基于嵌入式Linux裁剪系統的流媒體服務器的制作方法

專利名稱：基于嵌入式Linux裁剪系統的流媒體服務器的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種基于嵌入式Linux裁剪系統的流媒體服務器，適用電力系統 變電站遠程視頻監控系統應用需求，屬網絡通訊技術領域。
背景技術：
變電站網絡視頻監控系統(亦稱“遙視系統”)初步解決了變電站“無人值守”后 的遠程監視問題。通過在監控中心架設流媒體服務器，實現多個變電站同時在線遠程視頻 監控。基于X86PC架構Windows操作系統的傳統流媒體服務系統在安全性、穩定性、執行效 率功耗方面均有所欠缺，在現代化的供電系統中，變電所管理的網絡化、數字化和自動化是 電力發展要求的必然趨勢，變電所的無人值守、綜合管理和安全管理是電網現代化的必由 之路。國內電力系統在建設以遙測、遙信、遙控、遙調-“四遙”技術為基礎的無人值守變電 站時，由于調度無法了解現場的環境情況，無法解決現場防火、防盜、防爆、防漬等問題，很 多按“無人值守”建設的變電站采用了“少人值守”模式運行。隨著計算機技術、多媒體技術 及通訊技術的飛速發展，“四遙”的基礎上增加的第五遙_ “遙視”，對于實現變電站“無人值 守”具有十分重要的意義。變電站安防及環境監測系統主要通過變電站網絡視頻監控系統 (亦稱“遙視系統”)應用體現，主要以視頻監控為主的安全防范系統建設實施，達到對電力 運行設備、變電站環境的遠程監視。變電站一般提供El (2. 048Mbps)、100M快速以太網等網 絡接口，在多路并發網絡視頻監控訪問時，為解決前端設備并發處理瓶頸和網絡帶寬瓶頸， 需要在監控中心架設流媒體服務器，充分利用監控中心交換機的背板帶寬和包轉發能力， 達到多個網絡客戶端并發訪問效果。在遙視系統中，目前運行于PC機上的流媒體轉發軟件 已實現了流媒體數據的接收和復制轉發功能，有效的解決了監控系統中出現熱點訪問連接 時的有效帶寬不足以及異構網絡連接的問題。隨著流媒體轉發系統在實際項目中的應用和 普及，流媒體轉發系統的安全性、穩定性與可靠性要求日益突出，其是否能夠穩定可靠的運 行將直接影響到整個視頻監控系統是否能夠正常運行。在PC服務器、Windows操作系統上 運行的Observer Star網絡流媒體服務軟件，能夠滿足小規模流媒體視頻監控應用需要，其 安全性、穩定性與可靠性總體上可以適用于大部分小規模項目。由于Windows系統存在眾 所周知的安全性、穩定性與可靠性問題，目前的流媒體服務器實現方案不能適應大規模監 控項目的應用需求。另外，流媒體服務器的特長在于擁有高帶寬提供高速流媒體數據傳輸， 對主機其它硬件資源(如CPU、內存和存儲等)使用相對較少，采用高性能的通用服務器作 為硬件平臺造成了資源閑置和浪費。

發明內容
本發明提出的是基于嵌入式Linux裁剪系統的流媒體服務器，可有效解決直接從 前端設備獲取遇到的網絡帶寬不足，前端設備視頻流發送能力不足等問題。可從前端設備 數字視頻服務器或者網絡攝像機中獲取實時視頻流，并將其分發到任何一個申請視頻流的 客戶端中。
本發明的技術解決方案其結構是包括核心控制模塊POWERPC、高速通信模塊、數 據存儲模塊、低速通信模塊、電源控制模塊，其中核心控制模塊POWERPC的第一輸出/輸入 端與高速通信模塊的輸入/輸出端對應相接，核心控制模塊POWERPC的第二輸出/輸入端 與數據存儲模塊的輸入/輸出端對應相接，核心控制模塊POWERPC的第三輸出/輸入端 與低速通信模塊的輸入/輸出端對應相接，電源控制模塊的電源輸出端與核心控制模塊 POWERPC的電源輸出入端對應相接，電源控制模塊的電源輸出端與高速通信模塊的電源輸 出入端對應相接，電源控制模塊的電源輸出端與數據存儲模塊的電源輸出入端對應相接， 電源控制模塊的電源輸出端接低速通信模塊的電源輸出入端。針對實際使用環境，本發明具有以下優點1)本發明首次在電力系統變電站遠程 監控系統中的對視頻流的轉發應用中使用了通信領域中交換機路由器等產品中應用廣泛 的網絡處理器POWERPC。相對于使用PC機，windows操作系統以及流媒體服務軟件的傳統 的流媒體服務器來說，本發明成本低廉，在相同性能的情況下，本發明的成本低于PC機的 50%。本發明穩定性高，屬嵌入式產品，硬件模塊均設計在同一塊PCB中，不存在PC機常有 的兼容性穩定性問題。2)本發明安全性高，使用裁剪Iinux內核技術，安全性較windows系 統大為提高。3)本發明在高速通信模塊中針對電力系統視頻監控應用特點增加了網絡服務 質量控制管理(QoS)功能，用于處理當同時并發的視頻數據非常多時，確保重要的視頻數 據優先處理。4)本發明在高速通信模塊中增加了流媒體會話故障自動重聯機制，當前端視 頻采集設備發生故障時，高速通信模塊能夠記錄下此故障點，并在恢復后采取相應的措施， 恢復與此視頻采集設備的通信。


附圖1是基于嵌入式Linux裁剪系統的流媒體服務器的結構示意圖。附圖2是核心控制模塊與高速通信模塊的連接的部分原理圖附圖3是核心控制模塊與數據存儲模塊的連接的部分原理圖附圖4是數據存儲模塊中的靜態數據存儲單元部分原理圖。附圖5是數據存儲模塊中的配置信息存儲單元部分原理圖。附圖6高速通信模塊部分原理圖。附圖7是低速通信模塊部分原理圖。
具體實施例方式對照附圖1，其結構是包括核心控制模塊POWERPC、高速通信模塊、數據存儲模 塊、低速通信模塊、電源控制模塊，其中核心控制模塊POWERPC的第一輸出/輸入端與高 速通信模塊的輸入/輸出端對應相接，高速通信模塊通過Gigabit Media Independent Interface (千兆介質無關接口)連接至核心控制模塊的Enhanced Tree-Speed Ethernet Controller (增強三速率以太網控制器)上，高速通信模塊將千兆以太網數據轉換為4bit 并行數據發送給核心控制模塊，同時將核心控制模塊發送來的4bit并行數據轉換為千兆 以太網數據發送至網絡中，核心控制模塊POWERPC的第二輸出/輸入端與數據存儲模塊的 輸入/輸出端對應相接，數據存儲模塊的各個子單元分別通過對應的接口接至核心控制模 塊，視頻數據存儲子單元通過SATA數據線接至核心控制模塊的SATA控制器接口，通過SATA
4硬盤實現大容量數據的存儲，動態數據存儲子單元連接至核心控制模塊的DDR內存控制 器，實現動態數據存儲，靜態數據存儲子單元通過Local bus (本地總線)連接至核心控制 模塊的Enhanced Local bus controller (增強型本地總線控制器)，實現控制系統數據的 存儲，配置信息存儲子單元通過I2c總線連接至核心控制模塊的I2c控制器，實現上電配置信息存儲，核心控制模塊POWERPC的第三輸出/輸入端 與低速通信模塊的輸入/輸出端對應相接，低速通信模塊通過3線TTY電平與核心控制模 塊 dual universal asynchronousreceiver/transmitters (UART)相連接，實現系統信息監 視。電源控制模塊的電源輸出端與核心控制模塊POWERPC的電源輸出入端對應相接，電源 控制模塊向核心控制模塊提供3. 3v, 1. 8v, 1. Ov等工作電壓，電源控制模塊的電源輸出端 與高速通信模塊的電源輸出入端對應相接，電源控制模塊向高速通信模塊提供3. 3v, 1. 5v 工作電壓，電源控制模塊的電源輸出端與數據存儲模塊的電源輸出入端對應相接，電源控 制模塊向數據存儲模塊提供3. 3v, 1. 8v工作電壓，電源控制模塊的電源輸出端與低速通信 模塊的電源輸出入端對應相接，電源控制模塊向低速通信模塊提供3. 3v工作電壓。采用了 POWERPC的主控制模塊是整個系統的核心，為滿足對高速，多路視頻數據 流的實時處理，同時滿足大容量視頻數據存儲以及低速控制數據通信。要求系統的主控制 模塊有較高的工作頻率，多個高速以太網接口以及高速串行硬盤控制器。流媒體服務器系 統核心控制模塊使用了飛思卡爾公司的PowerQUICC II系列高性能通信處理器powerpc 8379，工作頻率高達666Mhz，同時擁有兩個G比特以太網通信控制器，以及4個SATA串行硬 盤控制器。對照附圖2，核心控制模塊由其“心臟”POWERPC以及其他外圍的時鐘，電源濾波等 輔助電路組成，其最重要的接口部分就是與高速通信模塊的接口。其中G1_RXD0 G1RXD3 為核心控制模塊到高速通信模塊千兆網控制器1的4bit并行數據接收信號線，G1_TXD0 G1TXD3為核心控制模塊到高速通信模塊千兆網控制器1的4bit并行數據發送信號線，同 理其中G2_RXD0 G2RXD3為核心控制模塊到高速通信模塊千兆網控制器2的4bit并行數 據接收信號線，G2_TXD0 G2TXD3為核心控制模塊到高速通信模塊千兆網控制器2的4bit 并行數據發送信號線。MDC與MDIO為GMII總線的時鐘線與數據線，核心控制模塊通過它們 控制高速通信模塊的千兆以太網控制器的收發。C0L，CRS，RX_ER等信號線則用來完成沖突 探測，載波偵聽，接收錯誤探測等任務。對照附圖3，核心控制模塊擁有4個SATA控制器(附圖3)，圖中S_RXP0，S_RXN0， S_TXP0, S_TXN0分別為SATA控制器0的收發的兩對差分信號線。同理SATAl 3控制器。 核心控制模塊通過這兩對數據線完成對SATA硬盤的視頻數據的存儲和讀取的工作。對照附圖4，數據存儲模塊包括了四個部分視頻數據存儲單元，動態數據存儲單 元，靜態數據存儲單元以及配置信息存儲單元。以滿足整個流媒體服務器系統中的存儲需 要。視頻數據存儲單元使用了希捷公司的7200轉大容量SATA接口硬盤，用于實時存儲大 量的視頻數據。動態數據存儲單元使了 4片海力士公司的k5ps516DDR2顆粒。用于操作系 統使用，以及處理視頻數據時使用。靜態數據存儲單元使用了 1片三星公司的K9F5608U0D。 該芯片為32M x8bit nand flash，用于存儲流媒體服務器系統的操作系統以及控制程序。對照附圖5，配置信息存儲單元使用了 1片ST公司的M24356。該芯片為一顆 256kbit的I2c總線的EEPR0M，用于存儲系統上電時的配置信息。
對照附圖6，高速通信模塊是流媒體服務器系統中除了核心控制模塊以外最重要 的部分。用于大容量實時視頻數據流的收取與轉發。高速通信模塊中包含一對G比特以太 網收發單元，使用了 Realtek公司的RTL8211。對照附圖7，低速通信模塊用于流媒體服務器系統運行過程中的系統信息的監視 以及提供控制信息的通信端口。低速通信模塊使用了 SIPEX的3232RS232芯片。電源控制模塊提供核心控制模塊，存儲模塊以及高速/低速通信模塊所需的一切 電源。主要包含了 220v交流到5V直流的AC/DC單元，以及5V到3. 3V，1. 8V等DC/DC單元。
權利要求
基于嵌入式Linux裁剪系統的流媒體服務器，其特征是包括核心控制模塊POWERPC、高速通信模塊、數據存儲模塊、低速通信模塊、電源控制模塊，其中核心控制模塊POWERPC的第一輸出/輸入端與高速通信模塊的輸入/輸出端對應相接，高速通信模塊通過千兆介質無關接口連接至核心控制模塊的增強三速率以太網控制器上，高速通信模塊將千兆以太網數據轉換為4bit并行數據發送給核心控制模塊，同時將核心控制模塊發送來的4bit并行數據轉換為千兆以太網數據發送至網絡中；核心控制模塊POWERPC的第二輸出/輸入端與數據存儲模塊的輸入/輸出端對應相接，數據存儲模塊的各個子單元分別通過對應的接口接至核心控制模塊，視頻數據存儲子單元通過SATA數據線接至核心控制模塊的SATA控制器接口，通過SATA硬盤實現大容量數據的存儲，動態數據存儲子單元連接至核心控制模塊的DDR內存控制器，實現動態數據存儲，靜態數據存儲子單元通過本地總線連接至核心控制模塊的增強型本地總線控制器，實現控制系統數據的存儲，配置信息存儲子單元通過I2c總線連接至核心控制模塊的I2c控制器，實現上電配置信息存儲；核心控制模塊POWERPC的第三輸出/輸入端與低速通信模塊的輸入/輸出端對應相接，低速通信模塊通過3線TTY電平與核心控制模塊相連接，實現系統信息監視；電源控制模塊的電源輸出端與核心控制模塊POWERPC的電源輸出入端對應相接，電源控制模塊向核心控制模塊提供3.3v，1.8v，1.0v工作電壓，電源控制模塊的電源輸出端與高速通信模塊的電源輸出入端對應相接，電源控制模塊向高速通信模塊提供3.3v，1.5v工作電壓，電源控制模塊的電源輸出端與數據存儲模塊的電源輸出入端對應相接，電源控制模塊向數據存儲模塊提供3.3v，1.8v工作電壓，電源控制模塊的電源輸出端與低速通信模塊的電源輸出入端對應相接，電源控制模塊向低速通信模塊提供3.3v工作電壓。
全文摘要
本發明是基于嵌入式Linux裁剪系統的流媒體服務器，包括核心控制模塊POWERPC、高速通信模塊、數據存儲模塊、低速通信模塊、電源控制模塊。優點本發明首次基于網絡處理器POWERPC在電力系統變電站遠程監控系統中實現了對音視頻流媒體的復制分發，POWERPC處理器在通信領域中交換機路由器產品中有著廣泛的應用。相對于使用X86平臺PC系統，Windows操作系統以及傳統的流媒體服務器來說，本發明成本低廉，在相同性能的情況下，本發明的成本低于PC系統的50％，功耗低于PC系統80％以上。穩定性高，屬嵌入式產品，本發明安全性高，使用裁剪linux內核技術，安全性較Windows系統大為提高。
文檔編號H04L29/06GK101895729SQ20101021764
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月6日 優先權日2010年7月6日
發明者付懷文, 劉智兵, 葉軍, 景文林, 王強, 費章君, 陳飛凌 申請人:南京南自信息技術有限公司