专利名称：一种视频信号精确控制的方法
技术领域：
本发明属于广播电视播控系统技术领域，具体涉及一种视频信号精确控制的方法。
背景技术：
广播电视的数字播控系统主要用于对电视台播出业务流程进行支持，是电视台的核心应用系统之一，其主要功能是按照事先编制好的节目单，遥控各种视音频设备，按时准确可靠地把节目播放出去。所谓按时准确是指电视信号在给定的时刻点准确的从指定的画面以每秒25帧的方式播放，不允许控制时刻点出错，不能出现多帧或者少帧，即需要准确把握控制指令发出的时机，前后不能超过1帧(40毫秒)的时间，只有这样才能保证节目在播出时画面流畅，不多帧，不丢帧。如果电视信号在给定的时刻点没有按时播出就是事故，甚至会导致严重的损失，因此帧精确播放是广播电视播控系统在业务需求方面的一个必要特性，可以说播控系统是一个实时控制系统。
为了更好的控制视频信号，就必须了解电视显示方式并利用其特点来更好地进行控制。场逆程也叫场消隐期，英文为VBI，是Vertical BlankingInterval的缩写。电视图像的摄取及显示以电子束对图像扫描的方式进行，即电视扫描，电子束完成一行扫描回到另一行起点的这段逆程时间称为行回扫期或行消隐期；电子束完成一帧扫描回到另一帧起点的这段逆程时间称为帧回扫期或帧消隐期。我国的广播电视采用的是625行隔行扫描方式，隔行扫描是将一帧图像分两次(场)扫描，第一场先扫描出1、3、5、7…等奇数行光栅，第二场扫描2、4、6、8…等偶数行光栅，通常将扫描奇数行的场叫奇数场，扫描偶数行的场叫偶数场，奇数场与偶数场之间的回扫时间称为场回归期或场消隐期。为了更好的控制视频信号，使得帧与帧切换时不出现抖动，播控系统发出的控制指令必须在场逆程中对各种视频设备进行相应的控制，从而实现对视频信号的精确控制，这样才能达到比较好的视觉效果。
播控系统是一个实时控制系统，其发出控制设备的指令必须在给定时刻点1帧(40毫秒)误差范围之内，但是，播控系统却是构建在非实时的分时操作系统下，是在分时操作系统下对各种设备进行控制，因而无法保证实时性；同时，播控系统涉及到多种类型、品牌、型号的设备，这些设备在控制方式，执行特性方面都存在很大差异，常会发生设备控制延迟，现有技术中通常采用配置甚至硬编码的方法解决设备控制延迟的问题，但是这种方法控制逻辑复杂且容易出错；而且完成一个业务往往需要多个(种)设备协同工作，这些设备间通常采用消息通讯的方式协同工作，但消息是非实时的，处理分散，效率低，常导致控制不精确，因此实现对视频信号帧精确控制是一项非常具有挑战性的工作。例如使用录像机播放一段素材上载到视频服务器中这样一个业务，需要播控系统发出指令控制录像机提前走带使得画面运动流畅，视频服务器器提前做好准备录制工作，录像机播放到指定的上载画面时准确的控制视频服务器开始录制，录制结束时需要准确停止录像机在需要录制的最后一帧并控制视频服务器结束录制，可以看出，在此业务中，需要播控系统对涉及的设备进行精确控制，才能按时准确可靠地把节目上载到视频服务器中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种视频信号精确控制的方法，该方法能够大大提高分时操作系统下视频信号控制的实时性和精确度，能够降低分时操作系统控制逻辑的复杂度，减少了出错的可能性，并能应用于各种自动化实时控制系统。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种视频信号精确控制的方法，包括以下步骤(1)播控系统根据设备特性，结合协同设备的控制先后顺序，预测设备时序图；(2)在播控系统中设置多任务管理器，进行多任务管理，多任务管理器根据设备时序图和控制动作的实时性要求，确定任务的优先级和执行的先后顺序，多任务管理器调度任务在控制时刻点对设备进行精确控制，保证关键任务在关键时刻对CPU资源的占用，从而实现多个相关任务在一帧即40毫秒误差范围内的控制；所述的播控系统构建于非实时的分时操作系统下。
更进一步，步骤(1)中预测设备时序图时，采用的具体方法是1)播控系统通过配置文件设置设备特性，设备特性包括设备的型号、延迟时间、稳定运行时间，有些设备还需要一些特殊属性，如设备指令发送的间隔时间；2)播控系统在启动时读取该配置文件，形成设备控制特性表；3)播控系统根据提交的控制中使用的设备以及控制时间，查找设备控制特性表，并结合当前已经提交的任务情况，排列出设备控制时序图；4)播控系统优化控制时机，形成任务，并提交到任务管理器。
更进一步，步骤(2)中设置多任务管理器，进行多任务管理时，采用的具体方法是1)播控系统中的多任务管理器接受设备时序图预测提交的任务；2)播控系统中的多任务管理器根据任务的控制时间将任务插入到任务列表中；3)播控系统中的多任务管理器调度任务列表中的任务在其时刻点控制对应的设备。
再进一步，步骤3)中多任务管理器调度任务列表中的任务在其时刻点控制对应的设备时，采用场逆程同步，即利用硬件或者软件方式提供具有参考视频(RefVideo)卡周期性发出场或者帧同步信号的等价功能，播控系统利用同步信号控制指令发送时机，保证在场逆程中发出控制指令，实现对设备的精确控制。
更进一步，在步骤(1)和步骤(2)中的分时操作系统中还设置一种高精度的时钟，为分时操作系统精确控制视频信号提供准确时间，将时钟设定为具有稳定、有序、高精度、相位同步的特性；所述稳定，是指时钟设置为不存在跳变；所述有序是指时钟的设定过程中使得时间单调；所述高精度是指时钟的设定中使得单位精度高于毫秒级别；所述相位同步是指将系统时钟相位与视频设备同步信号设置为同步。
再进一步，对于设置的高精度时钟，对该时钟进行校正，具体方法是采用进程内高精度时钟和统一的网络时钟框架校正机制来实现分布式局域网内的高精度稳定的时钟，进程内高精度时钟通过获取计算机的高精度时钟计数器来获取精度高的时间间隔，通过一个高稳定的外部时钟提供基准时间，通过统一的网络时钟框架自动校准本机与外部时钟的误差；同时，为了保证时钟的有序性，即在时钟校正过程中不会导致时间发生突变，采用缓慢智能的校正方式，所述缓慢是指校正是经过多次校正而非一次立即校正，校正的次数是根据当前时刻与校正点时刻的间隔时间和校正幅度来决定；所述智能是指校正时能够根据当前时刻与校正点时刻的间隔时间来决定一次校正的幅度，在校正过程中的幅度是变化的。
本发明的效果在于大大提高了分时操作系统下视频信号控制的实时性和精确度，降低了分时操作系统控制逻辑的复杂度，减少了出错的可能性，同时能应用于各种自动化实时控制。
图1是一个业务的帧精确控制示意图；图2是一种视频信号帧精确控制的方法的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图及具体实施方式
对本发明做进一步的描述如图1所示，一个业务用例分解出多个控制动作，经过设备时序图预测，形成多个任务，提交到任务管理器中，根据高精度时钟和场逆程同步信号，调度任务在特定时刻点对设备进行控制，最终完成一个业务用例。
如图2所示，一种视频信号帧精确控制的方法，包括以下步骤(1)设备时序图预测。播控系统根据设备各自的特性，结合协同设备的控制先后顺序，估算出设备状态变化的时序图，然后利用这些时序图来优化设备控制指令发射的时机，减少由于设备延时导致的误差。设备的各自特性主要是指设备控制指令的响应延时、控制顺序和达到稳定的时间各不相同，例如预卷指令，录像机从当前点线性地滑动到指定帧，时间比较长，通常需要在3～5分钟才能完成，而对于非线性的视频服务器来说只需要1～3秒。所述的播控系统构建于非实时的分时操作系统下。
预测设备时序图时，采用的具体方法是1)播控系统通过配置文件设置设备特性，设备特性包括设备的型号、延迟时间、稳定运行时间，有些设备还需要一些特殊属性，如设备指令发送的间隔时间；2)播控系统在启动时读取该配置文件，形成设备控制特性表；3)播控系统根据提交的控制中使用的设备以及控制时间，查找设备控制特性表，并结合当前已经提交的任务情况，排列出设备控制时序图；4)播控系统优化控制时机，形成任务，并提交到任务管理器。
(2)在播控系统中设置多任务管理器，进行多任务管理，多任务管理器根据设备时序图和控制动作的实时性要求，确定任务的优先级和执行的先后顺序，多任务管理器调度任务在控制时刻点对设备进行精确控制。分时操作系统对每个设备在特定时刻的控制就构成了一个任务，而一个业务用例通常有多个(种)设备协同完成，因此，一个业务用例分解出多个控制动作，经过设备时序图预测，形成多个任务，多任务管理器根据设备时序图预测形成特定任务的控制参数(时间和优先级)，将任务在时间线上进行调度，即每一个任务在其执行时刻对设备进行控制，以保证关键任务在关键时刻对CPU资源的占用，从而实现多个相关任务在一帧误差范围内的控制。
设置多任务管理器，进行多任务管理时，采用的具体方法是1)播控系统中的任务管理器接受设备时序图预测提交的任务；2)播控系统中的任务管理器根据任务的控制时间将任务插入到任务列表中；3)播控系统中的任务管理器调度任务列表中的任务在其时刻点控制对应的设备。
本实施例的步骤(1)和步骤(2)中，为精确控制各个时刻点，在分时操作系统中还设置一种高精度的时钟，为分时操作系统精确控制视频信号提供准确时间，将时钟设定为具有稳定、有序、高精度、相位同步的特性；所述稳定，是指时钟设置为不存在跳变；所述有序是指时钟的设定过程中使得时间单调；所述高精度是指时钟的设定中使得单位精度高于毫秒级别；所述相位同步是指将系统时钟相位与视频设备同步信号设置为同步。
对于设置的高精度时钟，为保证其时间的精确性，需要对该时钟进行校正，具体方法是采用进程内高精度时钟和统一的网络时钟框架校正机制来实现分布式局域网内的高精度稳定的时钟，进程内高精度时钟通过获取计算机的高精度时钟计数器来获取精度高的时间间隔，通过一个高稳定的外部时钟提供基准时间，通过统一的网络时钟框架自动校准本机与外部时钟的误差；同时，为了保证时钟的有序性，即在时钟校正过程中不会导致时间发生突变，采用缓慢智能的校正方式，所述缓慢是指校正是所谓缓慢是指校正是经过多次校正而非一次立即校正，校正的次数是根据当前时刻与校正点时刻的间隔时间和校正幅度来决定；所述智能是指校正时能够根据当前时刻与校正点时刻的间隔时间来决定一次校正的幅度，在校正过程中的幅度是变化的。视频信号需要在场同步信号中切换才能保证画面流畅，因此需要时钟相位与场逆程信号同步。
由于各种控制指令必须在场逆程中对各种视频设备进行相应的控制，才能实现对视频信号的精确控制，从而达到比较好的视觉效果，因此为了实现各种控制指令对视频设备的精确控制，本实施例中，为了使系统时钟相位与视频设备同步信号更好地同步，采用场逆程同步，即利用硬件或者软件方式提供具有参考视频(RefVideo)卡周期性发出场或者帧同步信号的等价功能，播控系统利用同步信号控制指令发送时机，从而实现音视频设备同步信号和系统时钟相位同步，保证在场逆程中发出控制指令，实现对设备的精确控制。
下面以完成一个上载任务为例说明利用本发明所述的方法实现帧精确控制，具体实现方法如下假设录制从00:00:00:00帧开始，00:00:29:24，即30秒素材，1)录像机standby on，即使得磁头处于可运动状态；2)录像机预卷到指定帧-00:00:05:00，由于录像机开始走带的速率不稳导致会出现画面抖动，根据录像机设备特性需要走带5秒才能达到稳定，因此预卷到-00:00:05:00帧；3)在录像机预卷过程中给视频服务器发射录制准备命令；4)录像机预卷好，视频服务器成功录制准备后，给录像机发送播放命令；5)播放5秒快到00:00:00:00，在场逆程内给视频服务器发送录制命令；6)30秒后，给视频服务器发送停止命令，录像机发送停止命令。
上述步骤中需要发送的命令和时刻根据设备时序图预测形成多个任务提交到任务管理器中，任务管理器负责调度任务，每一个任务通过高精度时钟在其执行时刻对设备进行控制，这样一组相关的任务共同实现了对上载任务的帧精确的控制。
本发明所述的方法并不限于具体实施方式
中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。
权利要求
1.一种视频信号精确控制的方法，包括以下步骤(1)播控系统根据设备特性，结合协同设备的控制先后顺序，预测设备时序图；(2)在播控系统中设置多任务管理器，进行多任务管理，多任务管理器根据设备时序图和控制动作的实时性要求，确定任务的优先级和执行的先后顺序，多任务管理器调度任务在控制时刻点对设备进行精确控制；所述的播控系统构建于非实时的分时操作系统下。
2.如权利要求1所述的一种视频信号精确控制的方法，其特征是步骤(1)中预测设备时序图时，采用的具体方法是1)播控系统通过配置文件设置设备特性，所述的设备特性包括设备的型号、延迟时间、稳定运行时间、设备指令发送的间隔时间；2)播控系统在启动时读取该配置文件，形成设备控制特性表；3)播控系统根据提交的控制中使用的设备以及控制时间，查找设备控制特性表，并结合当前已经提交的任务情况，排列出设备控制时序图；4)播控系统优化控制时机，形成任务，并提交到任务管理器。
3.如权利要求1所述的一种视频信号精确控制的方法，其特征是步骤(2)中设置多任务管理器，进行多任务管理时，采用的具体方法是1)播控系统中的多任务管理器接受设备时序图预测提交的任务；2)播控系统中的多任务管理器根据任务的控制时间将任务插入到任务列表中；3)播控系统中的多任务管理器调度任务列表中的任务在其时刻点控制对应的设备。
4.如权利要求3所述的一种视频信号精确控制的方法，其特征是步骤3)中多任务管理器调度任务列表中的任务在其时刻点控制对应的设备时采用场逆程同步，即利用硬件或者软件方式提供具有参考视频卡周期性发出场或者帧同步信号的等价功能，播控系统利用同步信号控制指令发送时机，保证在场逆程中发出控制指令，实现对设备的精确控制。
5.如权利要求1所述的一种视频信号精确控制的方法，其特征是在步骤(1)和步骤(2)中的分时操作系统中还设置一种高精度的时钟，为分时操作系统精确控制视频信号提供准确时间，将时钟设定为具有稳定、有序、高精度、相位同步的特性；所述稳定，是指时钟设置为不存在跳变；所述有序是指时钟的设定过程中使得时间单调；所述高精度是指时钟的设定中使得单位精度高于毫秒级别；所述相位同步是指将系统时钟相位与视频设备同步信号设置为同步。
6.如权利要求5所述的一种视频信号精确控制的方法，其特征是对于设置的高精度时钟，对该时钟进行校正，具体方法是采用进程内高精度时钟和统一的网络时钟框架校正机制来实现分布式局域网内的高精度稳定的时钟，进程内高精度时钟通过获取计算机的高精度时钟计数器来获取精度高的时间间隔，通过一个高稳定的外部时钟提供基准时间，通过统一的网络时钟框架自动校准本机与外部时钟的误差；同时，为了保证时钟的有序性，即在时钟校正过程中不会导致时间发生突变，采用缓慢智能的校正方式，所述缓慢是指校正是经过多次校正而非一次立即校正，校正的次数是根据当前时刻与校正点时刻的间隔时间和校正幅度来决定；所述智能是指校正时能够根据当前时刻与校正点时刻的间隔时间来决定一次校正的幅度，在校正过程中的幅度是变化的。
全文摘要
本发明涉及一种视频信号精确控制的方法，属于广播电视播控系统技术领域。现有技术中，播控系统构建在非实时的分时操作系统下，因此通过分时操作系统对设备进行控制，无法保证实时性；播控系统常涉及多种设备，这些设备存在很大差异，常发生设备控制延迟，现有技术通常采用配置甚至硬编码方法，控制逻辑复杂且易出错；一个业务常需要多种设备协同工作，通常采用消息通讯的方式，但消息是非实时的。本发明所述的方法，结合设备时序图预测、多任务管理、高精度时钟和场逆程同步的方式来实现视频信号的精确控制。采用本发明所述的方法，大大提高了分时操作系统下视频信号的实时性和精确度，减少了出错的可能性，同时能应用于各种自动化实时控制。
文档编号H04N5/268GK1668084SQ20051006325
公开日2005年9月14日 申请日期2005年4月7日 优先权日2005年4月7日
发明者李春华, 管雷 申请人:北京北大方正电子有限公司, 北京大学