CN112351294A - 一种云导播多机位间帧同步方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种云导播多机位间帧同步方法,该方法包括:在推流端初始化时,与NTP服务器进行对时;对时后,得到本地时间跟NTP时间的差值,记为时钟差值;在采集时,采集时间戳为本地时间加上时钟差值,将时间戳就跟NTP时间对应上,作为同步的统一的基准时间;当云导播在导播时,根据推流端的时间戳,进行一个帧同步排序;当所有参与同步的音视频帧根据时间戳同步后,再交给渲染器进行渲染。本发明还提供了一种云导播多机位间帧同步系统。本发明通过时间同步、帧同步机制实现云导播在处理时进行机位间音画同步;本发明在即使在网络有波动的情况下,也能把机位间的误差降到1帧内;本发明能在任意机位之间实现帧同步。
Description
技术领域
本发明涉及云计算处理技术领域,特别涉及一种云导播多机位间帧同步方法及系统。
背景技术
随着云服务越来越多,云导播也越来越流行,相对本地导播,它具有:高性能处理能力,远程拉流带宽即充足又稳定的优势。但行业内的云导播都有一个未很好解决的痛点:不同机位间拉流导播时,不能进行同步。造成的结果是可能会音画不同步,让直播的品质大大降低。
基于此,现急需一种能够在任意机位之间实现帧同步且误差小的云导播多机位间帧同步方法及系统。
发明内容
为解决上述问题,本发明旨在提出一种云导播多机位间帧同步方法及系统,通过推流端进行编码时,把音视频的时间戳跟真实时间进行关联,从而使每个推流端的时间戳都统一起来,以此实现云导播在处理时进行机位间音画同步,该同步可以达到1个帧(40毫秒)以内的误差。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种云导播多机位间帧同步方法,该方法包括:
S1、推流端NTP对齐和时间戳的同步:在推流端初始化时,与NTP服务器(NetworkTime Protocol)进行对时;对时后,得到本地时间跟NTP时间的差值,记为时钟差值;在采集时,采集时间戳为本地时间加上时钟差值,将时间戳就跟NTP时间对应上,作为同步的统一的基准时间;
S2、云导播机位间帧同步:当云导播在导播时,根据推流端的时间戳,进行一个帧同步排序;当所有参与同步的音视频帧根据时间戳同步后,再交给渲染器进行渲染。
进一步的,在所述S2云导播机位间帧同步中:当每个机位的流数据因为网络抖动,到达时间不一致时,在内部进行一个缓存,再进行排序。
进一步的,所述S2云导播机位间帧同步的具体流程包括:
S21:在收到每路流后,解码音视频,把视频帧率统一到一个基准(比如25帧),记为VideoFramerate;而音频重采样到统一基准(比如44100hz)记为AudioSamplerate;
S22:为每路流的音视频申请一片缓冲区,用于进行帧同步缓存,记为cacheNodes;
S23:记录第一个接收到的音视频的时间戳,记为FirstPTS;
S24:根据收到的每帧音视频,使用它的pts计算该帧在cacheNodes的偏移索引:
S25:计算偏移之后,把帧插入到相应的cacheNodes中;
S26:当所有需要渲染的机位的某个时刻的帧数据都到齐时,将帧数据送入渲染器渲染。
进一步的,还包括S27:在某些情况下,某些机位的数据来得比其他机位慢,就会发生超时,此时需要把超时的机位的数据丢弃,视频可以使用上一帧数据进行代替,音频则可以使用静音帧进行代替。
进一步的,所述S24中的偏移索引包括视频以及音频的偏移索引,所述视频的偏移索引计算方法为:(当前帧的PTS-FirstPTS)*VideoFramerate/1000;所述音频的偏移索引计算方法为:(当前帧的PTS-FirstPTS)*AUDIO_SAMPLERATE/(AUDIO_FRAME_SIZE*1000)。
进一步的,所述AUDIO_FRAME_SIZE表示每帧音频采样点的字节数,在AAC编码中固定为1024。
进一步的,所述S1推流端NTP对齐和时间戳的同步的具体流程为:
S11:在推流初始化前,与NTP服务进行一个对时,在对时后,得到本地时间和NTP时间的差值,记为TimeDelta;
S12:在采集音频或者视频时,它们的时间戳为:本地时间+TimeDelta,此时时间戳跟NTP相对应;
S13:为了保持更准确的时间戳同步,推流端设置定时与NTP服务进行对时,不断得使整个对时进制更加准确。
为了实现上述目的,本发明还提供了一种云导播多机位间帧同步系统,包括NTP服务器、至少一个终端以及云导播;所述每个终端在推流时均通过与NTP服务器相连进行时间校正,所述云导播包括若至少一个机位、帧同步、Render以及输出,所述每个终端对应一个机位,所述机位分为带有帧同步标志的机位以及没有同步标志的机位,所述带有帧同步标志的机位通过帧同步与Render相连,所述没有同步标志的机位直接与Render相连,所述Render连接输出。
进一步的,所述机位在有音视频流进来之后,会对该流的标志为进行判断;如果该流的标志为支持帧同步,则该机位加入帧同步队列;如果流标志不支持帧同步,则加入默认的处理队列,只进行流内音视频同步。
进一步的,所述帧同步的流程通过定时器来定时触发,包括以下流程:
(1)当一个定时器触发来到时,计算出距离定时器第一次触发经过的时间。然后根据基准时间和已经进行帧同步的帧数,分别计算出还剩下需要参与帧同步的帧数n;
(2)根据(1)中计算出的帧数n,去参与帧同步的机位队列中检测;如果所有的机位都已经有足够的帧数,则返回true;反之,则返回false;
(3)在(2)中如果返回false,则直接返回等待下一次定时触发;在(2)中如果返回true,则继续下一步;
(4)从帧同步的机位队列中读取数据帧并传递到render队列中,总数为n;
(5)刷新状态,对于长时间帧同步失败的机位将从队列中剔除;
(6)返回等下一个定时器触发事件。
有益效果:本发明通过时间同步、帧同步机制实现云导播在处理时进行机位间音画同步;本发明在即使在网络有波动的情况下,也能把机位间的误差降到1帧内;本发明能在任意机位之间实现帧同步。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明实施例所述的云导播多机位间帧同步方法的步骤流程图;
图2为本发明实施例所述的云导播多机位间帧同步系统结构示意图;
图3为本发明实施例所述的帧同步的流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种云导播多机位间帧同步方法,该方法包括:
S1、推流端NTP对齐和时间戳的同步:在推流端初始化时,与NTP服务器(NetworkTime Protocol)进行对时;对时后,得到本地时间跟NTP时间的差值,记为时钟差值;在采集时,采集时间戳为本地时间加上时钟差值,将时间戳就跟NTP时间对应上,作为同步的统一的基准时间;
S2、云导播机位间帧同步:当云导播在导播时,根据推流端的时间戳,进行一个帧同步排序;当所有参与同步的音视频帧根据时间戳同步后,再交给渲染器进行渲染。
需要说明的是,现有的技术因为推流端时间戳没有进行对齐操作,在导播时,误差是不确定。根据推流网络状况不同,误差可能是100毫秒甚至到几秒都有可能。本实施例利用在推流端在编码时,把音视频的时间戳跟真实时间进行关联,从而使每个推流端的时间戳都统一起来。而云导播在处理时,就可以进行机位间音画同步,而且该同步可以做到1个帧(40毫秒)的误差。
优选的,在所述S2云导播机位间帧同步中:当每个机位的流数据因为网络抖动,到达时间不一致时,在内部进行一个缓存,再进行排序。
在一具体的实例中,所述S2云导播机位间帧同步的具体流程包括:
S21:在收到每路流后,解码音视频,把视频帧率统一到一个基准(比如25帧),记为VideoFramerate;而音频重采样到统一基准(比如44100hz)记为AudioSamplerate;
S22:为每路流的音视频申请一片缓冲区,用于进行帧同步缓存,记为cacheNodes;
S23:记录第一个接收到的音视频的时间戳,记为FirstPTS;
S24:根据收到的每帧音视频,使用它的pts计算该帧在cacheNodes的偏移索引:
所述S24中的偏移索引包括视频以及音频的偏移索引,
所述视频的偏移索引计算方法为:(当前帧的PTS-FirstPTS)*VideoFramerate/1000;
所述音频的偏移索引计算方法为:(当前帧的PTS-FirstPTS)*AUDIO_SAMPLERATE/(AUDIO_FRAME_SIZE*1000);
所述AUDIO_FRAME_SIZE表示每帧音频采样点的字节数,在AAC编码中固定为1024。
S25:计算偏移之后,把帧插入到相应的cacheNodes中;
S26:当所有需要渲染的机位的某个时刻的帧数据都到齐时,将帧数据送入渲染器渲染;
S27:在某些情况下,某些机位的数据来得比其他机位慢,就会发生超时,此时需要把超时的机位的数据丢弃,视频可以使用上一帧数据进行代替,音频则可以使用静音帧进行代替。
在一具体的实例中,所述S1推流端NTP对齐和时间戳的同步的具体流程为:
S11:在推流初始化前,与NTP服务进行一个对时,在对时后,得到本地时间和NTP时间的差值,记为TimeDelta;
S12:在采集音频或者视频时,它们的时间戳为:本地时间+TimeDelta,此时时间戳跟NTP相对应;
S13:为了保持更准确的时间戳同步,推流端设置定时与NTP服务进行对时,不断得使整个对时进制更加准确。
需要说明的是,关于时间戳的确定:各种推流设备它们的时钟和系统是存在差异的,并且软件生成时间戳的规则也有可能存在差异;要想能够进行设备间的同步,就必须有统一的基准时钟和统一的规则。因此本实施例采取了通过NTP服务器来统一校正时间戳,通过统一的规则来生成时间戳。在云导播也基于相同的规则解析时间戳。
实施例2
为了实现上述目的,参见图2:本实施例还提供了一种云导播多机位间帧同步系统,包括NTP服务器、至少一个终端以及云导播;所述每个终端在推流时均通过与NTP服务器相连进行时间校正,所述云导播包括若至少一个机位、帧同步、Render以及输出,所述每个终端对应一个机位,所述机位分为带有帧同步标志的机位以及没有同步标志的机位,所述带有帧同步标志的机位通过帧同步与Render相连,所述没有同步标志的机位直接与Render相连,所述Render连接输出。
需要说明的是,图2中左边虚线框代表不同的终端,它们在推流时都要先通过NTP服务器进行时间校正,保证所有终端都是基于同一个NTP服务器。右边虚线框代表云导播,云导播有多个机位,每个终端都推送数据到一个对应的机位。带有帧同步标志的机位会进行帧同步,不带的则不参与,最后都会输送到render进行渲染,并最终对外输出;
另外,关于数据的标准化:参与同步的机位中,它们的帧率可能是不一样的。如果直接参与同步,则计算的算法会比较复杂。本实施例采用对于参与帧同步的数据,在帧同步之前统一进行标准化,转化为相同帧率的音视频。当发生丢帧时,会进行相应的补帧。
需要说明的是,所述机位在有音视频流进来之后,会对该流的标志为进行判断;如果该流的标志为支持帧同步,则该机位加入帧同步队列;如果流标志不支持帧同步,则加入默认的处理队列,只进行流内音视频同步。
在一具体的实例中,所述帧同步的流程通过定时器来定时触发,包括以下流程:
(1)当一个定时器触发来到时计算出距离定时器第一次触发经过的时间。然后根据基准时间和已经进行帧同步的帧数,分别计算出还剩下需要参与帧同步的帧数n;
(2)根据(1)中计算出的帧数n,去参与帧同步的机位队列中检测;如果所有的机位都已经有足够的帧数,则返回true;反之,则返回false;
(3)在(2)中如果返回false,则直接返回等待下一次定时触发;在(2)中如果返回true,则继续下一步;
(4)从帧同步的机位队列中读取数据帧并传递到render队列中,总数为n;
(5)刷新状态,对于长时间帧同步失败的机位将从队列中剔除;
(6)返回等下一个定时器触发事件。
在具体实现中,上述实施例当存在异常情况时的处理操作:
异常情况的处理起着至关重要的作用。在理想状态下,各个机位的数据都是均匀流畅的传输到云导播,这种情况下帧同步的逻辑也是均匀流畅的进行着。但是现实条件肯定无法这么理想,存在着各种各样的异常,而这些异常都要在算法中考虑到,否则就可能出现错误,效果可能比没有帧同步还差。以下为几种比较常见的异常情况及其处理。
a流中断
参与帧同步的流中,当突然有一路流中断了;此时帧同步将无法成功,可能存在无限等待;因此,上述实施例设置有超时机制,超过一定时间,则强制刷新,这样才不会无限等待下去。
b流抖动
网络传输的流都会存在网络抖动,对于一定范围内的抖动都是可以接受的。假如参与帧同步的多路流中有一路流抖动比较剧烈,就可能出现整个输出画面都是卡顿的情况。这个时候本身比较流畅的几路流也被影响的出现卡顿情况。因此,上述实施例中会对于每一路流都会统计它帧同步失败的状态,如果某一路在一段时间内一直都是无法帧同步成功,则会把该路流移除出帧同步的队列,保证不会影响其它正常的流。
c时间戳翻转
上述实施例采用32位来保存时间戳,时间戳精度为毫秒。这种情况下存在时间戳翻转的可能,从而导致新包的时间戳小于旧包。这种情况下,设置一个值来记录翻转次数。当时间戳翻转时,递增翻转次数,然后用翻转次数和时间戳共同生成新的64位时间戳。
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,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种云导播多机位间帧同步方法,其特征在于,该方法包括:
S1、推流端NTP对齐和时间戳的同步:在推流端初始化时,与NTP服务器进行对时;对时后,得到本地时间跟NTP时间的差值,记为时钟差值;在采集时,采集时间戳为本地时间加上时钟差值,将时间戳就跟NTP时间对应上,作为同步的统一的基准时间;
S2、云导播机位间帧同步:当云导播在导播时,根据推流端的时间戳,进行一个帧同步排序;当所有参与同步的音视频帧根据时间戳同步后,再交给渲染器进行渲染。
2.根据权利要求1所述的云导播多机位间帧同步方法,其特征在于,在所述S2云导播机位间帧同步中:当每个机位的流数据因为网络抖动,到达时间不一致时,在内部进行一个缓存,再进行排序。
3.根据权利要求2所述的云导播多机位间帧同步方法,其特征在于,所述S2云导播机位间帧同步的具体流程包括:
S21:在收到每路流后,解码音视频,把视频帧率统一到一个基准,记为VideoFramerate;而音频重采样到统一基准记为AudioSamplerate;
S22:为每路流的音视频申请一片缓冲区,用于进行帧同步缓存,记为cacheNodes;
S23:记录第一个接收到的音视频的时间戳,记为FirstPTS;
S24:根据收到的每帧音视频,使用它的pts计算该帧在cacheNodes的偏移索引:
S25:计算偏移之后,把帧插入到相应的cacheNodes中;
S26:当所有需要渲染的机位的某个时刻的帧数据都到齐时,将帧数据送入渲染器渲染。
4.根据权利要求3所述的云导播多机位间帧同步方法,其特征在于,还包括S27:在某些情况下,某些机位的数据来得比其他机位慢,就会发生超时,此时需要把超时的机位的数据丢弃,视频可以使用上一帧数据进行代替,音频则可以使用静音帧进行代替。
5.根据权利要求3所述的云导播多机位间帧同步方法,其特征在于,所述S24中的偏移索引包括视频以及音频的偏移索引,所述视频的偏移索引计算方法为:(当前帧的PTS-FirstPTS)*VideoFramerate/1000;所述音频的偏移索引计算方法为:(当前帧的PTS-FirstPTS)*AUDIO_SAMPLERATE/(AUDIO_FRAME_SIZE*1000)。
6.根据权利要求5所述的云导播多机位间帧同步方法,其特征在于,所述AUDIO_FRAME_SIZE表示每帧音频采样点的字节数,在AAC编码中固定为1024。
7.根据权利要求1所述的云导播多机位间帧同步方法,其特征在于,所述S1推流端NTP对齐和时间戳的同步的具体流程为:
S11:在推流初始化前,与NTP服务进行一个对时,在对时后,得到本地时间和NTP时间的差值,记为TimeDelta;
S12:在采集音频或者视频时,它们的时间戳为:本地时间+TimeDelta,此时时间戳跟NTP相对应;
S13:为了保持更准确的时间戳同步,推流端设置定时与NTP服务进行对时,不断得使整个对时进制更加准确。
8.一种云导播多机位间帧同步系统,其特征在于,包括NTP服务器、至少一个终端以及云导播;所述每个终端在推流时均通过与NTP服务器相连进行时间校正,所述云导播包括若至少一个机位、帧同步、Render以及输出,所述每个终端对应一个机位,所述机位分为带有帧同步标志的机位以及没有同步标志的机位,所述带有帧同步标志的机位通过帧同步与Render相连,所述没有同步标志的机位直接与Render相连,所述Render连接输出。
9.根据权利要求8所述的云导播多机位间帧同步系统,其特征在于,所述机位在有音视频流进来之后,会对该流的标志为进行判断;如果该流的标志为支持帧同步,则该机位加入帧同步队列;如果流标志不支持帧同步,则加入默认的处理队列,只进行流内音视频同步。
10.根据权利要求8所述的云导播多机位间帧同步系统,其特征在于,所述帧同步的流程通过定时器来定时触发,包括以下流程:
(1)当一个定时器触发来到时计算出距离定时器第一次触发经过的时间;然后根据基准时间和已经进行帧同步的帧数,分别计算出还剩下需要参与帧同步的帧数n;
(2)根据(1)中计算出的帧数n,去参与帧同步的机位队列中检测;如果所有的机位都已经有足够的帧数,则返回true;反之,则返回false;
(3)在(2)中如果返回false,则直接返回等待下一次定时触发;在(2)中如果返回true,则继续下一步;
(4)从帧同步的机位队列中读取数据帧并传递到render队列中,总数为n;
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