专利名称：基于e1接口的视频数据传输系统及方法
技术领域：
本发明涉及数据传输技术，具体的说，特别是涉及一种基于E1接口的视频数据传输系统及方法。
背景技术：
目前，在传输技术中，特别是在铁路系统的应用中，通常用一条E1线路传输压缩的音视频数据，所述E1线是连接E1接口(又称2M口)的线路。所述E1线与路由器或者网桥连接，即将E1的广域网传输转换成纯粹的IP网络，所述音视频数据的传输是通过路由器或者网桥来实现的，这样音视频编码器和解码器就都能够处于IP网络中，方便数据的传送。但是，所述纯IP网络的组网技术是将终端混合的音视频数据通过路由器或网桥同时进行发送，而在传输过程中，由于路由器或网桥受转发速率的限制，当转发速率不高的情况下，路由器就会带来较大的传输时延，从而影响数据、图像的传输时延。其具体情况请参考图1。
所述图1为现有技术中基于E1接口的环形网络拓扑结构示意图，其中，所述环行网络拓扑结构包括核心设备；双V35接口的路由器，与核心设备相连，用于完成V35接口向网络转换的路由工作；接口转换器，与双V35接口的路由器相连，用于完成E1接口和V35接口的转换。从图中可知，在环行网络中的每个节点中，有两个接口转换器和一个V35接口的路由器，也就是说，如果要把一个节点的图像数据传递给中心，必须要经过多级接口转换器和路由器的转发。而数据只能是从一个节点到另一个节点逐级的转发。如果此时环行网络中的某个节点断开，环网有自愈功能，在断开的那个节点的数据就需要穿越所有的路由器，才能将图像数据传送到中心。在图像数据进行逐级的转发过程中，每转发一级，图像的延时就会变大，当该图像数据转发到中心时，图像的延迟就会变得很大，即最大时延将会在5秒以上。此外，所述各节点之间数据的转发还依赖于路由器的转发速度，而路由器的转发速度又是不可控的，受路由器的CPU速度、网络拥塞程度、广播风暴和病毒等影响，一旦网络出现拥塞，传输时延增大，图像质量严重下降，这已明显影响人的视觉，从而达到无法让人忍受的程度。
由上述方案可知，现有技术中纯IP组网技术的缺点就是1)由于图像和声音的传输延时取决于传输网络中路由器或者网桥的转发效率，如果网桥或者路由器的转发效率不高，则将会增大传输时延，从而影响图像数据的传输质量；2)如果想得到比较好的图像质量，就得购买转发速度较快的路由器或者网桥，这将会增加设备成本费用；3)纯IP组网技术明显不适合通过E1线传输的环行网络，在图像和声音数据转发的过程中，每转发一级，图像和声音的延时就会变大，随着传输时延的逐渐变大，将会严重影响人的视觉感受度。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种基于E1接口的视频数据传输系统及方法，本发明采用时隙复用和交叉连接的通信技术，以解决由于网络传输时延的增大而导致传输的图像质量下降的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种基于E1接口的视频数据传输系统，至少包括数据信号采集单元、E1传输信号线、数据信号监控单元、E1/IP转换器、主控制器、多功能数据复用器和数据交叉连接设备，其中，所述多功能数据复用器，与E1传输信号线连接，用于将多路接口的数据复接到E1接口上；所述E1/IP转换器，与多功能数据复用器相连，用于完成IP数据和并口数据的转换；所述主控制器，与多功能数据复用器相连，用于实现对整个站点的控制，以及后台设备的双向通信；所述数据交叉连接设备，分别于E1传输信号线、数据信号监控单元相连，用于实现多个E1电路相互间时隙的无限阻塞的全透明交叉连接。
所述多功能数据复用器至少包括系统控制单元，由主控制器控制各数据接口的开关状态和时隙占用；时序处理电路，与系统控制单元相连，由输入的时钟和帧同步信号运算得到各数据接口所占用的时隙信息和相应的时钟，受系统控制单元控制；数据接收电路，在时序处理电路的控制下，将PCM数据中相应时隙的内容串并转换后缓存在缓冲器中，并在数据发送时钟的作用下由各数据口发出；数据发送电路，在数据接收时钟的作用下，接收数据口数据并缓存，经并串转换后在时序处理电路的控制下发送到PCM数据的相应时隙上；RS232异步串行接口，与主控制器相连，用于将用户数据通过此接口，转换成脉冲编码数据，复用到E1线路上去，或将时隙中脉冲编码数据解复用出来，转换为用户数据，送给主控制器；双E1接口电路，与E1传输线路相连，具有掉电直通和对E1信号的处理功能；图像同步并口，与E1/IP转换器相连，用于实现与E1/IP转换器进行双向通信，并完成音视频数据的转发。
所述多功能数据复用器还包括2个V35同步串行接口，用于系统的扩展接口。
所述RS232异步串行接口的数据处理包括时序处理单元，由输入的时钟和帧同步信号运算得到各数据接口所占用的时隙信息和相应的时钟；数据接收单元，与时序处理单元相连，在定时时钟的控制下，用于将用户送来的同步高速数据经过变换处理后，写入系统指定的时隙；数据发送单元，分别与数据发送单元和时序处理单元相连，用于接收脉冲编码调制中指定时隙内的数据信号，并按用户指定的速率从数据接口发送。
所述图像同步并口，是由现场可编程门阵列的多个数据线和控制线组成。
所述现场可编程门阵列的数据处理包括时序处理单元、数据接收单元和数据发送单元，其中，所述时序处理单元是利用E1接口提供的时钟和帧同步信号，通过定时计算得到数据传送的时隙的时序位置，并设置相应的时隙占用号，控制数据的接收和发送；所述数据发送单元，与时序处理单元相连，在时序处理的控制下，把相关时隙的数据进行串并转换，并将转换的数据存储，通过并口由E1/IP转换器中的核心处理器定时读出；所述数据接收单元，与时序处理单元相连，在时序处理的控制下，在E1/IP转换器的核心处理器中写入的数据进行并串转换，把串行数据发送到相应的时隙上去。
所述E1/IP转换器包括网络接口和图像同步并口。
所述数据交叉连接设备包括电源电路，用于为系统提供电源；E1接口电路，与电源电路相连，用于提供接口通信；交叉连接处理电路，与E1接口电路相连，包括现场可编程门阵列，用于完成16路E1码流的时隙之间无阻塞交叉连接，并完成高密度双极性3型码的编码；控制电路，包括CPU，用于完成对整个系统的控制。
所述数据信号采集单元包括音视频服务器、拾音器和摄像机镜头；所述数据信号监控单元包括图像网络转换器，将E1接口的数据转换成网络接口的数据，并将其传输到终端；语音网络转换器，将E1接口的语音数据转换成网络接口的数据，并将其传输到终端；RS232/IP转换器，E1线的某个时隙的数据和网络数据的转换，用于完成前台节点和后台服务器的双向通信，并将其传输到终端服务器。
另外，本发明还提供一种基于E1接口的视频数据传输方法，所述方法包括步骤A、后台服务器根据用户信息完成后台相应设备的设置，并将其相应设备的设置信令发送到前台的主控制器；B、主控制器根据接收到的指令设置前台相应设备的图像编码参数、传输码率以及图像数据和语音数据所需的复用时隙个数；C、当音视频服务器的图像编码发起时，通过E1/IP转换操作，将其复用到多功能数据复用器相应的时隙中，并通过E1传输信号线自动送到后台数据交叉连接设备上；D、所述数据交叉连接设备将接收到的图像和语音数据，通过本身的时隙交叉功能，分离该E1线路上的音视频数据，并将其分别进行逻辑合成后发送到终端。
所述步骤A中的用户信息包括需要传输的图像编码的格式及码率。
所述后台相应设备的设置包括数据交叉连接设备的时隙设置，图像网络转换器和语音网络转换器的命令设置。
所述步骤B的实现过程为B1)主控制器收到命令后，对音视频服务器进行操作，让其进行编码，同时设置编码的码率；B2)主控制器控制E1/IP转换器，让其接收某个端口的UDP数据包，同时发起网络接口到E1接口的数据转换操作；B3)主控制器控制多功能复用器，设置图像信息和语音信息的复用时隙个数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果本发明通过时隙复用技术，灵活的将压缩的音视频数据动态的插入E1线上的若干时隙组里面，通过汇接的交叉连接技术，再将音频数据，视频数据从相应的时隙组中分离出来，重新进行组合，并传送给各自的解码单元进行相应的处理。由此可见本发明所述的技术方案完全避免由于网络的问题导致传输的图像质量下降的问题，比如，网络广播风暴和组播风暴，病毒和一些不相干的网络程序的干扰。而本发明采用E1接口线路进行传输，所述E1线路传输的最基本的通信单元-时隙，每个节点之间的转发延时是固定的，因此即使经过多级的转发，也能达到非常理想的延时效果，从而提高图像的传输质量，自然图像也达到比较让人满意的效果。
图1是现有技术基于E1接口的环形网络拓扑结构的示意图；图2是本发明基于E1接口的视频数据传输系统的结构示意图；图3是本发明所述多功能数据复用器的原理结构示意图；图4是本发明中所述RS232异步串口的数据处理部分的数据发送的示意图；图5是本发明中所述RS232异步串口的数据处理部分的数据接收的示意图；图6是本发明中所述RS232异步串口的数据处理部分的时序处理的示意图；图7是本发明中所述图像同步并口的数据复用处理部分的时序处理的示意图；图8是本发明中所述图像同步并口的数据复用处理部分的数据发送的示意图；图9是本发明中所述图像同步并口的数据复用处理部分的数据接收的示意图；图10是本发明中所述数据交叉连接设备的时隙交叉处理的示意图；图11是本发明中所述数据交叉连接设备的原理结构图；图12是本发明所述基于E1接口的视频数据传输方法的流程图。
具体实施例方式
本发明的核心是根据用户或者系统的需求，通过时隙复用技术，灵活的将压缩的音视频数据动态的插入E1线上的若干时隙组里面，通过汇接的交叉连接技术，再将音频数据，视频数据从相应的时隙组中分离出来，重新进行组合，并传送给各自的解码单元进行相应的处理。也就是说，本发明所控制的对象是E1线路传输最基本的通信单元，即时隙，每个节点之间的转发时延是固定的，从一节点转发到另一节点时，只需要在E1接口中增加一个E1帧的固定缓存(即125微秒)，即使是经过多级转发，其传输时延是不变的，从而能够保证音视频数据的传输质量。由此可见，本发明解决了现有技术中通过路由器或网桥来传输音视频数据时，由于网络的不可控因素(比如网络拥塞等)导致转发速率的不稳定，而增大传输时延的问题，从而影响音视频数据的传输质量。
本发明所述的时隙复用技术与数据交叉连接通信技术，不但应用于远程图像监控、多媒体综合监控系统、硬盘录像功能、视讯会议、办公网络传输，还应用于铁路车务远程安全监控系统，该监控系统使用的传输信道是单独透明的E1电路或者是和铁路数调系统，TMS调度系统复用的一条E1电路。所述E1线路将所监控的对象(即车站)通过串接的方式，形成一个串行的通信链路，同时将末端的E1线在连接到监控中心的数据交叉复用设备上，形成一个有自愈功能的2M环行网络。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
请参考图2，为本发明基于E1接口的视频数据传输系统的结构示意图。所述系统至少包括数据信号采集单元、E1传输信号线、数据信号监控单元；E1/IP转换器、主控制器、多功能数据复用器和数据交叉连接设备，其中，所述E1/IP转换器，与多功能数据复用器相连，用于将接收到网络中的IP数据通过串并转换后发送到多功能数据复用器的相应的时隙中，或者将多功能数据复用器的相应的时隙通过并串转换发动到网络中。也就是说，所述E1/IP转换器的功能是完成IP数据和并口数据的转换。它有两种接口，一种接口是网络，即RJ45接口，100/10M自适应；另一种接口为图像同步并口，它是由8根数据线和若干控制线组成，其通信方式是双向的。所述E1/IP转换器是采用高性能的RISC指令集的ARM7处理器，外部时钟为50M，其主要作用就是从网络接口侧(本地局域网)接收到UDP包数据，经过简单的协议封装，然后发送到并口侧，并发送给多功能数据复用器；或者从并口侧接收图像数据，经过简单的解封装(即拆包处理)后，重新组织成UDP包，然后发到网络(指本地局域网)上去，让该网络中的网络设备接收。所述网络中的网络设备主要包括音视频服务器、拾音器和摄像机镜头等。
所述多功能数据复用器，其内部的结构示意图如图3所示，至少包括系统控制单元，由主控制器控制各数据接口的开关状态和时隙占用；时序处理电路，与系统控制单元相连，由输入的时钟和帧同步信号运算得到各数据接口所占用的时隙信息和相应的时钟，受系统控制单元控制；数据接收电路，在时序处理电路的控制下，将PCM数据中相应时隙的内容串并转换后缓存在缓冲器中，并在数据发送时钟的作用下由各数据口发出；数据发送电路，在数据接收时钟的作用下，接收数据接口的数据并缓存，经并串转换后在时序处理电路的控制下发送到PCM数据的相应时隙上；在本发明钟无论哪个接口都有数据接收和发送的功能。且所述多功能数据复用器至少还包括双E1接口电路，RS232异步串行接口、V35同步串行接口、图像同步并口。所述E1接口具备掉电直通功能。在所述图2中，本发明只使用了其中的两个接口，即一个为RS232异步串行接口，另一个为图像同步并口。所述RS232接口与主控制器相连，而图像同步并口与E1/IP转换器相接。
所述多功能数据复用器通过并口与E1/IP转换器连接，通过RS232接口与主控制器连接，通过A.B接口与E1传输信号线连接，用于将多路接口的数据复接到E1接口。所述多功能数据复用器是一种将多路V24、V35和图像并口复接到E1接口的设备。本设备特别是在车务安全监控系统中用于将各种数据终端设备(DTE)与电信运营商提供的具有E1/G.703接口的租用线路之间的连接。
其中，所述E1接口包括E1接口的掉电直通功能和E1信号处理功能。所述掉电直通是采用继电器组来完成的。如图中所示，双E1接口A、B双向的收发是由8根信号线(A向接收信号或发送信号；B向接收信号或发送信号)接至4个双刀双掷的公共点，再将各常闭点的信号按A向收接，B向发送以及A向发送，B向接收，各常开点信号接至E1接口信号处理器件，从而实现在掉电时A、B向直接连通，加电后A、B向信号进入系统进行处理。其中所述常开点，就是指继电器的线包没有给电时，它的触点是常打开的，如果线包加电，它的触点就会闭合；而所述常闭点，恰恰相反，继电器的线包没有给电时，它的触点是闭合的，如果线包加电，它的触点就会打开。比如，要实现掉电直通的目的是如果本节点由于某种原因，失去了电源，整个多功能数据复用器就不能工作了，此时，A向和B向的E1接口就直接通过继电器的常闭触点，将A向的接收和B向的发送，或者将B向的接收和A向的发送连在一起，所述A向接口和B向接口就是直通的E1线了，从而将多功能数据复用器的旁路。这样，就不会因为本节点的掉电引起整个系统的通信中断了。
所述RS232异步串行接口(又称V.24接口)和V35同步串行接口都属于数据接口，用于连接各种用户数据终端设备，且所述RS232异步串行接口和V.35接口是符合ITU-T标准的数据接口。但是本发明只使用了其中的V.24接口，也即是RS232异步串口接口，而没有使用V.35接口，所述V.35接口对于本发明来说是备用接口，也就是用于系统的扩展接口，比如，如果系统需要可以通过所述扩展数据接口V.35接口连接一些标准的V.35路由器或者其它接口的网络设备等。
而所述RS232异步串行接口对于接收到的数据的处理过程主要包括三个部分，即数据发送单元、数据接收单元和时序处理单元(但V.24接口部分不需要时钟)。其主要作用是实现高速同步、异步数据与PCM时隙数据的转换和数据处理所需时序的产生。下面就以V.24接口为例来描述三个不同部分的组成。
所述数据发送单元，是将PCM中指定时隙内的数据信号接收下来，并按照用户指定的速率从数据端口送出，其原理如图4所示，其实现过程对于本领域的技术人员来说已是公知技术，在这里不再详细的描述。其实现过程为将接收到的脉冲编码调制(PCM，Pulse Code Modulation)数据依次经过串并变换、数据锁存、缓冲、数据锁存和并串变换成用户指定的速率，并从数据端口发送。
所述数据接收处理单元是将用户送来的同步高速数据经过一定的变换处理，在定时信号的控制下，写入系统指定的PCM时隙，其原理如图5所示。其实现过程对于本领域的技术人员来说也是公知技术，在这里不再详细的描述。其实现过程为在将用户数据进行串并变换时不需要时钟的控制，其它实现过程与数据发送部分的实现过程相反，在这里也不再作详细的描述。
所述时序处理单元，由输入的时钟和帧同步信号运算得到各数据接口所占用的时隙信息和相应的时钟，其原理如图6所示。
所述图像同步并口，在本发明中是一种新的接口，该接口的内部是用一片大规模的现场可编程门阵列(比如FPGA，Field Programmable Gate Array)实现的，它主要负责和E1/IP转换器进行双向通信，完成图像和音频数据的转发工作。
所述E1复用技术采用的也就是时分多路复用技术，该时分多路复用的方式是用时隙来分割的。且在时分多路复用的通信中又需要同步技术，所述同步技术包括位同步(时钟同步)和帧同步，这是数字通信的一个重要特点。位同步是最基本的同步，是实现帧同步的前提。位同步的基本含义是收、发两端机的时钟频率必须同频、同相，这样接收端才能正确接收和判决发送端送来的每一个码元。为了达到收、发端频率相同，且同相，在设计传输码型时，一般要考虑传输的码型中应含有发送端的时钟频率成分。这样，接收端从接收到PCM码中提取出发端时钟频率来控制接收端的时钟，就可以做到位同步，从而提高数据传输的质量。
而所述帧同步是为了保证收、发各端对应的话路在时间上保持一致，这样接收端就能正确接收发送端送来的每一个话路信号，当然这必须是在位同步的前提下来实现的。为了建立收、发端系统的帧同步，需要在每一帧(或几帧)中的固定位置插入具有特定码型的帧同步码。这样，只要收端能正确识别出这些帧同步码，就能正确辨别出每一帧的首尾，从而能正确区分出发端送来的各路信号。所述E1接口是由专用接口芯片组成的，具有产生复用同步信号的功能，能够提供恢复时钟、帧同步信号等功能，这些信号和收发数据信号一起被送到FPGA进行处理。所述FPGA实现的功能是复用处理与E1/IP转换器的并口进行缓冲处理。其中复用处理包括三个部分即时序处理、数据接收和数据发送。
所述时序处理部分就是利用专用的E1接口芯片提供的时钟和帧同步信号，通过定时计算，得到数据传送的时隙的时序位置，给出一个相应的时隙占用信号，控制数据的接收和发送。其原理图详见图7。
所述数据发送部分是在时序处理的控制下，把相关时隙的数据进行串并转换，并将转换的数据存储到FPGA的内部双RAM中，通过并口，由高速的嵌入式处理器(E1/IP转换设备中的核心处理器)定时读出。其实现原理图详见图8。
所述数据接收部分同样在时隙处理的控制下，把嵌入式处理器(E1/IP转换设备中的核心处理器)写入双口RAM的数据进行并串转换，把得到的串行数据根据时隙占用信号发送到相应的时隙上去。其原理图详见图9。
另外，所述ARM处理器对双口RAM的读写，相当于把双口RAM看成对嵌入式处理器一个外设的操作，其接口就是数据并口。
所述主控制器，与多功能数据复用器相连，通过局域网实现对数据信号源、E1/IP转换器的控制，对多功能数据复用器的参数配置。所述主控制器完成整个系统设备的控制，包括信道资源的分配，云台的控制，音视频编码的控制等等，同时还负责和后台服务器的双向通信。
其中，所述主控制器对前台的控制是通过本地的局域网来实现的，所述对前台的控制包括对多功能数据复用器的时隙参数的配置、音视频服务器的编码控制，并设置编码的码率等，以及对E1/IP转换器的控制。
所述主控制器与后台的通信是通过E1线路中的某个固定的时隙来完成的，通过RS232接口与多功能数据复用器相连。该连接过程与电信系统中的7号信令有点相似，也就是说主控制器通过E1线路上的一个固定时隙完成对整个系统的控制和同步。而控制信道在任何时候都是独立存在的，不会被任何其它的业务数据所占用。
所述数据交叉连接设备，分别与E1传输信号线、数据信号监控单元相连，用于实现多个E1电路相互间时隙的无限阻塞全透明交叉连接。所述交叉连接设备是在16个E1电路之间，可实现相互间64kb/s时隙的无阻塞全透明交叉连接，是利用多条E1电路组网的核心设备；与所述的多功能数据复用器结合使用，可实现数字数据网(DDN，Digital Data Network)的主要功能；也可作为多条E1电路的合路器使用。其所述数据交叉连接设备的时隙交叉处理的示意图如图10所示，该交叉连接设备的结构一般包括16个E1输入电路、数据缓存器、输出复用器与所述数据缓存器和持续寄存器分别相连、配置口与持续寄存器相连以及16个E1输出电路。
为了减小所述设备的体积，而采用FPGA处理时隙交换和线路码型变换。该芯片内集成了16个2048Kb/s、G.704帧结构、非归零码(NRZ，nonreturn tozero code)或高密度双极性3型码(HDB3，Hign Density Bipolar 3)的数字接口。该芯片内集成了收端定时、2M抽时钟、HDB3解码、帧同步、信令分复接及复帧同步、循环冗余编码(CRC，Cyclic Redundancy Code)校验及CRC复帧同步等功能。多种定时信号输出，告警信号输出，使用极为方便。对于时钟的控制可以选择本地时钟(主时钟方式)或从上级数字接口恢复的时钟(从时钟方式)。
其中，所述数据交叉连接设备的系统原理框图如图11所示。从功能的角度来看，所述数据交叉连接设备的电路主要包括数据交叉连接处理电路、控制电路、E1接口电路和电源电路。其中，数据交叉连接处理电路是该设备的核心电路，该部分电路是采用ALTERA公司提供的大规模可编程逻辑电路，完成16路E1码流共512个时隙之间的无阻塞交叉连接，同时完成E1线路HDB3编码功能，是E1线路接口设计更加简洁。其中所述FPGA的逻辑存储在两片串行EEPROM中。逻辑电路使用32.768M晶振，设备可以此晶振的时钟作为主时钟，也可采用在任何一路E1码流上恢复的时钟(即从时钟)。
所述控制电路包括CPU、EEPROM，它完成整个系统的控制，包括，控制FPGA，网络管理串口，告警显示等。所述E1接口电路负责E1接口的通信。电源电路负责整个系统的电源管理和供电。
所述数据信号监控单元包括RS232/IP转换控制器、图像网络转换器、语音网络转换器、服务器和终端，且所述RS232/IP转换控制器、图像网络转换器、语音网络转换器分别与数据交叉设备连接，而服务器与所有的设备连接。其中，所述RS232/IP转换控制器作用就是将一条E1线的某个时隙的数据转换成网络。该转换器包括两种接口，一种是E1接口，另一种就是网络接口。它完成的是一条E1线的某个时隙的数据和网络数据的转换。它的作用就是完成前台节点和后台服务器的双向通信。其实现过程为首先从E1接口接收数据，将某个E1线中的某个固定时隙的数据解复用出来，然后打成IP网络包，发给服务器，同时从网络接口接收IP数据包，然后将该数据复用到E1线路上的某个时隙上，从而将数据从E1接口发出。
所述图像网络转换器的作用是将E1接口的数据转换成网络接口的数据。该设备也包括两种接口，一种是E1接口，一种是网络接口。它完成的功能和前面所描述的E1/IP转换设备很类似，只是将并口通信转成了E1通信了。也即将从E1接口来的图像数据解复用出来，重新组成适合网络传送的UDP包，然后发到后台终端上显示；同时也可以将网络接口来的UDP包，接收进来，复用到E1线的某些时隙当中去，从E1接口发送出去，从而将数据送前台节点。
所述语音网络转换器的作用和功能与图像网络转换器完全一样，只是将图像数据换成了语音数据了，最终也是要送到终端上显示，由声卡或是其它的音响播放出来。
所述服务器的功能主要完成整个系统的总体控制功能，包括对后台所有设备的控制，整个系统的时隙分配和复用，以及和前台主控制器的双向通信，和监控终端的通信与控制。
所述终端主要完成和用户的人机交互，同时图像和语音信息的显示功能。
所述数据信号采集单元11包括音视频服务器、拾音器和摄像机镜头。所述音视频服务器的功能主要是完成音频和视频的压缩功能，同时将压缩好的数据信息通过网络接口传送给其它网络设备。
另外，本发明还提供一种基于E1接口视频数据传输方法，该方法的流程图详见图11。所述方法包括步骤步骤S10后台服务器根据用户信息设置数据交叉连接设备的时隙设置，并将其相应的信令发送到前台的主控制器；步骤S12主控制器根据接收到的指令设置相应设备的图像编码参数、传输码率以及图像数据和语音数据所需的复用时隙个数；步骤S12当音视频服务器的图像编码发起时，通过E1/IP转换操作，将其复用到多功能数据复用器相应的时隙中，并通过E1传输信号线自动送到后台数据交叉连接设备上；步骤S13所述数据交叉连接设备将接收到的图像和语音数据，通过本身的时隙交叉功能，分离该线路上的图像和音频数据，并将其分别进行逻辑合成后发送到终端。
在步骤S10之前还包括步骤用户在终端上采集需要传输的音视频数据，并设置该数据的图像编码格式和传输码率，终端将所述用户的设置信息通知给后台的服务器；步骤S10所述服务器收到命令后，完成后台设备的设置，比如，数据交叉连接设备的时隙设置，图像网络转换器和语音网络转换器的命令设置，并将设置的相关命令通过系统的控制信道发送给前台主控制器，所述命令包括图像的编码格式、码率、图像数据复用的时隙个数等等；步骤S11主控制器收到命令后，首先对音视频服务器进行操作，让其进行编码，同时设置编码的码率；再控制E1/IP转换器，让其接收某个端口的UDP数据包，同时发起网络接口到E1接口的数据转换操作；最后控制多功能复用器，设置图像信息和语音信息的复用时隙个数；步骤S12当音视频服务器的图像编码发起时，通过E1/IP转换操作，将其复用到多功能数据复用器相应的时隙中，并通过E1传输信号线自动送到后台数据交叉连接设备上；也就是说音视频服务器的图像编码发起时，系统信道也分配完毕，图像就自动送到了后台DXC交叉连接设备，DXC从某一条E1线路上收到了图像和语音数据，通过自己的时隙交叉功能，将此线路上的图像和音频数据分离出来，同时进行逻辑合成(将所有的图像时隙合成在一起，所有的音频时隙合成在一起，重新汇接成两条独立的E1线路，一条只有图像信息的线路，送给图像网络转换器，所述图像网络转换器将其转换成网络信息，送到终端显示；另一条2M数据传输线，只有语音信息，送给语音网络转换器，并将转换的语音信息也送到终端，并让其从本机的声卡播放出来。比如，图像信息复用到2到10这9个时隙上，音频信息复用到30这个时隙上，这样，数据交叉连接设备中的一条E1码流就含有9个时隙的图像数据(占据2到10的时隙)，另一条E码流含有1个时隙的音频数据(占据30时隙)，数据交叉连接设备是以时隙为操作的基本单位的，并将图像所占的9个时隙数据复制到一条新的E1线上，这样，此条E1线就有相同的图像信息了；同样，数据交叉连接设备也将语音所占的1个时隙数据复制到另一条的E1线上，这样，这条E1线也就有相同的语音信息了，然后分别传送给图像网络转换器和语音网络转换器，它们将这些数据通过简单的报文分析，打成UDP网络包，发送给终端。
本发明所述方法的实现原理与上述系统的实现原理相同，具体请详见上述。在这里不再赘述。
由上述本发明所公开的技术方案可知，本发明采用时隙复用和交叉连接的通信技术，来实现音视频数据的传输，也就是说在E1线路的发送端，先将需要发送的音视频数据通过并口复用到多功能复用器的相应的时隙中，然后通过E1传输线路进行传输，最后在数据接收端将通过数据交叉连接设备将视频数据和音频数据分离，并分别在不同的E1线路中进行传输，通过相应的音频和视频转换器，将转换后语音数据和视频数据分别发送给相应的终端显示。由此可见，本发明所述的技术方案完全避免由于网络的问题(比如，网络广播风暴和组播风暴，病毒和一些不相干的网络程序的干扰等)导致传输的图像质量下降。因此，本发明采用E1接口线路，同时控制的对象是E1线路传输的最基本的通信单元，即时隙，每个节点之间的转发延时是固定的，因此即使经过多级的转发，也能达到非常理想的延时效果，当然传输的图像质量也能达到让人满意的效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于E1接口的视频数据传输系统，至少包括数据信号采集单元、E1传输信号线、数据信号监控单元；其特征在于，所述传输系统至少还包括E1/IP转换器、主控制器、多功能数据复用器和数据交叉连接设备，其中，所述多功能数据复用器，与E1传输信号线连接，用于将多路接口的数据复接到E1接口上；所述E1/IP转换器，与多功能数据复用器相连，用于完成IP数据和并口数据的转换；所述主控制器，与多功能数据复用器相连，用于实现对整个站点的控制，以及后台设备的双向通信；所述数据交叉连接设备，分别于E1传输信号线、数据信号监控单元相连，用于实现多个E1电路相互间时隙的无限阻塞的全透明交叉连接。
2.根据权利要求1所述基于E1接口的视频数据传输系统，其特征在于，所述多功能数据复用器至少包括系统控制单元，由主控制器控制各数据接口的开关状态和时隙占用；时序处理电路，与系统控制单元相连，由输入的时钟和帧同步信号运算得到各数据接口所占用的时隙信息和相应的时钟，受系统控制单元控制；数据接收电路，在时序处理电路的控制下，将PCM数据中相应时隙的内容串并转换后缓存在缓冲器中，并在数据发送时钟的作用下由各数据口发出；数据发送电路，在数据接收时钟的作用下，接收数据口数据并缓存，经并串转换后在时序处理电路的控制下发送到PCM数据的相应时隙上；RS232异步串行接口，与主控制器相连，用于将用户数据通过此接口，转换成脉冲编码数据，复用到E1线路上去，或将时隙中脉冲编码数据解复用出来，转换为用户数据，送给主控制器；双E1接口电路，与E1传输线路相连，具有掉电直通和对E1信号的处理功能；图像同步并口，与E1/IP转换器相连，用于实现与E1/IP转换器进行双向通信，并完成音视频数据的转发。
3.根据权利要求2所述基于E1接口的视频数据传输系统，其特征在于，所述多功能数据复用器还包括2个V35同步串行接口，用于系统的扩展接口。
4.根据权利要求2所述基于E1接口的视频数据传输系统，其特征在于，所述RS232异步串行接口的数据处理包括时序处理单元，由输入的时钟和帧同步信号运算得到各数据接口所占用的时隙信息和相应的时钟；数据接收单元，与时序处理单元相连，在定时时钟的控制下，用于将用户送来的同步高速数据经过变换处理后，写入系统指定的时隙；数据发送单元，分别与数据发送单元和时序处理单元相连，用于接收脉冲编码调制中指定时隙内的数据信号，并按用户指定的速率从数据接口发送。
5.根据权利要求2所述基于E1接口的视频数据传输系统，其特征在于，所述图像同步并口，是由现场可编程门阵列的多个数据线和控制线组成。
6.根据权利要求5所述基于E1接口的视频数据传输系统，其特征在于，所述现场可编程门阵列的数据处理包括时序处理单元、数据接收单元和数据发送单元，其中，所述时序处理单元是利用E1接口提供的时钟和帧同步信号，通过定时计算得到数据传送的时隙的时序位置，并设置相应的时隙占用号，控制数据的接收和发送；所述数据发送单元，与时序处理单元相连，在时序处理的控制下，把相关时隙的数据进行串并转换，并将转换的数据存储，通过并口由E1/IP转换器中的核心处理器定时读出；所述数据接收单元，与时序处理单元相连，在时序处理的控制下，在E1/IP转换器的核心处理器中写入的数据进行并串转换，把串行数据发送到相应的时隙上去。
7.根据权利要求1所述基于E1接口的视频数据传输系统，其特征在于，所述E1/IP转换器包括网络接口和图像同步并口。
8.根据权利要求1所述基于E1接口的视频数据传输系统，其特征在于，所述数据交叉连接设备包括电源电路，用于为系统提供电源；E1接口电路，与电源电路相连，用于提供接口通信；交叉连接处理电路，与E1接口电路相连，包括现场可编程门阵列，用于完成16路E1码流的时隙之间无阻塞交叉连接，并完成高密度双极性3型码的编码；控制电路，包括CPU，用于完成对整个系统的控制。
9.根据权利要求1所述基于E1接口的视频数据传输系统，其特征在于，所述数据信号采集单元包括音视频服务器、拾音器和摄像机镜头；所述数据信号监控单元包括图像网络转换器，将E1接口的数据转换成网络接口的数据，并将其传输到终端；语音网络转换器，将E1接口的语音数据转换成网络接口的数据，并将其传输到终端；RS232/IP转换器，E1线的某个时隙的数据和网络数据的转换，用于完成前台节点和后台服务器的双向通信，并将其传输到终端服务器。
10.一种基于E1接口的视频数据传输方法，其特征在于，包括步骤A、后台服务器根据用户信息完成后台相应设备的设置，并将其相应设备的设置信令发送到前台的主控制器；B、主控制器根据接收到的指令设置前台相应设备的图像编码参数、传输码率以及图像数据和语音数据所需的复用时隙个数；C、当音视频服务器的图像编码发起时，通过E1/IP转换操作，将其复用到多功能数据复用器相应的时隙中，并通过E1传输信号线自动送到后台数据交叉连接设备上；D、所述数据交叉连接设备将接收到的图像和语音数据，通过本身的时隙交叉功能，分离该E1线路上的音视频数据，并将其分别进行逻辑合成后发送到终端。
11.如权利要求10所述基于E1接口的视频数据传输方法，其特征在于，所述步骤A中的用户信息包括需要传输的图像编码的格式及码率。
12.如权利要求11所述基于E1接口的视频数据传输方法，其特征在于，所述后台相应设备的设置包括数据交叉连接设备的时隙设置，图像网络转换器和语音网络转换器的命令设置。
13.如权利要求10所述基于E1接口的视频数据传输方法，其特征在于，所述步骤B的实现过程为B1)主控制器收到命令后，对音视频服务器进行操作，让其进行编码，同时设置编码的码率；B2)主控制器控制E1/IP转换器，让其接收某个端口的UDP数据包，同时发起网络接口到E1接口的数据转换操作；B3)主控制器控制多功能复用器，设置图像信息和语音信息的复用时隙个数。
全文摘要
本发明涉及一种基于E1接口的视频数据传输系统，所述系统至少包括数据信号采集单元、E1传输信号线、数据信号监控单元；E1/IP转换器、控制器、多功能数据复用器和数据交叉连接设备，其中，所述多功能数据复用器，用于将多路接口的数据复接到E1接口上；所述E1/IP转换器，用于完成IP数据和并口数据的转换；所述主控制器，用于实现对整个站点的控制，以及后台设备的双向通信；所述数据交叉连接设备，用于实现多个E1电路相互间时隙的无限阻塞的全透明交叉连接。本发明还提供一种基于E1接口的视频数据传输方法。通过采用时隙复用和交叉连接的通信技术，以解决由于网络传输时延的增大而导致传输的图像质量下降的问题。
文档编号H04J3/00GK1816142SQ20051008400
公开日2006年8月9日 申请日期2005年7月15日 优先权日2005年7月15日
发明者高铁军, 冯升, 张华胜, 谢飒 申请人:保定市天河电子技术有限公司