CN106797342B - 视频网络 - Google Patents

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Abstract

一种基于分组的视频网络，包括：用作分组化的视频数据源和/或分组化的视频数据的目的地的多个分组化的视频数据的节点；分组交换机，被配置为在多个节点直接设置至少两个可选的视频分组路由并在切换操作中从视频分组路由中的一个切换到视频分组路由中的另一个；以及视频同步器，被配置为至少使那些用作分组化的视频数据源的节点的视频帧周期同步；其中：用作分组化的视频数据源的每个节点被配置为将分组化的视频数据发送到网络上使得至少对于那些与切换操作相邻的视频帧周期：节点在视频帧周期的预定活跃视频数据部分期间将解码帧所需的分组化的视频数据发送到网络上，并且节点在视频帧周期的预定剩余部分期间不会将解码该帧所需的分组化的视频数据发送到网络上；并且网络被配置成使得在对应于预定剩余部分的时间段中间实现从视频分组路由中的一个到视频分组路由的另一个的切换操作。

Description

视频网络
相关申请的交叉引证
本申请要求于2014年10月17日向英国知识产权局提交的GB1418507.8的较早提交日期的权益，通过引用将其全部内容结合在此。
技术领域
本公开内容涉及视频网络。
背景技术
相关技术的描述
本文中提供的“背景技术”描述用于整体呈现本公开内容的上下文的目的。某种程度描述在背景技术部分的、目前署名的发明人的工作以及申请时未另外限定为现有技术的说明方面，既没有明示也没有默示地承认作为本公开内容的现有技术。
通过分组数据网络(诸如，以太网网络)携带视频分组括将视频数据分成分组，将分组从源设备传送至目的地设备，并将分组重新组装成原始视频数据的版本。
在工作室环境中，或者在另一部分的视频制作环境中，存在这样的约束，该约束超出了在目的地设备再建原始数据流的简单需求。这些附加约束涉及(i)数据量，(ii)在不考虑分组路由期间经历的延迟的情况下，需要在从多个源接收到的数据之间保持目的地设备处的时间同步，以及(iii)需要将数据从多个源发送至多个目的地。
在数据量方面，视频制作环境通常需要编辑特定帧，这意味着每个单独的帧必须能够独立于任何其他视频帧从视频数据重建。这意味着不使用所谓的长GOP视频数据压缩技术，其中，一些帧从用于其他帧的解码数据导出(这反过来意味着对于特定图像分辨率和质量，被路由的数据量将高于如果使用长GOP的数据量)。另外，在这类环境中，图像质量通常被认为是优先考虑的，这又意味着数据可以是未压缩的，与其他压缩的视频流相比，每个数据由相对高的数据量表示。
在工作室环境或视频制作环境中时间同步是尤其重要的，以允许从多个视频源汇编最终的视频节目。不仅多个流彼此同步(至少在接收流或后续处理流时)是重要的，能够在流之间提供所谓的“完全切换(clean switching)”也是重要的，使得当从一个分组视频流切换到另一个分组视频流时，第一流的最后一帧被全部接收，并且新的流的第一帧也被全部接收，两个流之间没有任何间隙或重叠。
即使原始流和新流在时间上彼此是校准的，当前可用的分组交换技术也不会在交换时间方面提供足够的时间精确度以允许纯定时交换操作，也就是说与视频帧边界精确同步地从一个流切换到另一个流。
附图中的图1是先前提出的示出了目的地定时分组交换的视频工作室网络的示意性框图。为了使示图清晰，图1仅示出了两个视频源10、20和包括缓冲器装置32和显示设备34的视频目的地的一部分操作。将理解的是，贯穿本说明书，表示为摄像设备的视频源以及表示为包括显示设备的视频目的地仅仅表现了可适用于视频网络环境(诸如，视频工作室环境)的很多不同类型的视频源和视频目的地的说明性实例。可以使用很多其他类型的视频源(诸如，视频存储设备、视频传输链路接收器、视频特效机器等)，以及很多其他类型的视频目的地(诸如，视频存储设备、视频传输链路发射器、视频特效机器等)。将理解的是，特定设备可以同时或者在不同的时期在一个分组视频信号的上下文中用作视频源，但在另一分组视频信号的上下文中用作视频目的地。将理解的是贯穿本说明书，仅示出两个视频源和一个视频目的地是为了提供从一个信号切换到另一个信号的简单实例；在实时视频网络环境中，可存在更多视频源和/或更多视频目的地。将理解的是贯穿该说明书，一个显著的特征是需要从一个分组路由切换到另一个分组路由。这可涉及将分组从单个源交换到所选择的两个或多个目的地中的一个。因此，这里描述的源和目的地仅仅是网络节点的实例，其中，节点可以是源和/或目的地，并且使用交换机在节点之间提供两个或多个分组路由。
还将理解的是虽然这里的讨论涉及(为了清楚说明)视频分组，但视频分组流还可以包括音频和/或辅助数据。
图1的布置使用所谓的IP多播路由，使得每个视频源10、20发送到具有相关联的多播地址的网络视频分组上。在SSM(源特定多播)的情况下，每个视频源将会被分配唯一的多播地址或源以及多播地址对(S、G)以确定其多播组。
视频接收器或目的地设备(诸如，设备30)能够通过加入相应的多播组来选择源。可以通过使用由目的地设备30发送到分组路由50的IGMP(因特网组管理协议)消息40来控制多播组的加入和离开。当目的地设备离开其当前源组并加入新的源组时实现了视频交换。所谓的双缓冲程序用于实现完全交换，也就是说，从一个源切换到具有任意帧时间的另一个源，而在所输出(交换)的视频流中没有间隙或部分帧。
为说明起见，假定目的地设备最初通过已加入与源10对应的多播组从源10接收视频数据。为了实现交换过程以改为从源20接收视频数据，目的地设备30首先发送IGMP加入消息以加入新源20的组。然后开始在缓冲器36中缓冲来自新源的数据，同时继续缓冲(在缓冲器38中)并从原始源10输出数据。当其从当前视频源10到达数据中的帧边界时，其检查是否在新的视频源20的帧缓冲器36中存在帧边界。如果存在帧边界，交换机42将会操作使得目的地设备30开始从新源的帧缓冲器36输出数据。目的地设备将IGMP离开消息发送至路由器50以便离开旧源的组。
图1的技术要求目的地设备必须同时接收两个视频流并在交换操作期间进行双缓冲。由于需要完全切换的目的地设备需要双带宽，这对网络成本有影响，虽然这一缺点通过使用所谓的帧保持方法可以部分地减轻，该方法是使当前流紧跟着帧边界但保留当前流的最新缓冲帧，并在那一点时加入新的流。在从新的流等待完成帧时可以重新使用保留的帧。尽管对重复帧的观看者的视觉冲击被认为是相对较低的，但期望的是不需要重复视频帧。
数据网络中所谓的SDN(软件限定的联网)的出现已提供创建更灵活的分组交换网络的机会，这些分组交换网络可以定制以满足特定应用需求。为了解决在目的地定时完全切换中所感知的带宽浪费，已提出使用具有基于源的触发器的SDN交换机来实现完全切换的技术。
传统的分组交换通常具有基于以太网或者IP地址转发表的分组。相比之下，SDN交换机准许申请人设置基于除以太网和IP地址以外的IP分组中更宽的选择的字段转发表的分组。例如，分组转发决策还可以基于UDP(用户数据报协议)源端口和目的地地址。附图中的图2的布置示意性地示出了先前提出的通过与SDN交换结合控制源设备来发起完全切换的技术。源定时交换涉及改变其分组头值的源(或一个以上的源)以便触发分组交换上的新数据流。
再一次，图2示意性地示出了两个视频源60、70以及视频目的地80。视频源60、70和视频目的地80在普通的视频定时控制器90的控制下操作，该定时控制器在基于分组的视频工作室网络的背景下可以是所谓的SMPTE 2059-2(IEEE 1588)基于分组的定时信号。
系统控制器100设置SDN交换机110的路由表112中的转发表项目，SDN交换机通过转发引擎114根据它们的UDP源端口控制视频分组的路由。系统控制器100通过转发引擎114确定将哪个UDP端口转发至目的地设备80，使得被标识为SDN交换机110收到的UDP端口的分组被发送至目的地。另外，系统控制器100就其输出分组而言控制通过每个源60、70建立的端口。为了实现交换操作，系统控制器请求视频源在帧分界改变UDP端口。在SMPTE 2022-6封装视频的情况下，系统控制器100可以选择包含交换点定义的RP168的分组。具有新的UDP端口的分组将会触发通过路由表建立的新转发行为。
该方法不要求控制信令中包含目的地设备来执行完全切换。然而，可仍需要(参照以上图1论述的类型的)双缓冲或者原始源信号的最后一帧的重复以避免潜在的缓冲底流。这是因为两个视频流可具有略微的时间差异，并且也不能完全同步执行对两个源的UDP源端口命令的改变。
上述源定时完全切换和目的地定时完全切换两者均需要两个流的双缓冲或者潜在重复最后一帧以在不同的流之间补足定时变化。
因此，存在对交换基于分组的视频的改进技术的需要。
发明内容
本公开内容提供一种基于分组的视频网络，包括：
多个分组化视频数据节点，用作分组化视频数据源和/或分组化视频数据目的地；
分组交换机，被配置为在多个节点之间设置至少两个可选的视频分组路由并在切换操作中从视频分组路由中的一个切换到视频分组路由中的另一个；以及
视频同步器，被配置为至少使那些用作分组化的视频数据源的节点的视频帧周期同步；其中：
用作分组化的视频数据源的每个节点被配置为将分组化的视频数据发送到网络上使得至少对于那些与切换操作相邻的视频帧周期：
节点在视频帧周期的预定活跃视频数据部分期间将解码帧所需的分组化的视频数据发送到网络上，并且
节点在视频帧周期的预定剩余部分期间不将解码该帧所需的分组化的视频数据发送到网络上；
并且网络被配置成使得在对应于预定剩余部分的时间段中实现从视频分组路由中的一个到视频分组路由的另一个的切换操作。
本公开内容辨识并解决提供上述分组交换的视频网络类型的所谓的完全切换的视频数据问题。
在此，完全切换是指目的地涉及将其视频输入从一个源设备切换到另一源设备，并且具体是指目的地设备对具有每个视频帧周期的完整视频帧的需求。
本公开内容的进一步相应方面和特征在所附权利要求中进行限定。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述将很容易获得并且同样更好地理解本公开内容的更完整的认识及其许多所伴随的优点，在附图中：
图1是先前提出的示出了目的地定时分组交换的视频工作室网络的示意性框图；
图2是先前提出的示出了源定时分组交换的视频工作室网络的示意性框图；
图3是示出了根据本公开内容的实施方式的分组交换的视频工作室网络的示意性框图；
图4是示出了切换间隔的示意性定时图；
图5示意性地示出了视频源；
图6是示出了图5的视频源的操作的示意性定时图；
图7示意性地示出了视频源的另一实例；
图8是示出了图7的视频源的操作的示意性定时图；
图9是示意性定时图；
图10是示出了视频源的操作的示意性流程图；
图11是示出了路由控制器的操作的示意性流程图；
图12是示出了分组交换的操作的示意性流程图；
图13是示意性定时图；
图14示意性地示出了路由数据；
图15示意性地示出了SDN交换机流表；
图16示意性地示出了修改的路由数据；
图17示意性地示出了修改的SDN交换机流表；以及
图18是与源定时切换操作有关的示意性流程图。
具体实施方式
如上所述，先前提出的系统、源定时和目的地定时完全切换两者需要两个流的双缓冲或重复最后一帧以补足不同的流之间的定时变化。基本上，这是因为视频(以及音频，当该音频与视频相关联时)是由帧单元定义的，而以太网或IP网络是基于比帧小很多的数据分组。然而，如果(如本公开内容的实施方式提供的)可以在与帧对应的精细分组结构的上面创建宏结构，那么帧同步的问题变得更直接。
作为比较，在同步视频分配系统(诸如，所谓的基于SDI的系统)中，视频数据通常占不到百分之90的信号带宽。例如，当将1080/50P 4:2:2的10位视频(40ms的帧时间)映射到第三代SDI上时，视频数据速率是2.08Gbit/s并且SDI信号速率是2.97Gbit/s。因此，视频仅占70％的带宽或时间窗口。对于1080/60P 4:2:2 10位视频(具有16.7ms的帧时间)，示图分别是对应于84％的可用带宽的2.49Gbit/s和2.97Gbit/s。假定120fps(每秒帧数)的帧速率，每个帧具有大约8.3ms的时间窗口。
本公开内容的实施方式涉及在时间上重新分配视频分组，以便创建所谓的虚拟消隐间隔(VBI)，该虚拟消隐间隔是在分组化的视频信号的每个帧内人工创建的时间段，在该时间段期间不传送数据分组(尽管在虚拟消隐间隔期间可通过分组携带其他数据(诸如，辅助数据))。在刚刚给出的实例中，例如，每个帧的3％的时间段可与虚拟消隐间隔相关联，即大约250μs。因此，该布置的实施方式包括将分组流整形成在它们之间具有虚拟消隐间隔的分组串的视频(和音频)源。这里，术语“整形”暗示随时间的重新分配，并将在下面更详细地论述。
例如，至少一些实施方式可以使用SMPTE 2059-2PTP配置文件来利用设备同步。在SMPTE 2059-1中定义了公共的历元和帧时间代码映射。因此帧时间的同步开始可通过使用上述微秒精度级的两个标准的任意设备导出。
如果在虚拟消隐间隔期间执行交互动作并且源是时间同步的，那么完全切换可在帧级上得到保证，并且不需要双缓冲或重复最后一帧。
随着时间对分组流进行整形以便保留虚拟消隐间隔的技术可以与以上参照图2论述的类型的源定时完全切换一起使用。在这种情况下，更改源UDP端口的命令应当携带时间字段以指定在VBI中的哪个帧中应当改变UDP端口。将消除在目的地设备处对双缓冲或帧重复的需求。下面将参考图14至图18论述这种布置。
可替换地，可在虚拟消隐间隔期间通过分组交换本身执行切换动作。
现在将描述这些技术的实例。将与包括虚拟消隐间隔的数据格式的说明一起描述通过分组交换与路由结合的技术的示例性使用。然后，将描述与源定时切换结合的数据格式的示例性使用。
图3是示出了根据本公开内容的实施方式的分组交换的视频工作室网络的示意性框图。
在图3中，提供了两个示例性视频源120、130。从这些源当前选择的一个的视频数据通过SDN交换机140路由至目的地设备150。所有的源设备和目的地设备(其是用作分组化视频数据源和/或分组化视频数据目的地的多个分组化视频数据节点的实例)均在定时控制器160的控制下以便使它们的操作与共同的帧定时同步。通过其实现的技术的实例是SMPTE2059-2PTP配置文件和相关方法的使用。
应注意的是，不需要通过定时控制器使目的地设备同步，尽管这可有助于操作这类网络。因此，定时控制器提供视频同步器(或视频同步器电路)的实例，视频同步器被配置为使至少那些用作分组化视频数据源的节点的视频帧的周期同步。
SDN交换机140是分组交换机(或分组交换电路)，分组交换机被配置为提供多个节点中的至少两个可选视频分组路由并在切换操作时从视频分组路由中的一个切换到视频分组路由中的另一个。路由控制器170将路由数据提供至构成SDN交换机140的一部分的路由表142，从而形成被配置为存储路由数据的路由数据存储器的实例，使得分组交换机根据由路由数据存储器存储的路由数据所定义的一个或多个视频分组路由在节点之间路由视频数据分组。由路由表142保存的数据进而通过SDN交换机140的转发引擎144定义分组路由，使得通过转发引擎144对路由表142所做的改变使得分组路由改变。然而，在路由控制器170与路由表142之间通信的性质，和/或路由表142与转发引擎144之间的通信及控制意味着在与流中单独的分组对应的时刻不能实现路由变更。此外，在视频分组流中，即使是通过以上论述的类型的定时控制器使与帧定时同步的流也可以不必仅从分组级定时预测(在不对分组内容进行进行深度检查的情况下)哪个单独的分组是特定帧的最后一个以及哪个是下一帧的第一分组。
因此，虽然可以通过路由控制器170使用刚刚描述的技术进行路由变更，但该布置不一定能单独提供完全切换操作使得路由到目的地设备150的视频流152在一个源流的整个帧的末端停止并从另一源流立刻重新开始整个帧。
如上所述，为了解决这个问题，将所谓的虚拟消隐间隔被设置在视频数据流内。图4是示出了这样的虚拟消隐(切换)间隔的示意性定时图。
在图4中，由垂直线200表示帧间隔，这样在图4中示出的三个垂直线示意性地表示三个连续帧在视频流中任意位置的开始，即，帧N-2、帧N-1以及帧N。
在每个帧内，对应于该帧的视频数据由分组210的串或集合表示，使得再现单个帧所需的全部视频数据都可以从相应分组210的串导出。
虚拟消隐间隔220构成每个帧周期的一部分，或者至少邻近切换操作的那些帧周期(在这样的情况下，可通过路由控制器170指示切换操作中涉及的源以提供短周期的虚拟消隐间隔，例如，起始于预期切换时间前的最小一帧的周期)的一部分。在图4中示出的实例中，在帧周期的末端示出了虚拟消隐间隔。下面将论述其他实例。虚拟消隐间隔220不直接对应于视频信号的产生或显示定时的任何部分，而是被提供以允许在对应于一个帧的分组集合与对应于时间上相邻的帧的分组集合之间布置的时间窗口，在时间上相邻的帧期间可以进行在一个分组流与另一分组流之间进行切换的切换操作。应当注意的是，如上所述，图3中的全部设备通过定时控制器160被同步，使得对于来自每个源设备(诸如，设备120、130)的每个视频流，相应流的虚拟消隐间隔将会基本上与每个其他的源流的虚拟消隐间隔同时出现。
虚拟消隐间隔220不包含再现视频的相应帧所需的任何视频分组。其当然可以包含其他数据分组，这些数据分组可以选自(例如)辅助数据分组、虚拟数据分组等。因此，在虚拟消隐间隔220期间在时间同步源之间进行的从一个流到另一个流的切换操作使得(a)切换操作在虚拟消隐间隔220开始之前不会开始，以及(b)切换操作在虚拟消隐间隔结束之前结束，该切换操作将是所谓的完全切换使得切换(输出)视频流包含紧接着新的(切换至)源流的整个第一帧的原始源流的整个最后一帧。
网络被配置成使得在对应于预定剩余部分的时间段中实现从视频分组路由中的一个到视频分组路由的另一个的切换操作。例如，网络可被配置成使得在切换操作时，新路由数据在某时被写入路由数据存储器使得在对应于预定剩余部分的时间段中路由变更生效。应注意的是，时间段可以是一个帧的虚拟消隐间隔，或者如果两个帧的虚拟消隐间隔在时间上相邻(例如，在第一帧的末端的一个部分，在下一帧开始时的一个部分)，时间段可以包括那些在时间上相邻的虚拟消隐间隔。
现在将描述生成包含虚拟消隐间隔的数据流的技术。
图5示意性地示出了视频源设备250，视频源设备包括视频数据源252、数据缓冲器254以及缓冲器控制器256。源252和缓冲器控制器256在从图3的定时控制器160导出的定时控制信号的控制下。
图6是示出了图5的视频源的操作的示意性定时图。在图6中，由标记每个帧周期之间的边界的垂直线260来表示连续的帧周期。因此，如所绘制的，由范围262表示整个帧周期。源252根据线260表示的帧边界指示的时间逐帧产生视频数据264。在图6中示意性地示出了一对示例性视频帧，即，帧N-1和后一帧N。由于由252输出，对应于每个帧的视频数据264基本上占用全部的相应帧周期262。
图5的缓冲器254在缓冲器控制器256的控制下用于整形，也就是说，改变视频源252输出的分组化视频数据264的时间分布以在整形的视频数据的每个帧开始时产生具有(在这个实例中)虚拟消隐间隔270的经整形的视频数据266，而且还在周期268期间均匀地或者至少基本上均匀地分配视频分组。
为了实现这个目的，缓冲器控制器256控制到缓冲器254的写入或从缓冲器254的读取以便在开始输出对应于每个视频帧的数据时施加与所需的虚拟消隐间隔270的长度对应的延迟。然后，由于数据继续被写入缓冲器中，帧周期的剩余部分268被用于比通过源252写入到缓冲器254的速率稍快地输出整个帧的视频数据。因此，到下一帧边界(由线260的下一实例表示)时，缓冲器占用已返回到与先前帧边界可用的相同的缓冲器占用。
因此，除了出于其他技术原因可能期望的任何恒定水平的缓冲器占用之外，在输入和输出由插入虚拟消隐间隔得到的一帧视频数据期间所需的最大缓冲量对应于通常在虚拟消隐间隔270的长度272期间发送的数据。例如，如果虚拟消隐间隔表示(比方说)3％的帧长，那么缓冲器254需要存储的最大数据量是整个帧的视频数据的3％。在这个实例中，缓冲器占用在对应于虚拟消隐间隔的末端的时间点最大，并在帧周期的剩余部分268的期间(例如，线性地)在下一虚拟消隐间隔开始时减少到最小占有。
将理解的是缓冲器254和缓冲器控制器256可以设置为源设备250的一部分，或者可以设置为用于将分组流整形应用于独立视频源的输出的分离设备。类似的考虑适用于图7中示出的配置。
图7示意性地示出了视频源280的另一实例。几个方面(诸如，缓冲器284和缓冲器控制器286)类似于参照图5描述的那些并且这里将不会再次详细地描述。在图7中，缓冲器控制器286和相位控制器288在从图3的定时控制器160接收的定时控制信号的控制下操作。相位控制器288产生定时信号292控制视频源292的操作，使得视频源292在由从定时控制器160接收的定时控制信号定义的帧边界之前稍微操作。将参照图8描述这样的原因。
图8是示出了图7的视频源的操作的示意性定时图。垂直线300表示从定时控制器160接收的定时控制信号中的帧边界。就是说，由线300表示的帧边界是整个网络在其之下运行并且所有网络设备与其同步的那些帧边界。相位补偿器288从这些帧边界产生同步的但相位超前的版本的帧边界，视频源292在该帧边界下操作。目的是视频源292在网络帧边界之前稍微操作，从而允许整个帧302的视频数据在第一部分304的网络帧周期期间从缓冲器284输出，使得虚拟消隐间隔306出现在网络帧周期结束时。因此，第一部分304在由图8中的线300表示的帧边界处开始，并在下一帧边界之前结束，使得部分304的末端与后一帧边界之间的间隙形成虚拟消隐间隔。如前所述，最大缓冲器占用(对应于虚拟消隐间隔的长度308)出现在由线300表示的网络帧边界处，并且最小缓冲器占用出现在部分304的末端310。
清楚地，图7和图8仅表示用于在网络帧周期结束时产生虚拟消隐间隔的示例性技术。另一方式将是缓冲视频源处几乎所有的帧，但这将导致比图7和图8中示出的布置更大的系统延迟。
在其他布置中，这些技术可以组合，使得虚拟消隐间隔跨越帧边界使得一部分虚拟消隐间隔在帧边界之前出现并且部分在帧边界之后出现。
在其他布置中，可以很容易地控制视频源以便仅在与虚拟消隐间隔不对应的每个帧周期的一部分期间输出视频数据。
所有这些是每个节点的实例，用作分组化视频数据源的每个节点被配置为将分组化视频数据发送到网络上使得至少对于与切换操作相邻的那些视频帧周期(或者在本公开内容的实施方式中，关于由该节点提供的所有的视频帧)：在预定活跃视频数据部分的视频帧周期期间节点将用于解码该帧所需的分组化视频数据发送到网络上，并且在预定剩余部分的视频帧周期(在该实例中的虚拟消隐周期)期间节点不会将用于解码该帧所需的分组化视频数据发送到网络上。图5和图7的布置提供具有缓冲器的节点的实例，缓冲器被配置为存储并输出视频数据分组，缓冲器被配置为在预定活跃视频数据部分的视频帧周期期间输出用于解码该帧所需的分组化的视频数据，并且在预定剩余部分的视频帧周期期间不输出用于解码该帧所需的分组化的视频数据。节点可以设置有或者可以单独连接至提供分布贯穿在每个视频帧周期中的视频数据分组的分组化视频数据源。
图9是示意性的定时图，其按与图4类似的方式表示在对应于连续相应帧的连续分组群或分组串之间的虚拟消隐间隔320用作时间的切换窗口，在该时间期间，能够在一个源流和另一时间同步的源流之间进行完全切换。
图10是示出了视频源(诸如，图5的视频源250或图7的视频源280)的操作的示意性流程图。另外，如上所述，在其他实例中，图10的操作可以应用于对应于(例如)图5和图7的缓冲器和缓冲器控制器(可选地具有相位控制器)的独立分组流整形布置。
在步骤350中，例如，检测到由来自定时控制器160的定时控制信号定义的定时信息，并且响应于该检测，作为步骤360，产生视频流以便包含虚拟消隐间隔。
图11是示出了路由控制器(例如，图3的路由控制器170)在控制图3的交换机140的操作方面的操作的示意性流程图。
对图11中示出的过程的第一步骤提供两个替代方案。在图11中，它们被绘制成并行的替代方案，但期望将执行一个或另一个。替代方案涉及可由分组路由布置检测到的虚拟消隐间隔的定时(相对于帧边界)。在步骤370中，一个替代方案是路由控制器170在由定时控制器160提供的相同的定时控制信号的控制下操作。步骤370包括从该定时控制信号检测帧定时。作为替代方案，步骤380包括从通过交换机140的分组的检查中检测帧定时。但不论是在哪种情况下，控制从在步骤370或者步骤380中检测的帧定时过渡到步骤390，在步骤390中检测对应于虚拟消隐间隔的每个帧周期的时间段。在步骤400中，在虚拟消隐间隔期间实现一个视频源与另一视频源之间的切换(例如，通过使路由表142改变或将改变写入路由表中)。
图12是示出了分组交换机(诸如，图3的交换机140)的操作的示意性流程图。在步骤410中，在路由表142中实现改变，并且在步骤420中，转发引擎144根据路由表的当前状态来路由分组。如上所述，在步骤410中进行改变使得其不会在虚拟消隐间隔开始前起作用，并且在相同的虚拟消隐间隔结束时完成相应的路由变更。
图13是示出了以上更详细地描述的一些操作的示意性定时图。在该实例中，连续帧周期500在每个帧周期开始时包含相应虚拟消隐间隔510。帧同步(F同步)信号520表示帧边界530。线560示意性地表示如由视频数据源(诸如，图5的源252或图7的源292)输出的分组化视频，也就是说在应用视频流整形之前输出的分组化视频。线570示意性地表示整形的视频流，也就是说，在虚拟消隐间隔510期间没有出现活跃的视频分组。如上所述，在那些间隔期间可以存在其他分组。
由路由控制器170和交换机140执行的切换命令580在虚拟消隐间隔之前的短时间周期内进行并包括三个阶段(这里根据图13的部分580中示出的编号进行编号)：
1.准备将新源连接至目的地
2.准备从目的地断开现有的源
3.进行切换连接
用作切换触发器的这些命令中的第三个被设置为在开始虚拟消隐间隔510之前的预定延迟周期590内出现。延迟周期对应于一旦发起路由控制器170和交换机140待执行的命令所花费的时长。
图13的下部是虚拟消隐间隔510的扩展版本和几个周围分组的表示。在图13的这部分中使用的符号指的是源“A”是当前路由到目的地(“C”)的当前源。新源“B”将要代替源A被路由至目的地。切换操作在时间上的最大长度等于虚拟消隐间隔510在时间上的长度，使得切换操作最早可以开始的时间是在600处，并且切换操作必须完成的最晚时间是在时间点610处。提供至目的地C的视频分组成功地从分组A切换到分组B。
应注意的是，在图13中还示出了另一可选特征，其是在虚拟消隐间隔可布置成具有设置为1(其表示视频帧的最后媒体数据分组)的RTP(实时协议)报头M标记之前的最后一个分组。
如上所述，以上论述的虚拟消隐间隔技术还可以与源定时切换操作结合使用。因此，以下的描述涉及在使用虚拟消隐间隔的背景下的示例性源定时操作的方面。
要描述的实例涉及图2的示意性示例网络，尽管源60、70应当被认为是被视频源(诸如，图5或图7中示出的那些)取代使得虚拟消隐间隔施加在与每个视频帧有关的分组串上。因此，尽管在下面的讨论中源将由参考标号60、70表示，但将理解的是它们不是之前提出的源，而是提供具有虚拟消隐间隔的视频数据源。
图14示意性地示出了由系统控制器100保持的路由数据的版本1，其表示来自源60的视频数据应当路由至目的地80。
图15示意性地示出了对应于图14的路由数据的SDN交换机流表。SDN交换机流表可以作为路由表112存储在图2的布置中。在本实例中，SDN交换机流表具有对应于特定源的三个条目。这些条目包括：源的IP地址、当前与来自该源的视频数据相关联的UDP端口、以及转发规则。在该特定实例中，SDN交换机流表中唯一的条目涉及源60，因此，IP地址是源60的IP地址，UDP端口具有示例性的值100，并且转发规则是：来自该IP地址并具有UDP端口的数据被转发至对应于目的地80的交换机110的端口或输出端。
图16示意性地示出了表示对视频数据的所需路由的变更的经修改(版本2)的路由数据。新需要的路由包括来自被路由到目的地80的源70(而不是源60)的视频数据。
图17示意性地示出了对应于图16的修改的路由数据的经修改的SDN交换机流表。这里，至少暂时保留与UDP端口100有关的先前路由信息，并指定了详述源70的IP地址的新路由信息、不同的UDP端口(在这个实例中为200)以及涉及转发至对应于目的地80的端口或输出的转发规则。
至此在该过程中，没有对视频数据的流进行实际改变。当命令源70开始输出携带UDP 200的视频数据并且命令源60停止输出携带UDP 100的视频数据时发生这样的改变。在实例中，发布到源以实现这样的改变的指令可以在切换时间之前发送，但是被加时间戳以指示切换时间(也就是说，设置有指示相对于帧定时的时间的辅助数据和/或将要实现改变的分组流)。
图18是与源定时切换操作有关的示意性流程图。在步骤700中，SDN交换机流表或路由表112被设置为包括新需要的路由信息(例如，使用图17的经修改的表)。在步骤710中，命令源以改变它们的UDP分配。这具有自动结果，即在步骤720中，根据重新分配的UDP端口来路由视频数据。
如所提到的，该过程与之前参照图2论述的先前提出的源定时过程之间的差异在于，在表示每个源的视频数据帧的分组串中设置了虚拟消隐间隔。这与图18的步骤700无关，该步骤是可在实际切换操作之前执行的过程的一部分，但其与图18的步骤710有关，该步骤是图18的切换过程的关键时刻的部分，因为虚拟消隐间隔的存在允许长的时间的窗口，在该时间期间，源可以(a)被指示改变其UDP端口，以及(b)可以完成它们对这样的指令的响应，而不影响在改变UDP端口的指令之前的帧或改变UDP端口的指令之后的帧的完整性。如上所述，在一些实例中，根据与待改变的指令相关联的时间戳来执行UDP端口的改变的实现，时间戳表示虚拟消隐间隔内的时间。
总体上，上述实施方式公开了一种基于分组的视频网络的操作方法，基于分组的视频网络包括用作分组化视频数据源和/或分组化视频数据目的地的多个分组化视频数据节点以及分组交换机，分组交换机被配置为提供多个节点中的至少两个可选视频分组路由，并在切换操作时从视频分组路由中的一个切换到视频分组路由中的另一个；该方法包括以下步骤：
使至少那些用作分组化视频数据源的节点的视频帧周期同步；
用作分组化视频数据源的每个节点将分组化视频数据发送到网络上使得对于至少那些与切换操作相邻的视频帧周期：
在预定活跃视频数据部分的视频帧周期期间，节点将解码该帧所需的分组化视频数据发送到网络上，并且
在预定剩余部分视的频帧周期期间，节点不会将解码该帧所需的分组化视频数据发送网络到上；
以及在对应于预定剩余部分的时间段中实现从视频分组路由中的一个到视频分组路由的另一个的切换操作。
实施方式还公开了节点和分组交换机的操作的相应的方法。
将理解的是音频数据可以伴随视频数据并且可以使用与上述那些相同的技术进行完全切换。
数据信号
应理解的是由以上讨论的编码装置的变形所产生的数据信号以及携载此类信号的存储器或传输介质被视为代表本公开的实施方式。具体地，具有设置或施加在分组串上的虚拟消隐间隔的分组化视频数据信号被认为是本公开的实施方式。
在到目前为止已被描述为通过软件控制的数据处理装置实施(至少部分)的本公开内容的实施方式中，应当理解，诸如光盘、磁盘、半导体存储器等承载这样的软件的非临时性机器可读介质也被认为是表示本公开内容的实施方式。
对于技术人员而言显而易见的是，按照上述教导，本发明的大量修改和变化是可以的。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，除了如本文中具体描述的以外，还可以以其他方式实践本公开内容。
对以上的描述中的视频数据源和/或视频数据目的地应该采用的参考分别是视频数据源电路和/或视频数据目的地电路。
分组化视频数据节点的实例可包括例如照相机、视频处理器、视频数据发送器和/或接收器、视频数据记录器等。
本公开内容的实施方式的相应特征由以下编号的项来定义：
1.一种基于分组的视频网络，包括：
用作分组化的视频数据源和/或分组化的视频数据目的地的多个分组化的视频数据节点；
分组交换机，被配置为在多个节点之间设置至少两个可选的视频分组路由并在切换操作中从视频分组路由中的一个切换到视频分组路由中的另一个；以及
视频同步器，被配置为至少使那些用作分组化的视频数据源的节点的视频帧周期同步；其中：
用作分组化的视频数据源的每个节点被配置为将分组化的视频数据发送到网络上使得至少对于那些与切换操作相邻的视频帧周期：
节点在视频帧周期的预定活跃视频数据部分期间将解码帧所需的分组化的视频数据发送到网络上，并且
节点在视频帧周期的预定剩余部分期间不将解码该帧所需的分组化的视频数据发送到网络上；
并且网络被配置成使得在对应于预定剩余部分的时间段中实现从视频分组路由中的一个到视频分组路由的另一个的切换操作。
2.根据项1所述的网络，其中，用作分组化视频数据源的每个节点被配置为将关于由节点提供的所有视频帧的分组化的视频数据发送到网络上，使得节点在视频帧周期的预定活跃视频数据部分期间将解码帧所需的分组化的视频数据发送到网络上，并且节点在视频帧周期的预定剩余部分期间不将解码帧所需的分组化的视频数据发送到网络上。
3.根据项1或项2所述的网络，其中，分组交换机包括被配置为存储路由数据的路由数据存储器，使得分组交换机电路根据由路由数据存储器存储的路由数据所定义的一个或多个视频分组路由在节点之间路由视频数据分组。
4.根据项4所述的网络，其中，网络被配置成使得在切换操作时每次将新的路由数据写入路由数据存储器使得在对应于预定剩余部分的时间段中路由变更生效。
5.根据前述项中任一项所述的网络，其中，那些用作视频数据源的节点均包括：
分组化的视频数据源，提供遍布每个视频帧周期分布的视频数据分组；以及
缓冲器，被配置为存储并输出视频数据分组，缓冲器被配置为在视频帧周期的预定活跃视频数据部分期间输出解码该帧所需的分组化的视频数据，并且在视频帧周期的预定剩余部分期间不输出用于解码该帧所需的分组化的视频数据。
6.一种能够作为分组化的视频数据源连接至基于分组的视频数据网络的分组化的视频数据的节点，该分组化的视频数据节点包括被配置为将分组化的视频数据发送到网络上的电路，使得对于视频帧周期的至少一个子集：
节点在视频帧周期的预定活跃视频数据部分期间将解码帧所需的分组化的视频数据发送到网络上，并且
节点在视频帧周期的预定剩余部分期间不将解码帧所需的分组化的视频数据发送到网络上。
7.根据项6所述的节点，包括被配置为存储并且输出由缓冲器在整个视频帧周期中接收的视频数据分组的缓冲器，缓冲器被配置为在视频帧周期的预定活跃视频数据部分期间输出解码帧所需的分组化的视频数据，并在视频帧周期的预定剩余部分期间不输出解码帧所需的分组化的视频数据。
8.根据项6或者项7所述的节点，包括：
分组化的视频数据源，提供遍及每个视频帧周期分布的视频数据分组。
9.一种视频分组交换机，被配置为在多个分组化的视频节点之间设置至少两个可选的视频分组路由并在切换操作中从视频分组路由中的一个切换到视频分组路由中的另一个；视频分组交换机包括被配置为在视频帧的时间段中实现从视频分组路由中的一个到视频分组路由中的另一个的切换操作的电路，在视频帧中，在切换操作中所涉及的分组化的视频的节点不将解码帧所需的分组化的视频数据发送到网络上。
10.一种操作基于分组的视频网络的方法，网络包括用作分组化的视频的数据的源和/或分组化的视频数据目的地的多个分组化的视频数据的节点以及分组交换机，分组交换机被配置为在多个节点之间设置至少两个可选的视频分组路由并在切换操作时从视频分组路由中的一个切换到视频分组路由中的另一个；
该方法包括以下步骤：
至少使那些用作分组化的视频数据源的节点的视频帧周期同步；
用作分组化的视频数据源的每个节点将分组化的视频数据发送网络到上使得至少对于那些与切换操作相邻的视频帧周期：
节点在视频帧周期的预定活跃视频数据部分期间将解码帧所需的分组化的视频数据发送到网络上，并且
节点在视频帧周期的预定剩余部分期间不将解码帧所需的分组化的视频数据发送到网络上；
并且在对应于预定剩余部分的时间段中实现从视频分组路由中的一个到视频分组路由中的另一个的切换操作。
11.一种操作能够作为分组化的视频数据源连接至基于分组的视频数据网络的分组化的视频数据的节点的方法，所述方法包括以下步骤：
将分组化的视频数据发送到网络上使得对于视频帧周期的至少一个子集：
节点在视频帧周期的预定活跃视频数据部分期间将解码帧所需的分组化的视频数据发送到网络上，并且
节点在视频帧周期的预定剩余部分期间不将解码帧所需的分组化的视频数据发送到网络上。
12.一种操作视频分组交换机的方法，所述视频分组交换机被配置为在分组化的视频的多个节点之间设置至少两个可选的视频分组路由并在切换操作中从所述视频分组路由中的一个切换到所述视频分组路由中的另一个；所述方法包括以下步骤：
在视频帧的时间段期间实现从所述视频分组路由中的一个到所述视频分组路由的另一个的切换操作，其中在所述切换操作中所涉及的分组化的视频的节点不将解码帧所需的分组化的视频数据发送到网络上。
13.一种计算机软件，当由计算机执行时，使计算机执行根据项10至项12中任一项所述的方法。
14.一种非瞬时性机器可读存储介质，存储根据项13所述的计算机软件。

Claims (11)

1.一种基于分组的视频网络，包括：
用作分组化的视频数据源和/或分组化的视频数据目的地的多个分组化的视频数据节点；
分组交换机电路，被配置为在多个所述分组化的视频数据节点之间设置至少两个可选的视频分组路由并在切换操作中从所述视频分组路由中的一个切换到所述视频分组路由中的另一个，所述分组交换机电路包括：路由数据存储器，被配置为存储路由数据，使得所述分组交换机电路根据由所述路由数据存储器存储的路由数据所定义的一个或多个视频分组路由在所述分组化的视频数据节点之间路由视频数据分组；以及
视频同步器电路，被配置为使至少那些用作所述分组化的视频数据源的所述分组化的视频数据节点的视频帧周期同步；其中：
用作所述分组化的视频数据源的每个所述分组化的视频数据节点被配置为将分组化的视频数据发送到网络上使得至少对于那些与所述切换操作相邻的视频帧周期：
所述分组化的视频数据节点在所述视频帧周期的预定活跃视频数据部分期间将解码帧所需的分组化的视频数据发送到所述网络上，并且
所述分组化的视频数据节点在所述视频帧周期的预定剩余部分期间不将解码所述帧所需的分组化的视频数据发送到所述网络上；
并且所述网络被配置成使得在对应于所述预定剩余部分的时间段中实现从所述视频分组路由中的一个到所述视频分组路由的另一个的切换操作，并且
所述分组交换机电路还被配置成在切换操作时将新的路由数据写入所述路由数据存储器，使得在对应于所述预定剩余部分的时间段中路由变更生效。
2.根据权利要求1所述的网络，其中，用作所述分组化的视频数据源的每个所述分组化的视频数据节点被配置为将关于由所述分组化的视频数据节点提供的所有视频帧的分组化的视频数据发送到所述网络上，使得所述分组化的视频数据节点在所述视频帧周期的预定活跃视频数据部分期间将解码所述帧所需的分组化的视频数据发送到网络上，并且所述分组化的视频数据节点在所述视频帧周期的预定剩余部分期间不将解码所述帧所需的分组化的视频数据发送到所述网络上。
3.根据权利要求1所述的网络，其中，那些用作所述视频数据源的所述分组化的视频数据节点均包括：
分组化的视频数据源，提供遍布每个所述视频帧周期分布的视频数据分组；以及
缓冲器，被配置为存储并输出所述视频数据分组，所述缓冲器被配置为在所述视频帧周期的预定活跃视频数据部分期间输出解码所述帧所需的分组化的视频数据，并且在所述视频帧周期的预定剩余部分期间不输出解码所述帧所需要的分组化的视频数据。
4.一种能够作为分组化的视频数据源连接至基于分组的视频数据网络的分组化的视频数据节点，所述分组化的视频数据节点包括被配置为将分组化的视频数据发送到所述网络上的电路，使得对于视频帧周期的至少一个子集：
所述分组化的视频数据节点在所述视频帧周期的预定活跃视频数据部分期间将解码帧所需的分组化的视频数据发送到所述网络上，并且
所述分组化的视频数据节点在所述视频帧周期的预定剩余部分期间不将解码所述帧所需的分组化的视频数据发送到所述网络上，
其中，使至少那些用作所述分组化的视频数据源的所述分组化的视频数据节点的视频帧周期同步，所述电路还被配置成在从一分组视频数据节点到另一分组视频数据节点的切换操作时将新的路由数据写入路由数据存储器，使得在对应于所述预定剩余部分的时间段中路由变更生效。
5.根据权利要求4所述的视频数据节点，还包括被配置为存储并且输出由缓冲器在整个所述视频帧周期中接收的视频数据分组的所述缓冲器，所述缓冲器被配置为在所述视频帧周期的预定活跃视频数据部分期间输出解码帧所需的分组化的视频数据，并在所述视频帧周期的预定剩余部分期间不输出解码所述帧所需的分组化的视频数据。
6.根据权利要求4所述的视频数据节点，包括：
分组化的视频数据源，提供遍及每个所述视频帧周期分布的视频数据分组。
7.一种视频分组交换机，被配置为在多个分组化的视频数据节点之间设置至少两个可选的视频分组路由并在切换操作中从所述视频分组路由中的一个切换到所述视频分组路由中的另一个；所述视频分组交换机包括被配置为进行以下操作的电路：
在视频帧的第一时间段中实现从所述视频分组路由中的一个到所述视频分组路由中的另一个的切换操作的电路，在所述视频帧的第一时间段中，在所述切换操作中所涉及的所述分组化的视频数据节点未将解码帧所需的分组化的视频数据发送到网络上，
在路由数据存储器中存储路由数据，使得所述电路根据由所述路由数据存储器存储的路由数据所定义的一个或多个视频分组路由在所述分组化的视频数据节点之间路由视频数据分组，
所述电路还被配置成在切换操作时将新的路由数据写入所述路由数据存储器，使得在对应于所述第一时间段的第二时间段中路由变更生效，
其中，至少那些用作分组化的视频数据源的所述分组化的视频数据节点的视频帧周期被同步。
8.一种操作基于分组的视频网络的方法，所述网络包括用作分组化的视频的数据源和/或分组化的视频数据目的地的多个分组化的视频数据节点以及分组交换机电路，所述分组交换机电路被配置为在多个所述分组化的视频数据节点之间设置至少两个可选的视频分组路由并在切换操作时从所述视频分组路由中的一个切换到所述视频分组路由中的另一个；
所述方法包括以下步骤：
使至少那些用作分组化的视频数据源的所述分组化的视频数据节点的视频帧周期同步；
在数据路由存储器中存储路由数据，使得所述分组交换机电路根据由所述路由数据存储器存储的路由数据所定义的一个或多个视频分组路由在所述分组化的视频数据节点之间路由视频数据分组，
用作分组化的视频数据源的每个所述分组化的视频数据节点将分组化的视频数据发送到所述网络上使得至少对于那些与所述切换操作相邻的视频帧周期：
所述分组化的视频数据节点在所述视频帧周期的预定活跃视频数据部分期间将解码帧所需的分组化的视频数据发送到所述网络上，并且
所述分组化的视频数据节点在所述视频帧周期的预定剩余部分期间不将解码所述帧所需的分组化的视频数据发送到所述网络上；
并且在对应于所述预定剩余部分的时间段中实现从所述视频分组路由中的一个到所述视频分组路由中的另一个的切换操作，
通过分组交换机电路在切换操作时将新的路由数据写入所述路由数据存储器，使得在对应于所述预定剩余部分的时间段中路由变更生效。
9.一种操作能够作为分组化的视频数据源连接至基于分组的视频数据网络的分组化的视频数据节点的方法，所述方法包括以下步骤：
在数据路由存储器中存储路由数据，使得分组交换机电路根据由路由数据存储器存储的路由数据所定义的一个或多个视频分组路由在所述分组化的视频数据节点之间路由视频数据分组
将分组化的视频数据发送到网络上使得对于视频帧周期的至少一个子集：
所述分组化的视频数据节点在所述视频帧周期的预定活跃视频数据部分期间将解码帧所需的分组化的视频数据发送到所述网络上，并且
所述分组化的视频数据节点在所述视频帧周期的预定剩余部分期间不将解码所述帧所需的分组化的视频数据发送到所述网络上，并且
通过分组交换机电路在切换操作时将新的路由数据写入所述路由数据存储器，使得在对应于所述预定剩余部分的时间段中路由变更生效，
其中，至少那些用作所述分组化的视频数据源的所述分组化的视频数据节点的视频帧周期被同步。
10.一种操作视频分组交换机电路的方法，所述视频分组交换机电路被配置为在多个分组化的视频数据节点之间设置至少两个可选的视频分组路由并在切换操作中从所述视频分组路由中的一个切换到所述视频分组路由中的另一个；所述方法包括以下步骤：
在数据路由存储器中存储路由数据，使得所述视频分组交换机电路根据由路由数据存储器存储的路由数据所定义的一个或多个视频分组路由在所述分组化的视频数据节点之间路由视频数据分组，
在视频帧的时间段中实现从所述视频分组路由中的一个到所述视频分组路由的另一个的切换操作，在所述视频帧的时间段中，在所述切换操作中所涉及的分组化的视频数据节点不将解码帧所需的分组化的视频数据发送到网络上，并且
通过视频分组交换机电路在切换操作时将新的路由数据写入所述路由数据存储器，使得在时间段的预定剩余部分中路由变更生效，
其中，至少那些用作分组化的视频数据源的所述分组化的视频数据节点的视频帧周期被同步。
11.一种非瞬时性机器可读存储介质，存储有程序，当被执行时，所述程序使处理器执行根据权利要求8至10中任一项所述的方法。
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