视频编码装置、车载视频播放系统及环网运行方法
【专利摘要】本发明涉及视频编码装置、及与其相关的环网、车载视频播放系统、环网运行方法。所述视频编码装置包括具有视频编码功能的视频编码模块、具有交换机功能的数据交换模块。所述车载视频系统利用所述视频编码装置进行环网组网。本发明的技术效果包括：增加视频播放系统的冗余备份功能，实现网络中某一链路出现故障时，环网可以快速恢复，使视频仍能正常通信，提高了视频传输的可靠性。
【专利说明】视频编码装置、车载视频播放系统及环网运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用一种支持环网的视频编码装置建立地铁高可靠性的视频传输系统，通过引入视频网络监测功能，可以使视频网络传输得到备份保障。
【背景技术】
[0002]目前，我国城市轨道交通快速发展，有效地缓解了城市交通压力。乘客信息系统(PIS)是地铁中的一个新兴系统，Pis是依托多媒体技术、视频编码、传输技术和网络技术等。车载视频系统已经成为Pis系统的重要组成部分，可以给车上乘客提供车辆实时状态信息、安全提示信息、站点提示信息、新闻娱乐信息等，对于车上乘客安全、有序、愉快乘车具有重大作用。
[0003]轨道列车上有各种控制信号、状态信号需要传输，因此，在保障传输效果的前提下提高信号传输的稳定性具有非常重要的意义。
[0004]目前车载视频系统传输方法采用数字信号传输法，数字信号传输又分为集中传输、分布式传输。集中传输是从编码器分别向各个解码器独立传输数字信号，分布式传输是把编码器数字信号通过解码器逐个向前传递，直到最后一个解码器接收到数字信号。这两种传输方法的共同缺点是，当网络中发生链路故障时，该链路上的视频通信就会中断，不可恢复，这样会给乘客带来极大的不便。
【发明内容】
[0005]本发明针对上述【背景技术】中存在的技术问题，提出了一种支持环网的视频编码装置及相应的环网、车载视频播放系统及环网运行方法。
[0006]本发明解决的技术问题包括:在地铁的视频播放系统中采用环网方式进行组网，增加视频播放系统的冗余备份功能，实现网络中某一链路出现故障时，环网可以快速恢复，使视频仍能正常通信。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:
[0008]一种支持环网的视频编码装置，该装置包括具有视频编码功能的视频编码模块、具有交换机功能的数据交换模块；所述视频编码模块包括VGA接口和音频接口、视频编码器芯片、网络接口，所述视频编码模块通过VGA接口和音频接口接收视频和音频数据信号，所述视频编码器芯片负责对接收到的音视频进行压缩编码；所述数据交换模块包括CPU和交换芯片，所述数据交换模块通过与视频编码模块相连的网络接口接收压缩编码后的视频和音频数据，并由交换芯片直接将这些数据进行转发；所述数据交换模块可发送和接收环网健康检测报文，检测链路的健康状态，其CPU部分控制环网协议的稳定运行。
[0009]一种环网，所述环网中包括一个主节点和至少一个传输节点，该环网的主节点是上述支持环网的视频编码装置，所述主节点是一个环路中特别指定的唯一节点，负责环健康状态检测；所述传输节点是环网中除了主节点以外的其他节点，负责接收并转发上一个节点发送的视频和音频数据、转发主节点发出的健康检测报文。
[0010]其中，所述支持环网的视频编码装置可以运行环网协议；所述传输节点装置是视频解码器，传输节点上不运行环网协议。
[0011]所述主节点有两个端口接入环网网络，分别为第一端口和第二端口 ；所述主节点的两个端口，在环网正常时，默认第一端口处于Forward状态、第二端口处于Block状态；处于Forward状态的第一端口发送健康检测报文、视频和音频数据,处于Block状态的第二端口只接收健康检测报文，第二端口处于逻辑断开的状态，阻塞非环网控制报文的传输，使视频和音频数据在网络中不能形成环，避免环网中风暴的发生。
[0012]所述主节点在发送和接收环网健康检测报文时用到两个定时器，包括hello定时器和failed定时器；所述hello定时器是定义主节点第一端口发送健康检测报文的时间间隔的定时器；所述failed定时器是定义主节点第二端口接收健康检测报文的超时时间的定时器。
[0013]所述环健康检测报文是本环网中唯一的环网控制报文，该报文在报文格式上采用IEEE802.1d的标准报文格式。
[0014]一种车载视频播放系统，利用上述支持环网的视频编码装置，组建成上述环网。
[0015]一种上述车载播放系统中的视频编码装置，具有数据交换模块，所述数据交换模块具有CPU和交换芯片。
[0016]一种上述车载视频播放系统的环网运行方法，其包括如下步骤:
[0017](I)开启环网任务，读取环网初始化的配置信息，包括:环网使能、环网节点角色、环网端口角色、hello定时器时间、failed定时器时间等；
[0018](2)支持环网的视频编码装置运行环网协议:
[0019]环网任务启动完成后，环网启动端口状态扫描的任务，支持环网的视频编码装置的CPU在每1ms内轮询一次环网内端口的连接状态；支持环网的视频编码装置的两个端口的环网状态最开始都处于Block状态，当端口的连接状态由LINK_D0WN转换为LINK_UP时，端口的环网状态就会由Block状态转换为Forward状态；当环网内两个端口都为LINK_UP状态时，系统会启动hello定时器timerO，每隔一段时间发送环健康检测报文，并启动failed定时器timerl，判断接收环健康检测报文是否超时；当有一个端口为LINK_D0WN时，系统就会同时关闭hello定时器和failed定时器；
[0020]系统根据环网的状态发送两种环健康检测报文并且报文都是从Forward状态的端口发送出去；当环网处于health状态时，系统从环网的第一端口发送环健康hello报文，当环网处于failed状态时，系统从环网的两个端口同时发送环失效hello报文；如果系统在failed定时器timerl时间内收到自己发出的健康hello报文,说明环网处于健康状态，重启failed定时器,检测下一次接收报文的情况；如果系统在failed定时器时间内收到自己发出的失效hello报文，说明环网链路故障解除，恢复到健康状态，此时将环状态转为健康状态，阻塞第二端口，清空两个端口的MAC地址表，主节点开始发送环健康hello报文，并且重启failed定时器，检测下一次接收报文的情况；如果接收环健康检测报文超时，说明环网链路出现故障，将环网状态切换为失效状态；
[0021]环网链路故障和链路恢复时，系统对环网内与主节点直连的链路和非直连链路是分开处理的，对于直连链路，系统通过端口状态扫描任务扫描端口的LINK_D0WN和LINK_UP状态快速的检测链路状态；对于非直连链路，系统根据接收环健康检测报文是否超时，判断环网的链路状态；
[0022]当环网链路发生故障时，如果发生故障的链路是主节点的直连链路，系统会将环网状态置为failed,将主节点的相关端口置为Block状态,清空环网端口的mac地址,并关闭hello定时器和failed定时器；如果是非直连链路，系统接收环健康检测报文超时，将环网状态切换为failed状态,并将第二端口置为Forward状态；
[0023]当环网链路恢复正常时，如果链路是主节点的直连链路，系统会将主节点的相关端口置为Forward状态，清空mac地址，若此时两个端口都为LINK_UP，系统重启hello定时器和failed定时器；如果是非直连链路，系统会在failed定时器时间内接收到环健康检测报文，并将环网状态切换为health状态。
[0024]其中，配置failed定时器的时间大于或等于hello定时器时间的3倍。
[0026]本发明的有益效果是，增加了车载视频播放系统的冗余备份功能，提高了视频播放系统的稳定性和可靠性。
[0027]车载视频播放系统使用一个连续的环将支持环网的视频编码装置与所有的视频解码器连接在一起，它能够保证支持环网的视频编码装置发送的视频和音频数据能够到达所有的视频解码器。当环网网络出现线缆连接中断的情况时，支持环网的视频编码装置在failed定时器时间内收不到环健康监测报文，就会确认链路故障，支持环网的视频编码装置激活其后备端口，使网络通信恢复正常运行，确保视频正常播放。
[0029]
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是车载视频播放系统环网链路正常时拓扑图及数据走向示意。
[0031]图2是车载视频播放系统环网链路故障时拓扑图及数据走向示意。
[0032]图3是本发明的硬件结构图。
[0033]图4是环网协议的主体结构。
[0034]图5是环网主节点流程。
[0035]图6是环网链路路障和链路恢复时主节点的流程。
[0037]
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图对本发明【具体实施方式】进行描述，但是本发明不限于此。本发明包括在说明书中描述的各种方案以及由本说明书中提到的各种措施的合理组合。
[0039]支持环网的视频编码装置结构如图3所示，包括视频编码模块、数据交换模块。支持环网的视频编码装置在硬件上是视频编码器与交换机的集合，视频编码器即为视频编码模块，交换机即为数据交换模块，视频编码模块和数据交换模块在硬件上是通过网络接口进行连接，视频编码模块通过网络接口将视频和音频数据传送给数据交换模块。
[0040]视频编码模块包括VGA接口和音频接口、视频编码器芯片、网络接口。视频编码模块通过VGA接口和音频接口接收视频和音频信号；视频编码器芯片负责对接收到视频和音频信号进行压缩编码；视频编码模块的网络接口与数据交换模块的网络接口连接，视频编码模块通过该网络接口将压缩编码后的视频和音频数据发送给数据交换模块。所述视频编码模块，不需要软件的支持，完全通过硬件完成以上的功能。
[0041]数据交换模块包括CPU和交换芯片。数据交换模块通过与视频编码模块相连的网络接口接收压缩编码后的视频和音频数据，交换芯片直接将这些数据进行转发，不需要上送CPU进行处理；CPU部分控制环网协议的运行，通过发送和接收环健康检测报文检测链路的健康状态。
[0042]如图1所示，一种环形网络的车载视频播放系统，该系统包括支持环网的视频编码装置、视频解码器、显示器。该车载视频播放系统，利用支持环网的视频编码装置，通过级联的方式与视频解码器进行环网的组网。在该车载视频播放系统中，视频和音频数据的传输方式是:支持环网的视频编码装置通过VGA接口和音频接口接收视频和音频数据，并对接收到的视频和音频数据进行压缩编码；支持环网的视频编码装置通过接入环网的网络接口将压缩编码后的视频和音频数据发送到环形网络中，每一个视频解码器接收到视频和音频数据后再向下一个视频解码器转发，直到最后一个视频解码器收到压缩编码后的视频和音频数据；每一个视频解码器在接收到压缩编码后的视频和音频数据后，将数据进行解码后传送给与其连接的显示器显示。
[0043]如图1所示，车载视频播放系统环网链路正常时，支持环网的视频编码装置的第一端口处于Forward状态,第二端口处于Block状态。视频和音频数据通过主链路进行传输，而由于备份链路处于逻辑断开的状态，阻止了非环网控制报文的传输，这样就避免了环网中业务流的回环传输而引发风暴的问题。
[0044]支持环网的视频编码装置通过第一端口定时发送环健康检测报文，环健康检测报文到达视频解码器时，由于视频解码器不运行环网协议并且只识别视频数据，环健康检测报文被当做未知报文处理，被广播出去，通过环网中视频解码器的广播，环健康检测报文最终被传送到支持环网的视频编码装置的第二端口。如果第二端口在规定的时间内收到环健康检测报文，说明环形网络链路正常。
[0045]如图2所示，车载视频播放系统环网的主链路的某处出现故障时，支持环网的视频编码装置的第二端口在规定的时间内不能收到第一端口发送的环健康检测报文，这时支持环网的编码装置就认为环网链路出现故障，就会把第二端口置为Forward状态，启用备份链路。这时，视频和音频数据同时从支持环网的视频编码装置的两个端口发送，并到达每个视频解码器，这样就能保证网络中的通信正常。当链路中的故障解除后，环网又会恢复到图1所示的状态。
[0046]本发明环网协议的相关术语如下:
[0047]主节点(Master):在一个环路中特别指定的唯一节点，负责环健康状态检测，在车载视频系统中指的是支持环网的视频编码装置。
[0048]传输节点(Transit):环网中除主节点以外的节点，负责转发主节点发出的健康检测报文，在本视频车载系统中指的是视频解码器。
[0049]第一端口(First Port):工作端口，在环网正常时负责数据传输。
[0050]第二端口(Second Port):备份端口，当第一端口出现网络故障时,将启用本端口进行数据传输。
[0051]健康检测报文(Hello Message):主节点定时不断向环网发送,用以检测环路健康状态。在本发明的环网中，只有这一种控制报文，该报文在报文格式上采用IEEE802.1d的标准报文格式。
[0052]Hello定时器(TimerO):定义主节点第一端口发送健康检测报文的时间间隔的定时器。
[0053]Failed定时器(TimerI):定义主节点第二端口接收健康检测报文的超时时间的定时器。
[0054]本发明环网的工作流程如下:
[0055]如图4所示，首先开启环网任务，读取环网初始化的配置信息，包括:环网使能、环网节点角色、环网端口角色、hello定时器时间、failed定时器时间等。优选的，配置failed定时器的时间要大于或等于hello定时器时间的3倍。在本环网中，只有主节点运行环网协议，传输节点不运行环网协议，所以本环网只在主节点运行环网的主节点流程，不执行传输节点流程。
[0056]支持环网的视频编码装置运行环网协议并且是主节点，所以运行主节点流程，如图5所示。环网任务启动完成后，环网会启动端口状态扫描的任务，支持环网的视频编码装置的CPU会在每1ms内轮询一次环网内端口的连接状态。支持环网的视频编码装置的两个端口的环网状态最开始都处于Block状态，当端口的连接状态由LINK_D0WN转换为LINK_UP时，端口的环网状态就会由Block状态转换为Forward状态。当环网内两个端口都为LINK_UP状态时，系统会启动hello定时器timerO，每隔一段时间发送环健康检测报文，并启动failed定时器timerl，判断接收环健康检测报文是否超时。当有一个端口为LINK_D0WN时，系统就会同时关闭hello定时器和failed定时器。
[0057]系统根据环网的状态发送两种环健康检测报文并且报文都是从Forward状态的端口发送出去，当环网处于health状态时，系统从环网的第一端口发送环健康hello报文，当环网处于failed状态时，系统从环网的两个端口同时发送环失效hello报文。如果系统在failed定时器timerl时间内收到自己发出的健康hello报文,说明环网处于健康状态，重启failed定时器，检测下一次接收报文的情况。如果系统在failed定时器时间内收到自己发出的失效hello报文，说明环网链路故障解除，恢复到健康状态，此时将环状态转为健康状态，阻塞第二端口，清空两个端口的MAC地址表，主节点开始发送环健康hello报文，并且重启failed定时器，检测下一次接收报文的情况。如果接收环健康检测报文超时，说明环网链路出现故障，将环网状态切换为失效状态。
[0058]如图6所示，是环网链路故障和链路恢复时，主节点的处理流程。系统对环网内与主节点直连的链路和非直连链路是分开处理的，对于直连链路，系统通过端口状态扫描任务扫描端口的LINK_D0WN和LINK_UP状态快速的检测链路状态；对于非直连链路，系统根据接收环健康检测报文是否超时，判断环网的链路状态。
[0059]当环网链路发生故障时，如果发生故障的链路是主节点的直连链路，系统会将环网状态置为failed,将主节点的相关端口置为Block状态,清空环网端口的mac地址,并关闭hello定时器和failed定时器。如果是非直连链路，系统接收环健康检测报文超时，将环网状态切换为failed状态,并将第二端口置为Forward状态。
[0060]当环网链路恢复正常时，如果链路是主节点的直连链路，系统会将主节点的相关端口置为Forward状态，清空mac地址，若此时两个端口都为LINK_UP，系统重启hello定时器和failed定时器。如果是非直连链路，系统会在failed定时器时间内接收到环健康检测报文，并将环网状态切换为health状态。
[0061]以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明；对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
【权利要求】
1.一种支持环网的视频编码装置，该装置包括具有视频编码功能的视频编码模块、具有交换机功能的数据交换模块；所述视频编码模块包括VGA接口和音频接口、视频编码器芯片、网络接口，所述视频编码模块通过VGA接口和音频接口接收视频和音频数据信号，所述视频编码器芯片负责对接收到的音视频进行压缩编码；所述数据交换模块包括CPU和交换芯片，所述数据交换模块通过与视频编码模块相连的网络接口接收压缩编码后的视频和音频数据，并由交换芯片直接将这些数据进行转发；所述数据交换模块可发送和接收环网健康检测报文，检测链路的健康状态，其CPU部分控制环网协议的稳定运行。
2.—种环网，所述环网中包括一个主节点和至少一个传输节点，该环网的主节点是权利要求I所述的支持环网的视频编码装置，所述主节点是一个环路中特别指定的唯一节点，负责环健康状态检测；所述传输节点是环网中除了主节点以外的其他节点，负责接收并转发上一个节点发送的视频和音频数据、转发主节点发出的健康检测报文。
3.根据权利要求2所述的环网，其特征在于，所述支持环网的视频编码装置可以运行环网协议；所述传输节点装置是视频解码器，传输节点上不运行环网协议。
4.根据权利要求2或3所述的环网，其特征在于，所述主节点有两个端口接入环网网络，分别为第一端口和第二端口 ；所述主节点的两个端口，在环网正常时，默认第一端口处于Forward状态、第二端口处于Block状态；处于Forward状态的第一端口发送健康检测报文、视频和音频数据，处于Block状态的第二端口只接收健康检测报文，第二端口处于逻辑断开的状态，阻塞非环网控制报文的传输，使视频和音频数据在网络中不能形成环，避免环网中风暴的发生。
5.根据权利要求4所述的环网，其特征在于，所述主节点在发送和接收环网健康检测报文时用到两个定时器，包括hello定时器和failed定时器；所述hello定时器是定义主节点第一端口发送健康检测报文的时间间隔的定时器；所述failed定时器是定义主节点第二端口接收健康检测报文的超时时间的定时器。
6.根据权利要求5所述的环网，其特征在于，所述环健康检测报文是本环网中唯一的环网控制报文，该报文在报文格式上采用IEEE802.1d的标准报文格式。
7.一种车载视频播放系统，其特征在于，利用权利要求1所述的支持环网的视频编码装置，组建成根据权利要求2-6中任一所述的环网。
8.一种根据权利要求7所述的车载播放系统中的视频编码装置，具有数据交换模块，所述数据交换模块具有CPU和交换芯片。
9.一种根据权利要求7所述的车载视频播放系统的环网运行方法，其包括如下步骤: (1)开启环网任务，读取环网初始化的配置信息，包括:环网使能、环网节点角色、环网端口角色、hello定时器时间、failed定时器时间等； (2)支持环网的视频编码装置运行环网协议: 环网任务启动完成后，环网启动端口状态扫描的任务，支持环网的视频编码装置的CPU在每1ms内轮询一次环网内端口的连接状态；支持环网的视频编码装置的两个端口的环网状态最开始都处于Block状态，当端口的连接状态由LINK_D0WN转换为LINK_UP时，端口的环网状态就会由Block状态转换为Forward状态；当环网内两个端口都为LINKJJP状态时，系统会启动hello定时器timerO,每隔一段时间发送环健康检测报文,并启动failed定时器timerl，判断接收环健康检测报文是否超时；当有一个端口为LINK_D0WN时，系统就会同时关闭hello定时器和failed定时器； 系统根据环网的状态发送两种环健康检测报文并且报文都是从Forward状态的端口发送出去；当环网处于health状态时，系统从环网的第一端口发送环健康hello报文，当环网处于failed状态时，系统从环网的两个端口同时发送环失效hello报文；如果系统在failed定时器timerl时间内收到自己发出的健康hello报文,说明环网处于健康状态,重启failed定时器,检测下一次接收报文的情况；如果系统在failed定时器时间内收到自己发出的失效hello报文，说明环网链路故障解除，恢复到健康状态，此时将环状态转为健康状态，阻塞第二端口，清空两个端口的MAC地址表，主节点开始发送环健康hello报文，并且重启failed定时器，检测下一次接收报文的情况；如果接收环健康检测报文超时，说明环网链路出现故障，将环网状态切换为失效状态； 环网链路故障和链路恢复时，系统对环网内与主节点直连的链路和非直连链路是分开处理的，对于直连链路，系统通过端口状态扫描任务扫描端口的LINK_D0WN和LINK_UP状态快速的检测链路状态；对于非直连链路，系统根据接收环健康检测报文是否超时，判断环网的链路状态； 当环网链路发生故障时，如果发生故障的链路是主节点的直连链路，系统会将环网状态置为failed,将主节点的相关端口置为Block状态,清空环网端口的mac地址，并关闭hello定时器和failed定时器；如果是非直连链路，系统接收环健康检测报文超时，将环网状态切换为failed状态,并将第二端口置为Forward状态； 当环网链路恢复正常时，如果链路是主节点的直连链路，系统会将主节点的相关端口置为Forward状态，清空mac地址，若此时两个端口都为LINK_UP，系统重启hello定时器和failed定时器；如果是非直连链路，系统会在failed定时器时间内接收到环健康检测报文，并将环网状态切换为health状态。
10.根据权利要求9所述的环网运行方法，其特征在于: 配置failed定时器的时间大于或等于hello定时器时间的3倍。
【文档编号】H04N21/4405GK104427385SQ201310367164
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年8月22日 优先权日:2013年8月22日
【发明者】于海涛, 杨国文 申请人:北京卓越信通电子股份有限公司