数目和链路传输速率的重新配置。表1显示了一个配置表项的例子，该配置表项中对应64路D1输入的PCIe带宽占用路数为1lane2.5Gbps，64路720P的带宽为2lane2.5Gbp或1lane5Gbps，对应的64路1080P带宽为2lane5Gbps或1lane8Gbps，128路1080P接入带宽为4lane5Gbps或2lane8Gbps。当业务模块1接入的是96路1080P视频码流时，带宽分配模块获取到该信息后，会与配置表项中的带宽资源进行匹配，匹配检索结果为与带宽资源占用率最匹配的为64路1080P和128路1080P；通过带宽比对，96路1080P接入的带宽大于64的，小于128路的，选择范围上限的带宽作为接入带宽，也就是说按照此种匹配表项，接入96路1080P时，匹配的是128路1080P接入方式带宽，假如选择2lane8Gbps。此时，如果端口Port_12下的带宽资源有空闲，则带宽分配模块将下发配置信息给PCIe交换芯片以及其端口12下的PCIE3415芯片，该PCIE3415芯片将开启1lane的资源（图2中连到Port_12的虚线表示1个lane），并且PCIe交换芯片将端口12的传输速率配置为8Gbps。通过上述过程，Slot_0视频业务所需要的带宽通过带宽分配模块生成的配置信息下发给对应的PICe交换芯片和链路切换芯片，并由其进行配置后得到了解决。

视频数据路数	视频数据类型	PCIe链路数目（lane）	传输速率（Gbps）
				64	D1	1	2.5
64	720P	2	2.5
				64	720P	1	5
64	1080P	2	5
				64	1080P	1	8
128	1080P	4	5
				128	1080P	2	8

表1

需要说明的是，配置表项包括但不限于表1的列举，在实际的应用中，由于带宽资源的宝贵，该配置表项会细化，优选是包括了目前在线的所有业务的视频数据路数和视频数据类型对应的PCIe链路数目和链路传输速率列表，即对目前在线用户的各种业务需求都配置了相应的配置表项，越细化越好。该视频带宽智能分配过程中，只需配置PCIe链路切换芯片来实现，保证了传输无中断，对PCIe链路切换芯片进行配置，即关闭带宽容量富裕端口对应的PCIe链路切换芯片，开启需要提升带宽资源端口对应的PCIe链路切换芯片，来达到升级当前带宽资源不足的槽位的带宽和降低正在使用的槽位的带宽，从而完成带宽智能分配。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种视频带宽智能分配装置，其特征在于，该视频带宽智能分配装置包括控制模块、PCIe交换模块、带宽分配模块和至少一块业务模块，所述PCIe交换模块设置有上行PCIe端口和下行PCIe端口，通过上行PCIe端口与控制模块相连，通过下行PCIe端口与业务模块相连，其中：

所述带宽分配模块，用于根据所述状态信息及当前的视频数据输入信息，并结合自身设置的配置表项，生成下行PCIe端口新的PCIe链路数目或/和链路传输速率的配置信息，并将该新生成的配置信息下发给所述PCIe交换模块进行配置；

所述当前的视频数据输入信息包含所述业务模块所接入的视频数据路数和每路视频数据的类型；所述配置表项为视频数据路数、每路视频数据类型及其对应的PCIe链路数目和链路传输速率的列表。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述PCIe交换模块的下行PCIe端口均设置有PCIe链路切换单元，所述带宽分配模块生成的下行PCIe端口新的PCIe链路数目通过所述PCIe链路切换单元的切换进行配置。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述拥塞信息，是通过带内中断上报给所述控制模块的。

4.一种采用权利要求1所述装置进行视频带宽智能分配方法，包括步骤：

所述PCIe交换模块接收所述带宽分配模块新生成的配置信息对所述下行PCIe端口的PCIe链路数目或/和链路传输速率进行重新配置；

其中，所述当前的视频数据输入信息包含所述业务模块所接入的视频数据路数和每路视频数据的类型；所述配置表项为视频数据路数、每路视频数据类型及其对应的PCIe链路数目和链路传输速率的列表。

5.根据权利要求4所述的视频带宽智能分配方法，其特征在于，所述PCIe交换模块的下行PCIe端口均设置有PCIe链路切换单元，所述带宽分配模块生成的下行PCIe端口新的PCIe链路数目通过所述PCIe链路切换单元的切换进行配置。

6.根据权利要求4所述的视频带宽智能分配方法，其特征在于，所述拥塞信息，是通过带内中断上报给所述控制模块的。