CN103873881A - 一种广播电视播出备份系统 - Google Patents
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Abstract
一种广播电视播出备份系统，包括备份服务器即播出服务器B，播出控制服务器；所述播出服务器B播出节目时与播出控制服务器进行两次交互，两次交互分别为：准备（PREPARE）操作，播出（PLAY）操作；其中准备操作指示播出服务器B完成节目的有效性检查、加载以及头部解码等工作。在不降低播出服务器的稳定系数以及播出质量的情况下，提供一种可以独立于原有主服务器的备份服务器，该服务器能够同时备份多台主服务器，增强了抗系统性风险能力。在此基础上本发明所提出的广播电视播出备份系统亦能保证备份服务器与播控串联单（即主服务器所执行的节目播出时刻表）同步。
Description
技术领域
一种备份系统，具体为一种用于广播电视播出的备份服务器及播放控制服务器。
背景技术
随着数字摄录像设备的发展与普及，大量的数字摄录像设备被广播电视制作单位使用。于此同时，广播电视制作时的素材采集及后期处理亦进入了数字化、信息化的阶段。通过数字摄录像设备制作的多媒体内容通过其他数字化设备进行储存，传输，使用计算机完成多媒体内容的处理及广播电视信号的播放。其中，基于计算机技术的服务器成为了播出系统的核心设备。
为保证广播电视系统信号播出的稳定，在广播电视领域采取的常见技术方案为：对于播出服务器，采用同种型号的播出服务器进行1：1备份，以此实现主服务器与备服务器之间的帧同步。此方案存在如下不足：主备服务器是同型号服务器，同构平台，备份通常只能作用于硬件故障，规避系统级风险能力差；需要对1单元的播出服务器配置1单元的备份服务器，实施成本较高。
另一方面，服务器播出一档素材分为准备（PREPARE）和播出（PLAY）两个步骤，相应的播控端在给服务器发送PLAY指令之前，需要发送PREPARE指令。在现有的技术方案中服务器的准备过程主要通过数据准备线程来完成，耗时较长，而且受素材码率大小、磁盘IO等外部因素的影响，导致这个准备的时间不固定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题为：在不降低播出服务器的稳定系数以及播出质量的情况下，提供一种可以独立于原有主服务器的备份系统，该备份系统能够同时备份多台主服务器，而且由于与主服务器完全异构，增强了抗系统性风险能力。在此基础上本发明所提出的广播电视播出备份系统亦能保证备份服务器与播控串联单（即主服务器所执行的节目播出时刻表）同步。
本发明所提出一种广播电视播出备份系统，包括备份服务器即播出服务器B，播出控制服务器；所述播出服务器B播出节目时与播出控制服务器进行两次交互，两次交互分别为：准备（PREPARE）操作，播出（PLAY）操作；其中准备操作指示播出服务器B完成节目的有效性检查、加载以及头部解码等工作，播出操作指示播出服务器B立即停止正在播出的上一档节目，播出本档节目。
从播出控制服务器向播出服务器B发送PLAY指令的时刻开始，到播出服务器B播出该档节目的时刻为止，期间的延时记为DELAYall;作为本发明所提出的一种广播电视播出备份系统的一种改进：于所述播出控制服务器处设置一前置时间DELAYfix，所述前置时间 DELAYall小于DELAYfix，播出控制服务器提前DELAYfix向播出服务器B发送播放指令。
作为本发明所提出的一种广播电视播出备份系统的一种改进：于所述播出服务器B处，设置三个线程，分别为准备线程、解码线程、发送线程。
作为本发明所提出的一种广播电视播出备份系统的一种改进:所述准备线程为一用于读取原始音视频数据，对原始音视频数据进行有效性确认、源加载以及头部解码等操作。在确认数据有效后，该线程对原始音视频数据进行视频和音频的分类，将分类后数据放入原始帧缓冲队列，等待解码线程的读取。
作为本发明所提出的一种广播电视播出备份系统的一种改进：所述解码线程为一用于从原始帧缓冲队列中读取数据，进行解码，将解码后的视频帧、音频帧分别放入解码帧缓存的线程；该线程解码的原则为：首先解码帧缓存未填充满则解码；其次原始帧缓冲队列无数据则停止解码，循环等待。
作为本发明所提出的一种广播电视播出备份系统的一种改进：所述发送线程为一用于从解码帧缓存中分别读取所述解码后的所述音频帧、所述视频帧，将所述音频帧、所述视频帧同步并合成为SDI信号帧，-进行同步以及速率控制后，根据应用逻辑丢弃或者发送所述SDI信号帧的线程。为了保证播出服务器B与播出串联单的同步，在停止上一档素材输出该档素材之前，通过发送线程设置一延迟时间即DELAYsleep， DELAYsleep=DELAYfix- DELAYall,，播出服务器B在延迟DELAYsleep
后停止上一档素材的输出。
作为本发明所提出的一种广播电视播出备份系统的一种改进：所述播出服务器B通过磁盘阵列对播出节目进行备份。
作为本发明所提出的一种广播电视播出备份系统的一种改进：所述播出服务器B、所述播出控制服务器通过 GPS时钟进行同步。
附图说明
图1为数据准备线程、解码线程以及发送线程的工作流程图。
图2为数据准备线程、解码线程以及发送线程的控制逻辑图。
具体实施方式
以下结合优选实施例对本发明做进一步说明。
在本发明的此项优选实施例中广播电视播出系统包括一台播出服务器A，一台播出服务器B，两台播出控制服务器，一台上载工作站。
上载工作站根据播出串联单提前将播出素材即音频数据、视频数据分别上载至播出服务器A和播出服务器B。
播出服务器B通过通用服务器配置通道卡的方式实现。
在本发明的此项优选实施例中，播出服务器B处通过设置磁盘阵列待播出的音频数据以及视频数据进行存储。
通过设置两台播出控制工作站分别控制播出服务器A和播出服务器B，两台播控工作站之间通过GPS时钟以及播出串联单来进行同步，主播出系统与备播出系统完全独立，避免了播控工作站的暂时不响应或崩溃对广播电视播出系统的影响。
在设计时，播出服务器B的负载设计，以典型的高清50Mbps、MPEG-2编码MXF封装的节目素材为例，目前主流CPU单颗能够支持十个节目的同时正常解码，通过配置多个CPU的方式，备份服务器能够提供多达几十路的信号热备份。
在本发明的此项优选实施例中，播出服务器B使用的技术方案为通用服务器配置通道卡，通道卡拥有四个SDI信号输出通道。
播出服务器B不直接输出对节目素材实时解码后的数据，而是将解码后的数据送到“N选四输出”模块，“N选四输出”模块从备份频道中随机挑选或者由外部指定四路信号输出，实现在较低硬件要求下满足信号输出的要求。
由于应用广播电视播出系统，服务器需实现时钟同步，而服务器通常又为二十四小时不间断运行，时钟误差会造成累计放大，采用系统时钟同步GPS的方式能够使时钟没有累计误差，但其精度不够。所以利用通道卡的时钟晶振，使未将信号输出到通道卡的频道能够实现帧同步。
在播出服务器B设置三个线程，由CPU加载上述三个线程完成视频信号的处理及发送。
如图1所示，一个完整的频道播发由三个线程完成，分别为数据准备线程、解码线程以及发送线程。
播出服务器B播出一档素材分为准备（PREPARE）和播出（PLAY）两个步骤，相应的播控端在给服务器发送PLAY指令之前，需要发送PREPARE指令。在现有的技术方案中服务器的准备过程主要通过数据准备线程来完成，耗时较长，而且受素材码率大小、磁盘IO等外部因素的影响，导致这个准备的时间不固定。服务器定位到目标素材的目标帧，解码后放入缓冲队列标志准备过程完成，可以接收播控端的播出指令。
在现有技术方案中，假定播出控制服务器发送播出指令的时刻为TCplay，播出服务器B实际播出该素材第一帧的时刻为TSout，如果不加处理，播出控制服务器与播出服务器B的信号将存在延时：DELAYall=（TSout-TCplay）。对于非实时操作系统，DELAYall将是一个变量，无法通过让播出控制服务器提前DELAYall发送播出指令的方式来解决延时问题。
对DELAYall进行进一步分析，播出服务器B收到播出指令的时刻为TSplay，指令的传输延时为：DELAYtransfer=（TSplay-TCplay）；服务器收到PLAY指令后，在播出该当素材之前，需要停止上一档素材的输出等操作，这部分的服务器处理时间记为DELAYswitch，DELAYall被分解为：DELAYall= DELAYtransfer+DELAYswitch。
本发明通过在播出控制服务器设置一前置时间DELAYfix，使DELAYall不大于DELAYfix,播出控制服务器提前DELAYfix向播出服务器B发送播放指令，而播出服务器B为了同步，在停止上一档素材输出该档素材之前，通过准备线程设置一前置时间即DELAYsleep， DELAYsleep=DELAYfix- DELAYall。在本发明的此项优选实施例中DELAYfix通过对DELAYall的统计测量得到。
数据准备线程根据播出控制服务器发送的控制指令，读取相应的数据文件，解析完成后将数据放到原始帧缓冲队列。将数据准备用一个单独的线程来控制，可以减少系统偶发性IO阻塞对解码线程造成影响，保证信号输出速率的准确和稳定。
解码线程从原始帧缓冲队列中读取数据，进行解码后将解码后的帧放入解码帧缓存。
发送线程首先分别读取解码后的视音频数据，进行音画同步处理后合成SDI信号帧，读取通道卡时钟晶振进行速率控制以及同步处理后，根据应用逻辑丢弃或者发送这个信号帧。
数据准备线程、解码线程以及发送线程的控制逻辑参考图2。
本发明所提出的广播电视播出备份系统，通过在播出服务器B设置以上三个线程的设置，最终完成电视信号的处理及输出。
本发明所提出的广播电视播出备份系统改进了广播电视播出系统主备服务器备份配置，实现了设置一单元备份服务器即可对一单元以上的主服务器进行备份。同时通过在负责音视频数据处理的备份播出服务器即播出服务器B上设置三个独立运作的线程用于音视频数据准备阶段，数据解码阶段，数据传输阶段，实现了音视频数据处理时这三阶段的数据互不干扰。通过使用测量得到的播出控制服务器和备份服务器即播出服务器B之间的延时，在播出控制服务器处预置时间即根据所测的延时在控制播出服务器处做时间提前调整，在备份播出服务器即播出服务器B处针对停止视频输出做时间提前调整，实现备份播出服务器即播出服务器B与播出串联单之间的同步。
Claims (7)
1.一种广播电视播出备份系统，包括备份服务器，播放控制服务器；其特征在于：于所述备份服务器处，设置三个线程，分别为准备线程、解码线程、发送线程。
2.根据权利要求1所述的广播电视播出备份系统，其特征在于：于所述播放控制服务器处设置一前置时间DELAYfix，所述前置时间 DELAYfix 大于播放控制服务器与备份服务器之间的延时DELAYall。
3.根据权利要求1所述的广播电视播出备份系统，其特征在于:所述准备线程为一用于读取原始音视频数据，对原始音视频数据进行分类，将分类后数据放入原始帧缓冲队列的线程。
4.根据权利要求1所述的广播电视播出备份系统，其特征在于：所述解码线程为一用于从原始帧缓冲队列中读取数据，进行解码，将解码后的视频帧、音频帧分别放入缓存的线程。
5.根据权利要求1所述的广播电视播出备份系统，其特征在于：所述发送线程为一用于从缓存中分别读取解码后的音频帧、视频帧，将音频帧、视频帧同步并合成为SDI信号帧，读取通道卡时钟晶振进行速率控制，根据应用逻辑丢弃或者发送所述SDI信号帧的线程;于发送线程处设置延迟时间DELAYsleep ,其中DELAYsleep=DELAYfix-DELAYall。
6.根据权利要求1所述的广播电视播出备份系统，其特征在于：所述备份服务器通过磁盘阵列储存音频帧、视频帧。
7.根据权利要求1所述的广播电视播出备份系统，其特征在于：所述备份服务器、所述播放控制服务器通过 GPS时钟进行同步。
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