CN113840166A - 一种多路流媒体音视频混合同步的方法及系统 - Google Patents

一种多路流媒体音视频混合同步的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种多路流媒体音视频混合同步的方法及系统，方法包括：获取流媒体地址与预设布局，获取流媒体数据，区分基准流与非基准流，计算基准流过零率，通过基准流过零率找出非基准流对应视频帧，按照预设布局拼接视频帧，混合拼接后的视频与基准流的音频以流媒体协议发出。本发明有效解决了多路流媒体音视频同步的问题，让手术录制与示教更加的智能与高效。

Description

一种多路流媒体音视频混合同步的方法及系统
技术领域
本发明属于医用信息技术领域，具体涉及一种多路流媒体音视频混合同步的方法及系统。
背景技术
在当前数字化手术室内为了手术示教及研究，通常安装了各类的流媒体信号源，对于这些流媒体信号源只能开多个流媒体播放器进行播放或者录制，医生在直播示教时没有办法保证多个信号源同步播放，会出现类似腔镜画面中手术已经进行了，全景画面中医生才刚进行操作的画面不同步的情况，极大的影响了示教质量。并且手术后每路流都会录制保存下来视频，这也给后期剪辑同步带来额外的困扰。
经检索发现，公开号CN108282685A的中国专利于2018年7月13日公开了一种音视频同步的方法，该方法基于实时传输协议RTP，以音频为主媒体，视频为从媒体，接收音视频数据时设置缓冲区，通过比较音视频数据的时间戳判断同步关系，实现音视频数据同步。
公开号CN111447396A的中国专利于2020年7月24日公开了一种音视频传输方法，该方法通过数据传输设备接收外部视频采集设备发送的视频数据，通过自身的音频采集组件采集音频数据，该音频数据与视频数据具有时序关联关系，然后根据时序关联关系对视频数据和音频数据进行同步处理，获得同步音视频数据，最后将同步音视频数据发送给接收端。
上述现有专利虽通过不同的方式实现音视频数据的同步，但不适用于手术录制与示教场景，因此，有必要提供一种方法，解决手术录制与示教场景中的多路流媒体信号音视频同步的问题。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种多路流媒体音视频混合同步的方法及系统，以解决同一空间内不同角度的多路音视频流媒体同步直播和录制的问题。
根据本发明说明书的一方面，提供一种多路流媒体音视频混合同步的方法，包括：
第一步：通过流媒体协议向同一空间内不同角度的流媒体信号源获取需要拼接的流媒体信号源，并从用户输入获取拼接后输出的预设布局。
第二步：使用流媒体协议通过网络分别向各路流媒体信号源获取音视频帧数据，并根据类型分别放入对应流的音频队列和视频队列。
第三步：以其中一路流媒体为基准流记为BS，其余非基准流分别为S1，S2，S3...SN(N为流媒体总数量)。
第四步：获取BS队列中的首帧音频帧AP，对AP进行解码，并提取AP的过零率。
提取公式如下：
Figure BDA0003239045740000021
其中Zn为第n帧的过零率，n初始为1，sgn[]为符号函数，即：
Figure BDA0003239045740000022
m为采样点，K为该帧采样数量，xn(m)为第n帧在采样点m位置的值。例如AP1过零率为
Figure BDA0003239045740000023
第五步：如果
Figure BDA0003239045740000024
小于thB，n加1递增，直至Z不小于thB(thB为基准阈值，默认为10)，记录下此时的APn的时间戳BT作为基准时间。
第六步：设非基准流Sm，获取Sm的音频帧APmn，对APmn进行第四步计算得到过零率
Figure BDA0003239045740000025
其中n表示音频帧在队列中的序号，n从1开始，如果
Figure BDA0003239045740000026
大于thS(thS为差值阈值，默认为10)，则n加1递增，直到
Figure BDA0003239045740000027
不大于thS，记录下APmn的时间戳Tm，并计算APmn与基准时间戳偏移量OTm＝Tm-BT。m从1开始取值，每次加1，直到m＝N，依次计算出OT1，OT2，OT3...OTN，如果有一路或者多路流的过零率差值始终大于thS，则调整thB与thS最终达到所有流均满足过零率差值不大于thS。
第七步：以BT为起始时间戳，根据BT从BS中获取视频帧VP，根据时间戳偏移量OT1，OT2，OT3...OTN分别计算得出T1，T2，T3...TN，根据T1，T2，T3...TN分别从S1，S2，S3...SN的视频队列中提取视频帧VP1，VP2，VP3...VPN。由于处于同一限定空间，相同时间产生的声音在不同的流中表现出来的音频特征(过零率)相似，因此根据基时间戳及对应偏移量找到的视频帧是同步的。
第八步：预设布局的基流的输出分辨率为X*Y,流S1的输出分辨率为X1*Y1,流S2的输出分辨率为X2*Y2,流S3的输出分辨率为X3*Y3…流SN的输出分辨率为XN*YN。基流的原始分辨率为X’*Y’,流S1的原始分辨率为X1’*Y1’,流S2的原始分辨率为X2’*Y2’,流S3的原始分辨率为X3’*Y3’,流SN的原始分辨率为XN’*YN’计算各路流的缩放比。VP缩放比为zx*zy，VP1缩放比为zx1*zy1，VP2缩放比为zx2*zy2，VP3缩放比为zx3*zy3，VPN缩放比为zxN*zyN缩放比计算公式为：
Figure BDA0003239045740000031
其中zx为宽度缩放比，zy为高度缩放比，X为原始流输入分辨率的宽度，X’为输出布局中对应流所占宽度，Y为原始流输入分辨率的高度，Y’为输出布局中对应流所占高度。
第九步：分别对VP,VP1,VP2,VP3…VPN进行缩放，缩放方法为：图像宽度为W，图像宽度缩放比为zx，图像高度为H，图像高度缩放比为zy，
Figure BDA0003239045740000032
为对应坐标像素点，x为横轴，y竖轴。y从0到H-1，x从0到W-1进行遍历，y轴方向每隔
Figure BDA0003239045740000033
行进行遍历x轴，x轴方向每隔
Figure BDA0003239045740000034
个像素取一个像素放入输出图像中。
第十步：根据预设布局中各路流的起始坐标将VP,VP1,VP2,VP3…VPN合并成完整的OP，对OP与AP进行编码后通过流媒体协议发出。
第十一步：从S1中取下一帧视频替换VP，同时将VP的时间戳替换BT，重复第六步至第八步。
根据本发明说明书的一方面，提供一种多路流媒体音视频混合同步的系统，包括：
获取模块，用于获取需要拼接的流媒体信号源以及拼接后的预设布局；
接收模块，用于接收各路流媒体信号源的音视频帧数据并根据类型放入对应流的音频队列或视频队列；
处理模块，用于确定基准流和非基准流，计算基准流过零率、非基准流过零率以及基准时间戳和非基准流时间戳的偏移量，找出非基准流对应视频帧，按照预设布局拼接视频帧；
发送模块，用于将混合拼接后的视频与基准流的音频以流媒体协议发出。
上述技术方案适用于医用技术领域的多路流媒体音视频混合同步，通过选取一路流确定基准时间戳，其余流通过音频帧过零率找出近似帧计算时间戳偏移量，以基准时间戳与各路流偏移量进行计算达到同步效果，解决了同一空间内不同角度的多路音视频流媒体同步直播和录制的问题。
根据本发明说明书的一方面，提供一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述方法的步骤。
根据本发明说明书的一方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明提供一种方法，通过获取流媒体地址与预设布局，获取流媒体数据，区分基准流与非基准流，计算基准流过零率，并通过基准流过零率找出非基准流对应视频帧，按照预设布局拼接视频帧，混合拼接后的视频与基准流的音频以流媒体协议发出。本发明的优点在于有效解决了多路流媒体音视频同步的问题，让手术录制与示教更加的智能与高效。
(2)本发明提供一种系统，适用于医用技术领域的多路流媒体音视频混合同步，通过选取一路流确定基准时间戳，其余流通过音频帧过零率找出近似帧计算时间戳偏移量，以基准时间戳与各路流偏移量进行计算达到同步效果，解决了同一空间内不同角度的多路音视频流媒体同步直播和录制的问题。
附图说明
图1为根据本发明实施例的多路流媒体音视频混合同步的方法流程示意图。
图2为根据本发明实施例获取基准音频帧示意图。
图3为根据本发明实施例计算非基准流偏移量的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
本实施例为一种手术室内包含4路流媒体音视频混合同步的方法，包括以下步骤：
第一步：从用户输入获取预设布局与四路流媒体的取流地址并保存。
第二步：使用流媒体协议通过网络分别向四流媒体信号源获取音视频帧数据，并根据类型分别放入对应流的音频队列和视频队列。
第三步：以其中一路流媒体为基准流记为BS(见图1)，其余为待拼接流分别为S1，S2，S3。
第四步：获取BS(见图1)队列中的首帧音频帧AP(见图1)，对AP进行解码，并提取AP的过零率。提取公式如下：
Figure BDA0003239045740000051
其中Zn为第n帧的过零率，n初始为1，sgn[]为符号函数，即：
Figure BDA0003239045740000052
m为采样点，K为该帧采样数量，xn(m)为第n帧在采样点m位置的值。例如AP1过零率为
Figure BDA0003239045740000053
第五步：如果
Figure BDA0003239045740000054
小于thB，n加1递增，直至Z不小于thB(thB为基准阈值，默认为10)，记录下此时的APn的时间戳BT作为基准时间。(见图2)
第六步：依次获取S1的音频帧AP1n，S2的音频帧AP2n，S3的音频帧AP3n，分别对AP1n，AP2n，AP3n进行第三步计算(见图2)，得到AP1n过零率
Figure BDA0003239045740000055
其中n表示音频帧在队列中的序号，n从1开始，如果
Figure BDA0003239045740000056
大于thS(thS为差值阈值，默认为10)则n加1递增，直到
Figure BDA0003239045740000057
不大于thS，记录下AP1n的时间戳T1，并计算AP1n与基准时间戳偏移量OT1＝T1-BT，对S2，S3重复上述操作，直到得到AP2n时间戳T2及时间戳偏移量OT2,AP3n时间戳T3及时间戳偏移量OT3。如果有一路或者多路流的过零率差值始终大于thS，则调整thB与thS最终达到所有流均满足过零率差值不大于thS。
第七步：以BT为起始时间戳，根据BT从BS中获取视频帧VP，根据时间戳偏移量OT1,OT2,OT3分别计算得出T1,T2,T3，根据T1,T2,T3分别从S1,S2,S3的队列中提取视频帧VP1,VP2,VP3。由于处于同一限定空间，相同时间产生的声音在不同的流中表现出来的音频特征(过零率)相似，因此根据基时间戳及对应偏移量找到的视频帧是同步的。
第八步：预设布局的基流的输出分辨率为X*Y,流S1的输出分辨率为X1*Y1,流S2的输出分辨率为X2*Y2,流S3的输出分辨率为X3*Y3。基流的原始分辨率为X’*Y’,流S1的原始分辨率为X1’*Y1’,流S2的原始分辨率为X2’*Y2’,流S3的原始分辨率为X3’*Y3’计算各路流的缩放比。VP缩放比为zx*zy，VP1缩放比为zx1*zy1，VP2缩放比为zx2*zy2，VP3缩放比为zx3*zy3…。
缩放比计算公式为：
Figure BDA0003239045740000061
其中zx为宽度缩放比，zy为高度缩放比，X为原始流输入分辨率的宽度，X’为输出布局中对应流所占宽度，Y为原始流输入分辨率的高度，Y’为输出布局中对应流所占高度。
第九步：分别对VP,VP1,VP2,VP3进行缩放，缩放方法为：图像宽度为W，图像宽度缩放比为zx，图像高度为H，图像高度缩放比为zy，
Figure BDA0003239045740000062
为对应坐标像素点，x为横轴，y竖轴。y从0到H-1，x从0到W-1进行遍历，y轴方向每隔
Figure BDA0003239045740000063
行进行遍历x轴，x轴方向每隔
Figure BDA0003239045740000064
个像素取一个像素放入输出图像中。
第十步：根据预设布局中各路流的起始坐标将VP,VP1,VP2,VP3合并成完整的OP(OP指合成图片帧)，对OP与AP进行编码后通过流媒体协议发出。
第十一步：从S1中取下一帧视频替换VP，同时将VP的时间戳替换BT，重复第六步至第八步。
实施例2
本实施例提供一种多路流媒体音视频混合同步的系统，包括：
获取模块，用于获取需要拼接的流媒体信号源以及拼接后的预设布局；
接收模块，用于接收各路流媒体信号源的音视频帧数据并根据类型放入对应流的音频队列或视频队列；
处理模块，用于确定基准流和非基准流，计算基准流过零率、非基准流过零率以及基准时间戳和非基准流时间戳的偏移量，找出非基准流对应视频帧，按照预设布局拼接视频帧；
发送模块，用于将混合拼接后的视频与基准流的音频以流媒体协议发出。
本实施例适用于医用技术领域的多路流媒体音视频混合同步，通过选取一路流确定基准时间戳，其余流通过音频帧过零率找出近似帧计算时间戳偏移量，以基准时间戳与各路流偏移量进行计算达到同步效果，解决了同一空间内不同角度的多路音视频流媒体同步直播和录制的问题。
根据本发明说明书的一方面，提供一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述方法的步骤。
根据本发明说明书的一方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法的步骤。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

Claims (10)

1.一种多路流媒体音视频混合同步的方法，其特征在于，包括：
获取流媒体地址与预设布局；
获取流媒体数据，并根据类型分别放入对应流的音频队列和视频队列；
区分基准流与非基准流；
计算基准流过零率、非基准流过零率，确定基准时间戳和非基准流时间戳的偏移量，找出非基准流对应视频帧，按照预设布局拼接视频帧，混合拼接后的视频与基准流的音频以流媒体协议发出。
2.根据权利要求1所述一种多路流媒体音视频混合同步的方法，其特征在于，计算基准流过零率的公式为，
Figure FDA0003239045730000011
其中Zn为第n帧的过零率，n初始为1，sgn[]为符号函数，m为采样点，K为当前帧采样数量，xn(m)为第n帧在采样点m位置的值。
3.根据权利要求2所述一种多路流媒体音视频混合同步的方法，其特征在于，如果第n帧的音频流过零率小于基准阈值，则n加1递增，计算第n+1帧的音频流过零率，直至计算出的音频流过零率不小于基准阈值，记录此时对应音频流的时间戳作为基准时间戳。
4.根据权利要求3所述一种多路流媒体音视频混合同步的方法，其特征在于，计算非基准流的音频帧过零率，如果第n帧的非基准流音频帧过零率与基准流音频帧过零率的差值绝对值大于差值阈值，则n加1递增，计算第n+1帧的非基准流音频帧过零率与基准流音频帧过零率的差值绝对值，直到计算出的差值绝对值不大于差值阈值，记录此时对应非基准流音频帧的时间戳，并计算非基准流音频帧的时间戳与基准时间戳的偏移量。
5.根据权利要求4所述一种多路流媒体音视频混合同步的方法，其特征在于，如果有一路或者多路流的过零率差值绝对值始终大于差值阈值，则调整基准阈值与差值阈值，最终达到所有流均满足过零率差值绝对值不大于差值阈值。
6.根据权利要求4所述一种多路流媒体音视频混合同步的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
以基准时间戳为起始时间戳，从基准流中获取视频帧；根据时间戳的偏移量分别计算得到非基准流的时间戳；根据非基准流的时间戳分别从非基准流的视频队列中提取视频帧。
7.根据权利要求4所述一种多路流媒体音视频混合同步的方法，其特征在于，基准阈值和差值阈值的初始值均设为10。
8.一种多路流媒体音视频混合同步的系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取需要拼接的流媒体信号源以及拼接后的预设布局；
接收模块，用于接收各路流媒体信号源的音视频帧数据并根据类型放入对应流的音频队列或视频队列；
处理模块，用于确定基准流和非基准流，计算基准流过零率、非基准流过零率以及基准时间戳和非基准流时间戳的偏移量，找出非基准流对应视频帧，按照预设布局拼接视频帧；
发送模块，用于将混合拼接后的视频与基准流的音频以流媒体协议发出。
9.一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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