邢衛(wèi)國(guó) 趙亞松 郭海鵬

(1 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所河北石家莊 050081)

(2 河北省中小企業(yè)信息中心河北石家莊 050051)

IP Over AOS的軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

邢衛(wèi)國(guó)1趙亞松1郭海鵬2

(1 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所河北石家莊 050081)

(2 河北省中小企業(yè)信息中心河北石家莊 050051)

AOS是一種空間合作開(kāi)發(fā)、空間資源廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)，采用AOS技術(shù)，對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行空地傳輸是勢(shì)在必行的。針對(duì)IP視頻數(shù)據(jù)的空地傳輸進(jìn)行研究，采用AOS協(xié)議封裝，并在地面接收端再將IP數(shù)據(jù)恢復(fù)出來(lái)，通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸。根據(jù)視頻數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，詳細(xì)描述了傳輸格式的要求，提出了不同于傳統(tǒng)采用FPGA硬件電路實(shí)現(xiàn)的軟件實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)數(shù)據(jù)處理過(guò)程進(jìn)行了仿真測(cè)試，給出了軟件處理的效率，證明了在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。

軟件實(shí)現(xiàn) AOS Over IP IP視頻

1 引言

隨著空間技術(shù)的的不斷發(fā)展，國(guó)際合作開(kāi)發(fā)逐漸成為發(fā)展趨勢(shì)，為國(guó)際社會(huì)所認(rèn)可。AOS標(biāo)準(zhǔn)的推出為空間合作提供了基礎(chǔ)，不斷地得到推廣應(yīng)用。將IP視頻數(shù)據(jù)采用AOS協(xié)議進(jìn)行傳輸，在地面再將IP數(shù)據(jù)恢復(fù)出來(lái)，在地面以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，軟件可實(shí)現(xiàn)的功能越來(lái)越多，以前由硬件電路或FPGA完成的功能也逐步移植到應(yīng)用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 實(shí)現(xiàn)方法

CCSDS對(duì)IP包的封裝進(jìn)行了定義，AOS對(duì)應(yīng)于地面網(wǎng)絡(luò)OSI模型的數(shù)據(jù)鏈路層，采用固定長(zhǎng)度傳輸幀傳輸各種空間數(shù)據(jù)。AOS提供包服務(wù)和位流服務(wù)等7種服務(wù)類型，數(shù)據(jù)域可以為M_PDU、B_PDU、VCA_SDU和空閑數(shù)據(jù)。IP視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)IP頭封裝后采用M_PDU進(jìn)行傳輸。在接收端，取出AOS傳輸?shù)母鞣N封裝頭，將IP數(shù)據(jù)幀恢復(fù)出來(lái)，再按照傳統(tǒng)的處理方法進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的處理。

2.1 封裝格式

對(duì)要傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)，進(jìn)行IP頭封裝、M_PDU頭封裝和AOS幀封裝，如表1、表2、表3和表4所示。

表1 CCSDS傳輸IP封裝包格式[1,2]

表2 PACKET HEADER格式

協(xié)議標(biāo)識(shí)：000：空閑包；110：用4bit的協(xié)議ID擴(kuò)展域來(lái)識(shí)別協(xié)議；111：自定義數(shù)據(jù)。(第一字節(jié)：0xe0標(biāo)識(shí)空閑包，0xeb標(biāo)識(shí)有效包)

表3 M_PDU格式[3]

保留位填全0。第一包指針指向數(shù)據(jù)區(qū)第一個(gè)包頭位置，從0開(kāi)始計(jì)數(shù)，若數(shù)據(jù)區(qū)不含包頭，填寫全1，若數(shù)據(jù)區(qū)空閑數(shù)據(jù)在填寫為“全1”減1，即“11111111110”。

表4 AOS幀格式（不含幀同步字和RS校驗(yàn)符）[4,5]

傳輸幀長(zhǎng)度N+6 Bytes（AOS幀頭6 Bytes）；版本號(hào)填“01”；VCID：000011：遙控?cái)?shù)據(jù)；000110：視頻及話音IP數(shù)據(jù)；000101：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；111111：充數(shù)據(jù)；幀計(jì)數(shù)：為每個(gè)虛擬信道上產(chǎn)生的傳輸幀獨(dú)立按順序編號(hào)。信令域定義如下：延時(shí)標(biāo)志：1 bit，0表示實(shí)時(shí)，1表示延時(shí)；幀計(jì)數(shù)循環(huán)使用標(biāo)志：1 bit，0不使用，1使用；保留位：2 bit；幀計(jì)數(shù)循環(huán)：4 bit，當(dāng)幀計(jì)數(shù)歸零時(shí)加1。

2.2 封裝過(guò)程

對(duì)要傳輸?shù)腎P幀，首先進(jìn)行IP封裝頭，再進(jìn)行M_PDU封裝，最后封裝為AOS包，交信道進(jìn)行傳輸。接收方按照反過(guò)程進(jìn)行處理，但要考慮漏幀和誤碼等情況[6]。其封裝及接收流程如圖1和圖2所示。

圖1 封裝發(fā)送流程

圖2 接收解封裝流程

3 軟件關(guān)鍵設(shè)計(jì)

在IP視頻通信中，考慮到IP包的長(zhǎng)度不會(huì)超過(guò)2 K Bytes，軟件采用4 K的緩沖區(qū)存儲(chǔ)接收的數(shù)據(jù)，并采用2個(gè)緩沖區(qū)，如圖3所示，一個(gè)純數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，一個(gè)指針緩沖區(qū)，用指針緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)指針解析數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的完整數(shù)據(jù)包，提高了程序效率?？紤]到漏幀情況，當(dāng)AOS幀序號(hào)不連續(xù)時(shí)，通過(guò)插入空數(shù)據(jù)幀，減少對(duì)后續(xù)數(shù)據(jù)包的影響，提高視頻性能[7]。

圖3 接收緩沖區(qū)

4 性能統(tǒng)計(jì)

通過(guò)代碼分析，軟件資源開(kāi)銷主要包括內(nèi)存搬移和比對(duì)判斷等。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，在主流臺(tái)式計(jì)算機(jī)上運(yùn)行處理軟件，在處理10 M圖像數(shù)據(jù)流時(shí)，CPU占用率不足5%，處理時(shí)間不超過(guò)200 ms，效果很好。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)仿真數(shù)據(jù)的處理及性能統(tǒng)計(jì)，為工程實(shí)踐提供了參考數(shù)據(jù)。為未來(lái)采用GPU等新型計(jì)算技術(shù)，處理帶校驗(yàn)的更復(fù)雜的數(shù)據(jù)提供了思路，奠定了基礎(chǔ)。采用軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)IP Over AOS功能，代替了傳統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)，節(jié)約成本、便于維護(hù)和可靠性高，有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和推廣前景，必將在工程實(shí)現(xiàn)中得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[6]王曉波孫甲琦.IP OVER CCSDS空間組網(wǎng)應(yīng)用淺析[J].飛行器測(cè)控學(xué)報(bào),2011(S1):37-40.

[7]蔣立正.IP OVER CCSDS空間組網(wǎng)通信關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京:中國(guó)科學(xué)院研究生院,2009.

Software Design and Implementation of IP Over AOS

XING Wei-guo1ZHAO Ya-song1GUO Hai-peng2
(1 The 54th Research Institute of CETC,Shijiazhuang Hebei 050081,China)
(2 Hebei Center for SME Information,Shijiazhuang Hebei 050081,China)

The AOS is a standard,which is widely used in space cooperation development and space resources.The application of AOS technology in air--to-ground transmission of video data is imperative.Aiming at the research on air--to-ground transmission of IP video data,this paper uses AOS encapsulation protocol to recover IP data on ground receiver,and transfers the data by Ethernet.Based on the characteristics of video data,this paper describes the requirements of transmission format in detail,proposes a software realization method which is different from the traditional method realized by FPGA hardware circuit.The simulation and test of data processing are performed and the efficiency of software processing is given.The results prove the feasibility of this method in practical application.

software realization;AOS Over IP;IP video

TP393

A

1008-1739（2014）20-70-3

定稿日期：2014-09-26