基于NIOS II的video over ip设计

0 引言

本文介绍的设计方案基于Altera 公司的NiosII IP 核(知识产权功能模块)， 实现了MPEG2-TS 格式数据和基于以太网的IP 网络的桥接。可以通过多个输入端口接收TS 格式的数据并打包进行以太网传输。使用的是工业标准的用户数据报协议(UDP)/IP 网络数据格式打包，并带有可选的实时传输协议(RTP)格式打包作为可选选项。所支持的网络设备硬件包括100Mbps(全双工)模式和1Gbps 以太网连接并且可以处理多达256 个独立的数据流。通过硬件打包的方式，可以实现千兆以太网性能的低延迟传输的线路速率。

1 相关网络协议及工作原理

按照连接方式， 网络协议可以分为面向连接和无面向连接两大类，分别以传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP) 为代表，而webserver 所使用的HTTP 协议就是以TCP 协议为基础的。TCP 通过三次握手建立连接之后才可以进行数据传递。整个过程是一个主从应答方式。如果超过一定时间一方无响应，那么这个连接就会失效，被服务器断开。这种协议有这可靠的连接验证机制，适合做客户机-服务器之间的对话操作，比如webserver，对网络延迟要求严格程度较高。相对应的UDP 协议常常是发送数据的一方对着某个目标地址无脑发数据，只要一开始寻找到目标网段中存在这个目标网络设备，那么数据发送就会开始。其间不会在意目标地址是否真正接收到了所发送出的数据。因此此类协议适合做实时的大码率的信号传送，对网络延迟延迟无要求，数据源和目的设备之间的通信随时可以断开，也可以随时恢复。

2 MPEG2-TS 数据在以太网中的传输

2.1 MPEG2-TS 结构介绍

图1 频率合成器的硬件原理图

MPEG2-TS,TS 即Transport Stream的缩写。它是分包发送的，每一个包长为188 字节。包的结构为，包头为4 个字节，负载为184 个字节。在TS 流里可以填入很多类型的数据，如视频、音频、自定义信息等。MPEG2-TS 主要应用于实时传送的节目，比如实时广播的电视节目。MPEG2-TS 格式的特点就是要求从视频流的任一片段开始都是可以独立解码的。简单地说， 将DVD 上的VOB 文件的前面一截cut 掉（或者是数据损坏数据）就会导致整个文件无法解码，而电视节目是任何时候打开电视机都能解码收看的。TS 是一个非常常见的实时数字信号传输方式。TS 流的数据格式如图1 所示。

2.2 以太网帧结构

以太网帧结构有好几种类型，比较典型的由以下各部分组成：前序字段、帧起始定界符字段、目的地址字段、源地址字段、类型字段、长度字段、数据字段、校验序列字段。其中有几个特性非常重要：
（1）类型字段规定了该网络帧所用到的网络协议，拥有固定的标志位可以作为特征对比的依据，也可以修改这个标志位，人为地重新指定所用的网络协议。（2）一个网络帧只使用一个网络协议。（3）TS 流数据也有着特有的标志位，可以用来数据识别。