兼容不同格式或协议的超高清视频播出系统及方法与流程

1.本发明涉及兼容不同格式或协议的超高清视频播出系统及方法，尤其涉及不同格式、协议节目混合播出时的数据处理。


背景技术：

2.作为播出系统播出视频服务器是电视台用于播出节目的主要设备。随着视频分辨率、帧率的不断增加，无压缩ip视频带宽需求快速增长，例如播放高清节目需要1.5g带宽、播放4k节目需要12g带宽、而播放8k节目更是需要高达48g带宽。为减少网络带宽负载，现有技术中，采用拼接的方式来播出。
3.例如现有8kip播出视频服务器，采用4路4kip播出拼接的方式来实现8kip播出，其中，8k文件被分割为4个4kxavc文件格式(每个文件相对于8kip画面的四分之一视音频文件)，8kip流为4个4k通道同时解码4个4k文件输出的4路ip流(4线8k信号)，即，8k 4文件、4ip流播出。这种方式，4文件需要同时解码处理、4ip流同步对齐，其技术门槛高，对于电视台的节目播出，存在安全隐患；且系统复杂度高，导致播出管理成本高。
4.在电视台业务中，前段存在多个制作部门，各个制作部门根据使用的设备的不同会产出多种不同格式的8k文件。不同格式的8k素材节目文件送到播出部门后，播出部门需在前端增加播前转码，对文件进行归一化处理后，8k播出视频服务器才能正常解码,播出统一格式的8k文件，输出相同格式的ip流。但播前增加转码服务器设备，会导致系统整体成本变高，且转码需消耗较长的转码时间，导致素材整备效率变低和无法实时播出。
5.为了降低成本、提高素材整备效率，可在播出视频服务器端采用支持不同格式、协议节目混合播出的方式。播出时，读取文件解析文件信息、以相应的格式初始化解码器。即，每播出一个节目，“解码器”执行一次“创建、启动、停止、删除”操作。利用两个“解码器”交替执行“创建、启动、停止、删除、创建、启动、停止、删除...”工作，节目切换时使两个“解码器”同时工作直到切换成功，以实现无缝混合播出。
6.由于8k播出视频服务器的计算资源消耗太大，此时再采用两个“解码器”交替的工作流程，频繁的“创建、删除解码器”的操作，需要消耗大量的cpu计算资源与时间资源，进一步加大了计算资源的消耗，对于现有的cpu计算资源而言，等“创建、删除解码器”这两个工作都完成后再去解码，无法实现节目的实时播出。
7.本发明的第一目的在于提供一种兼容不同格式或协议的超高清视频播出系统及方法，在实现无缝播出的同时，降低计算资源和时间资源的消耗。


技术实现要素：

8.本发明的第一技术方案为兼容不同格式或协议的超高清视频播出系统，包括，第1混合数据管理组件(1)、第2混合数据管理组件(2)、节目播出控制模块(3)、播出组件(9)以及位于所述第1混合数据管理组件(1)前侧的第1收流模块(51)、第1文件预读模块(61)和第1打标签模块(71)、位于所述第2混合数据管理组件(2)前侧的第2收流模块(52)、第2文件预
读模块(62)和第2打标签模块(72)。
9.所述第1混合数据管理组件(1)包括解码器选择器(14)、多个解码器以及缓存器(15)。所述第2混合数据管理组件(2)包括解码器选择器(24)、多个解码器以及缓存器(25)。所述第1收流模块(51)和第2收流模块(52)从网络获取线路节目的压缩流数据。
10.所述第1文件预读模块(61)和第2文件预读模块(62)读取节目文件，获取文件格式。所述第1打标签模块(71)根据所述第1收流模块(51)收流的压缩流数据格式或所述第1文件预读模块(61)获取的节目文件格式，将格式标签打入所述压缩流数据或压缩文件。
11.所述第2打标签模块(72)根据所述第2收流模块(52)收流的压缩流数据格式或所述第2文件预读模块(62)获取的节目文件格式，将格式标签打入所述压缩流数据或压缩文件。所述解码器选择器(14)和所述解码器选择器(24)、根据压缩流数据或压缩文件中的所述标签选择对应的解码器解码，解码得到的无压缩数据分别保存在各个解码连接的缓存器(15)和缓存器(25)中。
12.第1混合数据管理组件(1)、所述第1收流模块(51)、所述第1文件预读模块(61)、所述第1打标签模块(71)作为第1前侧模块，所述第2收流模块(52)、所述第2文件预读模块(62)、所述第1打标签模块(71)作为第2前侧模块。
13.所述节目播出控制模块(3)根据待播指令和待播节目指令，交互切换第1混合数据管理组件(1)、所述第1前侧模块与第2混合数据管理组件(2)、所述第2前侧模块。所述播出组件(9)由所述缓存器(15)或缓存器(25)获取解码后的无压缩数据，通过编码压缩形成规定格式的ip流。
14.优选，所述播出组件(9)将无压缩数据压缩成jpeg xs格式的浅压缩ip流。
15.优选，述播出组件9包括选择模块(91)、字幕叠加模块(92)、编码压缩模块(93)、发流模块(94)组成。
16.优选，所述第1混合数据管理组件(1)包括xs解码器、prores解码器、xavc解码器中的任一个或任意多个的组合。
17.优选，所述第2混合数据管理组件(2)包括xs解码器、prores解码器、xavc解码器中的任一个或任意多个的组合。
18.优选，所述第1混合数据管理组件(1)与所述第2混合数据管理组件(2)包含的解码器相同。
19.第二技术方案为兼容不同格式或协议的超高清视频的播出方法，包括以下步骤，
20.步骤1，作为待播节目，第1收流模块(51)从网络获取线路节目的压缩流数据或第1文件预读模块(61)读取节目文件，获取文件格式。步骤2，第1打标签模块(71)根据所述第1收流模块(51)收流的压缩流数据格式或所述第1文件预读模块(61)获取的节目文件格式，将格式标签打入所述压缩流数据或压缩文件。
21.步骤3，解码器选择器(14)根据压缩流数据或压缩文件中的所述标签选择对应的解码器解码，解码得到的无压缩数据分别保存在缓存器(15)中。步骤4，节目播出控制模块(3)接受到待播指令和待播节目指令时，第2收流模块(52)从网络获取线路节目的压缩流数据或第2文件预读模块(62)读取节目文件，获取文件格式。
22.步骤5，第2打标签模块(72)根据所述第2收流模块(52)收流的压缩流数据格式或所述第2文件预读模块(62)获取的节目文件格式，将格式标签打入所述压缩流数据或压缩
文件。步骤6，解码器选择器(24)根据压缩流数据或压缩文件中的所述标签选择对应的解码器解码，解码得到的无压缩数据分别保存在缓存器(25)中。
23.步骤7，节目开播时，节目播出控制模块(3)交互切换第1混合数据管理组件(1)、所述第1前侧模块与第2混合数据管理组件(2)、所述第2前侧模块。步骤5，播出组件(9)由所述缓存器(15)获取解码后的无压缩数据，通过编码压缩形成规定格式的ip流。
24.优选，节目播出控制模块(3)交互切换第1混合数据管理组件(1)、所述第1前侧模块与第2混合数据管理组件(2)、所述第2前侧模块后，删除出于待播状态的第1混合数据管理组件(1)或第2混合数据管理组件(2)中保存在缓存器(15)或缓存器(25)的原正播节目数据，释放保存空间。
附图说明
25.图1为兼容不同格式或协议的超高清视频播出系统的说明框图；
26.图2为第1混合数据管理组件和第2混合数据管理组件交互切换的说明图；
27.图3为兼容不同格式或协议的超高清视频播出的流程图。
具体实施方式
28.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，参考标号是指本发明中的组件、技术，以便本发明的优点和特征在适合的环境下实现能更易于被理解。下面的描述是对本发明权利要求的具体化，并且与权利要求相关的其它没有明确说明的具体实现也属于权利要求的范围。
29.图1为兼容不同格式或协议的超高清视频播出系统的说明框图。
30.兼容不同格式或协议的超高清视频播出系统(以下简称为超高清视频播出系统)包括第1混合数据管理组件1、第2混合数据管理组件2、节目播出控制模块3、播出组件9和位于第1混合数据管理组件1前侧的第1收流模块51、第1文件预读模块61以及第1打标签模块71、位于第2混合数据管理组件2前侧的第2收流模块52、第2文件预读模块62以及第2打标签模块72。播出组件9由选择模块91、字幕叠加模块92、编码压缩模块93、发流模块94组成。
31.第1混合数据管理组件1以及前侧的模块与第2混合数据管理组件2以及前侧的模块结构相同，以下除必要外，通常以第1混合数据管理组件1以及前侧的模块为例进行说明，省略对第2混合数据管理组件2以及前侧模块的说明。
32.第1收流模块51用于从网络获取线路节目，本实施方式中，线路节目采用jpeg xs格式浅压缩8k ip流。第1收流模块51将外部jpeg xs格式浅压缩ip流接收进来，第1打标签模块71根据预先的设定将格式标签“xs”打入该浅压缩流数据中。
33.第1文件预读模块61从保存节目文件的服务器获取播出节目的文件(硬盘文件)。第1文件预读模块61对获得的文件进行预读，获取文件格式信息。本实施方式中，节目文件有三种格式，即xs、xavc、pro res格式的8k视频，第1打标签模块71根据预读的文件格式，将表示xs或xavc或pro res格式的标签打入该文件的压缩数据中。
34.由第1打标签模块71打入格式标签的浅压缩流数据或压缩文件放进混合压缩帧数据a中。
35.同样，由第2打标签模块72打入格式标签的浅压缩流数据或压缩文件放进混合压
缩帧数据b中。
36.例如，第1收流模块51从网络获取线路节目时，第1混合数据管理组件1获取混合压缩帧数据a后，解码器选择器14根据混合压缩帧数据a中的格式标签“xs”启动xs解码器11对jpeg xs格式浅压缩ip流进行解码。解码后的无压缩视音频数据存入解码缓存队列a中，保存在缓存器15中。
37.本实施方式中，第1混合数据管理组件1中除xs解码器11外，还具有xavc解码器13和pro res解码器12，因此，除能够解码jpeg xs格式浅压缩ip流外，还能解码xavc格式和pro res格式的压缩文件。
38.例如，第2文件预读模块62从节目存储中心获取播出节目的文件时，第2混合数据管理组件2获取混合压缩帧数据b后，解码器选择器24根据混合压缩帧数据b中格式标签启动对应的解码器解码，例如格式标签为“xs”时启动xs解码器21解码，格式标签为xavc时启动xavc23解码等。解码后的无压缩视音频数据存入解码缓存队列b中，保存在缓存器25。
39.通过上述方法，在每个“混合数据管理组件”中都预先创建好所有类型解码器，但并不同时开始启动，只有正播条目和待播条目真正需要解码时才启动相应类型解码器开始解码，消耗的cpu资源及时间资源的只有1个或者2个解码器，由于不需要反复进行“创建、删除解码器”的操作，降低了cpu计算资源和时间资源的消耗。
40.节目播出控制模块3用于控制节目的播出。播出控制工作台根据节目单，在节目即将播出时向节目播出控制模块3发送即将开播指令和待播条目指令，节目播出控制模块3根据即将开播指令和待播条目指令，控制第1收流模块51、第1文件预读模块61、第2收流模块52、第2文件预读模块62以及第1混合数据管理组件1或第2混合数据管理组件2。
41.在节目播出前预先获取待播节目的压缩格式，第1混合数据管理组件1或第2混合数据管理组件2根据待播节目的压缩格式启动对应的解码器进行解码。在到达开播时间，待播节目开始正播时，切换第1混合数据管理组件1和第2混合数据管理组件2，使第1混合数据管理组件1以及前侧的模块与第2混合数据管理组件2以及前侧的模块交互工作。
42.图2为第1混合数据管理组件和第2混合数据管理组件交互切换的说明图。
43.即，第1混合数据管理组件1作为正播数据管理组件工作时，第2混合数据管理组件2作为待播数据管理组件工作，在节目播出控制模块3收到即将开播指令和待播条目指令时，第2混合数据管理组件2对待播节目的压缩数据进行解码，到了待播节目的开播时间(正播节目播出结束)，第1混合数据管理组件1和第2混合数据管理组件2互相切换，第2混合数据管理组件2作为正播数据管理组件工作。图中的t1是第1混合数据管理组件1和第2混合数据管理组件2同时解码的区间。
44.在本实施方式中，即将开播指令的发出比实际开播时间提前5秒，收到指令开始提前准备下一条素材的一小段视音频数据(约100帧的视频)，即，t1设置成5秒。待播节目的获取到实际开播之间有5秒的，这样可以提前准备下一条待播素材，并到下一条开播时间时能够快速更换两个管理组件的角色，不会导致延时。
45.这样每播出一条节目，第1混合数据管理组件1和第2混合数据管理组件2交替切换角色，因此，虽然设置了两组“混合数据管理组件”，但是除收到即将开播指令到实际开播的时间段(t1)外，只有一个“混合数据管理组件”中的某一类型解码器在工作，并不是所有类型解码器都在同时运行，不会额外增加cpu计算资源。即将开播指令的发出到实际开播的时
间差t1根据cpu的处理能力以及缓存器15、25的容量设定，只要满足实时播出时允许的时间上误差即可。
46.因此，对于多种格式或多协议的节目混和播出，本发明的兼容不同格式或协议的超高清视频播出系统在播出节目时，通过提前创建两组“混合数据管理组件”，在每个“混合数据管理组件”中都预先创建好所有类型解码器，结合节目倒换逻辑，随时启动相应的解码器解码，节省了频繁“创建、删除解码器”所需要的cpu资源和时间资源，从而实现了降低服务器计算资源的同时，也能保证不同格式(协议)的节目混合播出时能够实现无缝切换。当然相同格式(协议)的节目在播出时也能够实现无缝切换。
47.即将开播指令的发出根据启动编码器的时间确定，并不限于5秒，服务器的运算能力强时间可以设定的短。
48.在正播数据管理组件切换为待播数据管理组件时，解码缓存队列中正播节目的数据同步消失，释放缓存器的资源。
49.播出组件9由第1混合数据管理组件1或第2混合数据管理组件2选择正播的无压缩视音频数据，加上字幕等处理后编码压缩成jpeg xs格式浅压缩数据输出到线路上。
50.播出组件9如图1所示，包括选择模块91、字幕叠加模块92、编码压缩模块93、发流模块94。本实施方式中，选择模块91根据节目播出控制模块3发出的待播节目开播信号，将正播数据管理组件切换到字幕叠加模块92，在无压缩视音频数据进行字幕叠加后，编码压缩模块93进行编码压缩后，由发流模块94将ip流输出到网络上。本实施方式中，采用jpeg xs格式浅压缩数据，在保证8k视频质量的同时，降低了系统的复杂度避免了拼接方式传输带来的播出安全隐患。
51.以下对兼容不同格式或协议的超高清视频播出的流程进行说明。
52.本实施方式中，在开播前，预设解码器类型，即将混播的三种文件格式预设到配置文件中：xs、xavc、pro res，并对每一种文件格式具体视音频参数做一个预设定，以供后续初始化解码器使用。
53.程序启动时，创建两组混合数据管理模块，即“第1混合数据管理组件1”和“第2混合数据管理组件2”。各混合数据管理组件都根据开播前配置文件中预设的解码器类型，将“xs、xavc、pro res”这三种类型解码器初始化完成，并清空缓存器15和25。
54.在程序启动，各项准备工作完成后，即可进行节目播出。以下以硬盘节目和线路节目的混合播出为例，通过图3的流程图对兼容不同格式或协议的超高清视频播出系统的工作流程进行说明。硬盘节目的播出在前，线路节目的播出在后。
55.初始状态时，第1混合数据管理模块1作为正播数据管理组件工作，解码后的无压缩音视频数据存入缓存器15中的“解码缓存队列a”，第2混合数据管理模块2作为待播数据管理组件工作。
56.节目播出控制模块3接受播出控制工作台发送即将开播指令和待播条目指令(步骤s101)，判断待播出条目是硬盘节目还是线路节目(步骤s102)，硬盘节目时，进入步骤s103，线路节目时进入步骤s203。
57.本实施方式中，判断为硬盘节目，进入步骤s103。
58.节目播出控制模块3启动第2文件预读模块62(步骤s103)，对待播文件进行预读，获取文件格式(xs、xavc、pro res)信息(步骤s105)。第2打标签模块72将“格式标签”打入该
文件的压缩数据中，打入标签的压缩数据放进混合压缩帧数据b中(s106)。
59.解码器选择器24根据压缩数据中的格式标签启动对应的解码器，例如xs格式的文件启动xs解码器21解码(s107)。
60.解码后的无压缩音视频数据存入缓存器25中的“解码缓存队列b”(s108)。
61.在待播节目到了开播时间(s109)，节目播出控制模块3交互待播数据管理组件和正播数据管理组件，将第2混合数据管理组件2切换为正播数据管理组件，第1混合数据管理组件1切换为待播数据管理组件(s110)。此时，第2文件预读模块持续读取硬盘节目，由xs解码器21解码后，经选择模块91选择后，通过叠加字幕、编码压缩等处理后，以统一的编码格式由发流模块94发流到网络(s111)。
62.第1混合数据管理组件1(待播数据管理组件)，删除混合压缩帧数据a中的原正播节目数据，释放缓存器15的资源(s112)。
63.第1混合数据管理组件1的xs解码器11停止工作(s113)，第1收流模块51、第1文件预读模块61以及停止工作(s114)后，返回步骤s101接受下一条即将开播指令和待播条目指令。
64.当接受到下一条即将开播指令和待播条目指令(实施例中为线路节目)时，在步骤s102中判别为线路节目，进入步骤s203。
65.节目播出控制模块3启动第1收流模块51(s203)，将外部jpeg xs格式浅压缩ip流接收进来(步骤s204),第1打标签模块71将格式标签“xs”打入该浅压缩流数据中，打入标签的压缩数据放进混合压缩帧数据a中(s205)。
66.解码器选择器14根据格式标签xs启动xs解码器11解码(s207)。
67.解码后的无压缩音视频数据存入缓存器15中的“解码缓存队列a”(s208)。
68.在待播节目到了开播时间(s209)，节目播出控制模块3交互待播数据管理组件和正播数据管理组件，将第1混合数据管理组件1切换为正播数据管理组件，第2混合数据管理组件2切换为待播数据管理组件(s210)。此时，第1收流模块51持续收流，由xs解码器11解码后，经选择模块91选择后，通过叠加字幕、编码压缩等处理后，以统一的编码格式由发流模块94发流到网络(s211)。
69.第2混合数据管理组件2(待播数据管理组件)，删除混合压缩帧数据b中的原正播节目数据，释放缓存器25的资源(s212)。
70.第2混合数据管理组件2的解码器停止工作(s213)，收流模块5关闭(s214)。
71.以上对本发明的实施方式进行了说明。本发明的兼容不同格式或协议的超高清视频播出系统采用jepeg xs浅压缩技术，降低传输带宽，网络负载压力。对于多种格式或协议的节目混和播出，本发明的兼容不同格式或协议的超高清视频播出系统在播出节目时，通过提前创建两组“混合数据管理组件”，在每个“混合数据管理组件”中都预先创建好所有类型解码器，结合节目倒换逻辑，启动相应的解码器，节省掉了频繁“创建、删除解码器”的处理时间，从而实现了降低服务器计算资源的同时，也能保证不同格式(协议)或相同格式(协议)的节目在播出时能够实现无缝切换。
72.在本实施方式中，以8k视频为例进行说明。作为超高清视频不限于8k视频，可以是4k、2k以及16k等视频。
73.应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本
领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。