CN101895729B

CN101895729B - 基于嵌入式Linux裁剪系统的流媒体服务器

Info

Publication number: CN101895729B
Application number: CN2010102176433A
Authority: CN
Inventors: 费章君; 陈飞凌; 王强; 景文林; 叶军; 刘智兵; 伏怀文
Original assignee: NANJING NANZI INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: NANJING NANZI INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2030-07-06
Also published as: CN101895729A

Abstract

本发明是基于嵌入式Linux裁剪系统的流媒体服务器，包括核心控制模块POWERPC、高速通信模块、数据存储模块、低速通信模块、电源控制模块。优点：本发明首次基于网络处理器POWERPC在电力系统变电站远程监控系统中实现了对音视频流媒体的复制分发，POWERPC处理器在通信领域中交换机路由器产品中有着广泛的应用。相对于使用X86平台PC系统，Windows操作系统以及传统的流媒体服务器来说，本发明成本低廉，在相同性能的情况下，本发明的成本低于PC系统的50％，功耗低于PC系统80％以上。稳定性高，属嵌入式产品，本发明安全性高，使用裁剪linux内核技术，安全性较Windows系统大为提高。

Description

基于嵌入式Linux裁剪系统的流媒体服务器

技术领域

本发明涉及的是一种基于嵌入式Linux裁剪系统的流媒体服务器，适用电力系统变电站远程视频监控系统应用需求，属网络通讯技术领域。

背景技术

变电站网络视频监控系统(亦称“遥视系统”)初步解决了变电站“无人值守”后的远程监视问题。通过在监控中心架设流媒体服务器，实现多个变电站同时在线远程视频监控。基于x86PC架构Windows操作系统的传统流媒体服务系统在安全性、稳定性、执行效率功耗方面均有所欠缺，在现代化的供电系统中，变电所管理的网络化、数字化和自动化是电力发展要求的必然趋势，变电所的无人值守、综合管理和安全管理是电网现代化的必由之路。国内电力系统在建设以遥测、遥信、遥控、遥调-“四遥”技术为基础的无人值守变电站时，由于调度无法了解现场的环境情况，无法解决现场防火、防盗、防爆、防渍等问题，很多按“无人值守”建设的变电站采用了“少人值守”模式运行。随着计算机技术、多媒体技术及通讯技术的飞速发展，“四遥”的基础上增加的第五遥-“遥视”，对于实现变电站“无人值守”具有十分重要的意义。变电站安防及环境监测系统主要通过变电站网络视频监控系统(亦称“遥视系统”)应用体现，主要以视频监控为主的安全防范系统建设实施，达到对电力运行设备、变电站环境的远程监视。变电站一般提供E1(2.048Mbps)、100M快速以太网等网络接口，在多路并发网络视频监控访问时，为解决前端设备并发处理瓶颈和网络带宽瓶颈，需要在监控中心架设流媒体服务器，充分利用监控中心交换机的背板带宽和包转发能力，达到多个网络客户端并发访问效果。在遥视系统中，目前运行于PC机上的流媒体转发软件已实现了流媒体数据的接收和复制转发功能，有效的解决了监控系统中出现热点访问连接时的有效带宽不足以及异构网络连接的问题。随着流媒体转发系统在实际项目中的应用和普及，流媒体转发系统的安全性、稳定性与可靠性要求日益突出，其是否能够稳定可靠的运行将直接影响到整个视频监控系统是否能够正常运行。在PC服务器、Windows操作系统上运行的Observer Star网络流媒体服务软件，能够满足小规模流媒体视频监控应用需要，其安全性、稳定性与可靠性总体上可以适用于大部分小规模项目。由于Windows系统存在众所周知的安全性、稳定性与可靠性问题，目前的流媒体服务器实现方案不能适应大规模监控项目的应用需求。另外，流媒体服务器的特长在于拥有高带宽提供高速流媒体数据传输，对主机其它硬件资源(如CPU、内存和存储等)使用相对较少，采用高性能的通用服务器作为硬件平台造成了资源闲置和浪费。

发明内容

本发明提出的是基于嵌入式Linux裁剪系统的流媒体服务器，可有效解决直接从前端设备获取遇到的网络带宽不足，前端设备视频流发送能力不足等问题。可从前端设备数字视频服务器或者网络摄像机中获取实时视频流，并将其分发到任何一个申请视频流的客户端中。

本发明的技术解决方案：其结构是包括核心控制模块POWERPC、高速通信模块、数据存储模块、低速通信模块、电源控制模块，其中核心控制模块POWERPC的第一输出/输入端与高速通信模块的输入/输出端对应相接，核心控制模块POWERPC的第二输出/输入端与数据存储模块的输入/输出端对应相接，核心控制模块POWERPC的第三输出/输入端与低速通信模块的输入/输出端对应相接，电源控制模块的电源输出端与核心控制模块POWERPC的电源输出入端对应相接，电源控制模块的电源输出端与高速通信模块的电源输出入端对应相接，电源控制模块的电源输出端与数据存储模块的电源输出入端对应相接，电源控制模块的电源输出端接低速通信模块的电源输出入端。

针对实际使用环境，本发明具有以下优点：1)本发明首次在电力系统变电站远程监控系统中的对视频流的转发应用中使用了通信领域中交换机路由器等产品中应用广泛的网络处理器POWERPC。相对于使用PC机，windows操作系统以及流媒体服务软件的传统的流媒体服务器来说，本发明成本低廉，在相同性能的情况下，本发明的成本低于PC机的50％。本发明稳定性高，属嵌入式产品，硬件模块均设计在同一块PCB中，不存在PC机常有的兼容性稳定性问题。2)本发明安全性高，使用裁剪linux内核技术，安全性较windows系统大为提高。3)本发明在高速通信模块中针对电力系统视频监控应用特点增加了网络服务质量控制管理(QoS)功能，用于处理当同时并发的视频数据非常多时，确保重要的视频数据优先处理。4)本发明在高速通信模块中增加了流媒体会话故障自动重联机制，当前端视频采集设备发生故障时，高速通信模块能够记录下此故障点，并在恢复后采取相应的措施，恢复与此视频采集设备的通信。

附图说明

附图1是基于嵌入式Linux裁剪系统的流媒体服务器的结构示意图。

附图2是核心控制模块与高速通信模块的连接的部分原理图：

附图3是核心控制模块与数据存储模块的连接的部分原理图：

附图4是数据存储模块中的静态数据存储单元部分原理图。

附图5是数据存储模块中的配置信息存储单元部分原理图。

附图6高速通信模块部分原理图。

附图7是低速通信模块部分原理图。

具体实施方式

对照附图1，其结构是包括核心控制模块POWERPC、高速通信模块、数据存储模块、低速通信模块、电源控制模块，其中核心控制模块POWERPC的第一输出/输入端与高速通信模块的输入/输出端对应相接，高速通信模块通过Gigabit Media Independent Interface(千兆介质无关接口)连接至核心控制模块的Enhanced Tree-Speed Ethernet Controller(增强三速率以太网控制器)上，高速通信模块将千兆以太网数据转换为4bit并行数据发送给核心控制模块，同时将核心控制模块发送来的4bit并行数据转换为千兆以太网数据发送至网络中，核心控制模块POWERPC的第二输出/输入端与数据存储模块的输入/输出端对应相接，数据存储模块的各个子单元分别通过对应的接口接至核心控制模块，视频数据存储子单元通过SATA数据线接至核心控制模块的SATA控制器接口，通过SATA硬盘实现大容量数据的存储，动态数据存储子单元连接至核心控制模块的DDR内存控制器，实现动态数据存储，静态数据存储子单元通过Local bus(本地总线)连接至核心控制模块的Enhanced Local bus controller(增强型本地总线控制器)，实现控制系统数据的存储，配置信息存储子单元通过I2c总线连接至核心控制模块的

I2c控制器，实现上电配置信息存储，核心控制模块POWERPC的第三输出/输入端与低速通信模块的输入/输出端对应相接，低速通信模块通过3线TTY电平与核心控制模块dual universal asynchronousreceiver/transmitters(UART)相连接，实现系统信息监视。电源控制模块的电源输出端与核心控制模块POWERPC的电源输出入端对应相接，电源控制模块向核心控制模块提供3.3v，1.8v，1.0v等工作电压，电源控制模块的电源输出端与高速通信模块的电源输出入端对应相接，电源控制模块向高速通信模块提供3.3v，1.5v工作电压，电源控制模块的电源输出端与数据存储模块的电源输出入端对应相接，电源控制模块向数据存储模块提供3.3v，1.8v工作电压，电源控制模块的电源输出端与低速通信模块的电源输出入端对应相接，电源控制模块向低速通信模块提供3.3v工作电压。

采用了POWERPC的主控制模块是整个系统的核心，为满足对高速，多路视频数据流的实时处理，同时满足大容量视频数据存储以及低速控制数据通信。要求系统的主控制模块有较高的工作频率，多个高速以太网接口以及高速串行硬盘控制器。流媒体服务器系统核心控制模块使用了飞思卡尔公司的PowerQUICC II系列高性能通信处理器powerpc 8379，工作频率高达666Mhz，同时拥有两个G比特以太网通信控制器，以及4个SATA串行硬盘控制器。

对照附图2，核心控制模块由其“心脏”POWERPC以及其他外围的时钟，电源滤波等辅助电路组成，其最重要的接口部分就是与高速通信模块的接口。其中G1_RXD0～G1RXD3为核心控制模块到高速通信模块千兆网控制器1的4bit并行数据接收信号线，G1_TXD0～G1TXD3为核心控制模块到高速通信模块千兆网控制器1的4bit并行数据发送信号线，同理其中G2_RXD0～G2RXD3为核心控制模块到高速通信模块千兆网控制器2的4bit并行数据接收信号线，G2_TXD0～G2TXD3为核心控制模块到高速通信模块千兆网控制器2的4bit并行数据发送信号线。MDC与MDIO为GMII总线的时钟线与数据线，核心控制模块通过它们控制高速通信模块的千兆以太网控制器的收发。COL，CRS，RX_ER等信号线则用来完成冲突探测，载波侦听，接收错误探测等任务。

对照附图3，核心控制模块拥有4个SATA控制器(附图3)，图中S_RXP0，S_RXN0，S_TXP0，S_TXN0分别为SATA控制器0的收发的两对差分信号线。同理SATA1～3控制器。核心控制模块通过这两对数据线完成对SATA硬盘的视频数据的存储和读取的工作。

对照附图4，数据存储模块包括了四个部分：视频数据存储单元，动态数据存储单元，静态数据存储单元以及配置信息存储单元。以满足整个流媒体服务器系统中的存储需要。视频数据存储单元使用了希捷公司的7200转大容量SATA接口硬盘，用于实时存储大量的视频数据。动态数据存储单元使了4片海力士公司的k5ps516DDR2颗粒。用于操作系统使用，以及处理视频数据时使用。静态数据存储单元使用了1片三星公司的K9F5608U0D。该芯片为32M x8bit nand flash，用于存储流媒体服务器系统的操作系统以及控制程序。

对照附图5，配置信息存储单元使用了1片ST公司的M24356。该芯片为一颗256kbit的I2c总线的EEPROM，用于存储系统上电时的配置信息。

对照附图6，高速通信模块是流媒体服务器系统中除了核心控制模块以外最重要的部分。用于大容量实时视频数据流的收取与转发。高速通信模块中包含一对G比特以太网收发单元，使用了Realtek公司的RTL8211。

对照附图7，低速通信模块用于流媒体服务器系统运行过程中的系统信息的监视以及提供控制信息的通信端口。低速通信模块使用了SIPEX的3232RS232芯片。

电源控制模块提供核心控制模块，存储模块以及高速/低速通信模块所需的一切电源。主要包含了220v交流到5V直流的AC/DC单元，以及5V到3.3V，1.8V等DC/DC单元。

Claims

1.基于嵌入式Linux裁剪系统的流媒体服务器，其特征是包括核心控制模块POWERPC、高速通信模块、数据存储模块、低速通信模块、电源控制模块，其中核心控制模块POWERPC的第一输出/输入端与高速通信模块的输入/输出端对应相接，高速通信模块通过千兆介质无关接口连接至核心控制模块的增强三速率以太网控制器上，高速通信模块将千兆以太网数据转换为4bit并行数据发送给核心控制模块，同时将核心控制模块发送来的4bit并行数据转换为千兆以太网数据发送至网络中；核心控制模块POWERPC的第二输出/输入端与数据存储模块的输入/输出端对应相接，数据存储模块的各个子单元分别通过对应的接口接至核心控制模块，视频数据存储子单元通过SATA数据线接至核心控制模块的SATA控制器接口，通过SATA硬盘实现大容量数据的存储，动态数据存储子单元连接至核心控制模块的DDR内存控制器，实现动态数据存储，静态数据存储子单元通过本地总线连接至核心控制模块的增强型本地总线控制器，实现控制系统数据的存储，配置信息存储子单元通过I2c总线连接至核心控制模块的I2c控制器，实现上电配置信息存储；核心控制模块POWERPC的第三输出/输入端与低速通信模块的输入/输出端对应相接，低速通信模块通过3线TTY电平与核心控制模块相连接，实现系统信息监视；电源控制模块的电源输出端与核心控制模块POWERPC的电源输入端对应相接，电源控制模块向核心控制模块提供3.3v，1.8v，1.0v工作电压，电源控制模块的电源输出端与高速通信模块的电源输入端对应相接，电源控制模块向高速通信模块提供3.3v，1.5v工作电压，电源控制模块的电源输出端与数据存储模块的电源输入端对应相接，电源控制模块向数据存储模块提供3.3v，1.8v工作电压，电源控制模块的电源输出端与低速通信模块的电源输入端对应相接，电源控制模块向低速通信模块提供3.3v工作电压。