CN102497498B - 一种广播电视播出控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种广播电视播出控制系统，该系统包括：至少一个播出控制工作站、一个控制服务器和至少一个受控设备，其中：播出控制工作站通过控制服务器向受控设备发送命令，并从控制服务器接收受控设备的状态信息和节目串联单的状态信息；控制服务器，用于根据播出控制工作站的命令控制相应的受控设备，并用于从受控设备获取受控设备的状态信息，以及用于将受控设备的状态和节目串联单的状态信息广播给播出控制工作站；受控设备，用于根据控制服务器的控制进行播出，并将自身的状态信息发送给控制服务器。本发明还提供了一种控制服务器和广播电视播出控制方法。应用本发明能够提高播出设备的资源利用率，并提高播出控制系统的安全性。

Description

一种广播电视播出控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及广播电视播出控制技术，尤其是指一种广播电视播出控制方法、装置及系统。

背景技术

现有广播电视播出控制系统(简称：广播电视播控系统)的工作原理是：将各种素材整理成节目，将待播出的节目在节目串联单中列出，播出控制工作站解析节目串联单，并向播出设备发出播出控制指令，由播出设备(比如视频服务器、录像机等)对待播出节目进行播出。图1为现有广播电视播控系统的简要示意图。

在广播电视系统中，视频服务器得到广泛应用。目前大部分电视台的播出设备基本上都是采用以视频服务器为主，录像机以及外来信号配合的混合播出方式，其工作模式是：

1、将大部分素材通过各种形式存储到视频服务器中。

2、素材准备就绪后，通过视频服务器的一个解码通道审看该素材，审看通过后，将该素材拷贝到另一个视频服务器中。

3、大部分播出内容都是采用视频服务器中的素材，采用主备两个通道进行输出信号的播出，其中，将视频服务器的主信号作为最终节目输出，在主信号异常时，采用视频服务器的备信号输出。

4、电视台中有部分节目是直接使用录像带播出的，例如：来不及上载的新闻、只播一次的电视剧等；另外还有部分节目引入外来信号播出，例如：新闻转播、现场直播等。当采用录像机和外来信号播出时，视频服务器的部分通道实际是闲置的。

5、通常，采用至少一个视频服务器进行一个节目频道的播出。当一个广播电台或者电视台存在多个节目频道播出时，将需要配备多个视频服务器。图2为现有多个视频服务器进行多个节目频道播出的示意图。图2中，节目频道A、节目频道B和节目频道C分别由视频服务器A、视频服务器B和视频服务器C进行播出。然而，节目频道之间可能存在一些素材重用的情况，例如：视频服务器A上的素材M1在时段T1用于节目频道A的播出，在时段T2可能需要被用于节目频道B和节目频道C的播出。现有技术是通过数据迁移和拷贝技术把视频服务器A上的素材M1拷贝到视频服务器B和视频服务器C上。考虑到媒体文件数据量非常大(长度为45分钟的高清节目，含视频和音频的媒体文件，大小约为19.2GB；长度为45分钟的标清节目，含视频和音频的媒体文件，大小约为6.0GB)，结合播出业务自身的特点，在视频服务器之间需要花费大量的时间持续进行媒体数据文件的拷贝，视频服务器在拷贝这段时间内也处于非常繁忙的状态，一般情况下，此时的视频服务器不能用作播出，可见，视频服务器的资源利用率较低。

视频服务器等播出设备的价格比较昂贵，本申请的发明人通过对现有技术的上述分析发现：现有技术中，播出设备的资源利用率较低，因此，如何提高播出设备的资源利用率，以最大化地利用昂贵的播出设备资源是一个亟待解决的技术问题。

此外，播控系统对安全性要求较高，如何保证播控系统的安全性也是一个很重要的技术问题。

现有如图1所示的播出控制系统中，播出控制工作站相当于播出控制系统的指挥中心，其上安装了播出控制软件，其任务是负责节目串联单加载、修改节目、播出控制等，因此，播出控制工作站的安全性在整个播出控制系统中至关重要。目前，主要通过对播出控制工作站进行冗余备份的方式来提高播出控制系统的安全性。在冗余备份的方式下，主备播出控制工作站之间通过以太网进行心跳通讯，实现节目串联单及控制操作的同步。播出控制工作站的主备冗余架构有两种应用方式：分立主备方式和完全主备方式，下面分别予以介绍：

1)分立主备方式

图3为现有采用分立主备方式对播出控制工作站进行冗余备份的结构示意图。通俗地讲，分立主备方式就是采用“主控主、备控备”的方式，即主播出控制工作站仅控制主视频服务器，备播出控制工作站仅控制备视频服务器；主、备播控工作站之间通过心跳通讯进行节目串联单和控制操作的同步，相当于两套独立运行的系统。分立主备方式的特点是结构简单、成本低、易于理解、易于安装调试，对播出软件的主备逻辑关系要求低，分立主备其实就是将视频服务器和播出控制工作站看作一个整体，并对这个整体进行一次冗余备份。

这种方式下，当播出控制工作站和视频服务器有一个出现问题时，作为一个整体的另一个设备即使没有问题，也无法正常发挥自身的功用。在极端情况下，假设主播出控制工作站和备视频服务器同时出现问题，此时，虽然备播出控制工作站和主视频服务器都是正常的，但系统却不能自动将它们组成一对来播出，只能人工调整并进行必要的配置操作，这样势必影响对播出故障的应急处理效率，使得安全性无法得到保证。并且，这种方式下，播出控制工作站和播出设备的资源利用率非常低。

2)完全主备方式

图4为现有采用完全主备方式对播出控制工作站进行冗余备份的结构示意图。图4由主、备播控工作站和RS422倒换器构成。RS422倒换器提供多路RS422串口控制通道，每个通道提供两个输入端口和一个输出端口。主、备播控工作站用于控制播出设备的RS422控制线分别接入RS422倒换器指定通道的两个输入端口，输出端口通过控制线连接到具体的播出设备。正常播出时，RS422倒换器接通主控制通道，所以主备视频服务器(当然还包括播出在线切换器、播出录像机等播出设备，图中未能全部画出)等都由主播出控制工作站控制，备播出控制工作站通过心跳线与主播出控制工作站进行通讯；当备播出控制工作站发现主播出控制工作站异常时，立即通过GPI(通用中断General-purpose Interrupt)命令触发RS422倒换器，进行主备控制通道的倒换，这样备播出控制工作站与所有设备的控制链路接通，可以接管所有受控设备的控制权，确保节目正常播出。

在完全主备方式下，由于主备视频服务器都是由主播出控制工作站控制，如果主播出控制工作站在发出Play(播放)指令的瞬间崩溃，此时的备播出控制工作站根本没有足够的时间响应并接管视频服务器的控制权，从而导致主备两台视频服务器同时出现静帧，在这种情况下，播出系统就无法快速恢复正常播出，只能人工将最终输出信号切换到垫片通道上进行应急播出。并且，这种方式下，主备视频服务器仅向主播出控制工作站反馈回应，备播出控制工作站与主播出控制工作站上维护的数据不一致。

可见，现有技术无法保证播控系统的安全性。

发明内容

本发明提供了一种广播电视播出控制方法、装置及系统，以提高播出设备的资源利用率，并提高播控系统的安全性。

本发明提供的一种广播电视播出控制系统，包括：至少一个播出控制工作站、一个控制服务器和至少一个受控设备，其中：

播出控制工作站通过控制服务器向受控设备发送命令，并从控制服务器接收受控设备的状态信息和节目串联单的状态信息；

控制服务器，用于根据播出控制工作站的命令控制相应的受控设备，并用于从受控设备获取受控设备的状态信息，以及用于将受控设备的状态信息和节目串联单的状态信息广播给播出控制工作站；

受控设备，用于根据控制服务器的控制进行播出，并将自身的状态信息发送给控制服务器。

较佳地，所述播出控制工作站通过以太网接入所述控制服务器，或通过互联网接入所述控制服务器。

较佳地，所述系统中还包括一个控制服务器和RS422倒换器；

两个控制服务器的硬件配置相同，并运行相同的播出控制协议，一个作为主控制服务器，另一个作为克隆控制服务器，均通过RS422倒换器连接到受控设备，从受控设备接收相同的回应；

主控制服务器将其当前执行的命令及当前状态变量的取值拷贝给克隆控制服务器。

较佳地，主控制服务器在将其当前执行的命令及当前状态变量的取值拷贝给克隆控制服务器的同时，将时间戳和延时时间标记拷贝给克隆控制服务器；

主控制服务器和克隆控制服务器在所述时间戳对应的时间点延时所述延时时间标记所对应的时间之后执行所述命令。

较佳地，克隆控制服务器根据主控制服务器当前执行的命令及当前状态变量的取值、以及接收自受控设备的回应进行计算，预测主控制服务器的行为，并执行与主控制服务器相同的行为。

本发明还提供了一种控制服务器，应用于广播电视播出控制系统中，该控制服务器中包括：设备通信模块、网络通信模块、设备与节目串联单配置模块、受控设备信息模块、系统信息模块和节目串联单控制模块；

设备通信模块，用于控制服务器与至少一个受控设备之间的通信；

网络通信模块，用于控制服务器与至少一个播出控制工作站之间的通信；

设备与节目串联单配置模块，用于配置设备通道与节目串联单之间的映射关系，并用于维护设备通道资源和节目串联单资源，以及用于将节目串联单的状态信息发送给系统信息模块；

受控设备信息模块，用于通过设备通信模块从各个受控设备收集受控设备的状态信息，并通过网络通信模块将所收集的设备状态信息广播给已登入控制服务器的播出控制工作站；

系统信息模块，用于获取系统信息，并通过网络通信模块将所获取的系统信息广播给已登入控制服务器的播出控制工作站；所述系统信息包括：设备通道状态、节目串联单的状态信息和系统时钟信息；

节目串联单控制模块，用于从网络通信模块接收来自播出控制工作站的命令，根据所述命令控制节目串联单的运行，并通过设备通信模块控制受控设备进行播出。

较佳地，所述设备与节目串联单配置模块用于维护设备通道队列、节目串联单队列和设备通道与节目串联单映射表；其中：

设备通道队列用于记录控制服务器对设备通道的使用情况；

节目串联单队列用于记录控制服务器中节目串联单的使用情况；

设备通道与节目串联单映射表用于记录受控设备与节目串联单之间的配置关系。

较佳地，所述节目串联单控制模块，用于从设备与节目串联单配置模块获取设备通道与节目串联单的映射关系，从受控设备信息模块获取相应的设备状态信息，并根据从网络通信模块接收的来自播出控制工作站的命令，控制节目串联单的运行，并用于将节目串联单的状态信息反馈给设备与节目串联单配置模块。

较佳地，在控制服务器同时执行多个任务时，所述节目串联单控制模块还用于将所述多个任务至少划分为两类，一类是低优先级任务，另一类是高优先级任务，并用于将低优先级任务分割成任务元，在处理完高优先级任务的情况下处理所述任务元。

本发明还提供了一种广播电视播出控制方法，包括：

至少一个播出控制工作站通过控制服务器向受控设备发送命令，并从控制服务器接收受控设备的状态信息和节目串联单的状态信息；

控制服务器根据播出控制工作站的命令控制相应的受控设备，并从受控设备获取受控设备的状态信息，将受控设备的状态信息和节目串联单的状态信息广播给播出控制工作站；

至少一个受控设备根据控制服务器的控制进行播出，并将自身的状态信息发送给控制服务器。

由上述技术方案可见，本发明提供的广播电视播出控制方法、装置及系统，通过将现有“播出控制工作站+播出设备”的两层架构拓展成三层，在播出控制工作站和播出设备之间引入控制服务器，并将现有播出控制工作站中节目串联单相关的控制模块的功能置于该控制服务器中实现，而播出控制工作站只保留人机交互模块的功能，一方面，所有的受控设备形成了受控设备资源池，都处于控制服务器的控制下，大大提高了受控设备的资源利用率；另一方面，所有的播出控制工作站与控制服务器组成了播出控制网，在任何一台播出控制工作站上均可以登入控制服务器，对控制服务器上的节目串联单及为该节目串联单所配置的所有设备进行访问控制，并且，节目串联单实际运行在控制服务器上，即使操作人员的误操作导致播出控制软件的退出甚至播出控制工作站的死机，其相应的节目播出仍然在控制服务器上正常运行，从而大大提高了播出控制系统的安全性。

并且，由于本发明中，人机交互功能由播出控制工作站完成，而播出控制功能由控制服务器完成，当播出控制工作站相对于控制服务器和受控设备而言安装在异地时，可以通过internet网络协议连入控制服务器，这样，操作人员可在异地向控制服务器发送命令，从而实现异地播出控制。

为进一步提高播出控制系统的安全性，本发明在上述技术方案的基础上引入了克隆控制服务器，对主控制服务器进行克隆备份。该方案通过延时执行命令策略和行为预测策略能使主控制服务器与克隆控制服务器之间达到帧精确的同步，从而保证播出控制系统的安全性。

此外，为解决控制服务器同时执行多个任务所面临的后台丢失问题，本发明提出了对任务进行分类，并将低优先级任务分割成若干个任务元，控制服务器在处理完高优先级任务的情况下才处理这些任务元的技术方案，该技术方案可以确保高优先级任务的正常执行。将该技术方案应用于克隆方案时，能确保主控制服务器和克隆控制服务器之间实现帧精确的同步。

附图说明

图1为现有广播电视播控系统的简要示意图；

图2为现有多个视频服务器进行多个节目频道播出的示意图；

图3为现有采用分立主备方式对播出控制工作站进行冗余备份的结构示意图；

图4为现有采用完全主备方式对播出控制工作站进行冗余备份的结构示意图；

图5为本发明基于三层播出架构的播出控制系统示意图；

图6为本发明实现远程控制的播出控制系统示意图；

图7为本发明对控制服务器进行克隆的端口连接示意图；

图8为本发明对控制服务器进行克隆的原理示意图；

图9为本发明对控制服务器进行克隆的克隆静态模型示意图；

图10为本发明控制服务器的状态与时间的函数关系示意图；

图11为本发明一较佳控制服务器的组成结构示意图；

图12为后台丢失现象示意图；

图13为本发明一较佳低优先级任务的状态机示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

现有播出控制工作站中主要有两大功能模块：一是人机交互模块，用于与操作人员进行人机交互；二是节目串联单相关的控制模块，用于进行播出控制。本申请的发明人通过分析发现：安装在播出控制工作站上的播出控制软件含有大量的人机交互界面，操作人员的误操作导致播出控制软件的退出甚至导致播出控制工作站的死机是一个相对高概率的事件，而一旦播出控制工作站出问题，播出将会直接受影响，从而降低播出控制系统的安全性。

本发明的主要思想是：将现有“播出控制工作站+播出设备”的两层架构拓展成三层，在播出控制工作站和播出设备之间引入控制服务器，该控制服务器用于实现现有播出控制工作站中节目串联单相关的控制模块的功能，而播出控制工作站只保留人机交互模块的功能。

基于上述主要思想，本发明提出了一种广播电视播出控制系统，如图5所示。该广播电视播出控制系统包括：至少1个播出控制工作站、1个控制服务器和至少1个受控设备。其中：

播出控制工作站通过控制服务器向受控设备发送命令，并从控制服务器接收受控设备的状态信息和节目串联单的状态信息；

控制服务器，用于根据播出控制工作站的命令控制相应的受控设备，并用于从受控设备获取受控设备的状态信息，以及用于将受控设备的状态信息和节目串联单的状态信息广播给播出控制工作站；

受控设备，用于根据控制服务器的控制进行播出，并将自身的状态信息发送给控制服务器。

本发明中，受控设备包括：视频服务器、播出在线切换器、播出录像机、存储设备等。受控设备的状态信息可以包括：运行状态和存储状态等。

在本发明如图5所示播出控制系统中，如果播出控制工作站与控制服务器处于同一物理区域内，那么，播出控制工作站可以通过以太网接入控制服务器，并实现本地播出控制。

由于电视台或电台的播出控制精度需要达到帧精确，在现有技术中，不论播出控制工作站与播出设备之间采用RS422串口协议控制还是TCP/IP协议控制，播出控制工作站与播出设备的距离不能超出300米，显然，采用现有技术只能进行本地播出控制，无法实现远程播出控制。而基于本发明提出的三层播出架构，我们可以实现异地播出控制。如图6所示：

当播出控制工作站相对于控制服务器和受控设备而言安装在异地时，可以通过internet网络协议连入控制服务器，这样，操作人员可在异地向控制服务器发送命令。而由于与节目串联单相关的控制模块都运行在控制服务器上，且控制服务器与受控设备的传输距离没有改变，进而实际参与设备控制与播出控制的功能模块与受控设备的有效传输距离没有改变，因此，本发明所提供的异地播出控制技术方案也能满足设备控制精度的要求。

基于本发明提出的3层播出架构，一方面，所有的受控设备都处于控制服务器的控制下，也就是说：所有的受控设备形成了设备池，控制服务器与设备池组成了设备控制网，由控制服务器为节目串联单配置受控设备。如此，大大提高了受控设备的资源利用率。并且，控制服务器可以维护一个设备通道队列，用于记录设备池中所有设备通道的状态信息，进而获知哪些设备通道处于“忙”状态，哪些设备通道处于“闲”状态。这样，当某个受控设备或者某个受控设备的通道处于闲置状态时，控制服务器可以配置该设备或者该设备通道为其他节目频道所用，进而达到资源共享的最大效用。

另一方面，所有的播出控制工作站与控制服务器组成了播出控制网，播出控制工作站通过以太网与控制服务器进行通信，并通过控制服务器获得受控设备的状态信息，进而通过控制服务器控制设备池中的受控设备。在任何一台播出控制工作站上均可以登入控制服务器，并对控制服务器上的节目串联单进行访问控制，并访问控制为该节目串联单所配置的所有设备。这样，当操作人员的误操作导致播出控制软件退出甚至播出控制工作站死机时，其相应的节目播出仍然在控制服务器上运行，控制服务器仍将按照既定的规程控制播出设备，播出将不会受到影响，只要在另一台播出控制工作站重新登入控制服务器打开相应的节目串联单，就能继续操作节目串联单以及获取相应的节目串联单状态、设备状态，从而大大提高了播出控制系统的安全性。

假设播出控制工作站在发出Play指令的瞬间崩溃，此时该播出控制工作站所控制的节目串联单实际上运行在控制服务器上，该播出工作站的瞬间崩溃不会影响到节目串联单的正常运行，控制服务器将控制播出设备的正常播出，从而保证播出控制系统的安全性。

为了进一步提高播出控制系统的安全性，可以在图5或图6所示播出控制系统中引入克隆控制服务器，对系统中的控制服务器(以下称为主控制服务器)进行克隆备份。

图7为本发明对控制服务器进行克隆的端口连接示意图。图7中：

主控制服务器和克隆控制服务器上各自有一套RS422端口，两套RS422端口都连接到RS422倒换器。

RS422倒换器类似于一个中继器，它有一套RS422端口用来连接受控设备，另外两套RS422端口用来连接主控制服务器和克隆控制服务器。

图8为本发明对控制服务器进行克隆的原理示意图。图8中：

主控制服务器和克隆控制服务器的硬件配置相同，并运行相同的播出控制协议；

在主控制服务器正常工作的情况下，RS422倒换器将主控制服务器的控制信号发送给受控设备，当发生主备倒换时，RS422倒换器将克隆控制服务器的控制信号发送给受控设备；

主控制服务器和克隆控制服务器同时从受控设备接收相同的回应。

图9为本发明对控制服务器进行克隆的静态模型示意图。图9中：

W1，W2，W3分别表示控制服务器发送第一、二、三次命令的操作；

R1，R2，R3分别表示控制服务器接收第一、二、三次回应的操作；

t_1M，t_2M，t_3M分别表示主控制服务器发送第一、二、三次命令的时间点；

t_1C，t_2C，t_3C分别表示克隆控制服务器发送第一、二、三次命令的时间点；

t_1R，t_2R，t_3R分别表示第一、二、三次回应到达控制服务器的时间点。

由于回应总是同时到达主控制服务器和克隆控制服务器，因此，在图中对回应到达主控制服务器和克隆控制服务器的时间点没有加以区分。

图9描述了主控制服务器和克隆控制服务器向受控设备发送命令和从受控设备接收回应的三种可能的时序关系。

第一种时序关系：主控制服务器发送命令的时间点在先，克隆控制服务器发送命令的时间点在后，两个控制服务器同时接收到回应。

第二种时序关系：克隆控制服务器发送命令的时间点在先，主控制服务器发送命令的时间点在后，两个控制服务器同时接收到回应。

第三种时序关系：主控制服务器和克隆控制服务器同时发送命令，同时接收到回应。

为了保证播出控制系统的可靠性，上述三种时序关系必须满足条件：

|t_nM-t_nC|＜1frame

也就是说，主控制服务器和克隆控制服务器必须严格控制在同一帧内向受控设备发送命令，只有这样才能达到帧精确的克隆。

一种特殊的情形是：t_nM与t_nC的绝对差值少于一帧，但是t_nM和t_nC在不同的帧中，这种情形也是不可接受的。因此，主控制服务器和克隆控制服务器发送命令和接受回应在连续的帧内，但是不属于同一帧里发送命令，这种情形是不可接受的。

综上，主控制服务器和克隆控制服务器应满足：|t_nM-t_nC|＜1frame并且t_nM和t_nC在同一帧内。

将主控制服务器和克隆控制服务器看作对象。对象在某一时间点的行为可以用对象的状态变量和时间的函数来表示。具体地：

用b表示对象的行为，t表示时间点，f表示对象的状态变量和时间的函数，D表示对象的状态变量，那么，b(t)可以用函数f(t)|_D表示。

用b₁和b₂分别表示主控制服务器和克隆控制服务器的行为，D₁和D₂分别表示主控制服务器和克隆控制服务器的状态变量。由于主控制服务器和克隆控制服务器运行相同的协议，执行相同的行为，因此，主控制服务器和克隆控制服务器的函数是相同的，用f表示。那么：

主控制服务器在时间点t的行为b₁(t)可以用函数表示；

克隆控制服务器在时间点t的行为b₂(t)可以用函数f(t)|_D2表示。

如果D₁与D₂等同，那么可以推出

即： $D_1\≡D_2\⇒f\left(t\right){|}_{D_1}\≡f\left(t\right){|}_{D_2};$

如果在t时刻其相应的函数值等同，那么其两个对象的行为也是恒等的，

即： $f\left(t\right){|}_{D_1}\≡f\left(t\right){|}_{D_2}\⇒b_1\left(t\right)\≡b_2\left(t\right);$

因此， $D_1\≡D_2\⇒f\left(t\right){|}_{D_1}\≡f\left(t\right){|}_{D_2}\⇒b_1\left(t\right)\≡b_2\left(t\right);$

即： $D_1\≡D_2\⇒b_1\left(t\right)\≡b_2\left(t\right).$

因此，如果主控制服务器和克隆控制服务器在t时刻的状态变量等同，那么主控制服务器和克隆控制服务器在t时刻的对象行为是恒等的，即主控制服务器和克隆控制服务器是同步的。

下面讨论对象行为同步的问题。

为了使克隆控制服务器的行为保持与主控制服务器同步，主控制服务器需要将其当前执行的命令及当前状态变量的取值拷贝给克隆控制服务器，这就会给主控制服务器和克隆控制服务器之间的数据同步引入一些延时。本发明提出了两种不同的策略来克服延时问题。如前所述，将控制服务器看作对象，那么，命令就是对象的行为。

第一种策略：延时执行命令

主控制服务器在向克隆控制服务器拷贝命令的同时，将时间戳和延时时间标记随命令一起拷贝给克隆控制服务器。时间戳是主控制服务器拷贝命令到克隆控制服务器的时间点，延时时间标记是该命令执行前需要等待的时间(比如3帧的延时)，主控制服务器和克隆控制服务器均不立即执行命令，而是在时间戳对应的时间点延时“延时时间标记”所对应的时间之后执行命令。

当克隆控制服务器接收到来自主控制服务器的命令拷贝时，基于时间戳和延时时间标记能够计算出该命令执行的时间点。这样，主控制服务器和克隆控制服务器就能够实现精确的同步。

这种策略下，有以下几个必要的条件需要遵从：

条件1：在任意状态下，克隆控制服务器所有变量的取值与主控制服务器保持一致。或者，称其为：主控制服务器和克隆控制服务器的状态变量一致。

∑VM_S≡∑VC_S

这里，V表示变量，M表示主控制服务器，C表示克隆控制服务器，下标S表示状态。∑VM_S表示主控制服务器在状态S下所有变量的集合，∑VC_S表示克隆控制服务器在状态S下所有变量的集合。

条件2：主控制服务器接收的数据和克隆控制服务器接收的数据一致。

(DM_i)≡(DC_i)

这里，D表示接收的数据，M表示主控制服务器，C表示克隆控制服务器，下标i表示数据集的索引标识，括号表示集合。

条件3：主控制服务器和克隆控制服务器的处理时间一致，即：机器的运算处理能力一致。

(PM_t)≡(PC_t)

这里，P表示处理，M表示主控制服务器，C表示克隆控制服务器，下标t表示时间。

在条件1，2，3都满足的情况下，能够得出结论：主控制服务器和克隆控制服务器的输出相同。

OM_t＝OC_t

这里，O表示输出，M表示主控制服务器，C表示克隆控制服务器，下标t表示时间。

由于主控制服务器和被控制服务器从RS422倒换器同时接收相同的回应，因此，条件2能够满足。条件3可以通过为主控制服务器和备控制服务器配置相同的处理器来得到满足。只有条件1无法保证。可见，当无法保证主控制服务器和克隆控制服务器的状态变量一致时，这种策略无法保证主控制服务器和克隆控制服务器的同步。

第二种策略：行为预测

在这种策略下，将控制服务器对象当作状态机，用控制服务器对象的所有状态变量来标识控制服务器对象的状态。

这种策略的主要思想是：如果已知主控制服务器对象在某个时间点t₀的开始状态MV_S(t₀)和从时间点t₀至时间点t所接收的数据，那么，克隆控制服务器就能够计算出主控制服务器对象在时间点t的状态MV_S(t)。

${\mathrm{MV}}_S\left(t_0\right)\⇒{\mathrm{MV}}_S\left(t\right)$

例如：当一个事件正在播出时，其持续时长将一直递减计数。因此，如果已知持续时长在某一个时间点的取值，就能计算出一段时间后持续时长的取值。

由主控制服务器将计算所必须的数据发送给克隆控制服务器，即：主控制服务器当前执行的命令及当前状态变量的取值。

行为预测是一个线性模型。线性意味着如果已知主控制服务器的历史行为，就能预测出主控制服务器的将来行为。如图10所示，控制服务器对象的状态可以用依赖于时间t的曲线V_S(t)表示。

主控制服务器将其开始状态MV_S(t₀)发送给克隆控制服务器，该状态是主控制服务器在时间点t₀的状态。克隆控制服务器能够计算出在时间点t₁的状态CV_S(t₁)，在这里t₁＝t₀+Δt。

由于状态计算比实际的事件处理更快，因此，本发明提出的行为预测的策略能够使克隆控制服务器在主控制服务器发生实际的行为之前，预测该行为，解决延时问题，从而保持与主控制服务器的行为一致。例如：主控制服务器正在播出一个事件，如果主控制服务器想获知该事件在某一个时间点t₁之前的持续时长，就需要从当前时间点开始逐时间点地处理到时间点t₁才能确定持续时长的取值，而克隆控制服务器可以通过计算立即确定持续时长的取值，可见，状态计算比实际的事件处理更快。举个具体的例子：如果当前时间点距离给定的时间点的持续时间为20秒，那么，主控制服务器需要逐时间点处理完20秒，才能获知持续时间为20秒；而克隆控制服务器采用本发明提供的方法能够立即计算出持续时间为20秒。

可见，如果将主控制服务器的开始状态和它所接收的所有数据均发送克隆控制服务器，克隆控制服务器就能计算出在主控制服务器某个时间点t₁的状态，而该计算得到的状态与主控制服务器在时间点t₁的实际状态相同。

本发明提出的上述延时执行命令策略和行为预测策略能使主控制服务器与克隆控制服务器之间达到帧精确的同步，从而保证播出控制系统的安全性。

本发明提供了一种控制服务器，如图11所示。该控制服务器中包括：设备通信模块111、网络通信模块112、设备与节目串联单配置模块113、受控设备信息模块114、系统信息模块115和节目串联单控制模块116。其中：

设备通信模块111，主要用于控制服务器与至少一个受控设备之间的通信。控制服务器与各个受控设备之间可以通过基于TCP/IP协议的以太网连接，也可以通过基于RS422协议的串口线连接。

网络通信模块112，用于控制服务器与至少一个播出控制工作站之间的通信。控制服务器与各个播出控制工作站之间通过以太网连接，传输协议可以是TCP/IP协议、Netbios协议或者NetBEUI协议。

设备与节目串联单配置模块113，用于配置设备通道与节目串联单之间的映射关系，并用于维护设备通道资源和节目串联单资源，以及用于将节目串联单的状态信息发送给系统信息模块。为此，设备与节目串联单配置模块113可以维护设备通道队列、节目串联单队列和设备通道与节目串联单映射表。其中：设备通道队列用于记录控制服务器对设备通道的使用情况，比如已使用的设备通道数以及通道序号等。节目串联单队列用于记录控制服务器中节目串联单的使用情况，比如已使用的节目串联单数量以及节目串联单的序号等。设备通道与节目串联单映射表用于记录受控设备与节目串联单之间的配置关系，即：哪些设备通道配置给了哪些节目串联单。

受控设备信息模块114，用于收集和分发受控设备的状态信息。具体而言：通过设备通信模块111从各个受控设备收集受控设备的状态信息，并通过网络通信模块112将所收集的设备状态信息广播给已登入控制服务器的播出控制工作站。受控设备的状态信息包括：存储状态和运行状态等。

系统信息模块115，主要用于获取和分发系统信息。系统信息包括：设备通道状态、节目串联单的状态信息和系统时钟信息等。每隔一段时间，例如：20ms，系统信息模块115将从设备与节目串联单配置模块113获取设备通道状态信息、节目串联单的状态信息和节目串联单信息，并从系统时钟卡获取系统时钟信息，然后通过网络通信模块112广播给已登入控制服务器的工作站，比如播出控制工作站。节目串联单信息包括：串联单类型、串联单名字、串联单状态、串联单是否变化标志、串联单里已有的节目条数、串联单正在进行的操作列表等。

节目串联单控制模块116，主要用于从网络通信模块接收来自播出控制工作站的命令，根据命令控制节目串联单的运行，并通过设备通信模块控制受控设备进行播出。节目串联单控制模块从设备与节目串联单配置模块113获取设备通道与节目串联单的映射关系，从受控设备信息模块114获取相应的设备状态信息，借助于网络通信模块112处理来自播出控制工作站的操作请求，以控制节目串联单的运行，同时把节目串联单的状态信息反馈给设备与节目串联单配置模块113。

下面进一步讨论对播出控制系统性能影响较大的“后台丢失”问题。

后台丢失是指：在控制服务器同时执行多个任务时，因处理大任务而长时间地阻碍后台线程的现象。

图12为后台丢失现象示意图。图12中，有四个任务需要控制服务器的后台线程来处理。其中，任务2比较大，需要10秒才能处理完成；任务4非常重要，每帧都需要处理。当任务2开始执行时，它将阻碍后台线程10秒，从而导致任务4在若干帧内都无法得到处理。

为了解决后台丢失问题，通常会考虑采用多线程方案为每个任务创建一个线程。但是如何保护任务之间的共享变量是多线程面临的一个问题，并且在要求帧精确且共享变量纷繁复杂的控制服务器中，多线程方案的可行性非常低。为此，本发明提出一种新的技术方案来解决控制服务器中多任务处理所面临的后台丢失问题。

本发明所提出的技术方案为：将任务至少划分成两类，一类是低优先级任务，另一类是高优先级任务，将低优先级任务分割成若干个任务元，控制服务器只有在处理完高优先级任务的情况下才处理这些任务元。其中，任务元是对低优先级任务进行分割时，可分割的最小单位。例如：对于一个向节目串联单插入50条事件记录的任务，在对该任务进行分割时，每一条事件记录的插入操作可以构成一个任务元。

低优先级任务的处理时间是可变的，本发明通过状态机机制来处理低优先级任务。一种较佳的实施方式是为低优先级任务设置四种状态：起始状态、循环状态、挂起状态和完成状态，如图13所示。图13中，各状态之间的转换关系为：

任务尚未开始执行时处于起始状态；在起始状态下，当后台线程有额外时间处理该任务时，进入循环状态，执行该任务的任务元；在循环状态下，如果后台线程当前的额外时间使用完，而该任务尚未执行完成，进入挂起状态；在挂起状态下，当后台线程有额外时间处理该任务时，进入循环状态；在循环状态下，如果任务的所有任务元执行完成，进入完成状态。

本发明提出的上述技术方案可以在图11所示控制服务器的节目串联单控制模块116中得到应用。一些费时且对实时性要求不高的API任务可以设置为低优先级任务，比如：移动事件、装载节目串联单事件、清除过期事件、清除未过期事件、删除事件等等。后台线程只有在执行完高优先级任务且有额外时间时才开始处理这些任务。

为了实现帧精确，可以以帧为单位判断后台线程是否有额外时间。在控制服务器中针对节目串联单和设备驱动(意味着发送命令到设备和接收设备状态)的运行有两个处理过程，一个是中断调用，每帧触发中断调用，另一个是运行节目串联单的后台处理，它将处理高优先级的任务包括设备驱动的运行。为了达了帧精确的目的，后台线程函数至少应该在一帧内处理节目串联单和设备驱动。后台线程函数是一个无限循环。循环的开始，系统参考时钟帧保存在一个本地变量中，系统参考时钟帧的最小单位是帧，也就是说，同一帧中，系统参考时钟帧的帧号相同。在处理完高优先级的任务后，如果系统数据中的系统参考时钟帧与保存的本地变量相同，意味着在当前帧中还有额外的时间，可以用于处理其他任务，这时，低优先级任务将得到处理。

如果在当前帧没有额外的时间，低优先级任务将被延迟到下一帧处理。一种极端的情况是：低优先级任务一直得不到处理。为了避免出现低优先级任务处理的饥饿状态，可以通过提高控制服务器的硬件性能来来解决。

采用上述技术方案，能够确保节目串联单控制模块在每一帧内实时获取到设备状态数据的实时更新，因此，节目串联单能够在帧精确的设备状态数据下运行，且不被费时的API命令所阻碍。

此外，上述技术方案在本发明克隆方案中有积极意义。应用上述技术方案能确保高优先级的任务在每一帧内得到处理，比如在每一帧内从设备驱动获取数据，也能确保节目串联单在每一帧内得到处理，同时，由于主控制服务器和克隆控制服务器的时钟是同步的，所以，主控制服务器和克隆控制服务器上的节目串联单能在同一时刻开始运行，并且，主控制服务器和克隆控制服务器上的节目串联单和设备状态数据能够同步，这样，主控制服务器和克隆控制服务器达到帧精确的同步。

根据实际测试的结果，如果采用现有技术，执行一个装载节目串联单的任务，该节目串联单有7000个事件，该任务将导致主控制服务器和克隆服务器之间节目串联单的克隆任务停止，将导致主控制服务器停止访问设备17帧，将使克隆控制服务器从磁盘接收错误的回应，进而导致主控制服务器和克隆控制服务器不同步。但是，通过本发明提出的上述技术方案能够解决上述问题。

由上述实施例可见，本发明提供的广播电视播出控制方法、装置及系统，通过将现有“播出控制工作站+播出设备”的两层架构拓展成三层，在播出控制工作站和播出设备之间引入控制服务器，并将现有播出控制工作站中节目串联单相关的控制模块的功能置于该控制服务器中实现，而播出控制工作站只保留人机交互模块的功能，一方面，所有的受控设备形成了受控设备资源池，都处于控制服务器的控制下，大大提高了受控设备的资源利用率；另一方面，所有的播出控制工作站与控制服务器组成了播出控制网，在任何一台播出控制工作站上均可以登入控制服务器，对控制服务器上的节目串联单及为该节目串联单所配置的所有设备进行访问控制，并且，节目串联单实际运行在控制服务器上，即使操作人员的误操作导致播出控制软件的退出甚至播出控制工作站的死机，其相应的节目播出仍然在控制服务器上正常运行，从而大大提高了播出控制系统的安全性。

并且，由于本发明中，人机交互功能由播出控制工作站完成，而播出控制功能由控制服务器完成，当播出控制工作站相对于控制服务器和受控设备而言安装在异地时，可以通过internet网络协议连入控制服务器，这样，操作人员可在异地向控制服务器发送命令，从而实现异地播出控制。

为进一步提高播出控制系统的安全性，本发明在上述技术方案的基础上引入了克隆控制服务器，对主控制服务器进行克隆备份。该方案通过延时执行命令策略和行为预测策略能使主控制服务器与克隆控制服务器之间达到帧精确的同步，从而保证播出控制系统的安全性。

此外，为解决控制服务器同时执行多个任务所面临的后台丢失问题，本发明提出了对任务进行分类，并将低优先级任务分割成若干个任务元，控制服务器在处理完高优先级任务的情况下才处理这些任务元的技术方案，该技术方案可以确保高优先级任务的正常执行。将该技术方案应用于克隆方案时，能确保主控制服务器和克隆控制服务器之间实现帧精确的同步。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种广播电视播出控制系统，其特征在于，该系统包括：至少一个播出控制工作站、一个控制服务器和至少一个受控设备，其中：

播出控制工作站，用于实现人机交互模块的功能，与操作人员进行人机交互，通过控制服务器向受控设备发送命令，并从控制服务器接收受控设备的状态信息和节目串联单的状态信息；

控制服务器，用于实现节目串联单相关的控制模块的功能，进行播出控制，用于根据播出控制工作站的命令控制相应的受控设备，并用于从受控设备获取受控设备的状态信息，以及用于将受控设备的状态信息和节目串联单的状态信息广播给播出控制工作站；其中，所述播出控制包括：运行节目串联单；

受控设备，用于根据控制服务器的控制进行播出，并将自身的状态信息发送给控制服务器，其中，受控设备包括：视频服务器、播出在线切换器、播出录像机、存储设备。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述播出控制工作站通过以太网接入所述控制服务器，或通过互联网接入所述控制服务器。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述系统中还包括一个控制服务器和RS422倒换器；

两个控制服务器的硬件配置相同，并运行相同的播出控制协议，一个作为主控制服务器，另一个作为克隆控制服务器，均通过RS422倒换器连接到受控设备，从受控设备接收相同的回应；

主控制服务器将其当前执行的命令及当前状态变量的取值拷贝给克隆控制服务器。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：

主控制服务器在将其当前执行的命令及当前状态变量的取值拷贝给克隆控制服务器的同时，将时间戳和延时时间标记拷贝给克隆控制服务器；

主控制服务器和克隆控制服务器在所述时间戳对应的时间点延时所述延时时间标记所对应的时间之后执行所述命令。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：

克隆控制服务器根据主控制服务器当前执行的命令及当前状态变量的取值、以及接收自受控设备的回应进行计算，预测主控制服务器的行为，并执行与主控制服务器相同的行为。

6.一种控制服务器，其特征在于，应用于广播电视播出控制系统中，该控制服务器中包括：设备通信模块、网络通信模块、设备与节目串联单配置模块、受控设备信息模块、系统信息模块和节目串联单控制模块；

设备通信模块，用于控制服务器与至少一个受控设备之间的通信；

网络通信模块，用于控制服务器与至少一个播出控制工作站之间的通信；

设备与节目串联单配置模块，用于配置设备通道与节目串联单之间的映射关系，并用于维护设备通道资源和节目串联单资源，以及用于将节目串联单的状态信息发送给系统信息模块；

受控设备信息模块，用于通过设备通信模块从各个受控设备收集受控设备的状态信息，并通过网络通信模块将所收集的设备状态信息广播给已登入控制服务器的播出控制工作站；

系统信息模块，用于获取系统信息，并通过网络通信模块将所获取的系统信息广播给已登入控制服务器的播出控制工作站；所述系统信息包括：设备通道状态、节目串联单的状态信息和系统时钟信息；

节目串联单控制模块，用于从网络通信模块接收来自播出控制工作站的命令，根据所述命令控制节目串联单的运行，并通过设备通信模块控制受控设备进行播出。

7.根据权利要求6所述的控制服务器，其特征在于，所述设备与节目串联单配置模块用于维护设备通道队列、节目串联单队列和设备通道与节目串联单映射表；其中：

设备通道队列用于记录控制服务器对设备通道的使用情况；

节目串联单队列用于记录控制服务器中节目串联单的使用情况；

设备通道与节目串联单映射表用于记录受控设备与节目串联单之间的配置关系。

8.根据权利要求6所述的控制服务器，其特征在于：

所述节目串联单控制模块，用于从设备与节目串联单配置模块获取设备通道与节目串联单的映射关系，从受控设备信息模块获取相应的设备状态信息，并根据从网络通信模块接收的来自播出控制工作站的命令，控制节目串联单的运行，并用于将节目串联单的状态信息反馈给设备与节目串联单配置模块。

9.根据权利要求6至8任一项所述的控制服务器，其特征在于：

在控制服务器同时执行多个任务时，所述节目串联单控制模块还用于将所述多个任务至少划分为两类，一类是低优先级任务，另一类是高优先级任务，并用于将低优先级任务分割成任务元，在处理完高优先级任务的情况下处理所述任务元。

10.一种广播电视播出控制方法，其特征在于，包括：

至少一个播出控制工作站通过控制服务器向受控设备发送命令，并从控制服务器接收受控设备的状态信息和节目串联单的状态信息；其中，所述播出控制工作站，用于实现人机交互模块的功能，与操作人员进行人机交互；

控制服务器根据播出控制工作站的命令控制相应的受控设备，并从受控设备获取受控设备的状态信息，将受控设备的状态信息和节目串联单的状态信息广播给播出控制工作站；其中，所述控制服务器，用于实现节目串联单相关的控制模块的功能，进行播出控制，所述播出控制包括：运行节目串联单；

至少一个受控设备根据控制服务器的控制进行播出，并将自身的状态信息发送给控制服务器；其中，受控设备包括：视频服务器、播出在线切换器、播出录像机、存储设备。