CN1372417A - 宽带网中一种视频节目存储及点播的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种成本低,连接方便的宽带IP网中视频节目的存储和点播装置和方法,所述装置包含有硬盘,用于存储视频节目的数据流;缓存器,与所述硬盘连接,用于进行IP包的打包和解包,以及用于对硬盘的读写数据和接收的网络命令提供缓存;网络接口;控制器,与所述硬盘、缓存器和网络接口连接,所述控制器用于控制所述硬盘,包括格式化硬盘、自检、读写操作以及文件系统;以及控制所述缓存器和控制网络接口。

Description

宽带网中一种视频节目存储及点播的装置和方法

本发明涉及一种视频节目存储及点播方法(下面简称为IPHD)，本发明尤其涉及用在宽带网或局域网中的视频节目存储及点播方法。

随着网络技术的发展，网络正向着宽带化方向转变。其中，视频点播VOD(Video on Demand)正日益成为宽带网中一项重要业务。目前，视频点播中的视频数据存储是通过网络中由视频服务器控制下的RAID(Redundant Arrayof Inexpensive Disk)设备来实现，但是这种方法成本很高，给VOD业务量的扩大带来不利因素。所以，需要一种简捷、廉价的视频节目存储及点播方法。

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种不需要视频服务器的新的视频节目存储及点播方法，以其成本低和连接方便的优点，促进VOD业务的扩大和发展。

根据本发明的一个方面，提供了一种宽带网中视频节目的存储和点播装置，它包含硬盘，用于存储和播放视频节目的数据流，视频数据按照帧的格式存储；缓存器，与控制器连接，用于对硬盘的读写数据和接收或发送的网络命令提供缓存；网络接口，与控制器连接，用于提供IPHD与外部网络的数据和命令交互通道；控制器，与所述硬盘、缓存器和网络接口连接，所述控制器具有以下功能：控制所述硬盘，包括格式化硬盘、自检、读写操作以及简单的文件系统；控制所述缓存器，包含数据管理以及存储空间管理；控制网络接口，并进行视频数据或命令包的打包与解包。

根据本发明的另一个方面，提供了一种直接通过硬盘存取视频信息的宽带网或局域网中视频节目的存储及点播方法，其中，当由用户从所述硬盘上点播所述视频节目时，包含以下步骤：a将来自所述用户的，包含点播命令的命令包通过所述网络接口传送到所述控制器；b所述控制器将所述命令包解包，解出命令帧，并送入所述缓存器缓存，等待所述控制器的处理；c如果所述控制器空闲，所述控制器从所述缓存器中读出所述命令帧，并根据所述点播命令帧，从所述硬盘读出点播的视频节目的数据帧，并将所述视频节目数据帧缓存在所述缓存器中；d所述控制器读取所述缓存器上缓存的所述视频节目数据帧打包，并通过所述网络接口发送到所述用户；e在节目播放过程中，所述用户可以通过命令包进行快进、快倒、暂停和停止等操作；f当所述控制器检查到所述节目播放完毕时，发送节目播放完毕命令给所述用户。当用户要将视频节目存储到IPHD上时，包含以下步骤：a’将来自所述用户的，包含存储命令帧的命令包通过网络接口传送到控制器；b’所述控制器将所述命令包解包，解出所述命令帧，并将所述命令帧送入所述缓存器缓存，等待所述控制器的处理；c’如果所述控制器空闲，所述控制器处理所述存储命令，如果所述用户存储要求可以接受，所述控制器通过所述网络接口发送存储接受命令给所述用户；d’所述用户收到所述IPHD的所述存储接受命令后，将视频数据帧打包发给所述IPHD；e’所述IPHD将所述用户需要存储的视频节目数据帧通过网络接口传送到控制器；f’所述控制器将所述数据包解包，解出所述数据帧，并将所述数据帧送入所述缓存器缓存，等待写入所述硬盘；g’当所述缓存器中缓存的视频数据帧到达一定的数量，在所述控制器的控制下把所述视频数据帧写入硬盘；h’重复e’-g’，直至节目存储完毕，所述用户发节目输入结束命令给所述IPHD；i’所述IPHD的控制器设置节目标识。

通过上述的装置和方法，采用简捷的对硬盘直接存储的结构，因而成本低廉；并且，由于可以在宽带网或局域网带100M接口的任意节点接入，所以连接方便而灵活。

下面，参照附图，对本发明的较佳实施例进行描述。

图1是根据本发明的一个实施例的IPHD存储及点播方法示意图。

图2是本发明的一个实施例中，数据从硬盘到缓存器的过程。

图3是本发明的一个实施例中，数据从网络到硬盘的过程。

图4是本发明的一个实施例中，数据/命令从缓存器到网络的过程。

如图1所示，根据本发明的较佳实施例用于以太网的视频节目存储及点播方法使用的装置包含以太网络接口13、缓存器12、硬盘11，以及分别与网络接口13、缓存器12和硬盘11连接的控制器14。

其中，硬盘11是存储视频信息的载体，为大容量硬盘(Hard disk)。在本实施例中，采用30G bytes的硬盘，从而，一套如图1所示的装置可以存储相当于10部电影的视频数据，并且可供多个用户同时操作。

网络接口13用于提供IPHD与外部网络进行数据或命令交互的通道，本实施例中，采用传输速率为100Mbps的以太网网络接口，从而使IPHD既能与磁盘的读写速度相适应，也可以直接与标准以太网100Mbps接口连接。

缓存器12主要用于对硬盘11的读写数据和接收的网络命令提供缓存。如表1所示，缓存器12的空间采用静态分配的方式以降低系统的复杂度。

                     表1

USER n数据区
	……
USER 2 数据区
	USER 1 数据区
发往网络的命令缓存区
	从网络接收的命令缓存区
从网络接收的数据缓存区(即，写入硬盘11的数据)

在表1中，假设IPHD可以支持n个用户同时点播。表1中的用户数据区用于存储从硬盘11读出的，对应于用户点播的视频节目的视频数据。从网络接收的数据缓存区用于存储要写入硬盘11的视频节目数据。发往网络的命令缓存区和从网络接收的命令缓存区分别存储由网络接口13发往网络和从网络接收的命令。在本实施例中，上述缓存器12的作用是实现多用户同时读写、减少硬盘11磁头频繁移动，以及提高硬盘11的读写速度，此外还使硬盘11的读写速度和网络的传输速率相适应。

控制器14主要用于控制IPHD实施视频节目的存储和播放，它对由网络发来的MAC包(命令或数据)进行识别和处理，控制硬盘11、网络接口13、缓存器12的操作，使之执行各自的功能。本实施例中的控制器采用DSP+FPGA，结合了DSP的高速处理特性和FPGA灵活性，主控CPU为DSP控制器14在本发明中是主要部分，它具体包含以下功能：

1)对硬盘11的控制，包括硬盘11的格式化、自检、读写操作的控制及文件系统，读写操作采用UDMA(ultra direct memory access)方式，不但可以提高数据传输速率，还可以减少主控CPU的资源占用，FPGA中完成UDMA控制器的功能；文件系统提供对视频数据及硬盘11空间的管理。

2)对缓存器12的管理，包括数据管理及缓存器存储空间管理，决定视频数据的存储位置以及数据属于那个用户，管理工作主要由主控CPU完成，对缓存器的操作由FPGA完成。

3)打包与解包、数据包与命令包的区分，这部分功能在FPGA内实现。

4)对网络接口13的控制，这部分功能在FPGA内实现。

5)协议部分，这是系统的核心，它决定了进行什么样的操作，协议处理由主控CPU完成。

下面以控制器14对磁盘的读写操作的控制以及对由缓存器12将数据/命令传送至网络为例，对本发明给予进一步的说明。

以读写硬盘11操作过程为例：图2示出数据从硬盘到缓存器的过程，在步骤S21由主控CPU判断缓存器相应用户空间是否足够一次读取硬盘操作，如果够，进到步骤S22，主控CPU向硬盘发出读指令，通过FPGA中的UDMA控制器读出该用户数据，并送到缓存器该用户数据区，然后到达步骤S23寻找其它用户，并重复上述步骤S21-S23的操作；如果在步骤S21判断缓存器相应用户空间不足以读取硬盘操作，则进到步骤S23以寻找下一个用户，并返回步骤S21再做上述判断。

图3示出数据从网络到硬盘的过程：控制器在步骤S31从网络接口接收以太网帧，并在步骤S32进行解包，然后进到步骤S33根据帧头所带的标志进行数据帧/命令帧的判断，若为命令帧，则在步骤S34写入命令缓存区等待处理，若为数据帧，在步骤S35写入从网络接收的数据缓存区，然后进到步骤S36，由控制器更新缓存区的写地址，然后，在步骤S37判断缓存器内的数据是否足够一次写硬盘操作，如果不够，则返回步骤31，如果够，则进到步骤S38由控制器向硬盘发出写命令，通过FPGA中的UDMA控制器把这一批数据写入硬盘，并且在此次写硬盘操作结束后，控制器更新读缓存器地址，并重复上述过程。其中步骤S31、S32、S33、S34和S35可直接由FPGA完成，不需要主控CPU的直接参与，主控CPU只需提供写缓存器的地址即可；步骤S36、S37和S38主要由主控CPU完成。

由于视频信号存入硬盘即失去了时间标准，在视频点播时必须由IPHD恢复时间标准。时间信息的加入采用下述方法：由FPGA根据一个标准参考时钟产生一个时间标准，即产生等距的时间间隙(time slot)，在一个time slot中每个用户只发送一个视频帧，根据视频数据速率的不同，一些低速率的视频数据可能数个time slot才需要发送一个视频帧。以下以每个time slot中每个用户发送一个视频帧为例，说明将数据/命令从缓存器12传送到网络的过程，图4示出数据/命令从缓存器到网络的过程：在步骤S0(slot开始)，如果在步骤S1判断是否有用户数据等待发送，在步骤S2控制器根据当前用户的读缓存器地址从缓存器读出该用户的一帧视频数据，并在步骤S3根据该用户的目的地址把数据打成以太网包，然后在步骤S4由控制器将以太网包发向网络，并在步骤S5由控制器更新该用户的缓存器读地址，然后进到步骤S6，如果有其它用户，控制器对该用户进行步骤S1-S6。如果在步骤S1判断没有用于数据等待发送，则在步骤S7判断是否有命令等待发送，如果有，进到步骤S8，由控制器命令缓存器读地址读出需发网网络的命令，然后在步骤S9打包，并进到步骤S10由控制器将命令帧发向网络；如果在步骤S7判断不存在待发的命令，则进到步骤S11，等待下一个time slot。

下面，结合图1说明本实施例的IPHD的整个过程。

当用户要点播视频节目时，外部网络以MAC包的形式，将点播命令由网络接口13接收；然后传给控制器14，控制器中的FPGA把接收到的MAC包解包解出点播命令帧，并缓存在缓存区12(从网络接收的命令缓存区)，缓存区写地址由主控CPU提供，然后FPGA将缓存区的的点播命令帧传送到主控CPU，主控CPU根据该命令，向硬盘11发读取命令，通过FPGA中的UDMA控制器读出点播的视频节目数据流，缓存在缓存器12处(用户数据区)，缓存区写地址由主控CPU提供，然后再由主控CPU控制下从缓存器12读出视频数据帧并由FPGA打包，以MAC包的形式由网络接口13发送到目的用户，完成视频节目点播工作。

另一方面，在要将视频节目存储到硬盘11的情况下，包含存储命令帧的命令包通过网络接口13接受并传送到控制器14，控制器中的FPGA将命令包解包，解出节目存储命令帧，并将该命令帧送入缓存器12(从网络接收的命令缓存区)缓存，然后传给主控CPU；如果用户存储要求可以接受，主控CPU发存储接受命令，通过FPGA存入缓存器12(发往网络的命令缓存区)，在主控CPU的控制下由FPGA打包通过网络接口13发往用户；用户收到IPHD的存储接受命令后，将视频数据帧打包发给所述IPHD；IPHD通过网络接口13接收用户需要存储的视频节目数据包，传送到控制器14，控制器14中的FPGA将视频数据包解包，解出视频数据帧，并将其送入缓存器12(从网络接收的数据缓存区)缓存，等待写入硬盘11；当缓存器12中缓存的视频数据帧到达一定的数量，可以进行一次硬盘写操作时，在主控CPU的控制下通过FPGA中的UDMA控制器把缓存器中12的视频数据帧写入硬盘；重复上述视频数据输入过程，直至节目存储完毕，用户发节目输入结束命令给IPHD，IPHD的控制器的主控CPU设置节目标识，标识节目名称、在硬盘中的存储位置等信息。

虽然上面已经参照附图对本发明的原理进行了描述，但是所有落入所附权利要求书范围的修改和替换都应认为在本发明的主旨和范围内。

Claims (2)

1.一种宽带IP网中视频节目的存储和点播装置，其特征在于包含：

硬盘，用于存储视频节目的数据流，其中视频数据按照帧的格式存储；

缓存器，与控制器连接，用于对硬盘的读写数据和接收或发送的网络命令提供缓存；

网络接口，与控制器连接，用于提供IPHD与外部网络的数据和命令交互通道；

控制器，与所述硬盘、缓存器和网络接口连接，所述控制器具有以下功能：

控制所述硬盘，包括格式化硬盘、自检、读写操作以及文件系统；

控制所述缓存器，包含数据管理以及存储空间管理；

控制网络接口，并进行视频数据或命令包的打包和解包。

2.一种宽带IP网中视频节目的存储和点播方法，其特征在于：

当由用户从所述硬盘上点播所述视频节目时，包含以下步骤：

a将来自所述用户的，包含点播命令的命令包通过所述网络接口传送到所述控制器；

b所述控制器将所述命令包解包，解出命令帧，并送入所述缓存器缓存，等待所述控制器的处理；

c如果所述控制器空闲，所述控制器从所述缓存器中读出所述命令帧，并根据所述点播命令帧，从所述硬盘读出点播的视频节目的数据帧，并将所述视频节目数据帧缓存在所述缓存器中；

d所述控制器读取所述缓存器上缓存的所述视频节目数据帧打包，并通过所述网络接口发送到所述用户；

e在节目播放过程中，所述用户可以通过命令包进行快进、快倒、暂停和停止等操作；

f当所述控制器检查到所述节目播放完毕时，发送节目播放完毕命令给所述用户，

当用户要将视频节目存储到IPHD上时，包含以下步骤：

a’将来自所述用户的，包含存储命令帧的命令包通过网络接口传送到控制器；

b’所述控制器将所述命令包解包，解出所述命令帧，并将所述命令帧送入所述缓存器缓存，等待所述控制器的处理；

c’如果所述控制器空闲，所述控制器处理所述存储命令，如果所述用户存储要求可以接受，所述控制器通过所述网络接口发送存储接受命令给所述用户；

d’所述用户收到所述IPHD的所述存储接受命令后，将视频数据帧打包发给所述IPHD；

e’所述IPHD将所述用户需要存储的视频节目数据帧通过网络接口传送到控制器；

f’所述控制器将所述数据包解包，解出所述数据帧，并将所述数据帧送入所述缓存器缓存，等待写入所述硬盘；

g’当所述缓存器中缓存的视频数据帧到达一定的数量，在所述控制器的控制下把所述视频数据帧写入硬盘；

h’重复e’-g’，直至节目存储完毕，所述用户发节目输入结束命令给所述IPHD；

i’所述IPHD的控制器设置节目标识。

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