CN1874506A - 基于以太无源光网络的音视频监控系统流媒体服务器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的基于以太网无源光网络的音视频监控系统流媒体服务器，是由音视频编码格式转换板和交换控制板组成，其通过数据总线连接；音视频编码格式转换板设有音视频编码格式转换模块，其由一片网络处理器和一片音视频编码格式转换处理器，两者通过双向数据总线和若干控制线连接；交换控制板包括以太网交换模块和网管处理器，两者通过MII/GMII接口连接。本服务器能够自动识别并将网络传入的流媒体数据的音视频编码格式转化为AVS规定的音视频编码格式，再以流媒体数据方式发送到目的地址；还能够根据网管信令将转化后的单路信源流媒体数据以多播或组播的方式分发到网络监控客户端，大大降低对网络带宽的需求和网络音视频服务器的负荷。

Description

基于以太无源光网络的音视频监控系统流媒体服务器

技术领域

本发明涉及网络通信技术和音视频编解码技术领域，特别是一种基于以太无源光网络(EPON)的视频监控系统流媒体服务器。

背景技术

为应对城市治安管理的日常防控和重大恐怖、灾害等特殊突发公共事件，建构一个标准化、多层级的视频监控网络愈发成为平安城市建设的一个主要需求。

EPON能较好支持IP协议使得各种以IP为基础的业务都能在EPON上实现互通，从而成为“多网融合”的理想解决方案。EPON在下行方向上采用点到多点广播的拓朴结构，容易实现视频监控信号的传递，在上行方向采用统计多址接入，从而能在同一网络平台上实现数据、语音和视频等多种宽带综合业务的双向传输，因而非常适合传输视频监控信号。

现有的网络音视频服务器在对音视频数据进行压缩编码时遵循的标准有MJPEG、MPEG-2、MPEG-4、H.264以及AVS等，各种标准互不兼容。要建立标准化的核心视频监控网络，就有必要把各类编解码标准统一到一个共同的编解码标准，数字音视频编解码技术标准(AVS)作为我国自主知识产权的第二代信源编码标准，从主要技术指标——编码效率比较：MPEG-4是MPEG-2的1.4倍，AVS和H.264相当，都是MPEG-2两倍以上。而且AVS最大的优势在于专利实施许可费用非常低廉，是大型视频监控网络音视频编解码标准的最佳选择。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于以太无源光网络的视频监控系统流媒体服务器，该服务器能够自动识别从网络传入的流媒体数据的音视频编码格式，并将各种不同编码格式的数据转化为标准的、统一的中国国家数字音视频编解码技术标准(AVS)规定的音视频编码格式，再以流媒体数据方式发送到目的地址；还能够根据网管信令将转化后的单路信源流媒体数据以多播或组播的方式分发到网络监控客户端，大大降低对网络带宽的需求和网络音视频服务器的负荷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：由至少一块音视频编码格式转换板和一块交换控制板组成，两者通过数据总线连接；音视频编码格式转换板设有MTM即音视频编码格式转换模块，其通过MII/GMII接口即媒质无关接口/千兆媒质无关接口与以太网无源光网络的光线路终端的线路处理板连接，音视频编码格式转换模块由一片网络处理器和一片音视频编码格式转换处理器，两者通过双向数据总线和若干控制线连接；交换控制板包括一块以太网交换模块和一片网管处理器，两者通过MII/GMII接口连接。

本发明的优点是：本服务器综合了宽带网络技术和视频监控技术，实现视频监控流媒体数据在EPON上的接入；能够自动识别从网络传入的流媒体数据的音视频编码格式，并利用视频编码格式转换技术将各类互不兼容的视频数据转化成统一的AVS格式视频数据，为构建统一的网络监控系统提供了基础；利用网管协议实现信源流媒体数据在接入层的分发，包括单播、多播和组播等各种方式，大幅节约了接入层的带宽资源。本服务器特别适合跨地域、分布式、多层级网络视频监控系统应用，如平安城市视频监控系统。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是基于EPON的网络视频监控系统结构示意图。

图3是视频编码格式转换模块的结构示意图。

图4是视频编码格式转换模块的工作流程示意图。

图5是网管处理器对以太网交换模块进行实时在线配置的基本流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于以太网无源光网络的音视频监控系统流媒体服务器，其由至少一块音视频编码格式转换板和一块交换控制板组成，两者通过数据总线连接；音视频编码格式转换板设有MTM(音视频编码格式转换模块)，其通过MII/GMII接口(媒质无关接口/千兆媒质无关接口)与以太网无源光网络的光线路终端的LPU(线路处理板)相连接，音视频编码格式转换模块由一片网络处理器和一片音视频编码格式转换处理器，两者通过双向数据总线和若干控制线连接；交换控制板(SCU)包括一块以太网交换模块和一片网管处理器，两者通过MII/GMII接口连接。

每块音视频编码格式转换板至少设有一套MTM，每套MTM对应一个LPU。

上述网络处理器、音视频编码格式转换处理器、以太网交换模块和网管处理器均可以采用市售产品，其型号分别为MPC8241、ADSP-BF561、BCM5690和S3C4510B，或者依实际需要而定。

在本服务器中，其网络处理器的工作过程是：先将来自LPU的流媒体数据以太网帧拆帧，暂存帧头数据，然后把帧内包含的流媒体数据传送给格式转换处理器；格式转换处理器根据传入的流媒体数据编码格式调用对应的解码算法，并将解码得到的流媒体数据依据中国的AVS即数字音视频编解码技术标准进行压缩编码，然后把得到的AVS格式流媒体数据回传给网络处理器，如果传入的流媒体数据编码格式也是AVS格式，格式转换处理器直接把传入数据回传给网络处理器而不作任何其它处理；之后，网络处理器把暂存的帧头数据和收到的来自格式转换处理器的经AVS编码的流媒体数据重新装帧为标准以太网帧，再发送给交换控制板。

网管处理器能够响应网络视频监控系统客户监控端的网管信令，并对以太网交换模块作出相应的配置：统计源地址-目的地址表，根据同一源地址对应的目的地址数目复制信源流媒体数据并转发到目的地址，实现单路信源流媒体数据的多播；或者将信源流媒体数据退出原组播地址，然后加入到新的组播地址实现单路信源流媒体数据的组播。

下面，从基于无源光网络的网络视频监控系统流媒体服务器的应用和基于无源光网络的网络视频监控系统流媒体服务器的关键技术等方面对本发明作进一步说明。

1.基于以太无源光网络的视频监控系统的接入技术

一个完整的网络视频监控系统的传输网络与传统的数据传输网络的层次结构是类似的，都分为接入层、汇聚层和核心层。本文是一种基于EPON的网络视频监控系统接入方式：网络音视频服务器将视频终端(摄像机)采集到的模拟信号数字化、压缩编码后再IP化，然后上行发送至光网络单元(ONU)。ONU将下属各终端的数据上行发送至光线路终端(OLT)。同时，OLT将来自外网的目的地址在本接入网的流媒体数据以广播方式下行发送到ONU，经认证授权的ONU接收到该流媒体数据后再发送给本接入网的客户监控端或网络录像服务器。以上构成了一套完整的基于EPON的网络视频监控接入方案，如图2所示。

2.基于视频编码格式转换模块的视频格式标准化技术

网络音视频服务器在对视频数据进行压缩编码时遵循的标准可以有MJPEG、MPEG-2、MPEG-4、H.264以及AVS。前四种是不同时期的国际音视频编码标准，后者是中国国家数字音视频编解码技术标准，这几种编解码标准已分别被广泛应用于视频监控产品和系统。同时也在很大程度上抑制了现有的以及新建的视频监控系统建构成一个统一的网络监控系统。本文提出一种音视频编码格式在接入层转换成统一的、标准化的AVS格式的方案，这样在客户监控端和网络录像服务器接收到的都是同一格式的、符合AVS标准的音视频数据，为建立跨平台、跨地域、多层级的统一的网络视频监控系统提供的可能。

3.基于网络管理协议控制的信源流媒体数据转发技术

网络视频监控系统要求网络音视频服务器的信源流媒体数据可以单播、多播或组播等各种方式被发送到监控终端或录像服务器。本文提供一种基于TCP/IP网络管理协议的流媒体数据的转发方法：OLT网管处理器解析来自远程监控端的TCP/IP网管信令，计算出需要进行数据转发的流媒体IP地址和端口，和目的多播地址或目的组播地址，然后对OLT中的以太网交换模块进行相应配置，并最终由该交换模块实现信源流媒体数据的单播、多播或组播等转发方式，大幅节约了接入层的带宽资源、减小了网络音视频服务器的带宽负荷，同时也消除了流媒体数据转发对不同网络音视频服务器技术。

下面再结合附图详细描述本发明的具体实施方案。

如图1所示：本服务器由音视频编码格式转换板(MTU)和交换控制板(SCU)两部分组成，两者通过数据总线连接。其中MTU由多套音视频编码格式转换模块(MTM)组成，每套MTM包括一片网络处理器(NPU)和一片音视频编码格式转换处理器(MPU)，两者通过双向数据总线和若干控制线连接。MTM通过MII/GMII总线与EPON系统的光线路终端(OLT)的线路处理板(LPU)连接，并且每一个LPU对应一套MTM。通常，但不限于，每块MTU包括四套MTM，可以与EPON系统的四块LPU连接。SCU包括一块以太网交换模块和一片网管处理器，两者通过MII/GMII接口连接。网管处理器负责响应网管信令，并对以太网交换模块进行实时在线配置。

如图2所示：这是一种基于EPON的网络视频监控系统接入方式。网络音视频服务器将摄像机采集到的模拟信号数字化、压缩编码后再IP化，然后上行发送至光网络单元(ONU)。ONU将下属各终端的数据上行发送至光线路终端(OLT)。同时，OLT将来自外网的目的地址在本接入网的流媒体数据以广播方式下行发送到ONU，经认证授权的ONU接收到该流媒体数据后再发送给本接入网的客户监控端或网络录像服务器。以上构成了一套完整的基于EPON的网络视频监控接入方案。

如图3所示：音视频编码格式转换模块(MTM)由网络处理器(NPU)和音视频编码格式处理器(MPU)组成。其输入信号是OLT的LPU输出的包含有流媒体数据的以太网帧。NPU接收到上述以太网帧后，将该帧分拆出地址数据和音视频数据，然后将该帧的音视频数据由数据总线发送给MPU，MPU将收到音视频数据格式转换成AVS编码格式的数据后再由数据总线回传给NPU并重新打包成以太网帧后经MII/GMH接口发送给流媒体服务器的交换控制板(SCU)进行处理。

如图4所示：MPU收到NPU发送过来的音视频数据后，首先判断其编码格式，包括但不限于MPEG-2、MPEG-4、H.264和MJPEG等格式，然后设置软开关选定对应的解码软件包，将输入的不同编码格式的音视频数据解码成标准的YUV格式的视频信号和wave格式的音频信号。之后，再调用AVS编码算法将上面解码得到的YUV格式的视频信号和wave格式的音频信号压缩编码成AVS格式的音视频数据，然后经数据总线回传给NPU。

如图5所示：这是网管处理器对以太网交换模块进行实时在线配置的基本流程图。网管处理器解析收到的网管信令后，如果需要调整来自网络音视频服务器的监视数据的分发目的地，如果需要向一个新的客户监控端发送一路监视数据，网管处理器首先判断是否按照组播方式分发，如果是，则配置以太网交换模块，将目的地址加入到组播组；如果不是，即多播模式，则以太网交换模块将信源流媒体数据复制一路并发送的目的地址。如果需要向停止向指定的某个客户监控端继续发送监视数据，网管处理器首先判断是否按照组播方式分发，如果是，则配置以太网交换模块，将目的地址从组播组中删除；如果不是，则以太网交换模块将停止该信源地址向指定目的地址发送的那路流媒体数据。

上述实施方式仅限于对本发明的进一步说明，并不构成对本发明技术方案的限定。

Claims (8)

1.一种网络音视频监控系统流媒体服务器，其特征是一种基于以太网无源光网络的音视频监控系统流媒体服务器，其由至少一块音视频编码格式转换板和一块交换控制板组成，两者通过数据总线连接；音视频编码格式转换板设有MTM即音视频编码格式转换模块，其通过MII/GMII接口即媒质无关接口/千兆媒质无关接口与以太网无源光网络的光线路终端的线路处理板连接，音视频编码格式转换模块由一片网络处理器和一片音视频编码格式转换处理器，两者通过双向数据总线和若干控制线连接；交换控制板包括一块以太网交换模块和一片网管处理器，两者通过MII/GMII接口连接。

2.根据权利要求1所述的网络音视频监控系统流媒体服务器，其特征在于：每块音视频编码格式转换板至少设有一套MTM，每套MTM对应一个线路处理板。

3.根据权利要求1所述的网络音视频监控系统流媒体服务器，其特征在于：网络处理器将来自LPU的流媒体数据以太网帧拆帧，暂存帧头数据，然后把帧内包含的流媒体数据传送给音视频编码格式转换处理器；音视频编码格式转换处理器根据传入的流媒体数据编码格式调用对应的解码算法，并将解码得到的流媒体数据依据中国的AVS即数字音视频编解码技术标准进行压缩编码，然后把得到的AVS格式流媒体数据回传给网络处理器，如果传入的流媒体数据编码格式也是AVS格式，音视频编码格式转换处理器直接把传入数据回传给网络处理器而不作任何其它处理；之后，网络处理器把暂存的帧头数据和收到的来自音视频编码格式转换处理器的经AVS编码的流媒体数据重新装帧为标准以太网帧，再发送给SCU即交换控制板。

4.根据权利要求1或3所述的网络音视频监控系统流媒体服务器，其特征在于：网络处理器的型号为MPC8241。

5.根据权利要求1或2或3所述的网络音视频监控系统流媒体服务器，其特征在于：音视频编码格式转换处理器的型号为ADSP-BF561。

6.根据权利要求1所述的网络音视频监控系统流媒体服务器，其特征在于网管处理器能够响应网络视频监控系统客户监控端的网管信令，并对以太网交换模块作出相应的配置：统计源地址-目的地址表，根据同一源地址对应的目的地址数目复制信源流媒体数据并转发到目的地址，实现单路信源流媒体数据的多播；或者将信源流媒体数据退出原组播地址，然后加入到新的组播地址实现单路信源流媒体数据的组播。

7.根据权利要求1或6所述的网络音视频监控系统流媒体服务器，其特征在于：网管处理器的型号为S3C4510B。

8.根据权利要求1所述的网络音视频监控系统流媒体服务器，其特征在于：以太网交换模块的型号为BCM5690。

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