高性能流媒體服務器的設計及其實現(xiàn)(30張)課件

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2、器,設計與實現(xiàn),,南京南自信息技術有限公司基于嵌入式Linux裁減系統(tǒng)的,1,高性能流媒體服務器的設計及其實現(xiàn)(-30張)課件,變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng),1.背景,2.,現(xiàn)狀,3.,需要解決的問題,4.,現(xiàn)有流媒體服務器的優(yōu)缺點,變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)1.背景,在現(xiàn)代化的供電系統(tǒng)中，變電所管理的網(wǎng)絡化、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。國內電力系統(tǒng)在建設以遙測、遙信、遙控、遙調,—“,四遙”技術為基礎的無人值守變電站時，由于調度無法了解現(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”建設的變電站采用了“少人值守

3、”模式運行。,在現(xiàn)代化的供電系統(tǒng)中，變電所管理的網(wǎng)絡化、數(shù),隨著計算機技術、多媒體技術及通訊技術的飛速發(fā)展，“四遙”的基礎上增加的第五遙,—“,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)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)（亦稱“遙視系統(tǒng)”）應用體現(xiàn)，主要以視頻監(jiān)控為主的安全防范系統(tǒng)建設實施，達到對電力運行設備、變電站環(huán)境的遠程監(jiān)視。,隨著計算機技術、多媒體技術及通訊技術,變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng),1.背景,2.,現(xiàn)狀,3.,需要解決的問題,4.,現(xiàn)有流媒體服務器的優(yōu)缺點,變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)1.背景,目前變電站安防及環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由站端系統(tǒng)和局端系統(tǒng)組成。,站端系統(tǒng)主要

4、由攝像機、各種報警器、數(shù)據(jù)采集單元、,DVS/DVR,、控制仲裁器等設備組成。,局端系統(tǒng)主要由管理服務器、流媒體服務器、存儲服務器、監(jiān)控客戶端等設備組成。,,站端與局端的網(wǎng)絡通訊一般為,E1,（,2M,）或,100M,快速以太網(wǎng)。,目前變電站安防及環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由站端系,高性能流媒體服務器的設計及其實現(xiàn)(-30張)課件,變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng),1.背景,2.,現(xiàn)狀,3.,需要解決的問題,4.,現(xiàn)有流媒體服務器的優(yōu)缺點,變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)1.背景,傳輸系統(tǒng)需要解決的問題,,熱點連接時的帶寬不足；,異構網(wǎng)絡的互聯(lián)訪問；,編碼設備并發(fā)能力有限；,通過使用流媒體服務器有效的解決以上問題。,傳輸系統(tǒng)需要解決的

5、問題通過使用流媒體服務器有效的解決以上問,變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng),1.背景,2.,現(xiàn)狀,3.,需要解決的問題,4.,現(xiàn)有流媒體服務器的優(yōu)缺點,變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)1.背景,在遙視系統(tǒng)中，目前運行于,PC,機上的流媒體服務軟件已實現(xiàn)了流媒體數(shù)據(jù)的接收和復制轉發(fā)、分發(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網(wǎng)絡連接的問題。,隨著流媒體服務系統(tǒng)在實際項目中的應用和普及，流媒體服務系統(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。,在遙視系統(tǒng)中，目前運行于PC機上的流,在,X86,架構的服務器平臺、,Windows,

6、操作系統(tǒng)上運行的網(wǎng)絡流媒體服務軟件，能夠快速部署并便于維護，能夠滿足小規(guī)模流媒體視頻監(jiān)控應用需要，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，目前基于,x86+Windows操作系統(tǒng),的流媒體服務器實現(xiàn)方案不能適應大規(guī)模監(jiān)控項目的應用需求。,在X86架構的服務器平臺、Windo,此外，流媒體服務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,、內存和存儲等）使用相對較少，采用高性能的通用服務器作為硬件平臺造成了大量資源的閑置和浪費。,因此根據(jù)流媒體服務器的運行、應用特點，設計一款專

7、用的嵌入式硬件平臺，并采用安全性相對較高的嵌入式,Linux,操作系統(tǒng)作為系統(tǒng)軟件平臺，對不需要的硬件資源和軟件資源進行裁剪，在提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性與安全性的同時，將會大大降減系統(tǒng)成本。,此外，流媒體服務器的特長在于擁有高帶,嵌入式流媒體服務器,1.系統(tǒng)架構,2.,關鍵技術,3.,系統(tǒng)功能,4.,性能指標,嵌入式流媒體服務器1.系統(tǒng)架構,嵌入流媒體服務器系統(tǒng)架構的分層設計。整個系統(tǒng)架構分為硬件平臺、操作系統(tǒng)、操作系統(tǒng)接口及應用軟件四個層次。,嵌入流媒體服務器系統(tǒng)架構的分層設計。整個系統(tǒng)架構分為,硬件平臺可選擇,X86,體系架構的服務器，也可以選擇基于,PowerPC,、,ARM,和,MIPS

8、,等微處理器的嵌入式目標平臺；操作系統(tǒng)可選擇微軟的,Windows,系統(tǒng)，也可以選擇,Linux,、,VxWorks,和,XPE,等嵌入式實時系統(tǒng)；操作系統(tǒng)（虛擬機）接口通過適配不同的操作系統(tǒng)，提供對上層轉發(fā)軟件的系統(tǒng)支撐；應用軟件的設計不依賴于特定的操作系統(tǒng)，通過調用操作系統(tǒng)接口，真正實現(xiàn)流媒體數(shù)據(jù)的高速收發(fā)功能。,硬件平臺可選擇X86體系架構的服務器,由于流媒體服務器的設計目標是提供一個高帶寬和高數(shù)據(jù)吞吐率的流媒體轉發(fā)平臺，系統(tǒng)瓶頸在于網(wǎng)絡帶寬，對嵌入式硬件芯片的要求，要求其至少提供,2,個千兆以太網(wǎng)口，同時針對大中規(guī)模的項目需求具有帶寬的可擴展性，而對內存和,CPU,等性能要求不是很高。

9、,通過綜合分析比較，流媒體服務器選用飛思卡爾半導體出品的基于,PowerPC e300,內核架構的,MPC8379 CPU,作為系統(tǒng)主芯片。,由于流媒體服務器的設計目標是提供一個,飛思卡爾,PowerPC e300,內核，提供,DDR2,內存支持、雙千兆以太網(wǎng)口、雙,PCI,以及高速,USB,控制器、一個,Compact Flash,存儲器插槽，系統(tǒng)時鐘達到,667MHz,，處理能力為,1260MIPS,。其開發(fā)板突出的特色是增加了對,PCI-E,總線的支持，通過,PCI-E,總線接口可再擴展兩個千兆以太網(wǎng)口，使得整個系統(tǒng)總帶寬達到,4Gbps,。,飛思卡爾PowerPC e300內核,高性能

10、流媒體服務器的設計及其實現(xiàn)(-30張)課件,,MPC8379,提供了豐富的總線接口和外設，一般很多總線接口（如,USB,接口、,CF,接口、,SATA,接口及硬盤等）閑置，通過裁減冗余的接口芯片和外設來定制專用的硬件平臺，確保硬件平臺的穩(wěn)定性與可靠性，并且還可以降低系統(tǒng)成本。,裁減后的硬件平臺保留了主控,CPU,、,DDR2,內存、,2,個千兆以太網(wǎng)口、,2,個,PCI-E,總線接口、,Flash,接口與芯片、,4,通道,DMA,、電源和,UART,接口等,MPC8379提供了豐富的總線接口和,高性能流媒體服務器的設計及其實現(xiàn)(-30張)課件,嵌入式流媒體服務器,1.系統(tǒng)架構,2.,關鍵技術,

11、3.,系統(tǒng)功能,4.,性能指標,嵌入式流媒體服務器1.系統(tǒng)架構,1.,多網(wǎng)卡匯聚技術,實現(xiàn)跨網(wǎng)卡、跨網(wǎng)段流媒體分發(fā)。,2.異步I/O網(wǎng)絡通訊,技術,異步的,I/O,完成端口通訊技術，,,IO,完成端口使用操作系統(tǒng)的重疊,I/O,模型來提高系統(tǒng),I/O,的處理能力。對于大數(shù)據(jù)量的,I/O,操作來說，尤其適用重疊,I/O,機制，因為發(fā)起重疊操作的線程在重疊請求發(fā)出后就可以繼續(xù)處理下一個,I/O,請求。,3.,線程池技術,線程池為線程生命周期開銷問題和資源不足問題提供了解決方案,,,通過使用線程池技術，在保證流媒體服務器數(shù)據(jù)吞吐量的同時，提高了系統(tǒng)的并發(fā)訪問數(shù)量。,1.多網(wǎng)卡匯聚技術,嵌入式流媒體服

12、務器,1.系統(tǒng)架構,2.,關鍵技術,3.,系統(tǒng)功能,4.,性能指標,嵌入式流媒體服務器1.系統(tǒng)架構,1.,流數(shù)據(jù)的接收與分發(fā),支持南自信息、?？低?、浙江大華等公司的網(wǎng)絡監(jiān)控產品，具有實時數(shù)據(jù)流與錄像文件流數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送功能。,2.集群功能,支持多臺設備組成集群系統(tǒng)，其中一臺為管理機，其余為被管理機，整個流媒體服務系統(tǒng)資源由管理機統(tǒng)一分配,/,調度，實現(xiàn)系統(tǒng)資源的動態(tài)管理。,3.,級聯(lián)功能,支持二級級聯(lián)功能，可從另一臺流媒體服務器中接收流數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)并進行轉發(fā)；,1.流數(shù)據(jù)的接收與分發(fā),嵌入式流媒體服務器,1.系統(tǒng)架構,2.,關鍵技術,3.,系統(tǒng)功能,4.,性能指標,嵌入式流媒體服務器1.系統(tǒng)架

13、構,網(wǎng)絡總帶寬,2G,；,最大并發(fā)連接數(shù),512,個（以單個連接,2M,碼流計算）；,數(shù)據(jù)流延時小于,1,秒；,網(wǎng)絡總帶寬2G；,高性能流媒體服務器的設計及其實現(xiàn)(-30張)課件,南京南自信息技術有限公司,研發(fā)中心 王強,基于嵌入式,Linux,裁,減,系統(tǒng)的,高性能流媒體服務器,設計與實現(xiàn),,南京南自信息技術有限公司基于嵌入式Linux裁減系統(tǒng)的,30,高性能流媒體服務器的設計及其實現(xiàn)(-30張)課件,變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng),1.背景,2.,現(xiàn)狀,3.,需要解決的問題,4.,現(xiàn)有流媒體服務器的優(yōu)缺點,變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)1.背景,在現(xiàn)代化的供電系統(tǒng)中，變電所管理的網(wǎng)絡化、數(shù)字化和自動化是電力發(fā)展

14、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。國內電力系統(tǒng)在建設以遙測、遙信、遙控、遙調,—“,四遙”技術為基礎的無人值守變電站時，由于調度無法了解現(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”建設的變電站采用了“少人值守”模式運行。,在現(xiàn)代化的供電系統(tǒng)中，變電所管理的網(wǎng)絡化、數(shù),隨著計算機技術、多媒體技術及通訊技術的飛速發(fā)展，“四遙”的基礎上增加的第五遙,—“,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)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)（亦稱“遙視系統(tǒng)”）應用體現(xiàn)，主要以視頻監(jiān)控為主的安全防范系統(tǒng)建

15、設實施，達到對電力運行設備、變電站環(huán)境的遠程監(jiān)視。,隨著計算機技術、多媒體技術及通訊技術,變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng),1.背景,2.,現(xiàn)狀,3.,需要解決的問題,4.,現(xiàn)有流媒體服務器的優(yōu)缺點,變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)1.背景,目前變電站安防及環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由站端系統(tǒng)和局端系統(tǒng)組成。,站端系統(tǒng)主要由攝像機、各種報警器、數(shù)據(jù)采集單元、,DVS/DVR,、控制仲裁器等設備組成。,局端系統(tǒng)主要由管理服務器、流媒體服務器、存儲服務器、監(jiān)控客戶端等設備組成。,,站端與局端的網(wǎng)絡通訊一般為,E1,（,2M,）或,100M,快速以太網(wǎng)。,目前變電站安防及環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由站端系,高性能流媒體服務器的設計及其實現(xiàn)(-30張)課件

16、,變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng),1.背景,2.,現(xiàn)狀,3.,需要解決的問題,4.,現(xiàn)有流媒體服務器的優(yōu)缺點,變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)1.背景,傳輸系統(tǒng)需要解決的問題,,熱點連接時的帶寬不足；,異構網(wǎng)絡的互聯(lián)訪問；,編碼設備并發(fā)能力有限；,通過使用流媒體服務器有效的解決以上問題。,傳輸系統(tǒng)需要解決的問題通過使用流媒體服務器有效的解決以上問,變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng),1.背景,2.,現(xiàn)狀,3.,需要解決的問題,4.,現(xiàn)有流媒體服務器的優(yōu)缺點,變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)1.背景,在遙視系統(tǒng)中，目前運行于,PC,機上的流媒體服務軟件已實現(xiàn)了流媒體數(shù)據(jù)的接收和復制轉發(fā)、分發(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

17、足以及異構網(wǎng)絡連接的問題。,隨著流媒體服務系統(tǒng)在實際項目中的應用和普及，流媒體服務系統(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。,在遙視系統(tǒng)中，目前運行于PC機上的流,在,X86,架構的服務器平臺、,Windows,操作系統(tǒng)上運行的網(wǎng)絡流媒體服務軟件，能夠快速部署并便于維護，能夠滿足小規(guī)模流媒體視頻監(jiān)控應用需要，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，目前基于,x86+Windows操作系統(tǒng),的流媒體服務器實現(xiàn)方案不能適應大規(guī)模監(jiān)控項目的應用

18、需求。,在X86架構的服務器平臺、Windo,此外，流媒體服務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,、內存和存儲等）使用相對較少，采用高性能的通用服務器作為硬件平臺造成了大量資源的閑置和浪費。,因此根據(jù)流媒體服務器的運行、應用特點，設計一款專用的嵌入式硬件平臺，并采用安全性相對較高的嵌入式,Linux,操作系統(tǒng)作為系統(tǒng)軟件平臺，對不需要的硬件資源和軟件資源進行裁剪，在提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性與安全性的同時，將會大大降減系統(tǒng)成本。,此外，流媒體服務器的特長在于擁有高帶,嵌入式流媒體服務器,1.系統(tǒng)架構,2.,關鍵技術,3.,系統(tǒng)功能,4.,性能指標,嵌入式流

19、媒體服務器1.系統(tǒng)架構,嵌入流媒體服務器系統(tǒng)架構的分層設計。整個系統(tǒng)架構分為硬件平臺、操作系統(tǒng)、操作系統(tǒng)接口及應用軟件四個層次。,嵌入流媒體服務器系統(tǒng)架構的分層設計。整個系統(tǒng)架構分為,硬件平臺可選擇,X86,體系架構的服務器，也可以選擇基于,PowerPC,、,ARM,和,MIPS,等微處理器的嵌入式目標平臺；操作系統(tǒng)可選擇微軟的,Windows,系統(tǒng)，也可以選擇,Linux,、,VxWorks,和,XPE,等嵌入式實時系統(tǒng)；操作系統(tǒng)（虛擬機）接口通過適配不同的操作系統(tǒng)，提供對上層轉發(fā)軟件的系統(tǒng)支撐；應用軟件的設計不依賴于特定的操作系統(tǒng)，通過調用操作系統(tǒng)接口，真正實現(xiàn)流媒體數(shù)據(jù)的高速收發(fā)功能。

20、,硬件平臺可選擇X86體系架構的服務器,由于流媒體服務器的設計目標是提供一個高帶寬和高數(shù)據(jù)吞吐率的流媒體轉發(fā)平臺，系統(tǒng)瓶頸在于網(wǎng)絡帶寬，對嵌入式硬件芯片的要求，要求其至少提供,2,個千兆以太網(wǎng)口，同時針對大中規(guī)模的項目需求具有帶寬的可擴展性，而對內存和,CPU,等性能要求不是很高。,通過綜合分析比較，流媒體服務器選用飛思卡爾半導體出品的基于,PowerPC e300,內核架構的,MPC8379 CPU,作為系統(tǒng)主芯片。,由于流媒體服務器的設計目標是提供一個,飛思卡爾,PowerPC e300,內核，提供,DDR2,內存支持、雙千兆以太網(wǎng)口、雙,PCI,以及高速,USB,控制器、一個,Compa

21、ct Flash,存儲器插槽，系統(tǒng)時鐘達到,667MHz,，處理能力為,1260MIPS,。其開發(fā)板突出的特色是增加了對,PCI-E,總線的支持，通過,PCI-E,總線接口可再擴展兩個千兆以太網(wǎng)口，使得整個系統(tǒng)總帶寬達到,4Gbps,。,飛思卡爾PowerPC e300內核,高性能流媒體服務器的設計及其實現(xiàn)(-30張)課件,,MPC8379,提供了豐富的總線接口和外設，一般很多總線接口（如,USB,接口、,CF,接口、,SATA,接口及硬盤等）閑置，通過裁減冗余的接口芯片和外設來定制專用的硬件平臺，確保硬件平臺的穩(wěn)定性與可靠性，并且還可以降低系統(tǒng)成本。,裁減后的硬件平臺保留了主控,CPU,、,

22、DDR2,內存、,2,個千兆以太網(wǎng)口、,2,個,PCI-E,總線接口、,Flash,接口與芯片、,4,通道,DMA,、電源和,UART,接口等,MPC8379提供了豐富的總線接口和,高性能流媒體服務器的設計及其實現(xiàn)(-30張)課件,嵌入式流媒體服務器,1.系統(tǒng)架構,2.,關鍵技術,3.,系統(tǒng)功能,4.,性能指標,嵌入式流媒體服務器1.系統(tǒng)架構,1.,多網(wǎng)卡匯聚技術,實現(xiàn)跨網(wǎng)卡、跨網(wǎng)段流媒體分發(fā)。,2.異步I/O網(wǎng)絡通訊,技術,異步的,I/O,完成端口通訊技術，,,IO,完成端口使用操作系統(tǒng)的重疊,I/O,模型來提高系統(tǒng),I/O,的處理能力。對于大數(shù)據(jù)量的,I/O,操作來說，尤其適用重疊,I/O

23、,機制，因為發(fā)起重疊操作的線程在重疊請求發(fā)出后就可以繼續(xù)處理下一個,I/O,請求。,3.,線程池技術,線程池為線程生命周期開銷問題和資源不足問題提供了解決方案,,,通過使用線程池技術，在保證流媒體服務器數(shù)據(jù)吞吐量的同時，提高了系統(tǒng)的并發(fā)訪問數(shù)量。,1.多網(wǎng)卡匯聚技術,嵌入式流媒體服務器,1.系統(tǒng)架構,2.,關鍵技術,3.,系統(tǒng)功能,4.,性能指標,嵌入式流媒體服務器1.系統(tǒng)架構,1.,流數(shù)據(jù)的接收與分發(fā),支持南自信息、海康威視、浙江大華等公司的網(wǎng)絡監(jiān)控產品，具有實時數(shù)據(jù)流與錄像文件流數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送功能。,2.集群功能,支持多臺設備組成集群系統(tǒng)，其中一臺為管理機，其余為被管理機，整個流媒體服務系統(tǒng)資源由管理機統(tǒng)一分配,/,調度，實現(xiàn)系統(tǒng)資源的動態(tài)管理。,3.,級聯(lián)功能,支持二級級聯(lián)功能，可從另一臺流媒體服務器中接收流數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)并進行轉發(fā)；,1.流數(shù)據(jù)的接收與分發(fā),嵌入式流媒體服務器,1.系統(tǒng)架構,2.,關鍵技術,3.,系統(tǒng)功能,4.,性能指標,嵌入式流媒體服務器1.系統(tǒng)架構,網(wǎng)絡總帶寬,2G,；,最大并發(fā)連接數(shù),512,個（以單個連接,2M,碼流計算）；,數(shù)據(jù)流延時小于,1,秒；,網(wǎng)絡總帶寬2G；,高性能流媒體服務器的設計及其實現(xiàn)(-30張)課件,