CN105338396A - 一种基于TS over IP的网络视频播放系统及方法 - Google Patents

一种基于TS over IP的网络视频播放系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于TS？over？IP的网络视频播放系统及方法，包括：PCIE板卡与TS服务器连接，并与CA服务器连接，接收网路数据包并解析得到TS流，对TS流进行解复用、切片，并将切片加密后存储到PCIE板卡的缓存中；TS服务器，从PCIE板卡的缓存中读取加密后的切片数据；CA服务器，发送用于加密切片数据的切片密钥给PCIE板卡。本发明解决了软件实现多节目TS流的切片、加密造成的成本提高和开发困难等问题。

Description

一种基于TS over IP的网络视频播放系统及方法
技术领域
本发明涉及视频播放领域，尤其涉及一种基于TSoverIP的网络视频播放系统及方法。
背景技术
当前基于TSoverIP的网络视频系统，多采用超高配置服务器加软件集合来实现TS流的切片、加密和传输动作，一方面高配置的服务器成本很高，会加重运营商的负担，另一方面软件实现切片、加密等功能存在耗时长、延时高、计时不精确等问题，同时要求高配置的硬件资源，间接提高运营成本。而且，目前针对多节目TS流或者基于H265编码的TS流进行切片、加密操作，软件实现难度巨大。
传统的基于IP模式的网络视频系统，由于软件对算法处理的友好度不高，会导致在实现方案中需要高配置的服务器和大量的软件技术开发人员。此外，由于算法的复杂度随着用户量的增加会呈现几何式的增长，也会产生到后续用户增多时方案的改进困难。
以上种种缺陷直接导致完全采用软件实现上述过程会增加运营商的负担，降低运营商的收益，最终影响方案的推广使用。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于TSoverIP的网络视频播放系统及方法，采用FPGA软硬件协同方案实现网络视频播放，解决了TSoverIP传输过程中软件实现多节目TS流的切片、加密造成的成本提高和开发困难等问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于TSoverIP的网络视频播放系统，包括：
PCIE板卡与TS服务器连接，并与CA服务器连接，接收网路数据包并解析得到TS流，对TS流进行解复用、切片，并将切片加密后存储到PCIE板卡的缓存中；
所述TS服务器，从PCIE板卡的缓存中读取加密后的切片数据；
所述CA服务器，发送用于加密切片数据的切片密钥给PCIE板卡。
所述网络视频播放系统还包括：编/转码器，与PCIE板卡连接，根据设定的编码标准对外界信息进行采集、编/转码，并将编/转码得到的ES数据打包成PES分组，对PES分组进一步处理得到TS流，然后再将TS流打包成网络数据包输出给PCIE板卡。
所述TS服务器读取切片数据后，将切片数据存储在其存储设备上或者将切片数据通过网络发送出去。
所述PCIE板卡设有FPGA芯片，所述FPGA芯片对TS流进行解复用、切片以及加密；所述PCIE板卡还设有中断寄存器，当PCIE板卡的缓存中有切片数据时，置位中断寄存器。
一种基于TSoverIP的网络视频播放方法，包括如下步骤：
S1：PCIE板卡接收网络数据包并解析得到TS流，对TS流进行解复用、切片，并对切片数据进行加密，然后将加密后的切片数据存储到PCIE板卡的缓存中，置位PCIE板卡的中断寄存器，产生硬件中断，等待TS服务器读取加密后的TS流切片数据；
S2：TS服务器监测中断寄存器，若中断寄存器处于置位状态，则执行步骤S3；若中断寄存器未处于置位状态，则执行步骤S2；
S3：TS服务器从PCIE板卡的缓存中读取加密的切片数据，复位中断寄存器。
所述步骤S1之前还包括：编/转码器接收外界信息并将外部信息转化为TS流，然后将TS流打包成网络数据包发送给PCIE板卡。所述编/转码器接收外界信息并将外部信息转化为TS流的具体过程为：编/转码器根据设定的编码标准对外界信息进行采集、编/转码，并将编/转码得到的ES数据打包成PES分组，然后再对PES分组进一步处理，拆解成TS流。
所述步骤S3之后还包括，TS服务器将加密的切片数据存储在其存储设备上或者通过网络发送出去。
所述步骤S1进一步包括：
S1-1：PCIE板卡建立节目列表，实时解析输入数据获取节目信息，更新节目列表内容，并对TS流进行解复用操作；
S1-2：PCIE板卡根据设定切片时间及所述节目列表，对每个节目的TS流进行切片；
S1-3：PCIE板卡实时从CA服务器获取切片密钥和授权控制信息ECM包，将ECM包复用到TS流切片数据的头部，依据切片密钥对TS流切片数据进行加密；
S1-4：PCIE板卡将加密后的切片数据保存到缓存中，置位中断寄存器，产生硬件中断，等待TS服务器读取加密后的切片数据。
所述步骤S1-1中，所述节目信息至少包括节目关联表PAT(ProgramAssociationTable)、节目映射表PMT(ProgramMapTable)和音视频PID。
所述步骤S2还包括：TS服务器与PCIE板卡实时通信，使用PCIE板卡上的节目列表更新TS服务器上的节目列表。
所述步骤S3中，TS服务器从PCIE板卡的缓存中读取加密的切片数据的具体方法为：TS服务器依据对应规则启动直接内存存取DMA(directmemoryaccess)，从PCIE板卡缓存中读取切片数据。
本发明的有益效果为：
1、基于FPGA的软硬件协同方案，针对传统软件实现方案进行改进来解决传统方案设备的漏洞，简单可用，成本低，性能好，易于推广。
2、采用硬件加速的方式实现TS流的解复用、切片、加密操作，极大地降低了服务器的硬件成本和软件开发成本，提升了节目的实时性和并发能力，并且能够实时完成对多节目流和H265编码流的处理；同时FPGA的可编程能力使得将来方案修改变得简单，只需在线升级FPGA代码和软件代码就可以实现系统功能的升级。
3、采用FPGA的灵活编程，将切片、加密等功能直接采用硬件实现，既降低了对服务器配置的要求，又减轻了软件开发的难度，同时还实现了节目处理的实时性，特别是能够解决多节目TS流和H265编码TS流软件实现的困难，能够有效的降低服务器的运营成本，解决软件开发的难度，实现节目的实时处理。
4、PCIE板卡基于FPGA芯片实现，硬件完成TS流的接收、解复用、切片、加密等动作，因为硬件高效的处理速度，可以实现节目流的实时处理，不会引入过大的延时；同时，由于PCIE板卡的使用，降低了软件开发的困难和对运行服务器配置的要求，极大地降低了运行成本和开发成本。
附图说明
图1为本发明所述系统结构示意图；
图2为本发明所述系统另一结构示意图；
图3为本发明所述PCIE板卡结构示意图；
图4为本发明所述方法流程图；
图5为本发明所述方法的另一流程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于TSoverIP的网络视频播放系统，包括：PCIE板卡、TS服务器和CA服务器，其中：
所述PCIE板卡接收网路数据包并解析得到TS流，对TS流进行解复用、切片，并将切片加密后存储到PCIE板卡的缓存中；
所述TS服务器通过PCIE接口与PCIE板卡连接，从PCIE板卡的缓存中读取加密后的切片数据，并将切片数据存储在其存储设备上或者通过网络发送出去；
所述CA服务器通过网络与PCIE板卡连接，发送用于加密切片数据的切片密钥给PCIE板卡。
所述PCIE板卡设有FPGA芯片，FPGA芯片对TS流进行解复用、切片以及加密。
所述PCIE板卡还设有中断寄存器，当PCIE板卡的缓存中有切片数据时，中断寄存器置位，即设置中断寄存器的值为1。
如图2所示，一种基于TSoverIP的网络视频播放系统，包括：编/转码器、PCIE板卡、TS服务器和CA服务器，其中：
所述编/转码器根据设定的编码标准对外界信息(例如图像，声音等模拟信息)进行采集、编/转码，并将编/转码得到的ES数据打包成PES分组，对PES分组进一步处理，拆解成TS流，采用依据TSoverIP的格式，将TS流打包成网络数据包输出给PCIE板卡；
所述PCIE板卡通过网络与编/转码器连接，接收网路数据包并解析得到TS流，对TS流进行解复用、切片，并将切片加密后存储到PCIE板卡的缓存中；
所述TS服务器通过PCIE接口与PCIE板卡连接，从PCIE板卡的缓存中读取加密后的切片数据，并将切片数据通过网络发送给终端；
所述CA服务器通过网络与PCIE板卡连接，发送用于加密切片数据的切片密钥给PCIE板卡。
所述PCIE板卡设有FPGA芯片，FPGA芯片对TS流进行解复用、切片以及加密。
所述PCIE板卡还设有中断寄存器，当PCIE板卡的缓存中有切片数据时，中断寄存器置位，即设置中断寄存器的值为1。
如图3所示，所述PCIE板卡包括FPGA芯片，FPGA芯片分别与中断寄存器、缓存、网络接口和PCIE接口双向连接。
所述FPGA芯片对TS流进行解复用、切片以及加密，并将加密后的切片数据保存在缓存中。
所述中断寄存器用于指示缓存中是否有切片数据等待被读取，当中断寄存器的值为1时，表示PCIE板卡的缓存中有切片数据等待被读取；当中断寄存器的值为0时，表示PCIE板卡的缓存中没有切片数据等待被读取。
所述缓存为DRR3内存芯片，用于存储加密的切片数据。
所述网络接口和PCIE接口分别用于PCIE板卡与外部设备进行通信。
如图4所示，一种基于TSoverIP的网络视频播放方法，包括如下步骤：
A1：PCIE板卡接收网络数据包并解析得到TS流，对TS流进行解复用、切片，并对切片数据进行加密，然后将加密后的切片数据存储到PCIE板卡的缓存中，设置PCIE板卡的中断寄存器的值为1，产生硬件中断，等待TS服务器读取加密后的TS流切片数据；
A2：TS服务器监测中断寄存器，若中断寄存器的值为1，则执行步骤A3；若中断寄存器的值为0，则执行步骤A2；
A3：TS服务器从PCIE板卡的缓存中读取加密的切片数据，设置中断寄存器的值为0。
所述步骤A3之后还包括：TS服务器将加密的切片数据存储在其存储设备上或者将加密的切片数据通过网络发送出去。
所述步骤A1进一步包括：
A1-1：PCIE板卡建立节目列表，实时解析输入数据获取节目信息，更新节目列表内容，并对TS流进行解复用操作；
A1-2：PCIE板卡根据设定切片时间及所属节目列表，对每个节目的音视频TS流进行切片；
A1-3：PCIE板卡实时从CA服务器获取切片密钥和ECM(授权控制信息)包，将ECM包复用到TS流切片数据的头部，依据切片密钥对TS流切片数据进行加密；
A1-4：PCIE板卡将加密后的切片数据保存到缓存中，设置中断寄存器的值为1，产生硬件中断，等待TS服务器读取加密后的切片数据。
所述节目信息至少包括PAT(ProgramAssociationTable，节目关联表)、PMT(ProgramMapTable，节目映射表)和音视频PID。
所述步骤A1-3中，PCIE板卡对TS流切片数据进行加密的加密算法是可选，例如AES128、DES、3DES等。
所述步骤A2还包括：TS服务器与PCIE板卡实时通信，使用PCIE板卡上的节目列表更新TS服务器上的节目列表。
所述步骤A3中，TS服务器从PCIE板卡的缓存中读取加密的切片数据的具体方法为：TS服务器依据对应规则启动DMA(直接内存存取，directmemoryaccess)，从PCIE板卡缓存中读取切片数据。
如图5所示，一种基于TSoverIP的网络视频播放方法，包括如下步骤：
B1：编/转码器根据设定的编码标准对外界信息进行采集、编/转码，并将编/转码得到的ES数据打包成PES分组，然后再对PES分组进一步处理，拆解成TS流，然后采用依据TSoverIP的格式将TS流打包成网络数据包发送给PCIE板卡；
B2：PCIE板卡接收网络数据包并解析得到TS流，对TS流进行解复用、切片，并对切片数据进行加密，然后将加密后的切片数据存储到PCIE板卡的缓存中，设置PCIE板卡的中断寄存器的值为1，产生硬件中断，等待TS服务器读取加密后的TS流切片数据；
B3：TS服务器监测中断寄存器，若中断寄存器的值为1，则执行步骤B4；若中断寄存器的值为0，则执行步骤B3；
B4：TS服务器从PCIE板卡的缓存中读取加密的切片数据，设置中断寄存器的值为0，并将加密的切片数据通过网络发送给终端。
所述网络数据包为UDP包。
所述步骤B2进一步包括：
B2-1：PCIE板卡建立节目列表，实时解析输入数据获取节目信息，更新节目列表内容，并对TS流进行解复用操作；
B2-2：PCIE板卡根据设定切片时间及所属节目列表，对每个节目的音视频TS流进行切片；
B2-3：PCIE板卡实时从CA服务器获取切片密钥和ECM(授权控制信息)包，将ECM包复用到TS流切片数据的头部，依据切片密钥对TS流切片数据进行加密；
B2-4：PCIE板卡将加密后的切片数据保存到缓存中，设置中断寄存器的值为1，产生硬件中断，等待TS服务器读取加密后的切片数据。
所述节目信息至少包括PAT(ProgramAssociationTable，节目关联表)、PMT(ProgramMapTable，节目映射表)和音视频PID。
所述步骤B2-3中，PCIE板卡对TS流切片数据进行加密的加密算法是可选，例如AES128、DES、3DES等。
所述步骤B3还包括：TS服务器与PCIE板卡实时通信，使用PCIE板卡上的节目列表更新TS服务器上的节目列表。
所述步骤B4中，TS服务器从PCIE板卡的缓存中读取加密的切片数据的具体方法为：TS服务器依据对应规则启动DMA(直接内存存取，directmemoryaccess)，从PCIE板卡缓存中读取切片数据。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于TSoverIP的网络视频播放系统，其特征是，包括：
PCIE板卡与TS服务器连接，并与CA服务器连接，接收网路数据包并解析得到TS流，对TS流进行解复用、切片，并将切片加密后存储到PCIE板卡的缓存中；
所述TS服务器，从PCIE板卡的缓存中读取加密后的切片数据；
所述CA服务器，发送用于加密切片数据的切片密钥给PCIE板卡。
2.如权利要求1所述的基于TSoverIP的网络视频播放系统，其特征是，它还包括：
编/转码器，与PCIE板卡连接，根据设定的编码标准对外界信息进行采集、编/转码，并将编/转码得到的ES数据打包成PES分组，对PES分组进一步处理得到TS流，然后再将TS流打包成网络数据包输出给PCIE板卡。
3.如权利要求1所述的基于TSoverIP的网络视频播放系统，其特征是，所述PCIE板卡设有FPGA芯片，所述FPGA芯片对TS流进行解复用、切片以及加密；所述PCIE板卡还设有中断寄存器，当PCIE板卡的缓存中有切片数据时，置位中断寄存器。
4.一种基于TSoverIP的网络视频播放方法，其特征是，包括如下步骤：
S1：PCIE板卡接收网络数据包并解析得到TS流，对TS流进行解复用、切片，并对切片数据进行加密，然后将加密后的切片数据存储到PCIE板卡的缓存中，置位PCIE板卡的中断寄存器，产生硬件中断，等待TS服务器读取加密后的TS流切片数据；
S2：TS服务器监测中断寄存器，若中断寄存器处于置位状态，则执行步骤S3；若中断寄存器未处于置位状态，则执行步骤S2；
S3：TS服务器从PCIE板卡的缓存中读取加密的切片数据，复位中断寄存器。
5.如权利要求4所述的基于TSoverIP的网络视频播放方法，其特征是，所述步骤S1之前还包括：编/转码器接收外界信息并将外部信息转化为TS流，然后将TS流打包成网络数据包发送给PCIE板卡；编/转码器接收外界信息并将外部信息转化为TS流的具体过程为：编/转码器根据设定的编码标准对外界信息进行采集、编/转码，并将编/转码得到的ES数据打包成PES分组，然后再对PES分组进一步处理，拆解成TS流。
6.如权利要求5所述的基于TSoverIP的网络视频播放方法，其特征是，所述编/转码器接收外界信息并将外部信息转化为TS流的具体过程为：编/转码器根据设定的编码标准对外界信息进行采集、编/转码，并将编/转码得到的ES数据打包成PES分组，然后再对PES分组进一步处理，拆解成TS流。
7.如权利要求4所述的基于TSoverIP的网络视频播放方法，其特征是，所述步骤S1进一步包括：
S1-1：PCIE板卡建立节目列表，实时解析输入数据获取节目信息，更新节目列表内容，并对TS流进行解复用操作；
S1-2：PCIE板卡根据设定切片时间及所述节目列表，对每个节目的TS流进行切片；
S1-3：PCIE板卡实时从CA服务器获取切片密钥和授权控制信息ECM包，将ECM包复用到TS流切片数据的头部，依据切片密钥对TS流切片数据进行加密；
S1-4：PCIE板卡将加密后的切片数据保存到缓存中，置位中断寄存器，产生硬件中断，等待TS服务器读取加密后的切片数据。
8.如权利要求7所述的基于TSoverIP的网络视频播放方法，其特征是，所述节目信息至少包括节目关联表PAT、节目映射表PMT和音视频PID。
9.如权利要求4所述的基于TSoverIP的网络视频播放方法，其特征是，所述步骤S2还包括：TS服务器与PCIE板卡实时通信，使用PCIE板卡上的节目列表更新TS服务器上的节目列表。
10.如权利要求4所述的基于TSoverIP的网络视频播放方法，其特征是，所述步骤S3中，TS服务器从PCIE板卡的缓存中读取加密的切片数据的具体方法为：TS服务器依据对应规则启动直接内存存取DMA，从PCIE板卡缓存中读取切片数据。
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PB01 Publication
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Denomination of invention: A network video playing system and method based on TS over IP

Effective date of registration: 20220622

Granted publication date: 20181102

Pledgee: Qilu bank Limited by Share Ltd. Ji'nan Zhang Zhuang sub branch

Pledgor: SHANDONG TAIXIN ELECTRONICS Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980008497

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