CN113365127A - 局域网多屏显示同步方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供局域网多屏显示同步方法及装置，包括视频信号输入源、分布式输入节点、交换机、分布式输出节点和显示终端；通过将局域网内多个设备连接到同一个视频源，并设置其中一个设备为为时间服务器，通过时间服务器向同一局域网下的所有设备发送时间服务器的本地系统时钟，局域网内的各个设备根据时间服务器的本地系统时钟确定各自解码后的视频帧的显示时间，并根据视频帧的显示时间戳具体显示，连接设备数量可以扩充到局域网能支持的设备数量，同时局域网内的每台设备都是根据时间服务器的本地系统时钟进行同步，其他设备的同步与本地时钟无关，保证了同步时钟源的一致性，提高了多设备间的视频同步的精度，提升了多设备同步播放的效果。

Description

局域网多屏显示同步方法及装置
技术领域
本发明涉及视频播放技术领域，具体涉及局域网多屏显示同步方法及装置。
背景技术
现有的嵌入式操作系统的中断响应延迟时间不一致、晶振频率漂移等因素，令时间的精准同步变得艰难。视频的同步显示要确保同一时间内不同设备输出的是同一帧画面，对输出时间的精度要求很高，设备间的时间差稍微大点画面就会错开。
数据经由网络到硬件再到显示，每个设备取到数据的时间都是有差别的，我们要实现所有设备画面的同步，延时是无法避免的，我们只能尽量的同步各个环节产生的延时时间，因此，在局域网中显示终端同步不精准，延时过高是需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供局域网多屏显示同步方法及装置。通过同步各个环节的时间延迟，实现视频的同步播放。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
本发明提供局域网多屏显示同步方法，该方法包括以下步骤：
S1，多台播放设备通过内部通信进行时间同步；
S2，将已添加时间戳的视频帧发送到播放设备；
S3，播放设备按照视频帧的时间戳播放视频。
进一步地，步骤S1具体包括如下步骤：
S11，选定局域网中多台播放设备中的一台作为时间服务器；
S12，时间服务器不间断的向其他设备发送时间同步包；
S13，其他设备向时间服务器反馈答复；
S14，时间服务器根据其他播放设备反馈答复计算时间差额，并将时间差额反馈给其他播放设备，其他播放设备根据时间差额修正本地时间进行时间同步。
进一步地，在步骤S14中计算时间差额的公式如下：
Δt＝[(t1-t0)+(t3-t2)]/2；
其中，
Δt：局域网中其他设备与时间服务器的时间差；
t0：时间服务器发送请求的时间；
t1：局域网中其他设备接收请求的时间；
t2：局域网中其他设备答复时间；
t3：时间服务器接收答复的时间。
进一步地，在步骤S2中具体包括如下步骤：
S21，视频信号输入源所在设备向各个视频播放设备发送校准信号；
S22，各个视频播放设备向视频信号输入源所在设备反馈校准信号；
S23，根据校准信号的发送和反馈计算各个视频播放设备的时间延时值，选出其中的最大值；
S24，根据步骤S23中选出的最大值和各个视频播放设备的时间延时值的差额确定添加到视频帧的时间戳。
进一步地，计算延时值的公式如下：
ΔT＝[(T1-T0)+(T3-T2)]/2；
其中，
ΔT：播放设备的时间延时值；
T0：视频信号输入源设备发送请求的时间；
T1：播放设备接收请求的时间；
T2：播放设备答复时间；
T3：视频信号输入源设备接收答复的时间。
进一步地，步骤S3具体包括如下步骤：
S31，按照预先设定的视频损失率，从满足视频损失率要求的视频发送延时值中选取最小值开始发送视频；
S32，按照视频帧的时间戳的先后顺序依次播放；
S33，当单个播放设备出现故障，故障修复后，根据同步后的时间以及视频帧携带的时间戳，再次进行同步播放。
进一步地，步骤S31中，计算视频损失率的公式如下：
Figure BDA0003097090480000031
其中，
k是每台播放设备需要接收的视频的大小；
n是视频播放设备的数量；
i到n是将各台设备视频损失值从小到大排序的序号；
x1，x2，x3...xn是各台设备视频损失值的数值从小到大的排序。
本发明还提供局域网多屏显示同步装置，其特征在于包括：
视频信号输入源、分布式输入节点、交换机、分布式输出节点和显示终端；
所述视频信号输入源，以HDMI视频信号格式H.265对视频进行编码，并添加时间戳到视频帧；
所述分布式输入节点，将视频转成网络信号；
所述交换机，将视频分发到各个分布式输出节点；
所述分布式输出节点，将视频通过H.265解码转成视频信号输出到显示终端；
所述显示终端，用来显示视频信号。
进一步地，所述视频信号输入源的视频以HDMI视频信号格式H.265编码之后通过分布式输入节点转成网络信号进入交换机，然后通过H.265解码转成视频信号输出到显示终端。
进一步地，选定一个分布式输出节点作为时间服务器，其他分布式输出节点参照此时间服务器的时间来校准本地时间。
采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
本发明提供局域网多屏显示同步方法及装置，包括视频信号输入源、分布式输入节点、交换机、分布式输出节点和显示终端；通过将局域网内多个设备连接到同一个视频源，并设置其中一个设备为为时间服务器，通过时间服务器向同一局域网下的所有设备发送时间服务器的本地系统时钟，局域网内的各个设备根据时间服务器的本地系统时钟确定各自解码后的视频帧的显示时间，并根据视频帧的显示时间戳具体显示，不需要额外的同步控制设备来控制各个设备的视频同步，实现去中心化的多设备间同步，成本低，并且连接设备数量可以扩充到局域网能支持的设备数量，设备数量的设置灵活性高，同时局域网内的每台设备都是根据时间服务器的本地系统时钟进行同步，其他设备的同步与本地时钟无关，保证了同步时钟源的一致性，提高了多设备间的视频同步的精度，提升了多设备同步播放的效果。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的步骤流程图；
图2是本发明具体实施方式的各功能模块示意图；
图3是本发明具体实施方式的时间延时演示图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步说明。
结合图1-图3对本发明进行具体说明
本发明提供局域网多屏显示同步方法，每个输出都先配置好一个输出设备的IP和位置并且记录好，在接收到一个添加信号源的网络指令时，选择按照预先排序的第一个设备作为校准时间的服务器，如果第一个不在线就第二个，当只有一个设备在线时，那这个设备就是服务器了，他的时间就是同步好的时间了，以此类推。
选出时间服务器后，每隔一段时间，时间服务器会向局域网内的其他设备发送时间同步包，这里的网络延时用于时间的同步，不会影响数据的传输，其他设备记录同步的时间后反馈给时间服务器，时间服务器得到反馈包后计算网络延时，计算并记录延时时间，然后发往各个设备。
信号输入源计算与每个视频播放设备的网络延时值，取网络延时值最大的设备的延时值，加到每帧的时间戳中，发给每个输出设备，每帧图像的显示时间已经按最大的延时时间来设置，在显示时间前所有的设备都能接收到这一帧的图像，并在规定的时间显示，所以不会卡顿与不连续。
输出设备显示时对比每一帧的时间戳和自身的时间进行输出显示。
多台播放设备位于同一局域网中，根据其中一台播放设备与其他播放设备的通信时间，来判断各台设备的时间延时，选取各台设备时间延时的最大值作为整个系统的延时值，根据这个延时值，或者选取一个大于等于此延时值的数值作为参考，添加时间戳到视频帧，各个播放设备根据视频帧携带的时间戳信息进行顺序播放，以实现同一局域网中多台设备的视频同步播放。
本发明具体包括以下步骤：
S1，多台播放设备通过内部通信进行时间同步；
S2，将已添加时间戳的视频帧发送到播放设备；
S3，播放设备按照视频帧的时间戳播放视频。
其中，步骤S1具体包括如下步骤：
S11，选定局域网中多台播放设备中的一台作为时间服务器；
S12，时间服务器不间断的向其他设备发送时间同步包；
S13，其他设备向时间服务器反馈答复；
S14，时间服务器根据其他播放设备反馈答复计算时间差额，并将时间差额反馈给其他播放设备，其他播放设备根据时间差额修正本地时间进行时间同步。
其中，步骤S2中具体包括如下步骤：
S21，视频信号输入源所在设备向各个视频播放设备发送校准信号；
S22，各个视频播放设备向视频信号输入源所在设备反馈校准信号；
S23，根据校准信号的发送和反馈计算各个视频播放设备的时间延时值；
S24，根据最大时间延时值和各个视频播放设备的时间延时值的差额确定添加到视频帧的时间戳，即为了各个播放设备的同步播放，选取各台设备中延迟最大的时间值作为所有播放设备的延时值的取值，根据与时间服务器同步后的本地时间，加上延时值添加视频帧时间戳以便安排播放。
计算延时值的公式如下：
ΔT＝[(T1-T0)+(T3-T2)]/2；
其中，
ΔT：播放设备的时间延时值；
T0：视频信号输入源设备发送请求的时间；
T1：播放设备接收请求的时间；
T2：播放设备答复时间；
T3：视频信号输入源设备接收答复的时间；
局域网中设备时间同步的公式
Δt＝[(t1-t0)+(t3-t2)]/2；
其中，
Δt：局域网中其他设备与时间服务器的时间差；
t0：时间服务器发送请求的时间；
t1：其他设备接收请求的时间；
t2：其他设备答复时间；
t3：时间服务器接收答复的时间；
将多台播放设备中的一台确定为时间服务器，局域网中其他设备与时间服务器的本地时钟进行同步。
步骤S3具体包括如下步骤：
S31，按照预先设定的视频损失率，从满足视频损失率要求的视频发送延时值中选取最小值开始发送视频；
S32，按照视频帧的时间戳的先后顺序依次播放；
S33，当单个播放设备出现故障，故障修复后，根据同步后的时间以及视频帧携带的时间戳，再次进行同步播放。
步骤S31中，计算视频损失率的公式如下：
Figure BDA0003097090480000061
采用此公式的意义在于，选取合适的延时值，保证视频播放效果的同时兼顾效率，具体含义在下方实施例中进行说明。
本发明还提供局域网多屏显示同步装置，其特征在于包括：
视频信号输入源、分布式输入节点、交换机、分布式输出节点和显示终端；
所述视频信号输入源，以HDMI视频信号格式H.265对视频进行编码，并添加时间戳到视频帧；
所述分布式输入节点，将视频转成网络信号；
所述交换机，将视频分发到各个分布式输出节点；
所述分布式输出节点，将视频通过H.265解码转成视频信号输出到显示终端；
所述显示终端，用来显示视频信号。
所述视频信号输入源的视频以HDMI视频信号格式H.265编码之后通过分布式输入节点转成网络信号进入交换机，然后通过H.265解码转成视频信号输出到显示终端；
所述分布式输出节点和显示终端，构成前文所述的视频播放设备。
选定一个分布式输出节点作为时间服务器，其他分布式输出节点参照此时间服务器的时间来校准本地时间。
如图3所示，比如有5台视频播放设备：设备1，设备2，设备3，设备4，设备5，各台设备时间延时依次为：1s，2s，3s，4s，5s，
取视频发送延时值1s，
那么，视频信号输入源发送视频给以上5台设备的时间差额依次为：
0s，1s，2s，3s，4s，
如果取视频发送延时值大于5s，比如6s，
则，视频信号输入源发送视频给以上5台设备的时间差额依次为：0s，0s，0s，0s，0s
由于这5台设备的自身延时值中最大的为5s，当选取的取视频发送延时值大于或等于5s时，所有的设备均达到可播放状态，此时不存在视频的损失情况。
我们将最大延时值每次递增1个单位，形成表格信息如下
Figure BDA0003097090480000071
Figure BDA0003097090480000072
Figure BDA0003097090480000081
以下为视频损失率公式，假如设定当损失率小于等于15％，即可开始播放视频，控制延时值的选择，保证效率与结果的均衡。
Figure BDA0003097090480000082
其中，
k是每台播放设备需要接收的视频文件的大小，就是为了达到同步播放要求，视频信号输入源发送给每一台播放设备的视频文件的大小，为了进行具体演算，本例中设定k＝5MB，即5MB大小的视频，实际情况中，根据实际传输的视频数据来确定；
n是视频播放设备的数量，n≥2；
i到n是将各台设备视频损失值从小到大排序的序号；
x1，x2，x3...xn，是各台设备视频损失值的数值从小到大的排序；
与以上表格对应值，
当视频发送延时值取1s，2s，3s，4s，5s时，对应的x1，x2，x3...xn如上表格所示：
对应的视频损失率
当视频发送延时值取1s时，损失率f＝54％＞15％；
当视频发送延时值取2s时，损失率f＝29％＞15％；
当视频发送延时值取3s时，损失率f＝13％＜15％；
当视频发送延时值取4s时，损失率f＝4％＜15％；
当视频发送延时值取5s时，损失率f＝0＜15％；
以上数值四舍五入保留0位小数；
以上例子，则不用延迟达到5s才开始播放，只用达到3s的时候就可以开始，选取合适的延时值，保证视频播放效果的同时兼顾效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.局域网多屏显示同步方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
S1，多台播放设备通过内部通信进行时间同步；
S2，将已添加时间戳的视频帧发送到播放设备；
S3，播放设备按照视频帧的时间戳播放视频。
2.根据权利要求1所述的局域网多屏显示同步方法，其特征在于，步骤S1具体包括如下步骤：
S11，选定局域网中多台播放设备中的一台作为时间服务器；
S12，时间服务器不间断的向其他设备发送时间同步包；
S13，其他设备向时间服务器反馈答复；
S14，时间服务器根据其他播放设备反馈答复计算时间差额，并将时间差额反馈给其他播放设备，其他播放设备根据时间差额修正本地时间进行时间同步。
3.根据权利要求2所述的局域网多屏显示同步方法，其特征在于，在步骤S14中计算时间差额的公式如下：
Δt＝[(t1-t0)+(t3-t2)]/2；
其中，
Δt：局域网中其他设备与时间服务器的时间差；
t0：时间服务器发送请求的时间；
t1：局域网中其他设备接收请求的时间；
t2：局域网中其他设备答复时间；
t3：时间服务器接收答复的时间。
4.根据权利要求1所述的局域网多屏显示同步方法，其特征在于，在步骤S2中具体包括如下步骤：
S21，视频信号输入源所在设备向各个视频播放设备发送校准信号；
S22，各个视频播放设备向视频信号输入源所在设备反馈校准信号；
S23，根据校准信号的发送和反馈计算各个视频播放设备的时间延时值，选出其中的最大值；
S24，根据步骤S23中选出的最大值和各个视频播放设备的时间延时值的差额确定添加到视频帧的时间戳。
5.根据权利要求4所述的局域网多屏显示同步方法，其特征在于，计算延时值的公式如下：
ΔT＝[(T1-T0)+(T3-T2)]/2；
其中，
ΔT：播放设备的时间延时值；
T0：视频信号输入源设备发送请求的时间；
T1：播放设备接收请求的时间；
T2：播放设备答复时间；
T3：视频信号输入源设备接收答复的时间。
6.根据权利要求1所述的局域网多屏显示同步方法，其特征在于，步骤S3具体包括如下步骤：
S31，按照预先设定的视频损失率，从满足视频损失率要求的视频发送延时值中选取最小值开始发送视频；
S32，按照视频帧的时间戳的先后顺序依次播放；
S33，当单个播放设备出现故障，故障修复后，根据同步后的时间以及视频帧携带的时间戳，再次进行同步播放。
7.根据权利要求6所述的局域网多屏显示同步方法，其特征在于，步骤S31中，计算视频损失率的公式如下：
Figure FDA0003097090470000021
其中，
k是每台播放设备需要接收的视频文件的大小；
n是视频播放设备的数量；
i到n是将各台设备视频损失值从小到大排序的序号；
x1，x2，x3...xn是各台设备视频损失值的数值从小到大的排序。
8.局域网多屏显示同步装置，其特征在于包括：
视频信号输入源、分布式输入节点、交换机、分布式输出节点和显示终端；
所述视频信号输入源，以HDMI视频信号格式H.265对视频进行编码，并添加时间戳到视频帧；
所述分布式输入节点，将视频转成网络信号；
所述交换机，将视频分发到各个分布式输出节点；
所述分布式输出节点，将视频通过H.265解码转成视频信号输出到显示终端；
所述显示终端，用来显示视频信号。
9.根据权利要求8所述的局域网多屏显示同步装置，其特征在于，
所述视频信号输入源的视频以HDMI视频信号格式H.265编码之后通过分布式输入节点转成网络信号进入交换机，然后通过H.265解码转成视频信号输出到显示终端。
10.根据权利要求8所述的局域网多屏显示同步装置，其特征在于，
选定一个分布式输出节点作为时间服务器，其他分布式输出节点参照此时间服务器的时间来校准本地时间。
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