CN201910876U - 一种网络视频服务器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种网络视频服务器，包括视频接口，连接所述视频接口的视频分割器，音频接口，连接所述音频接口的音频编解码器，与所述视频分割器和音频编码器连接的多核微处理器，与所述多核微处理器连接的网络接口驱动芯片、存储器接口。其可以集高清录像存储和图像数据网络实时传输功能于一身，使其应用范围更加广泛，采用专用的视频处理芯片系统集成度很高从而降低了产品成本。

Description

一种网络视频服务器

技术领域

本实用新型涉及安防监控领域，特别是涉及一种网络视频服务器。

背景技术

随着我国现代化建设的稳步发展，社会的物资生活极大丰富，人民生活得到了极大地改善，但是各种盗窃、破坏、抢劫杀人的案件也在不断地增加，它们极其严重地危害了社会的正常秩序，为了防止各种形式的刑事案件的发生更为了在即将发生的时候给予威慑以避免恶性后果的产生，或者为了发生案件之后为破案提供线索和证据，各种各样的监视系统层出不穷，其中尤以视频监视系统效果更好。但是目前的视频监视系统是基于录像系统基础上的，一般来讲，都是做成闭路监控系统，适用于银行、政府部门、高档宾馆、重点工地等等。这种视频监控系统缺少远距离传输能力，而且一般清晰度都不够高，监控能力十分有限。

现有技术中有IP摄像头和网络硬盘录像机等。IP摄像头是侧重于实时音视频数据的传输，没有配备硬盘这样的存储器，所有基本没有录像功能。IP摄像头能够支持抓拍功能，将实时视频数据转换成图片，然后将图片发送给用户。而IP摄像头只有一路视频信号。此外，网络硬盘录像机主要偏重于录像功能，将模拟摄像头采集的视频信号和麦克风采集的语音信号进行转换，变成数字信号，再进行编码压缩后转换为影音文件，存放在硬盘中。当有需要时，用户可以通过网络对硬盘录像机中的音视频录像进行调阅。有的网络硬盘录像机也可以通过网络实时传输视频数据给用户观看，但是由于高清录像产生的数据量很大，往往会受以太网带宽的限制，无法通过以太网传输多路实时视频图像。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本实用新型提出一种本发明的目的就是弥补目前监控系统的以上缺陷，提供一种基于以太网传输、高清晰的、具备录像存储功能的网络视频服务器。

为了实现上述目的，本实用新型提出一种网络视频服务器，包括视频接口，连接所述视频接口的视频分割器，音频接口，连接所述音频接口的音频编解码器，与所述视频分割器和音频编码器连接的多核微处理器，与所述多核微处理器连接的网络接口驱动芯片、存储器接口。

作为上述技术方案的优选，所述多核微处理器内部集成一个FA626处理器模块和ARM9处理器。

作为上述技术方案的优选，所述视频分割器将来自视频接口的视频信号转换为两路数字视频信号，其中一路适于网络传输，另外一路适于本地录像。

作为上述技术方案的优选，所述网络视频服务器还包括串口、网口、IDE接口、SATA接口、SD卡接口、音频输入输出接口、报警开关量输入接口、开关量输出接口中的一个或多个。

作为上述技术方案的优选，所述多核微处理器中包括嵌入式软件模块，其采用嵌入式Linux操作系统。

作为上述技术方案的优选，嵌入式软件模块包括以下模块：

主进程模块，用于负责与中心服务器进行通讯，将各个模块的状态汇报给服务器，并接收服务器发送的命令，将命令分发给各个软件模块执行；

网络媒体服务模块，用于提供实时音视频数据；

下行语音播放模块，用于播放音频数据；

视频编码模块，用于视频编码服务；

录像模块，用于负责创建高清录像文件，实时存储音视频数据到存储设备；

报警处理模块，用于负责管理外接报警器所有相关的报警事件；

透明串口服务模块，用于网络端口和串口的桥接；

FTP服务模块，用于提供FTP登录服务，用户可以通过FTP方式登录网络视频服务器，通过密码认证后，可以下载设备日志和录像文件；

Telnet服务，用于提供远程登录服务。技术人员可以通过telnet方式远程登录设备，对设备进行维护和故障诊断；

日志记录模块，用于负责记录各个软件模块关键的运行信息；

用户参数设置模块，用于设备与用户之间的交互；

进程监控模块，用于对系统中的各个软件模块进行监控。

本实用新型提供一种基于以太网传输、高清晰的、具备录像存储功能的网络视频服务器。其采用了先进的视频编码芯片，从而减少了网络数据传输所占用的带宽。并且它能够实现双路双码流的压缩编码方式，集成了视频实时高清录像存储和实时网络视频数据传输的功能。本发明采用专用的视频压缩处理芯片，一颗芯片中集成了视频编码器和微控制器。设计者需要添加很少的外围芯片就可以实现一个4路的网络网络视频服务器的所有功能。编码芯片支持三种视频压缩编码方式H.264、MPEG4和MJPEG，支持三种图像分辨率CIF(352*288)、HD1(720*288)/和D1(720*576)。并且图像编码的码率可以根据网络带宽进行调节，以适应不同的网络环境。视频编码压缩采用双码流的压缩编码处理方式：本地录像的视频数据采用高码流的压缩方式(如MPEG4D1)，生成的是高清的录像文件，而通过网络实时发送的视频数据则采用低码流的压缩方式(如H.264CIF)，传输高清/标清图像给中心平台供值班人员监控。两个通道的编码同时进行，彼此之间相互独立。采用网络通讯协议，采用数字证书、SSL安全通道、数字身份证等先进技术对系统信息进行加密、签名、认证，以此保证系统的通讯安全性，能有效地防止各种非法监视和操作。具体地，其优点在于：

1)集高清录像存储和高清/标清图像数据实时传输功能于一身，使其应用范围更加广泛。

2)采用网络加密通讯协议保密性强。

3)采用专用的视频处理芯片系统集成度很高从而降低了产品成本。

4)多种存储器接口，可以适应多种工作环境。

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。对于所属技术领域的技术人员而言，从对本实用新型的详细说明中，本实用新型的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。

附图说明

图1为本实用新型系统框图；

图2为本实用新型一具体实施例的系统框图；

图3是本实用新型中使用的多核微处理器GM8180系统框图；

图4是本实用新型提出的网络视频服务器音的视频信号处理及串行通信部分电路示意图；

图5是本实用新型提出的网络视频服务器的硬盘接口部分电路示意图；

图6是本实用新型提出的网络视频服务器的内存扩展部分电路示意图；

图7是本实用新型提出的网络视频服务器的网络部分电路示意图；

图8是本实用新型提出的网络视频服务器的SD卡接口电路示意图；

图9是网络视频服务器的软件架构示意图；

图10是网络视频服务器的软件模块相互关系示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种网络视频服务器包括视频接口，连接所述视频接口的视频分割器，音频接口，连接所述音频接口的音频编解码器，与所述视频分割器和音频编码器连接的多核微处理器，与所述多核微处理器连接的网络接口驱动芯片、存储器接口。

其中，所述多核微处理器内部集成一个FA626处理器模块和ARM9处理器。所述视频分割器将来自视频接口的视频信号转换为两路数字视频信号，其中一路适于网络传输，另外一路适于本地观看。所述网络视频服务器还包括串口、网口、IDE接口、SATA接口、SD卡接口、音频输入输出接口、报警开关量输入接口、开关量输出接口中的一个或多个。

所述多核微处理器中包括嵌入式软件模块，其采用嵌入式Linux操作系统。

嵌入式软件模块包括以下模块：

主进程模块，用于负责与中心服务器进行通讯，将各个模块的状态汇报给服务器，并接收服务器发送的命令，将命令分发给各个软件模块执行；

网络媒体服务模块，用于提供实时音视频数据；

下行语音播放模块，用于播放音频数据；

视频编码模块，用于视频编码服务；

录像模块，用于负责创建高清录像文件，实时存储音视频数据到存储设备；

报警处理模块，用于负责管理外接报警器所有相关的报警事件；

透明串口服务模块，用于网络端口和串口的桥接；

FTP服务模块，用于提供FTP登录服务，用户可以通过FTP方式登录网络视频服务器，通过密码认证后，可以下载设备日志和录像文件；

Telnet服务，用于提供远程登录服务。技术人员可以通过telnet方式远程登录设备，对设备进行维护和故障诊断；

日志记录模块，用于负责记录各个软件模块关键的运行信息；

用户参数设置模块，用于设备与用户之间的交互；

进程监控模块，用于对系统中的各个软件模块进行监控。

如图2所示为本实用新型的一个具体实施例，硬件部分主要由以下几个集成电路芯片组成：1个音频编解码芯片wm8983、1个网络接口驱动芯片DM9161A、1个SATA-PATA桥接芯片JM20330、1个视频分割器芯片TW2835、1个SOC(system on chip)处理器GM8180。整个系统拥有128MB内存，128Mb的flash存储器。其中，多核微处理器(SOC)GM8180内部集成了一个FA626模块和一个ARM9处理器：FA626模块用于图像编码运算；ARM9处理器主要用于控制外围设备和数据通讯。GM8180支持实时的双路双码流视频编码，编码方式支持H.264、MPEG4和MJPEG，并且具有OSD功能。视频分割芯片TW2835能够将4路模拟视频信号合成为1路视频信号，也可以单独输出其中任意1路视频信号。wm8983是一个音频AD/DA的控制器，用于音频数据的采集和播放。JM20330负责驱动SATA接口，而DM9161A是网口的驱动器。此外，还有一些其他的集成电路芯片用来驱动其他的外围接口。这些属于网络视频服务器比较常用的接口，因此不做详细的阐述。网络视频服务器包括的外围接口有：

1)4路视频输入口：复合视频信号输入

2)3个串口：一个标准RS232串口，一个RS232/485/422复用的串口，一个TTL电平的串口(系统调试的接口)

3)1个网口：10/100M RJ45网络接口

4)1个IDE接口：可连接硬盘和CF卡等存储器

5)1个SATA接口：SATA硬盘接口

6)1个SD卡接口

7)音频输入输出接口各一个

8)8路报警开关量输入

9)4路开关量输出接口

图3是多核微处理器GM8180系统框图；图4是网络视频服务器的视频信号处理及串行通信部分电路示意图；图5是网络视频服务器的硬盘接口部分电路示意图；图6是网络视频服务器的内存扩展部分电路示意图；图7是网络视频服务器的网络部分电路示意图；图8是网络视频服务器的SD卡接口电路示意图。

GM8180通过I2C总线控制WM8983，实现录音和播音的功能，通过I2S总线与WM8983进行语音数据的交互。TW2835也具有音频AD/DA编解码的功能，但是经过测试其性能比WM8983要差，因此没有采用TW2835作为音频处理器。8180通过GPIO口模拟8位并口来控制TW2835的工作状态。8180的两个视频输入口V DI和V2DI与TW2835的两个视频输出口相连，同时接收两路视频数据。此外，8180的三个串口S1、S2、S3也都有各自的应用。S1是作为调试终端的接口，不对用户开放，仅连接一个简单的插座，作为调试接口使用。S2转换为标准的RS232串口，S3转换为RS232/422/485复用的串口。

4路从摄像头传输过来的模拟视频信号经过输入接口与视频分割器TW2835的4路模拟视频信号输入管脚相连。TW2835将模拟视频信号AD转换后输出两路数字视频信号，一路为net另一路为local，这两路信号是完全独立的，互相没有关联。

应用举例：Local的图像分辨率为H.264D1模式，且图像画面为4分割的模式，即4路视频信号被同时叠加到一幅图像上面了。而net的分辨率可根据网络环境做相应调整，由于大部分用户上网模式都采用ADSL上网，带宽有限，所以一般net路的图像设置为H.264CIF模式。Net路的图像还可以根据监控人员的需要来进行随意的切换，即net路的图像可以是视频1到视频4之间的任意一路，也可以是4路图像叠加在一起的4分割画面。GM8180具有两个数字视频输入接口，分别与net和local这两路数字视频信号相连接。GM8180将这两路信号分别进行编码压缩输出ES流数据到内存中，应用程序接收这两路数据进行分别处理，local路的高清数据转换成影音文件，存放在硬盘中，net路标清数据转换成可供网络传输的数据包发送到中心平台，从而实现了高清录像存储和实时视频传输的功能。受以太网传输带宽限制，net路的数据一般设置为标清，如果在带宽充足的情况下(如局域网内)net路也可以实时传输高清图像。

音频输入通过音频芯片wm8983的A/D转换，生成PCM音频数据流。8180通过I2S总线与wm8983进行数据交互，实时获取PCM音频数据。音频数据经过应用程序的二次编码后与视频数据一起发送到中心平台，也一同存储在本地的录像文件中。双向语音功能的实现与上述过程相反，由中心平台发送音频数据到网络视频服务器，网络视频服务器内部的应用程序将数据存储到录像文件中，同时也将语音数据解码后发送到wm8983，语音数据经过D/A转换后从音频输出口播放出去。

应用举例：一个监控点的网络网络视频服务器的音频输入和输出接口分别接了一个拾音器(类似麦克风的音频采集装置)和一个音箱。一名监控人员坐在电脑前通过软件平台远程监视该地点的图像和监听声音。当他听到或看到该监控点出现异常情况，通过电脑上面的麦克风以及软件平台就可以与监控点的人员进行实时对话。

GM 8180内部集成了IDE控制器和SD卡控制器，可以控制PATA和SD卡。此外，经过JM20330的转换8180也能够连接SATA硬盘设备。GM8180还带有Ethernet MAC控制器，外部扩展了物理层收发器DM9161A，就实现了网络通讯接口。

多个串口是为了让网络网络视频服务器能够控制外部的一些报警设备，如球机，视频矩阵等。报警开关量输入是为了连接外部的报警器，如红外探测器、振动探测器等。开关量输出是为了控制一些报警装置，如警灯、警铃等。

网络视频服务器的软件设计中采用嵌入式linux操作系统，性能稳定可靠。另外，驱动程序和应用程序都采用标准C语言编写，易于软件的移植。应用程序采用模块化设计方法，每个软件模块完成一个独立任务，各个软件模块间数据交互采用了共享内存和unix域socket实现，有利于软件的维护。下面将详细介绍各个软件模块的具体功能。

主进程模块vsmain：主进程负责与网络中心的服务器进行通讯，将各个模块的状态汇报给服务器，并接收从服务器发送过来的命令，将这些命令分发给各个软件模块去执行。设备一上电，vsmain主动连接网络中心的服务器，连接上服务器后，主动将本机的重要信息发送给服务器，如设备的guid、安装地点、硬件信息和网络参数等。这个过程称为“设备注册”。注册过程中，设备和服务器之间会采用数字证书的认证方式，确保设备与服务器之间通讯的安全。注册上以后，vsmain每隔一段时间，发送心跳数据包给服务器，服务器认为设备仍然在线，同时再次进行数字证书的认证。另外，每次vsmain与服务器之间的数据交互都要经过口令的认证，每一条命令中都带有一个口令。如果服务器发送的命令中的口令不符，则vsmain将此命令丢弃不予处理。

网络媒体服务模块mediaserver：这是一个为用户提供实时音视频数据的程序。Mediaserver启动后在一个固定的网络端口进行监听，服务器通过连接设备的这个网络端口获取实时的音视频数据，服务器与mediaserver建立连接后要经过数字证书认证和口令认证。Mediaserver从共享内存中获取音视频数据，将它们包后发送给已建立连接的服务器。

下行语音播放模块aplay：这是一个为网络视频服务器播放音频数据的程序。aplayer启动后在一个固定的网络端口进行监听，当服务器连接到设备的这个网络端口，主动发送音频数据到aplay。Aplay将数据解码后播放出去，从而实现双向语音对讲。服务器和aplay之间的通讯要经过数字证书认证和口令认证。

视频编码模块videoenc：这是一个视频编码服务程序。Videoenc启动后对硬件编码器按照设定好的编码格式和方法进行初始化。然后，创建共享内存，作为媒体数据存放的空间。videoenc从8180的视频采集口中循环获取视频数据，将数据放入编码器中进行编码压缩，压缩后的实时视频数据放入共享内存中。GM8180有两个编码器，因此两个videoenc程序模块同时运行。因为两个videoenc模块的初始化参数不同，所以彼此独立，且不会相互冲突。

录像模块diskman：负责创建高清录像文件，实时存储音视频数据到存储设备。录像采用分段方式进行录制，录像文件的长度可以根据实际需要进行调整。diskman负责从共享内存中获取实时音视频数据，将它们转换成影音文件，存放在存储设备中，当存储设备没有足够空间时，删除最老的录像文件，实现循环存储。另外，diskman还负责建立和管理影音文件的索引文件。磁盘中所有的录像文件在索引中都有记录，如果一个录像文件被删除了，其在索引文件中的信息也会被删除。用户可以通过查询该索引文件来检索设备上的录像文件。

报警处理模块alarmproc：负责管理外接报警器所有相关的报警事件。例如：alarmproc实时查询8路报警输入接口的状态，当输入端子状态发生改变的时候，则认为外部报警器产生报警信号。Alarmproc会将这一消息汇报给vsmain，再经过vsmain转发给报警处理服务器。当Alarmproc检测到外部报警器状态恢复的时候，Alarmproc同样会将消息上报给vsmain。

透明串口服务模块transcom：这是一个网络端口和串口的桥接程序。transcom启动后在一个固定的网络端口进行监听，服务器连接到设备的这个网络端口后，发送串口控制数据到transcom。Transcom接收到这些数据后从GTVS的串口将数据转发出去。设备有两个连接外接设备的串口，所以系统中有两个transcom模块同时工作运行，通过程序的初始化参数对它们进行区分。

FTP服务：提供FTP登录服务。用户可以通过FTP方式登录网络视频服务器，通过密码认证后，可以下载设备日志和录像文件。

Telnet服务：提供远程登录服务。技术人员可以通过telnet方式远程登录设备，对设备进行维护和故障诊断。

日志记录模块：linux系统自带的服务程序，经过修改后专门负责记录各个软件模块关键的运行信息。

用户参数设置模块：设备与用户之间的交互界面。像很多网络服务器产品一样，网络视频服务器内部建有一个嵌入式http服务程序和CGI程序，用户可以使用浏览器来登陆设备的配置页面，对设备的参数进行配置和修改，如ip地址、编码方式、图像参数等等。设备中有一个配置文件，里面保存了所有的设备运行相关的各种参数。用户每一次用浏览器修改完设备参数后，CGI程序就会将修改后的参数存入配置文件中，并且会重新启动设备，设备将按照更改后的参数运行。

进程监控模块watch_proc：对系统中的关键软件模块进行监控，如vsmain、mediaserver和videoenc等，确保这些软件模块正常运行，如果发现某个模块出现异常状态，就会重新启动该软件模块。此外，设备启动后watch_proc是最先启动的应用程序，它负责对系统进行初始化，加载硬件驱动模块，然后按照固定的先后顺序启动各个应用程序。watch_proc独立运行不受任何其他模块的影响，在后台对各个软件模块进行监控。

如图9所示，服务器的软件操作系统为嵌入式linux，内核版本为2.6.14。所有硬件驱动程序是基于这个内核版本开发的。API是底层驱动程序与应用程序之间的软件接口。前三个部分都是GM8180的芯片厂商提供的，应用程序完全可以基于自身需求而自主研发的。Linux操作系统支持多任务的工作模式，能够同时运行多个应用程序。所有应用程序通过标准的API接口来控制底层硬件模块和各种数据通讯总线接口。

图10是网络视频服务器的软件模块相互关系示意图，Watch_proc、FTP服务、Telnet服务、参数设置模块这4个程序都独立运行，与其他应用程序没有数据交互。日志记录模块接收所有软件模块发来的日志信息，记录到日志文件中，该模块功能也相对独立，与其他软件模块没有互动的操作。

Vsmain作为主进程模块，除了负责网络网络视频服务器对外的网络命令通讯以外，还负责内部与其他软件模块之间进行数据交互。Vsmain从中心平台服务器接收命令数据包，然后将命令分发给相关的软件模块。每个软件模块都完成一个独立的任务，并能够实时接收vsmain发送过来的指令，调整其工作状态。任何一个软件模块出现故障，不会影响其它的软件模块的正常运转。

本实用新型产品的最大特点就是在一个嵌入式的网络网络视频服务器中实现了实时双路高清编码。在实际使用过程中，网络网络视频服务器不但能通过网络传输多路的实时视频数据，还具有存储高清录像文件的功能，其功能由于硬盘录像机和不带存储功能的网络网络视频服务器。对比其他厂家的带存储功能的网络视频服务器，本产品中使用的核心处理器GM8180，它具有以下优势：

●体积小：23*23mm

●集成度高：集成了多种通讯总线接口和控制器：串口、USB、MAC层网口、I2S、I2C、IDE控制器等。集成了MPEG4和H.264的codec和OSD控制器。

●编码效率高：双路实时每秒25帧D1分辨率下的H.264编码。

●图像清晰度高：支持最大1280*1024分辨率的视频信号输入。

●工业级产品：工作温度-40到+80度

本产品不仅能够安装在室内也可以安装在室外，经过了1年的实际安装测试，没有发生重大的故障，性能稳定可靠。综上所述，本产品在性能的优越性和其应用范围已经超过了目前市场上的同类产品。

虽然，本实用新型已通过以上实施例及其附图而清楚说明，然而在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，所属技术领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的变化和修正，但这些相应的变化和修正都应属于本实用新型的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种网络视频服务器，其特征在于，包括视频接口，连接所述视频接口的视频分割器，音频接口，连接所述音频接口的音频编解码器，与所述视频分割器和音频编码器连接的多核微处理器，与所述多核微处理器连接的网络接口驱动芯片、存储器接口。

2.根据权利要求1所述的网络视频服务器，其特征在于，所述多核微处理器内部集成一个FA626处理器模块和ARM9处理器。

3.根据权利要求1所述的网络视频服务器，其特征在于，所述视频分割器将来自视频接口的视频信号转换为两路数字视频信号，其中一路适于网络传输，另外一路适于本地录像。

4.根据权利要求1所述的网络视频服务器，其特征在于，所述网络视频服务器还包括串口、网口、IDE接口、SATA接口、SD卡接口、音频输入输出接口、报警开关量输入接口、开关量输出接口中的一个或多个。 

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