基于TILERA Gx36多核处理器的H.264 SVC高性能视频服务器系统设计与实现

发布时间：2018-10-05 13:12

【摘要】：视频信息在Internet和无线网络中的处理和传输是当前的研究热点。由于IP网络的异构化和终端的多样化，以及同时提供视频服务的需求增加，研究基于高性能处理器、具有多种视频等级的大容量服务器成为重要的研究方向。本文以TILERA公司的TILERA Gx36多核平台为基础，结合高性能并行计算技术，设计和实现了以H.264SVC为编码格式的分级点播服务器，并进一步设计和实现了多等级视频同时直播服务器。主要工作如下： 首先，在充分分析了H.264SVC视频可分级编码技术、视频服务器关键技术的基础上，以开源服务器软件LIVE555为基础，设计了以H.264SVC视频点播服务器为核心的视频传输系统。从服务端、传输网络、及客户端三个方面入手，给出了具体的服务器性能指标、码流提取、打包和传输方案、及客户端实现方案，实现了基于RTSP/RTP/RTCP协议的视频服务器，具备对H.264SVC可分级码流进行按需提取和即时分发的功能。 随后，结合TILERA Gx36处理器的多核结构，，提出了分级点播视频服务器集群方案，依据多核处理器的多核并行合作策略，实现了让多个核协同工作的视频点播服务器集群系统。结合TILERA线程池技术TTR，利用RTSP重定向技术，在单个TILERA Gx36的多个核上构建多线程服务器集群，实现了客户端请求的转发和视频服务的分流，从而大大提高了多核处理器的利用效率和视频点播服务器的服务容量。 最后，结合TILERA Gx36处理器的计算性能，提出了分级同时直播视频服务器方案，依据多核处理器的多核任务分配策略，实现了让多核的各个核区协同工作的视频同时直播服务器系统。结合HDMI/FPGA高清采集前端，利用输入和输出两种环形数据缓冲区，通过TTR合理进行任务分割，实现多种质量等级H.264AVC多核实时编码，并结合码流分发和选择转接服务器，以及代码和指令级优化，实现多种等级视频同时直播功能。 实验测试结果表明，本课题实现的分级点播视频服务器可以实现H.264SVC码流的按需抽取和即时分发，且多核点播服务器相对于单核点播服务器的服务容量得到大大提升，可支持的并发终端数达到理论值的87%；本课题实现的分级同时直播视频服务器可以实现实时多种质量等级H.264AVC码流同时直播，包括1080P、720P、D1三个空间等级的共6个质量等级的视频并行实时编码和码流分发，客户端可按需选择直播流，且播放质量良好。 文章的最后给出了全文的总结，并结合现有的基于TILERA Gx36多核平台的分级点播和同时直播视频服务器的研发现状，对未来的研发工作做了进一步展望。
[Abstract]:The processing and transmission of video information in Internet and wireless networks is a hot topic. Due to the isomerization of IP network, the diversification of terminals, and the increasing demand for providing video services at the same time, the research on high performance processors with large capacity servers with multiple video levels has become an important research direction. Based on TILERA's TILERA Gx36 multi-core platform and high performance parallel computing technology, this paper designs and implements a hierarchical VOD server with H.264SVC coding format, and further designs and implements a multi-level video simultaneous live broadcast server. The main work is as follows: firstly, based on the analysis of H.264SVC video scalable coding technology and the key technology of video server, the open source server software LIVE555 is used as the foundation. A video transmission system based on H.264SVC VOD server is designed. Starting from three aspects of server, transmission network and client, the paper gives the performance index of server, code stream extraction, package and transmission scheme, and client implementation scheme, and realizes the video server based on RTSP/RTP/RTCP protocol. H.264SVC scalable code stream can be extracted and distributed on demand. Then, combined with the multi-core architecture of TILERA Gx36 processor, a hierarchical VOD server cluster scheme is proposed. According to the multi-core parallel cooperation strategy of multi-core processor, a VOD server cluster system with multiple cores working together is implemented. Combined with TILERA thread pool technology, TTR, uses RTSP redirect technology to construct multi-thread server cluster on multiple cores of a single TILERA Gx36, which realizes the forwarding of client requests and the streaming of video services. Thus, the utilization efficiency of multi-core processor and the service capacity of VOD server are greatly improved. Finally, according to the computing performance of TILERA Gx36 processor, a multi-core task allocation scheme based on multi-core processor is proposed. A video streaming server system is implemented in which the core areas of the multi-core system work together. Combined with HDMI/FPGA high-definition acquisition front end, using input and output two kinds of ring data buffers, the task is partitioned reasonably by TTR, and the multi-quality H.264AVC multi-verification coding is realized, and the code stream distribution and the choice of transfer server are combined. And code and instruction-level optimization to achieve multiple levels of video live at the same time. The experimental results show that the hierarchical VOD video server implemented in this paper can realize the on-demand extraction and real-time distribution of the H.264SVC stream, and the service capacity of the multi-core VOD server is greatly improved compared with the single-core VOD server. The number of supporting concurrent terminals can reach the theoretical value of 87. The hierarchical live video server realized in this paper can realize real-time and multiple quality grade H.264AVC code stream simultaneously live broadcast. Including 1080PN720PND1 three spatial levels of six quality levels of video parallel real-time coding and code stream distribution, the client can select live stream on demand, and the quality of playback is good. At the end of the paper, the paper gives a summary of the full text, and combined with the existing multi-core platform based on TILERA Gx36 hierarchical VOD and live video server R & D status quo, the future research and development work is further prospected.
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN919.8;TP332

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本文编号：2253520