專利名稱：基于嵌入式Linux裁剪系統(tǒng)的流媒體服務(wù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種基于嵌入式Linux裁剪系統(tǒng)的流媒體服務(wù)器，適用電力系統(tǒng) 變電站遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用需求，屬網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
變電站網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)(亦稱“遙視系統(tǒng)”)初步解決了變電站“無人值守”后 的遠程監(jiān)視問題。通過在監(jiān)控中心架設(shè)流媒體服務(wù)器，實現(xiàn)多個變電站同時在線遠程視頻 監(jiān)控?；赬86PC架構(gòu)Windows操作系統(tǒng)的傳統(tǒng)流媒體服務(wù)系統(tǒng)在安全性、穩(wěn)定性、執(zhí)行效 率功耗方面均有所欠缺，在現(xiàn)代化的供電系統(tǒng)中，變電所管理的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和自動化是 電力發(fā)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(wǎng)現(xiàn)代化的必由 之路。國內(nèi)電力系統(tǒng)在建設(shè)以遙測、遙信、遙控、遙調(diào)-“四遙”技術(shù)為基礎(chǔ)的無人值守變電 站時，由于調(diào)度無法了解現(xiàn)場的環(huán)境情況，無法解決現(xiàn)場防火、防盜、防爆、防漬等問題，很 多按“無人值守”建設(shè)的變電站采用了“少人值守”模式運行。隨著計算機技術(shù)、多媒體技術(shù) 及通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，“四遙”的基礎(chǔ)上增加的第五遙_ “遙視”，對于實現(xiàn)變電站“無人值 守”具有十分重要的意義。變電站安防及環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要通過變電站網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng) (亦稱“遙視系統(tǒng)”)應(yīng)用體現(xiàn)，主要以視頻監(jiān)控為主的安全防范系統(tǒng)建設(shè)實施，達到對電力 運行設(shè)備、變電站環(huán)境的遠程監(jiān)視。變電站一般提供El (2. 048Mbps)、100M快速以太網(wǎng)等網(wǎng) 絡(luò)接口，在多路并發(fā)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控訪問時，為解決前端設(shè)備并發(fā)處理瓶頸和網(wǎng)絡(luò)帶寬瓶頸， 需要在監(jiān)控中心架設(shè)流媒體服務(wù)器，充分利用監(jiān)控中心交換機的背板帶寬和包轉(zhuǎn)發(fā)能力， 達到多個網(wǎng)絡(luò)客戶端并發(fā)訪問效果。在遙視系統(tǒng)中，目前運行于PC機上的流媒體轉(zhuǎn)發(fā)軟件 已實現(xiàn)了流媒體數(shù)據(jù)的接收和復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)功能，有效的解決了監(jiān)控系統(tǒng)中出現(xiàn)熱點訪問連接 時的有效帶寬不足以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)連接的問題。隨著流媒體轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)在實際項目中的應(yīng)用和 普及，流媒體轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性與可靠性要求日益突出，其是否能夠穩(wěn)定可靠的運 行將直接影響到整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)是否能夠正常運行。在PC服務(wù)器、Windows操作系統(tǒng)上 運行的Observer Star網(wǎng)絡(luò)流媒體服務(wù)軟件，能夠滿足小規(guī)模流媒體視頻監(jiān)控應(yīng)用需要，其 安全性、穩(wěn)定性與可靠性總體上可以適用于大部分小規(guī)模項目。由于Windows系統(tǒng)存在眾 所周知的安全性、穩(wěn)定性與可靠性問題，目前的流媒體服務(wù)器實現(xiàn)方案不能適應(yīng)大規(guī)模監(jiān) 控項目的應(yīng)用需求。另外，流媒體服務(wù)器的特長在于擁有高帶寬提供高速流媒體數(shù)據(jù)傳輸， 對主機其它硬件資源(如CPU、內(nèi)存和存儲等)使用相對較少，采用高性能的通用服務(wù)器作 為硬件平臺造成了資源閑置和浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的是基于嵌入式Linux裁剪系統(tǒng)的流媒體服務(wù)器，可有效解決直接從 前端設(shè)備獲取遇到的網(wǎng)絡(luò)帶寬不足，前端設(shè)備視頻流發(fā)送能力不足等問題?？蓮那岸嗽O(shè)備 數(shù)字視頻服務(wù)器或者網(wǎng)絡(luò)攝像機中獲取實時視頻流，并將其分發(fā)到任何一個申請視頻流的 客戶端中。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案其結(jié)構(gòu)是包括核心控制模塊POWERPC、高速通信模塊、數(shù) 據(jù)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(yīng)相接，核心控制模塊POWERPC的第二輸出/輸入端 與數(shù)據(jù)存儲模塊的輸入/輸出端對應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)相接，電源控制模塊的電源輸出端與數(shù)據(jù)存儲模塊的電源輸出入端對應(yīng)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(huán)境，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1)本發(fā)明首次在電力系統(tǒng)變電站遠程 監(jiān)控系統(tǒng)中的對視頻流的轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用中使用了通信領(lǐng)域中交換機路由器等產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛 的網(wǎng)絡(luò)處理器POWERPC。相對于使用PC機，windows操作系統(tǒng)以及流媒體服務(wù)軟件的傳統(tǒng) 的流媒體服務(wù)器來說，本發(fā)明成本低廉，在相同性能的情況下，本發(fā)明的成本低于PC機的 50%。本發(fā)明穩(wěn)定性高，屬嵌入式產(chǎn)品，硬件模塊均設(shè)計在同一塊PCB中，不存在PC機常有 的兼容性穩(wěn)定性問題。2)本發(fā)明安全性高，使用裁剪Iinux內(nèi)核技術(shù)，安全性較windows系 統(tǒng)大為提高。3)本發(fā)明在高速通信模塊中針對電力系統(tǒng)視頻監(jiān)控應(yīng)用特點增加了網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 質(zhì)量控制管理(QoS)功能，用于處理當(dāng)同時并發(fā)的視頻數(shù)據(jù)非常多時，確保重要的視頻數(shù) 據(jù)優(yōu)先處理。4)本發(fā)明在高速通信模塊中增加了流媒體會話故障自動重聯(lián)機制，當(dāng)前端視 頻采集設(shè)備發(fā)生故障時，高速通信模塊能夠記錄下此故障點，并在恢復(fù)后采取相應(yīng)的措施， 恢復(fù)與此視頻采集設(shè)備的通信。


附圖1是基于嵌入式Linux裁剪系統(tǒng)的流媒體服務(wù)器的結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)存儲模塊的連接的部分原理圖附圖4是數(shù)據(jù)存儲模塊中的靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲單元部分原理圖。附圖5是數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)是包括核心控制模塊POWERPC、高速通信模塊、數(shù)據(jù)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(yīng)相接，高速通信模塊通過Gigabit Media Independent Interface (千兆介質(zhì)無關(guān)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(wǎng)控制器)上，高速通信模塊將千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為4bit 并行數(shù)據(jù)發(fā)送給核心控制模塊，同時將核心控制模塊發(fā)送來的4bit并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為千兆 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)中，核心控制模塊POWERPC的第二輸出/輸入端與數(shù)據(jù)存儲模塊的 輸入/輸出端對應(yīng)相接，數(shù)據(jù)存儲模塊的各個子單元分別通過對應(yīng)的接口接至核心控制模 塊，視頻數(shù)據(jù)存儲子單元通過SATA數(shù)據(jù)線接至核心控制模塊的SATA控制器接口，通過SATA
4硬盤實現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的存儲，動態(tài)數(shù)據(jù)存儲子單元連接至核心控制模塊的DDR內(nèi)存控制 器，實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)存儲，靜態(tài)數(shù)據(jù)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(xiàn)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)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(xiàn)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(yīng)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(xiàn)系統(tǒng)信息監(jiān) 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(yīng)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(yīng)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(shù)據(jù)存儲模塊的電源輸出入端對應(yīng)相接，電源控 制模塊向數(shù)據(jù)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(yīng)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(tǒng)的核心，為滿足對高速，多路視頻數(shù)據(jù) 流的實時處理，同時滿足大容量視頻數(shù)據(jù)存儲以及低速控制數(shù)據(jù)通信。要求系統(tǒng)的主控制 模塊有較高的工作頻率，多個高速以太網(wǎng)接口以及高速串行硬盤控制器。流媒體服務(wù)器系 統(tǒng)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(wǎng)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(wǎng)控制器1的4bit并行數(shù)據(jù)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(wǎng)控制器1的4bit并行數(shù)據(jù)發(fā)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(wǎng)控制器2的4bit并行數(shù) 據(jù)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(wǎng)控制器2的4bit 并行數(shù)據(jù)發(fā)送信號線。MDC與MDIO為GMII總線的時鐘線與數(shù)據(jù)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(wǎng)控制器的收發(fā)。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(wù)。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(fā)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(shù)據(jù)線完成對SATA硬盤的視頻數(shù)據(jù)的存儲和讀取的工作。對照附圖4，數(shù)據(jù)存儲模塊包括了四個部分視頻數(shù)據(jù)存儲單元，動態(tài)數(shù)據(jù)存儲單 元，靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲單元以及配置信息存儲單元。以滿足整個流媒體服務(wù)器系統(tǒng)中的存儲需 要。視頻數(shù)據(jù)存儲單元使用了希捷公司的7200轉(zhuǎn)大容量SATA接口硬盤，用于實時存儲大 量的視頻數(shù)據(jù)。動態(tài)數(shù)據(jù)存儲單元使了 4片海力士公司的k5ps516DDR2顆粒。用于操作系 統(tǒng)使用，以及處理視頻數(shù)據(jù)時使用。靜態(tài)數(shù)據(jù)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(wù)器系統(tǒng)的操作系統(tǒng)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(tǒng)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(wù)器系統(tǒng)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(shù)據(jù)流的收取與轉(zhuǎn)發(fā)。高速通信模塊中包含一對G比特以太 網(wǎng)收發(fā)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(wù)器系統(tǒng)運行過程中的系統(tǒng)信息的監(jiān)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(quán)利要求
基于嵌入式Linux裁剪系統(tǒng)的流媒體服務(wù)器，其特征是包括核心控制模塊POWERPC、高速通信模塊、數(shù)據(jù)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(yīng)相接，高速通信模塊通過千兆介質(zhì)無關(guān)接口連接至核心控制模塊的增強三速率以太網(wǎng)控制器上，高速通信模塊將千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為4bit并行數(shù)據(jù)發(fā)送給核心控制模塊，同時將核心控制模塊發(fā)送來的4bit并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)中；核心控制模塊POWERPC的第二輸出/輸入端與數(shù)據(jù)存儲模塊的輸入/輸出端對應(yīng)相接，數(shù)據(jù)存儲模塊的各個子單元分別通過對應(yīng)的接口接至核心控制模塊，視頻數(shù)據(jù)存儲子單元通過SATA數(shù)據(jù)線接至核心控制模塊的SATA控制器接口，通過SATA硬盤實現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的存儲，動態(tài)數(shù)據(jù)存儲子單元連接至核心控制模塊的DDR內(nèi)存控制器，實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)存儲，靜態(tài)數(shù)據(jù)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(xiàn)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)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(xiàn)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(yīng)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(xiàn)系統(tǒng)信息監(jiān)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(yīng)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(yīng)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(shù)據(jù)存儲模塊的電源輸出入端對應(yīng)相接，電源控制模塊向數(shù)據(jù)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(yīng)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(fā)明是基于嵌入式Linux裁剪系統(tǒng)的流媒體服務(wù)器，包括核心控制模塊POWERPC、高速通信模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、低速通信模塊、電源控制模塊。優(yōu)點本發(fā)明首次基于網(wǎng)絡(luò)處理器POWERPC在電力系統(tǒng)變電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)中實現(xiàn)了對音視頻流媒體的復(fù)制分發(fā)，POWERPC處理器在通信領(lǐng)域中交換機路由器產(chǎn)品中有著廣泛的應(yīng)用。相對于使用X86平臺PC系統(tǒng)，Windows操作系統(tǒng)以及傳統(tǒng)的流媒體服務(wù)器來說，本發(fā)明成本低廉，在相同性能的情況下，本發(fā)明的成本低于PC系統(tǒng)的50％，功耗低于PC系統(tǒng)80％以上。穩(wěn)定性高，屬嵌入式產(chǎn)品，本發(fā)明安全性高，使用裁剪linux內(nèi)核技術(shù)，安全性較Windows系統(tǒng)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(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)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(shù)有限公司