基于NIOS II的video over ip設計

0 引言

本文介紹的設計方案基于Altera 公司的NiosII IP 核(知識產權功能模塊)， 實現(xiàn)了MPEG2-TS 格式數(shù)據(jù)和基于以太網(wǎng)的IP 網(wǎng)絡的橋接?？梢酝ㄟ^多個輸入端口接收TS 格式的數(shù)據(jù)并打包進行以太網(wǎng)傳輸。使用的是工業(yè)標準的用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP)/IP 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)格式打包，并帶有可選的實時傳輸協(xié)議(RTP)格式打包作為可選選項。所支持的網(wǎng)絡設備硬件包括100Mbps(全雙工)模式和1Gbps 以太網(wǎng)連接并且可以處理多達256 個獨立的數(shù)據(jù)流。通過硬件打包的方式，可以實現(xiàn)千兆以太網(wǎng)性能的低延遲傳輸?shù)木€路速率。

1 相關網(wǎng)絡協(xié)議及工作原理

按照連接方式， 網(wǎng)絡協(xié)議可以分為面向連接和無面向連接兩大類，分別以傳輸控制協(xié)議(TCP)和用戶數(shù)據(jù)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 通過三次握手建立連接之后才可以進行數(shù)據(jù)傳遞。整個過程是一個主從應答方式。如果超過一定時間一方無響應，那么這個連接就會失效，被服務器斷開。這種協(xié)議有這可靠的連接驗證機制，適合做客戶機-服務器之間的對話操作，比如webserver，對網(wǎng)絡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(shù)據(jù)的一方對著某個目標地址無腦發(fā)數(shù)據(jù)，只要一開始尋找到目標網(wǎng)段中存在這個目標網(wǎng)絡設備，那么數(shù)據(jù)發(fā)送就會開始。其間不會在意目標地址是否真正接收到了所發(fā)送出的數(shù)據(jù)。因此此類協(xié)議適合做實時的大碼率的信號傳送，對網(wǎng)絡延遲延遲無要求，數(shù)據(jù)源和目的設備之間的通信隨時可以斷開，也可以隨時恢復。

2 MPEG2-TS 數(shù)據(jù)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。它是分包發(fā)送的，每一個包長為188 字節(jié)。包的結構為，包頭為4 個字節(jié)，負載為184 個字節(jié)。在TS 流里可以填入很多類型的數(shù)據(jù)，如視頻、音頻、自定義信息等。MPEG2-TS 主要應用于實時傳送的節(jié)目，比如實時廣播的電視節(jié)目。MPEG2-TS 格式的特點就是要求從視頻流的任一片段開始都是可以獨立解碼的。簡單地說， 將DVD 上的VOB 文件的前面一截cut 掉（或者是數(shù)據(jù)損壞數(shù)據(jù)）就會導致整個文件無法解碼，而電視節(jié)目是任何時候打開電視機都能解碼收看的。TS 是一個非常常見的實時數(shù)字信號傳輸方式。TS 流的數(shù)據(jù)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、類型字段、長度字段、數(shù)據(jù)字段、校驗序列字段。其中有幾個特性非常重要：
（1）類型字段規(guī)定了該網(wǎng)絡幀所用到的網(wǎng)絡協(xié)議，擁有固定的標志位可以作為特征對比的依據(jù)，也可以修改這個標志位，人為地重新指定所用的網(wǎng)絡協(xié)議。（2）一個網(wǎng)絡幀只使用一個網(wǎng)絡協(xié)議。（3）TS 流數(shù)據(jù)也有著特有的標志位，可以用來數(shù)據(jù)識別。