CN116233529A - 一种分布式视频马赛克系统及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式视频马赛克系统及实现方法，通过多个解码进程对输入的多路视音频信号进行解码得到多路视音频数据；将多路视音频数据分别写入对应的缓冲并实现解码进程与编码进程间的数据交换；通过一个编码进程从缓冲中读取各路视音频数据，将多路视频信号叠加到马赛克画面，并将马赛克画面和多路音频信号分别进行编码，将得到的马赛克视频编码和音频编码进行复用，输出复用流。采用多进程分布式结构，多个解码进程和编码进程完全独立，可以有效将各路信号的主要处理工作，分散到独立的进程内完成，从而实现各路信号的错误隔离，极大提升整个系统的可靠性，同时也提升了系统到的操作灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及视频马赛克系统技术领域，具体涉及一种分布式视频马赛克系统及实现方法。
背景技术
将多路视频画面进行缩放后，组合显示在一个大的视频画面上，就成为视频马赛克系统。马赛克系统有着广泛的应用，其中一种典型的应用就是进行多路视频监控和显示。在一个大屏上可以同时监看3x3、4x4、…NxN路视频信号。另外马赛克系统也被用于电视节目导航，在导航屏幕上，用户可以同时观看到多个电视节目的实时内容，然后通过移动光标，可以快速跳转到自己感兴趣的节目。实现马赛克系统，首先需要将多个音视频输入信号进行解码，然后将解码后的视频信号进行缩放和叠加，组合成马赛克画面；多个音频信号也需要单独处理，分别解码以后，再分别播放或者编码。
马赛克系统需要将多路视音频解码，叠加到一路视频上进行显示。多路输入视频可能使用不同的编码格式、封装格式，传输协议多种多样，甚至可能从不同的输入接口进行采集：有的通过IP接口输入，有的通过ASI接口输入，另外还可以通过SDI进行输入。现有的马赛克系统，将所有视音频信号的输入、解复用、解码、叠加、编码和输出等工作，集中在一个进程空间里完成。由于多路信号可能使用不同的封装格式、编码格式，使得单个进程的实现非常复杂。在个别输入信号不稳定的情况下，任何一个处理模块出现错误，可能导致整个处理进程崩溃，进而出现整个马赛克输出信号中断。
另外如果中途需要变更某个视频信号的输入内容，这种集中处理的方式也会使得变更流程比较复杂，容易导致错误发生。
而且马赛克系统规模越大，一个画面上叠加的节目数量越多，这种稳定性问题就越突出。
发明内容
为此，本发明提供一种分布式视频马赛克系统及实现方法，以解决现有视频马赛克系统存在的单个集中处理进程容易崩溃、变更流程复杂、稳定性差的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，提出一种分布式视频马赛克系统实现方法，所述方法包括：
通过多个解码进程对输入的多路视音频信号进行解码得到多路视音频数据，其中一个解码进程负责一路视音频信号的解码工作；
将多路视音频数据分别写入对应的缓冲并实现解码进程与编码进程间的数据交换，其中每一路视音频信号均分配有独立数据缓冲；
通过一个编码进程从缓冲中读取各路视音频数据，将多路视频信号叠加到马赛克画面，并将马赛克画面和多路音频信号分别进行编码，将得到的马赛克视频编码和音频编码进行复用，输出复用流。
进一步地，一个解码进程负责一路视音频信号的解码工作，具体包括：
接收输入信号；
对输入信号进行解复用，获得分离的视音频压缩数据；
对视音频数据进行解码，获得未压缩的视音频数据；
对视音频数据进行滤波处理，转换为马赛克叠加时需要的格式与分辨率；
将滤波处理后的视音频数据写入对应缓冲。
进一步地，将多路视音频数据分别写入对应的缓冲，具体包括：
解码进程通过数据写入接口将解码后的视音频数据写入对应缓冲，视频数据写入视频缓冲，音频数据写入音频缓冲，所有数据都包含PTS信息，供后续同步使用；
各路视音频缓冲互相独立，以FIFO的方式进行组织；
编码进程通过数据读取接口从缓冲中获取各路信号的未压缩数据，同时进行同步处理。
进一步地，所述方法还包括：
所述编码进程启动多个线程，一个线程负责一路视频信号的数据读取和视频叠加工作。
进一步地，所述方法还包括：
当修改第n路信号的输入地址时，则退出第n个解码进程，然后使用新的输入地址重新启动该解码进程，在此期间，编码进程读取对应视音频数据时，能检查到缓冲下溢，然后使用最近一帧视音频数据进行填充，或者使用用户定义的数据进行填充，新进程重新开始解码后，自动恢复到正常读取数据状态。
进一步地，所述方法还包括：
当第n路输入信号出现异常，导致对应解码进程崩溃时，编码进程读取数据时，检测到缓冲下溢，自动使用备份方案进行数据填充；结合用户操作状态，判断解码进程为异常退出，则相应产生告警消息进行提示；整个过程中，所有其他子画面完全不受影响，均保持正常输出。
进一步地，所述方法还包括：
将解码进程和编码进程分布在不同的硬件设备上，使用多台物理设备进行解码，在解码缩放后，通过网络接口把视音频数据集中传输到编码进程所在设备进行马赛克叠加和编码输出。
进一步地，所述方法还包括：
通过内核模块的形式实现进程间的高效数据交换。
根据本发明实施例的第二方面，提出一种分布式视频马赛克系统，所述系统包括：
解码模块，用于通过多个解码进程对输入的多路视音频信号进行解码得到多路视音频数据，其中一个解码进程负责一路视音频信号的解码工作；
视音频数据交互模块，用于将多路视音频数据分别写入对应的缓冲并实现解码进程与编码进程间的数据交换，其中每一路视音频信号均分配有独立数据缓冲；
编码模块，用于通过一个编码进程从缓冲中读取各路视音频数据，将多路视频信号叠加到马赛克画面，并将马赛克画面和多路音频信号分别进行编码，将得到的马赛克视频编码和音频编码进行复用，输出复用流。
根据本发明实施例的第三方面，提出一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于被一种分布式视频马赛克系统执行如上任一项所述的方法。
本发明具有如下优点：
本发明提出的一种分布式视频马赛克系统及实现方法，通过多个解码进程对输入的多路视音频信号进行解码得到多路视音频数据，其中一个解码进程负责一路视音频信号的解码工作；将多路视音频数据分别写入对应的缓冲并实现解码进程与编码进程间的数据交换，其中每一路视音频信号均分配有独立数据缓冲；通过一个编码进程从缓冲中读取各路视音频数据，将多路视频信号叠加到马赛克画面，并将马赛克画面和多路音频信号分别进行编码，将得到的马赛克视频编码和音频编码进行复用，输出复用流。采用多进程分布式结构，多个解码进程和编码进程完全独立，可以有效将各路信号的主要处理工作，分散到独立的进程内完成，从而实现各路信号的错误隔离，极大提升整个系统的可靠性，同时也提升了系统地操作灵活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例1提供的一种分布式视频马赛克系统实现方法的流程示意图；
图2为本发明实施例1提供的一种分布式视频马赛克系统实现方法的分布式马赛克系统的结构示意图；
图3为本发明实施例1提供的一种分布式视频马赛克系统实现方法的解码进程工作流程图；
图4为本发明实施例1提供的一种分布式视频马赛克系统实现方法的视音频数据交换模块结构图；
图5为本发明实施例1提供的一种分布式视频马赛克系统实现方法的编码进程工作流程图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例提出了一种分布式视频马赛克系统实现方法，系统总体上由三部分组成：1)N个解码进程；2)一个编码进程；3)视音频数据交换模块。所述方法包括：
S100、通过多个解码进程对输入的多路视音频信号进行解码得到多路视音频数据，其中一个解码进程负责一路视音频信号的解码工作。
如图3所示，每一个解码进程完成一路视音频信号的输入解码工作，包括如下步骤：
1)接收输入信号；
2)对输入信号进行解复用，获得分离的视音频压缩数据；
3)对视音频数据进行解码，获得未压缩的视音频数据；
4)对视音频数据进行滤波处理，转换为马赛克叠加时需要的格式与分辨率；
5)将滤波处理后的视音频数据写入“视音频数据交换模块”，供后续编码进程使用。
马赛克系统需要N个子画面，则对应启动N个解码进程，每一个进程完成一个子画面的解码处理。各个子画面之间完全独立，互不影响。
S200、将多路视音频数据分别写入对应的缓冲并实现解码进程与编码进程间的数据交换，其中每一路视音频信号均分配有独立数据缓冲。
视音频数据交换模块：本实施例中以内核模块的形式实现，以高效实现进程间的数据交换。为每一路视音频信号独立分配数据缓冲，以实现各路信号之间完全隔离。基本结构如图4所示。数据交换过程如下：
1)解码进程通过数据写入接口，将解码后的视音频数据写入对应缓冲，所有数据都包含PTS信息(PTS，PresentationTimeStamp：即显示时间戳，这个时间戳用来告诉播放器该在什么时候显示这一帧的数据)，供后续同步使用；
2)各路视音频缓冲互相独立，以FIFO的方式进行组织；
3)编码进程通过数据读取接口，从缓冲中获取各路信号的未压缩数据，同时进行同步处理。
通过这样的缓冲结构，可以非常方便的处理各种操作和异常问题。举例：
修改第n路信号的输入地址：可以简单的退出第n个解码进程，然后使用新的输入地址重新启动该解码进程。在此期间，编码进程从数据交换模块读取对应视音频数据时，可以检查到缓冲下溢，然后使用最近一帧视音频数据进行填充，也可以使用用户定义的数据进行填充。新进程重新开始解码后，自动恢复到正常读取数据状态。
第n路输入信号出现异常，导致对应解码进程崩溃：编码进程读取数据时，检测到缓冲下溢，自动使用备份方案进行数据填充。结合用户操作状态，判断解码进程为异常退出，可以相应产生告警消息进行提示。整个过程中，所有其他子画面完全不受影响，均保持正常输出。
S300、通过一个编码进程从缓冲中读取各路视音频数据，将多路视频信号叠加到马赛克画面，并将马赛克画面和多路音频信号分别进行编码，将得到的马赛克视频编码和音频编码进行复用，输出复用流。
编码进程从视音频数据交换模块直接读取各路信号的解码后数据，然后进行视频叠加处理，最终编码输出，如图5所示，包括如下步骤：
1)从视音频数据交换模块读取解码后数据。为确保处理的实时性，可以启动多个线程，每个线程负责读取一路视频信号的数据。因为读取数据的操作非常简单，各路信号的数据又互相独立，所以启动多个线程，也不会降低编码进程的稳定性；
2)将各路视频信号叠加到马赛克画面。类似地，为提高处理实时性，一个线程处理一个子画面的叠加工作。一般情况下，各个子画面是互相不重叠的，这种多线程并行叠加的方式，大大提升了处理速度，同时可以确保叠加画面正常。
3)对马赛克画面进行编码；
4)对音频进行编码；
5)将马赛克视频和音频进行复用；
6)输出复用流。
进一步地，解码进程和编码进程可以分布在不同的硬件设备上，解码后的数据，通过高速网络接口进行交换，也可以实现类似效果。一个典型的应用场景：需要将多路分辨率为8K的视频节目组织成一个马赛克信号进行输出，由于单台物理设备的解码能力限制，把解码进程和编码进程运行在一台物理设备上不可行。这种情况下，可以使用多台物理设备进行解码，在解码缩放后，通过网络接口，把视音频数据集中传输到编码进程所在设备进行马赛克叠加和编码输出。
另外，马赛克画面叠加完成后，可以编码输出，也可以直接进行显示输出，本发明不做限定。
视音频数据交换，可以通过专门的内核模块来完成，也可以采用其他进程间通信机制来实现，本发明不做限定。如果解码进程和编码进程分布在不同物理设备上，还可以通过告诉网络接口来进行输出交换。
本实施例提出的一种分布式视频马赛克系统实现方法，多个解码进程和编码进程完全独立，提高整个系统的可靠性，以及操作灵活性。在单个物理设备的性能不够的情况下，多个解码进程和编码进程分布在不同物理设备上，可以实现分辨率8K以上的多路视音频信号叠加为马赛克信号。
实施例2
与上述实施例1相对应的，本实施例提出了一种分布式视频马赛克系统，所述系统包括：
解码模块，用于通过多个解码进程对输入的多路视音频信号进行解码得到多路视音频数据，其中一个解码进程负责一路视音频信号的解码工作；
视音频数据交互模块，用于将多路视音频数据分别写入对应的缓冲并实现解码进程与编码进程间的数据交换，其中每一路视音频信号均分配有独立数据缓冲；
编码模块，用于通过一个编码进程从缓冲中读取各路视音频数据，将多路视频信号叠加到马赛克画面，并将马赛克画面和多路音频信号分别进行编码，将得到的马赛克视频编码和音频编码进行复用，输出复用流。
本发明实施例提供的一种分布式视频马赛克系统中各部件所执行的功能均已在上述实施例1中做了详细介绍，因此这里不做过多赘述。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种分布式视频马赛克系统实现方法，其特征在于，所述方法包括：
通过多个解码进程对输入的多路视音频信号进行解码得到多路视音频数据，其中一个解码进程负责一路视音频信号的解码工作；
将多路视音频数据分别写入对应的缓冲并实现解码进程与编码进程间的数据交换，其中每一路视音频信号均分配有独立数据缓冲；
通过一个编码进程从缓冲中读取各路视音频数据，将多路视频信号叠加到马赛克画面，并将马赛克画面和多路音频信号分别进行编码，将得到的马赛克视频编码和音频编码进行复用，输出复用流。
2.根据权利要求1所述的一种分布式视频马赛克系统实现方法，其特征在于，一个解码进程负责一路视音频信号的解码工作，具体包括：
接收输入信号；
对输入信号进行解复用，获得分离的视音频压缩数据；
对视音频数据进行解码，获得未压缩的视音频数据；
对视音频数据进行滤波处理，转换为马赛克叠加时需要的格式与分辨率；
将滤波处理后的视音频数据写入对应缓冲。
3.根据权利要求1所述的一种分布式视频马赛克系统实现方法，其特征在于，将多路视音频数据分别写入对应的缓冲，具体包括：
解码进程通过数据写入接口将解码后的视音频数据写入对应缓冲，视频数据写入视频缓冲，音频数据写入音频缓冲，所有数据都包含PTS信息，供后续同步使用；
各路视音频缓冲互相独立，以FIFO的方式进行组织；
编码进程通过数据读取接口从缓冲中获取各路信号的未压缩数据，同时进行同步处理。
4.根据权利要求1所述的一种分布式视频马赛克系统实现方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述编码进程启动多个线程，一个线程负责一路视频信号的数据读取和视频叠加工作。
5.根据权利要求1所述的一种分布式视频马赛克系统实现方法，其特征在于，所述方法还包括：
当修改第n路信号的输入地址时，则退出第n个解码进程，然后使用新的输入地址重新启动该解码进程，在此期间，编码进程读取对应视音频数据时，能检查到缓冲下溢，然后使用最近一帧视音频数据进行填充，或者使用用户定义的数据进行填充，新进程重新开始解码后，自动恢复到正常读取数据状态。
6.根据权利要求1所述的一种分布式视频马赛克系统实现方法，其特征在于，所述方法还包括：
当第n路输入信号出现异常，导致对应解码进程崩溃时，编码进程读取数据时，检测到缓冲下溢，自动使用备份方案进行数据填充；结合用户操作状态，判断解码进程为异常退出，则相应产生告警消息进行提示；整个过程中，所有其他子画面完全不受影响，均保持正常输出。
7.根据权利要求1所述的一种分布式视频马赛克系统实现方法，其特征在于，所述方法还包括：
将解码进程和编码进程分布在不同的硬件设备上，使用多台物理设备进行解码，在解码缩放后，通过网络接口把视音频数据集中传输到编码进程所在设备进行马赛克叠加和编码输出。
8.根据权利要求1所述的一种分布式视频马赛克系统实现方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过内核模块的形式实现进程间的高效数据交换。
9.一种分布式视频马赛克系统，其特征在于，所述系统包括：
解码模块，用于通过多个解码进程对输入的多路视音频信号进行解码得到多路视音频数据，其中一个解码进程负责一路视音频信号的解码工作；
视音频数据交互模块，用于将多路视音频数据分别写入对应的缓冲并实现解码进程与编码进程间的数据交换，其中每一路视音频信号均分配有独立数据缓冲；
编码模块，用于通过一个编码进程从缓冲中读取各路视音频数据，将多路视频信号叠加到马赛克画面，并将马赛克画面和多路音频信号分别进行编码，将得到的马赛克视频编码和音频编码进行复用，输出复用流。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于被一种分布式视频马赛克系统执行如权利要求1-8任一项所述的方法。
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