基于NIOS II的video over ip設計

0 引言

本文介紹的設計方案基于A(yíng)ltera 公司的NiosII IP 核(知識產(chǎn)權功能模塊)， 實(shí)現了MPEG2-TS 格式數據和基于以太網(wǎng)的IP 網(wǎng)絡(luò )的橋接?？梢酝ㄟ^(guò)多個(gè)輸入端口接收TS 格式的數據并打包進(jìn)行以太網(wǎng)傳輸。使用的是工業(yè)標準的用戶(hù)數據報協(xié)議(UDP)/IP 網(wǎng)絡(luò )數據格式打包，并帶有可選的實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議(RTP)格式打包作為可選選項。所支持的網(wǎng)絡(luò )設備硬件包括100Mbps(全雙工)模式和1Gbps 以太網(wǎng)連接并且可以處理多達256 個(gè)獨立的數據流。通過(guò)硬件打包的方式，可以實(shí)現千兆以太網(wǎng)性能的低延遲傳輸的線(xiàn)路速率。

1 相關(guān)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議及工作原理

按照連接方式， 網(wǎng)絡(luò )協(xié)議可以分為面向連接和無(wú)面向連接兩大類(lèi)，分別以傳輸控制協(xié)議(TCP)和用戶(hù)數據報協(xié)議(UDP) 為代表，而webserver 所使用的HTTP 協(xié)議就是以TCP 協(xié)議為基礎的。TCP 通過(guò)三次握手建立連接之后才可以進(jìn)行數據傳遞。整個(gè)過(guò)程是一個(gè)主從應答方式。如果超過(guò)一定時(shí)間一方無(wú)響應，那么這個(gè)連接就會(huì )失效，被服務(wù)器斷開(kāi)。這種協(xié)議有這可靠的連接驗證機制，適合做客戶(hù)機-服務(wù)器之間的對話(huà)操作，比如webserver，對網(wǎng)絡(luò )延遲要求嚴格程度較高。相對應的UDP 協(xié)議常常是發(fā)送數據的一方對著(zhù)某個(gè)目標地址無(wú)腦發(fā)數據，只要一開(kāi)始尋找到目標網(wǎng)段中存在這個(gè)目標網(wǎng)絡(luò )設備，那么數據發(fā)送就會(huì )開(kāi)始。其間不會(huì )在意目標地址是否真正接收到了所發(fā)送出的數據。因此此類(lèi)協(xié)議適合做實(shí)時(shí)的大碼率的信號傳送，對網(wǎng)絡(luò )延遲延遲無(wú)要求，數據源和目的設備之間的通信隨時(shí)可以斷開(kāi)，也可以隨時(shí)恢復。

2 MPEG2-TS 數據在以太網(wǎng)中的傳輸

2.1 MPEG2-TS 結構介紹

圖1 頻率合成器的硬件原理圖

MPEG2-TS,TS 即Transport Stream的縮寫(xiě)。它是分包發(fā)送的，每一個(gè)包長(cháng)為188 字節。包的結構為，包頭為4 個(gè)字節，負載為184 個(gè)字節。在TS 流里可以填入很多類(lèi)型的數據，如視頻、音頻、自定義信息等。MPEG2-TS 主要應用于實(shí)時(shí)傳送的節目，比如實(shí)時(shí)廣播的電視節目。MPEG2-TS 格式的特點(diǎn)就是要求從視頻流的任一片段開(kāi)始都是可以獨立解碼的。簡(jiǎn)單地說(shuō)， 將DVD 上的VOB 文件的前面一截cut 掉（或者是數據損壞數據）就會(huì )導致整個(gè)文件無(wú)法解碼，而電視節目是任何時(shí)候打開(kāi)電視機都能解碼收看的。TS 是一個(gè)非常常見(jiàn)的實(shí)時(shí)數字信號傳輸方式。TS 流的數據格式如圖1 所示。

2.2 以太網(wǎng)幀結構

以太網(wǎng)幀結構有好幾種類(lèi)型，比較典型的由以下各部分組成：前序字段、幀起始定界符字段、目的地址字段、源地址字段、類(lèi)型字段、長(cháng)度字段、數據字段、校驗序列字段。其中有幾個(gè)特性非常重要：
（1）類(lèi)型字段規定了該網(wǎng)絡(luò )幀所用到的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，擁有固定的標志位可以作為特征對比的依據，也可以修改這個(gè)標志位，人為地重新指定所用的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議。（2）一個(gè)網(wǎng)絡(luò )幀只使用一個(gè)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議。（3）TS 流數據也有著(zhù)特有的標志位，可以用來(lái)數據識別。