專利名稱：一種信號切換矩陣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多媒體領(lǐng)域，具體涉及一種信號切換矩陣系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著多媒體技術(shù)和IT技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)媒體和新媒體領(lǐng)域所涉及的多媒體信號格式和協(xié)議不斷增加。作為典型代表，傳統(tǒng)廣播電視行業(yè)的SDI信號、新媒體領(lǐng)域的多種流媒體信號、以及各種格式文件在各個領(lǐng)域內(nèi)都占據(jù)著不同比例的份額。由于這些信號各自格式、協(xié)議均不相同，各個領(lǐng)域各個環(huán)節(jié)所使用的設(shè)備所能接收和輸出的信號也存在局限性，所以在業(yè)內(nèi)存在著多種信號的信號變換，比如SDI到流媒體的相互轉(zhuǎn)換設(shè)備、流媒體間的轉(zhuǎn)換軟件等。同時，在傳統(tǒng)電視臺內(nèi)部，普遍使用的信號路由設(shè)備是切換臺和總控設(shè)備，這些設(shè)備都是將在多個輸入和輸出設(shè)備之間，按照矩陣的方式完成信號的切換和路由，但這些設(shè)備一般都只支持SDI或者CVBS的信號輸入輸出，在新媒體快速發(fā)展的今天，對新媒體信號的路由切換無用武之地。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何對多種信號進(jìn)行矩陣式切換。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種信號切換矩陣系統(tǒng)，包括 多個信號采集服務(wù)器、多個信號分發(fā)服務(wù)器和交換機(jī)；
管理服務(wù)器，用于指示所述信號采集服務(wù)器向指定的信號分發(fā)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)信號； 各所述信號采集服務(wù)器分別用于接收輸入信號，解封裝得到視音頻編碼數(shù)據(jù)流；通過所述交換機(jī)向所述管理服務(wù)器指定的信號分發(fā)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)所述視音頻編碼數(shù)據(jù)流；
各所述信號分發(fā)服務(wù)器分別用于接收信號采集服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的視音頻編碼數(shù)據(jù)流，進(jìn)行視音頻重編碼和重封裝后輸出。進(jìn)一步地，所述管理服務(wù)器根據(jù)客戶端的請求來控制信號采集服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)。進(jìn)一步地，所述信號采集服務(wù)器包括
信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊、多個信號協(xié)議插件模塊和多個轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊； 所述信號協(xié)議插件模塊直接同信號源連接，用于從信號源接收輸入信號并且對輸入信號進(jìn)行協(xié)議解封裝，形成視音頻編碼數(shù)據(jù)流；
所述信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊用于按照所述管理服務(wù)器的指令將所述信號協(xié)議插件模塊輸出的視音頻編碼數(shù)據(jù)流通過所述轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊轉(zhuǎn)發(fā)到指定的信號分發(fā)服務(wù)器；
所述轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊通過所述交換機(jī)同對應(yīng)的信號分發(fā)服務(wù)器建立私有連接，將來自于所述信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊的視音頻編碼數(shù)據(jù)流封裝后發(fā)送到建立了私有連接的信號分發(fā)服務(wù)器。進(jìn)一步地，所述信號協(xié)議插件模塊還用于對解封裝后得到的基帶數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼。
進(jìn)一 步地，所述信號協(xié)議插件模塊和轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊采用插件結(jié)構(gòu)，由所述信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊所動態(tài)創(chuàng)建和釋放；
所述信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊將數(shù)據(jù)流通過所述轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊轉(zhuǎn)發(fā)到指定的信號分發(fā)服務(wù)器是指
所述信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊當(dāng)需要將視音頻編碼數(shù)據(jù)流發(fā)送到指定的信號分發(fā)服務(wù)器時， 動態(tài)創(chuàng)建一個對應(yīng)于該指定的信號分發(fā)服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊；待創(chuàng)建完成的轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊和對應(yīng)的信號分發(fā)服務(wù)器之間建立私有連接后，將所述信號協(xié)議插件模塊解封裝后的視音頻編碼數(shù)據(jù)流交由該轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊發(fā)送。進(jìn)一步地，所述管理服務(wù)器包括
信號管理單元，用于對當(dāng)前所有信號采集服務(wù)器的輸入信號進(jìn)行管理； 服務(wù)器管理單元，用于管理信號采集服務(wù)器中被動設(shè)備的配置信息、和信號分發(fā)服務(wù)器的目標(biāo)設(shè)備的配置信息；管理信號采集服務(wù)器和信號分發(fā)服務(wù)器的活動信息；當(dāng)存在多臺信號采集服務(wù)器，對這些信號采集服務(wù)器的信號數(shù)量、處理器/內(nèi)存負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)視；
轉(zhuǎn)發(fā)控制單元，用于根據(jù)客戶端的指令或預(yù)定規(guī)則，指示信號采集服務(wù)器將視音頻編碼數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)到指定的信號分發(fā)服務(wù)器；
客戶端接口單元，用于提供標(biāo)準(zhǔn)接口供客戶端調(diào)用。進(jìn)一步地，所述信號分發(fā)服務(wù)器包括 相互獨立的多個通道；
每個所述通道包括一個輸入子模塊、一個或者多個輸出子模塊； 所述輸入子模塊用于接收信號采集服務(wù)器通過交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的視音頻編碼數(shù)據(jù)流，對接收到的視音頻編碼數(shù)據(jù)流進(jìn)行解封裝，并對解封裝后的視音頻幀數(shù)據(jù)或者流數(shù)據(jù)進(jìn)行基帶處理，形成視音頻基帶數(shù)據(jù)流；
所述輸出子模塊用于將輸入子模塊輸出的視音頻基帶數(shù)據(jù)流，按照本信號切換矩陣系統(tǒng)的目標(biāo)設(shè)備所需要的媒體格式和信號協(xié)議封裝格式進(jìn)行重編碼和重封裝，將重編碼和重封裝后的數(shù)據(jù)流分發(fā)出去。進(jìn)一步地，所述信號采集服務(wù)器還用于在傳送視音頻編碼數(shù)據(jù)流之前，先將該視音頻編碼數(shù)據(jù)流所對應(yīng)的元數(shù)據(jù)信息及其中視音頻幀數(shù)據(jù)的時間戳信息通過所述交換機(jī)傳送到信號分發(fā)服務(wù)器；所述元數(shù)據(jù)信息包括該視音頻編碼數(shù)據(jù)流的媒體編碼格式信息。進(jìn)一步地，所述輸入子模塊包含
信號接收解封裝單元、視音頻解碼單元及丟幀補(bǔ)償和音畫同步單元； 所述信號接收解封裝單元用于接收來自于信號采集服務(wù)器的封裝后的視音頻編碼數(shù)據(jù)流，并對該封裝后的視音頻編碼數(shù)據(jù)流進(jìn)行解封裝，以及將接收的元數(shù)據(jù)信息中的媒體編碼格式信息輸出給視音頻解碼單元；
所述視音頻解碼單元用于按照所述媒體編碼格式信息構(gòu)建視音頻解碼器，將所述信號接收解封裝單元輸出的視音頻編碼數(shù)據(jù)流通過解碼器進(jìn)行解碼輸出視音頻基帶數(shù)據(jù)，送往丟幀補(bǔ)償和音畫同步單元；
所述丟幀補(bǔ)償和音畫同步單元用于提供一個視頻單幀緩沖區(qū)以及一個為各個輸出子模塊分別進(jìn)行實例計數(shù)的音頻流式緩沖區(qū)；視頻單幀緩沖區(qū)按照視音頻基帶數(shù)據(jù)信號幀率保存最后一幀視頻幀數(shù)據(jù)，以及從信號接收解封裝單元讀取視音頻幀數(shù)據(jù)的時間戳信息，從視音頻解碼單元接收解碼后的視音頻基帶數(shù)據(jù)，按照音頻幀數(shù)據(jù)的時間戳信息和當(dāng)前提取的視頻幀數(shù)據(jù)的時間戳信息一致的原則供所述輸出子模塊提取音頻幀數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，所述輸出子模塊包含
幀率定時器、幀率變換單元、視音頻編碼單元、輸出適配單元及輸出插件單元； 所述幀率變換單元模塊用于按照目標(biāo)設(shè)備的媒體格式設(shè)置觸發(fā)幀率定時器的頻率，每到幀率定時器觸發(fā)時從所述視頻單幀緩沖區(qū)讀取最后一幀視頻幀數(shù)據(jù)；
所述視音頻編碼單元按照目標(biāo)設(shè)備的媒體格式，對視頻幀數(shù)據(jù)進(jìn)行幅面縮放和重編碼，對音頻幀數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣和重編碼；
所述輸出適配單元用于為目標(biāo)設(shè)備所使用的信號協(xié)議封裝格式查找合適的輸出插件單元并實例化和設(shè)置參數(shù)，同時將來自于視音頻編碼單元輸出的視音頻壓縮數(shù)據(jù)、或者來自于幀率變換單元的視音頻基帶數(shù)據(jù)送到輸出插件單元；
所述每個輸出插件單元對應(yīng)一種目標(biāo)設(shè)備，用于將視音頻基帶數(shù)據(jù)或者視音頻壓縮數(shù)據(jù)經(jīng)過相應(yīng)的信號協(xié)議封裝格式重封裝后輸出給所對應(yīng)的目標(biāo)設(shè)備。本發(fā)明的技術(shù)方案可實現(xiàn)對各種信號(流媒體信號、SDI信號、文件、私有協(xié)議信號等)進(jìn)行矩陣式切換；矩陣的輸入和輸出按照集群化部署，在一定范圍內(nèi)能夠按照集群成員數(shù)量等比增長；能夠替代傳統(tǒng)電視臺中的總控切換臺，實現(xiàn)信號路由功能，適用于信號變換和信號路由等應(yīng)用場景，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)備在多媒體領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)空白。


圖1為實施例一的信號切換矩陣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為實施例一中信號采集服務(wù)器的結(jié)構(gòu)示意圖3為實施例一中信號分發(fā)服務(wù)器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為實施例一中信號分發(fā)服務(wù)器中輸入子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為實施例一中信號分發(fā)服務(wù)器中輸出子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為實施例一中管理服務(wù)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行更詳細(xì)的說明。需要說明的是，如果不沖突，本發(fā)明實施例以及實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。實施例一、一種信號切換矩陣系統(tǒng)，如圖1所示，包括 多個信號采集服務(wù)器、多個信號分發(fā)服務(wù)器和交換機(jī)；
管理服務(wù)器，用于指示所述信號采集服務(wù)器向指定的信號分發(fā)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)信號； 各所述信號采集服務(wù)器分別用于接收輸入信號，解封裝得到視音頻編碼數(shù)據(jù)流；通過所述交換機(jī)向所述管理服務(wù)器指定的信號分發(fā)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)所述視音頻編碼數(shù)據(jù)流；
各所述信號分發(fā)服務(wù)器分別用于接收信號采集服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的視音頻編碼數(shù)據(jù)流，進(jìn)行視音頻重編碼和重封裝后輸出。本實施例中，所述管理服務(wù)器除了可以對所述信號采集服務(wù)器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)控制以夕卜，還可以根據(jù)所述信號采集服務(wù)器和所述信號分發(fā)服務(wù)器發(fā)來的服務(wù)器管理請求，分別對它們進(jìn)行配置管理、以及對信號進(jìn)行管理；所述管理服務(wù)器可以根據(jù)預(yù)先配置的規(guī)則控制信號采集服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)，還可以根據(jù)外界客戶端的請求來控制信號采集服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)。本實施例中，所述信號采集服務(wù)器作為所述信號切換矩陣系統(tǒng)的信號輸入端點， 每個信號采集服務(wù)器在同一時刻可以接入一定數(shù)量的信號源，該數(shù)量受管理服務(wù)器硬件處理器性能以及網(wǎng)絡(luò)帶寬等條件限制。所有信號采集服務(wù)器可視為一個信號采集服務(wù)器集群，如圖1中，該集群內(nèi)信號采集服務(wù)器1到信號采集服務(wù)器M的輸入信號總和形成所述信號切換矩陣系統(tǒng)的M個輸入信號。本實施例中，所述信號分發(fā)服務(wù)器作為所述信號切換矩陣 系統(tǒng)的信號輸出端點， 按照目標(biāo)設(shè)備的類型對信號進(jìn)行視音頻重編碼，并按照目標(biāo)設(shè)備支持的協(xié)議類型進(jìn)行協(xié)議重封裝，然后按照目標(biāo)設(shè)備所支持的方式將重封裝后的輸出信號發(fā)送給目標(biāo)設(shè)備；所有信號采集服務(wù)器可視為一個信號分發(fā)服務(wù)器集群，如圖1中，該集群內(nèi)信號分發(fā)服務(wù)器1到信號分發(fā)服務(wù)器N的輸出信號綜合構(gòu)成所述信號切換矩陣系統(tǒng)的N路輸出。圖1中的信號切換矩陣系統(tǒng)為一個MXN的矩陣，輸入和輸出按照集群化部署，端點數(shù)量(M和N值)在一定范圍內(nèi)(受限于管理服務(wù)器的處理能力及網(wǎng)絡(luò)帶寬等條件限制)能夠按照集群成員數(shù)量等比增長。一般而言，所述管理服務(wù)器可以同管理客戶端配合使用，為了實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，管理服務(wù)器可提供統(tǒng)一的管理接口 ；使用信號切換矩陣系統(tǒng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)(比如節(jié)目播放系統(tǒng)等)可以定制符合自己要求的管理客戶端，或者將客戶端內(nèi)置在業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部，通過管理接口同管理服務(wù)器進(jìn)行交互，從而實現(xiàn)對整個信號切換矩陣系統(tǒng)的控制。本實施例中，所述信號采集服務(wù)器還可以用于在轉(zhuǎn)發(fā)視音頻編碼數(shù)據(jù)流之前，先將該視音頻編碼數(shù)據(jù)流所對應(yīng)的元數(shù)據(jù)信息及其中視音頻幀數(shù)據(jù)的時間戳信息通過所述交換機(jī)傳送到所要轉(zhuǎn)發(fā)到的信號分發(fā)服務(wù)器；所述元數(shù)據(jù)信息包括該視音頻編碼數(shù)據(jù)流的媒體編碼格式信息等。本實施例中，所述信號采集服務(wù)器的模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示，具體可以包括信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊、多個信號協(xié)議插件模塊和多個轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊。(1.1)信號協(xié)議插件模塊。所述信號協(xié)議插件模塊直接同信號源連接，用于從信號源接收輸入信號，并且對輸入信號進(jìn)行協(xié)議解封裝，形成原始的視音頻編碼數(shù)據(jù)流；供后續(xù)流程使用。如果解封裝后得到SDI等基帶數(shù)據(jù)流，所述信號協(xié)議插件模塊需要對基帶數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼，以保證編碼形成視音頻壓縮數(shù)據(jù)流能夠在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸(基帶數(shù)據(jù)流因為帶寬太高，一般不會在網(wǎng)絡(luò)上直接進(jìn)行傳輸)。所述信號協(xié)議插件模塊主要完成的功能如下
(a)輸入信號協(xié)議解封裝，將各種各樣的輸入信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的視音頻編碼數(shù)據(jù)流；
(b)對解封裝后得到的基帶數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼，形成視音頻編碼數(shù)據(jù)流。該信號協(xié)議插件模塊可以采用插件結(jié)構(gòu)，以保證對新增加的信號格式的擴(kuò)展能力；
按照信號的類型，該信號協(xié)議插件模塊可包括從信號源“拔(PULL)”數(shù)據(jù)和接受信號源 “推(PUSH)”數(shù)據(jù)兩種形態(tài)，具體形態(tài)和實際的輸入信號格式有關(guān)。所述信號協(xié)議插件模塊的數(shù)量根據(jù)服務(wù)器的處理能力和網(wǎng)絡(luò)帶寬以及插件類型，存在上限值。在此上限值內(nèi)，所述信號協(xié)議插件模塊數(shù)量可根據(jù)輸入信號的數(shù)量動態(tài)變化， 并且等于輸入信號的數(shù)量。當(dāng)信號源斷開時，其所對應(yīng)的所述信號協(xié)議插件模塊將自動銷毀，釋放所占用的系統(tǒng)資源。(1.2)信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊。所述信號轉(zhuǎn) 發(fā)控制模塊接受所述管理服務(wù)器的控制，按照所述管理服務(wù)器的指示，將數(shù)據(jù)流通過所述轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊轉(zhuǎn)發(fā)到指定的信號分發(fā)服務(wù)器；受信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊所操作的數(shù)據(jù)流都是已經(jīng)通過信號協(xié)議插件模塊解封裝后的視音頻編碼數(shù)據(jù)流。每臺信號采集服務(wù)器只包含一個信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊，在信號協(xié)議插件模塊和轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊之間形成橋梁作用。如果采用插件結(jié)構(gòu)，則所述信號協(xié)議插件模塊和轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊都可以由該信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊所動態(tài)創(chuàng)建和釋放。(1.3)轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊。所述轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊通過所述交換機(jī)同對應(yīng)的信號分發(fā)服務(wù)器建立私有連接，將來自于所述信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊的視音頻編碼數(shù)據(jù)流封裝后發(fā)送到建立了私有連接的信號分發(fā)服務(wù)器。所述轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊的主要功能包含
(a)由所述信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊根據(jù)所述管理服務(wù)器的指令所動態(tài)創(chuàng)建，并且根據(jù)指令中包含的信號分發(fā)服務(wù)器參數(shù)信息(服務(wù)器IP地址、端口號)同信號分發(fā)服務(wù)器建立私有連接，可以但不限于是Socket (套接字)連接；
(b)接收信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊傳送過來的視音頻編碼數(shù)據(jù)流，并封裝成攜帶有信號源數(shù)據(jù)的可靠網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流；
(c)將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流通過Socket發(fā)送到信號分發(fā)服務(wù)器，實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)發(fā)功能。本實施例中，上述的Socket連接保證如下目標(biāo)
(A)在開始正式傳送視音頻編碼數(shù)據(jù)流之前，先將該視音頻編碼數(shù)據(jù)流所對應(yīng)的元數(shù)據(jù)信息傳送到目標(biāo)信號分發(fā)服務(wù)器；所述元數(shù)據(jù)信息包括該視音頻編碼數(shù)據(jù)流的媒體編碼格式信息；
(B)同時傳輸來自于信號源的視音頻幀數(shù)據(jù)的時間戳信息，以保證目標(biāo)信號分發(fā)服務(wù)器能夠通過接收到的視音頻編碼數(shù)據(jù)流分析出原始的視音頻編碼數(shù)據(jù)流的丟幀等信息以完成后續(xù)操作。(C)網(wǎng)絡(luò)傳輸必須使用TCP等具有可靠連接和數(shù)據(jù)校驗的傳輸方式，保證目標(biāo)信號分發(fā)服務(wù)器在接收到視音頻編碼數(shù)據(jù)流后不需要再進(jìn)行排序等操作并保證數(shù)據(jù)的完整性。
如果采用插件結(jié)構(gòu)，則該轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊可由信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊根據(jù)所述管理服務(wù)器的指令所動態(tài)創(chuàng)建，當(dāng)所述管理服務(wù)器通知信號采集服務(wù)器需要將某路信號轉(zhuǎn)發(fā)到某特定信號分發(fā)服務(wù)器(開始信號路由)時，則需要新創(chuàng)建一個轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊并對其進(jìn)行參數(shù)配置。 當(dāng)所述管理服務(wù)器通知信號采集服務(wù)器結(jié)束信號路由或者目標(biāo)信號分發(fā)服務(wù)器主動斷開連接(服務(wù)器宕機(jī)、網(wǎng)絡(luò)連接斷開或者信號分發(fā)服務(wù)器主動踢掉輸入信號等情形)時，轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊斷開同目標(biāo)信號分發(fā)服務(wù)器的連接，并通知信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊，由信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊刪除該轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊并釋放其所占有的資源。如果采用插件結(jié)構(gòu)，所述信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊將數(shù)據(jù)流通過所述轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊轉(zhuǎn)發(fā)到指定的信號分發(fā)服務(wù)器具體可以是指
所述信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊當(dāng)需要將視音頻編碼數(shù)據(jù)流發(fā)送到指定的信號分發(fā)服務(wù)器時， 動態(tài)創(chuàng)建一個對應(yīng)于該指定的信號分發(fā)服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊；待創(chuàng)建完成的轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊和對應(yīng)的信號分發(fā)服務(wù)器之間建立私有連接后，將所述信號協(xié)議插件模塊解封裝后的視音頻編碼數(shù)據(jù)流交由該轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊發(fā)送。本實施例中，所述信號分發(fā)服務(wù)器如圖3所示，具體可以包括
相互獨立的一個或多個通道，比如圖3中的通道1到通道η ；每個所述通道完成將來自于信號采集服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的視音頻編碼數(shù)據(jù)流進(jìn)行解碼、處理直到輸出的所有流程。單臺所述信號分發(fā)服務(wù)器的 通道數(shù)目上限可以由實際信號分發(fā)服務(wù)器的處理能力以及每個通道目標(biāo)設(shè)備類型和數(shù)量共同限制，并且在實際部署環(huán)境中，每臺信號分發(fā)服務(wù)器的通道數(shù)目以及每個通道的輸出配置信息是固定的。每個所述通道具體可以包括一個輸入子模塊、一個或者多個輸出子模塊，比如圖3 中的輸出子模塊1到輸出子模塊χ。(2.1)輸入子模塊。所述輸入子模塊主要用于接收信號采集服務(wù)器通過交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的視音頻編碼數(shù)據(jù)流，對接收到的視音頻編碼數(shù)據(jù)流進(jìn)行解封裝，并對解封裝后的視音頻幀數(shù)據(jù)(或者流數(shù)據(jù))進(jìn)行解碼、丟幀補(bǔ)償、音畫同步等基帶處理，使之形成符合源信號媒體格式的標(biāo)準(zhǔn)化的視音頻基帶數(shù)據(jù)流，以供所述輸出子模塊使用。(2. 2)輸出子模塊
所述輸出子模塊主要用于將輸入子模塊輸出的視音頻基帶數(shù)據(jù)流，按照本信號切換矩陣系統(tǒng)的目標(biāo)設(shè)備(也就是要從本信號切換矩陣系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)流的設(shè)備)所需要的媒體格式和信號協(xié)議封裝格式進(jìn)行重編碼和重封裝，將重編碼和重封裝后的輸出信號分發(fā)出去； 目標(biāo)設(shè)備連接該輸出子模塊后，就可以接收到所述輸出信號。在正常工作時，每個通道有且只有一個輸入子模塊，完成將當(dāng)前輸入信號預(yù)處理為視音頻基帶數(shù)據(jù)流的過程。所述通道還可以包括一個控制子模塊，用于在切換過程中建立一個輔助的輸入子模塊，用于完成對新切入信號的預(yù)解碼和預(yù)處理工作。當(dāng)新切入信號預(yù)處理完成后，通道將釋放之前老的輸入子模塊，而將新建立的輸入子模塊接入到各個輸出子模塊，實現(xiàn)輸入信號的無縫切換。所述輸入子模塊如圖4所示，具體可以包含信號接收解封裝單元、視音頻解碼單元及丟幀補(bǔ)償和音畫同步單元。(2. 1. 1)信號接收解封裝單元。所述信號接收解封裝單元用于接收來自于信號采集服務(wù)器通過Socket連接或其它連接發(fā)送過來的封裝后的視音頻編碼數(shù)據(jù)流，并對該封裝后的視音頻編碼數(shù)據(jù)流進(jìn)行解封裝，形成同信號采集服務(wù)器中信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊輸出所對等的視音頻編碼數(shù)據(jù)流；同時， 該信號接收解封裝單元用于接收元數(shù)據(jù)信息，以將元數(shù)據(jù)信息中的媒體編碼格式信息輸出給視音頻解碼單元，構(gòu)建匹配的視音頻解碼器；
(2. 1.2)視音頻解碼單元。所述視音頻解碼單元用于按照所述媒體編碼格式信息構(gòu)建視音頻解碼器，將所述信號接收解封裝單元輸出的視音頻編碼數(shù)據(jù)流通過解碼器進(jìn)行解碼輸出視音頻基帶數(shù)據(jù)，送往丟幀補(bǔ)償和音畫同步單元；
(2. 1. 3)丟幀補(bǔ)償和音 畫同步單元。所述丟幀補(bǔ)償和音畫同步單元用于提供一個視頻單幀緩沖區(qū)以及一個為各個輸出子模塊分別進(jìn)行實例(Sample)計數(shù)的音頻流式緩沖區(qū)；視頻單幀緩沖區(qū)按照視音頻基帶數(shù)據(jù)幀率保存最后一幀視頻幀數(shù)據(jù)，供輸出子模塊提取最新的視頻幀數(shù)據(jù)，并且配合輸出子模塊的幀率定時器完成幀率轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對視頻數(shù)據(jù)的丟幀補(bǔ)償。同時，在處理過程中， 從信號接收解封裝單元讀取視音頻幀數(shù)據(jù)的時間戳信息，從視音頻解碼單元接收解碼后的視音頻基帶數(shù)據(jù)，輸出子模塊提取音頻幀數(shù)據(jù)時，按照音頻幀數(shù)據(jù)的時間戳信息和當(dāng)前提取的視頻幀數(shù)據(jù)的時間戳信息一致的原則，實現(xiàn)提取到輸出子模塊的視音頻數(shù)據(jù)的音畫同步校正。所述輸出子模塊如圖5所示，具體可以包含幀率定時器(圖5中未示出)、幀率變換單元、視音頻編碼單元、輸出適配單元及輸出插件單元。(2.2. 1)幀率變換單元。所述幀率變換單元用于按照目標(biāo)設(shè)備的媒體格式設(shè)置觸發(fā)幀率定時器的頻率，每到幀率定時器觸發(fā)時從所述丟幀補(bǔ)償和音畫同步單元的視頻單幀緩沖區(qū)讀取最后一幀視頻幀數(shù)據(jù)，從而完成幀率變換功能(低幀率視頻變換為高幀率時，自動用當(dāng)前最近幀數(shù)據(jù)補(bǔ)幀；高幀率變換為低幀率時，自動丟棄部分幀)；同時當(dāng)視音頻基帶數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟幀時，也可按照低幀率變換為高幀率的方式實現(xiàn)丟幀自動補(bǔ)償。(2. 2.2)視音頻編碼單元。所述視音頻編碼單元按照目標(biāo)設(shè)備的媒體格式，對視頻幀數(shù)據(jù)進(jìn)行幅面縮放和重編碼，對音頻幀數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣和重編碼，得到視音頻壓縮數(shù)據(jù)。如果輸出插件單元中有任何一個需要編碼后的數(shù)據(jù)，則需要初始化和設(shè)置視音頻編碼單元，從而使其能夠向輸出適配單元輸出編碼后的視音頻壓縮數(shù)據(jù)；否則不需要視音頻編碼單元。(2. 2. 3)輸出適配單元。所述輸出適配單元用于對輸出插件模塊進(jìn)行管理。為了保證信號分發(fā)服務(wù)器的可擴(kuò)展性，對流輸出部分(即后述輸出插件單元)可采用插件結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要增加對新的協(xié)議支持時，只需要開發(fā)新的輸出插件單元即可。該輸出適配單元即是為目標(biāo)設(shè)備所使用的信號協(xié)議封裝格式查找合適的輸出插件單元并實例化和設(shè)置參數(shù)，同時將來自于視音頻編碼單元輸出的視音頻壓縮數(shù)據(jù)(如果輸出插件單元需要編碼后的數(shù)據(jù))或者直接來自于幀率變換單元的視音頻基帶數(shù)據(jù)送到輸出插件單元。(2. 2. 4)輸出插件單元。所述輸出插件單元為插件結(jié)構(gòu)，每個輸出插件單元對應(yīng)一種目標(biāo)設(shè)備(也就是對應(yīng)于該目標(biāo)設(shè)備使用的信號協(xié)議封裝格式及媒體格式)，用于將視音頻基帶數(shù)據(jù)或者視音頻壓縮數(shù)據(jù)經(jīng)過相應(yīng)的協(xié)議重封裝后輸出給對應(yīng)的目標(biāo)設(shè)備。管理服務(wù)器的模塊結(jié)構(gòu)如圖6所示，具體可以包含
(3. 1)信號管理模塊，用于對當(dāng)前所有信號采集服務(wù)器的輸入信號進(jìn)行管理，信號采集服務(wù)器的信號源按照設(shè)備不同可分為兩種類型主動設(shè)備和被動設(shè)備。主動設(shè)備只是由該設(shè)備主動連接信號采集服務(wù)器；被動設(shè)備是指由信號采集服務(wù)器按照管理服務(wù)器下發(fā)的配置信息(下述服務(wù)器管理模塊的功能)主動聯(lián)系該設(shè)備。但無論何種方式，當(dāng)設(shè)備和信號采集服務(wù)器建立連接后，對于信號采集服務(wù)器而言都是一個信號源，信號采集服務(wù)器將該信號相關(guān)的元數(shù)據(jù)信息通知給管理服務(wù)器的信號管理模塊，從而該信號作為管理服務(wù)器的一個信號可以被客戶端檢索和使用，也能夠作為一個信號對象通過信號采集服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)(路由)到信號分發(fā)服務(wù)器。(3. 2)服務(wù)器管理模塊，用于進(jìn)行以下管理
(一)配置信息管理主要管理信號采集服務(wù)器中被動設(shè)備的配置信息(信號采集服務(wù)器可通過這些配置信息聯(lián)系到被動設(shè)備，獲取信號)、和信號分發(fā)服務(wù)器的目標(biāo)設(shè)備的配置信息(信號分發(fā)服務(wù)器可通過這些配置信息確定目標(biāo)編碼格式、目標(biāo)協(xié)議、目標(biāo)設(shè)備地址信息等)。管理服務(wù)器可通過客戶端的接口調(diào)用，再將相關(guān)的配置信息下發(fā)到合適的信號采集 /信號分發(fā)服務(wù)器。(二)服務(wù)器管理管理信號采集服務(wù)器和信號分發(fā)服務(wù)器的活動信息，并且可將當(dāng)前活動的信號采集服務(wù)器和信號分發(fā)服務(wù)器返回給客戶端，供客戶端對這些服務(wù)器進(jìn)行配置管理以及轉(zhuǎn)發(fā)控制。(三)負(fù)載均衡管理當(dāng)存在多臺信號采集服務(wù)器(構(gòu)成集群時)，可以對這些信號采集服務(wù)器的信號數(shù)量、處理器/內(nèi)存負(fù)荷等進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)有新的信號源接入時，查找當(dāng)前負(fù)載最輕的信號采集服務(wù)器供使用，保證優(yōu)異的性能和可靠性。(3. 3)轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊，用于根據(jù)客戶端的指令或預(yù)定規(guī)則，指示所述信號采集服務(wù)器將視音頻編碼數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)到指定的信號分發(fā)服務(wù)器，該指定的信號分發(fā)服務(wù)器在本次轉(zhuǎn)發(fā)中就是目標(biāo)信號分發(fā)服務(wù)器。(3. 4)客戶端接口模塊，用于提供一系列標(biāo)準(zhǔn)接口(比如Web Service接口)，供客戶端調(diào)用，以完成特定功能，這些接口可以包括以下任一個或任幾個
信號枚舉接口 枚舉當(dāng)前所有信號采集服務(wù)器的所有信號并檢索這些信號的元數(shù)據(jù)信
息；
信號查詢接口 按照元數(shù)據(jù)信息的關(guān)鍵字(比如標(biāo)題、描述、時間、地點等信息)查找符合要求的信號列表；
連接被動服務(wù)器接口 按照負(fù)載均衡原則找到一個最優(yōu)的信號采集服務(wù)器，配置被動設(shè)備的參數(shù)信息；
配置輸出目標(biāo)接口 按照復(fù)雜均衡原則找到一個最優(yōu)的信號分發(fā)服務(wù)器，配置目標(biāo)設(shè)備的參數(shù)信息；
信號路由接口 通過信號參數(shù)，找到該信號所在的信號采集服務(wù) 器，通知該信號采集服務(wù)器，將信號轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)信號分發(fā)服務(wù)器。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種信號切換矩陣系統(tǒng)，其特征在于，包括 多個信號采集服務(wù)器、多個信號分發(fā)服務(wù)器和交換機(jī)；管理服務(wù)器，用于指示所述信號采集服務(wù)器向指定的信號分發(fā)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)信號； 各所述信號采集服務(wù)器分別用于接收輸入信號，解封裝得到視音頻編碼數(shù)據(jù)流；通過所述交換機(jī)向所述管理服務(wù)器指定的信號分發(fā)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)所述視音頻編碼數(shù)據(jù)流；各所述信號分發(fā)服務(wù)器分別用于接收信號采集服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的視音頻編碼數(shù)據(jù)流，進(jìn)行視音頻重編碼和重封裝后輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的信號切換矩陣系統(tǒng)，其特征在于所述管理服務(wù)器根據(jù)客戶端的請求來控制信號采集服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)。
3.如權(quán)利要求1所述的信號切換矩陣系統(tǒng)，其特征在于，所述信號采集服務(wù)器包括 信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊、多個信號協(xié)議插件模塊和多個轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊；所述信號協(xié)議插件模塊直接同信號源連接，用于從信號源接收輸入信號并且對輸入信號進(jìn)行協(xié)議解封裝，形成視音頻編碼數(shù)據(jù)流；所述信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊用于按照所述管理服務(wù)器的指令將所述信號協(xié)議插件模塊輸出的視音頻編碼數(shù)據(jù)流通過所述轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊轉(zhuǎn)發(fā)到指定的信號分發(fā)服務(wù)器；所述轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊通過所述交換機(jī)同對應(yīng)的信號分發(fā)服務(wù)器建立私有連接，將來自于所述信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊的視音頻編碼數(shù)據(jù)流封裝后發(fā)送到建立了私有連接的信號分發(fā)服務(wù)器。
4.如權(quán)利要求3所述的信號切換矩陣系統(tǒng)，其特征在于所述信號協(xié)議插件模塊還用于對解封裝后得到的基帶數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼。
5.如權(quán)利要求3所述的信號切換矩陣系統(tǒng)，其特征在于所述信號協(xié)議插件模塊和轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊采用插件結(jié)構(gòu)，由所述信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊所動態(tài)創(chuàng)建和釋放；所述信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊將數(shù)據(jù)流通過所述轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊轉(zhuǎn)發(fā)到指定的信號分發(fā)服務(wù)器是指所述信號轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊當(dāng)需要將視音頻編碼數(shù)據(jù)流發(fā)送到指定的信號分發(fā)服務(wù)器時， 動態(tài)創(chuàng)建一個對應(yīng)于該指定的信號分發(fā)服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊；待創(chuàng)建完成的轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊和對應(yīng)的信號分發(fā)服務(wù)器之間建立私有連接后，將所述信號協(xié)議插件模塊解封裝后的視音頻編碼數(shù)據(jù)流交由該轉(zhuǎn)發(fā)輸出模塊發(fā)送。
6.如權(quán)利要求1所述的信號切換矩陣系統(tǒng)，其特征在于，所述管理服務(wù)器包括 信號管理單元，用于對當(dāng)前所有信號采集服務(wù)器的輸入信號進(jìn)行管理；服務(wù)器管理單元，用于管理信號采集服務(wù)器中被動設(shè)備的配置信息、和信號分發(fā)服務(wù)器的目標(biāo)設(shè)備的配置信息；管理信號采集服務(wù)器和信號分發(fā)服務(wù)器的活動信息；當(dāng)存在多臺信號采集服務(wù)器，對這些信號采集服務(wù)器的信號數(shù)量、處理器/內(nèi)存負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)控；轉(zhuǎn)發(fā)控制單元，用于根據(jù)客戶端的指令或預(yù)定規(guī)則，指示信號采集服務(wù)器將視音頻編碼數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)到指定的信號分發(fā)服務(wù)器；客戶端接口單元，用于提供標(biāo)準(zhǔn)接口供客戶端調(diào)用。
7.如權(quán)利要求1到6中任一項所述的信號切換矩陣系統(tǒng)，其特征在于，所述信號分發(fā)服務(wù)器包括相互獨立的多個通道；每個所述通道包括一個輸入子模塊、一個或者多個輸出子模塊； 所述輸入子模塊用于接收信號采集服務(wù)器通過交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的視音頻編碼數(shù)據(jù)流，對接收到的視音頻編碼數(shù)據(jù)流進(jìn)行解封裝，并對解封裝后的視音頻幀數(shù)據(jù)或者流數(shù)據(jù)進(jìn)行基帶處理，形成視音頻基帶數(shù)據(jù)流；所述輸出子模塊用于將輸入子模塊輸出的視音頻基帶數(shù)據(jù)流，按照本信號切換矩陣系統(tǒng)的目標(biāo)設(shè)備所需要的媒體格式和信號協(xié)議封裝格式進(jìn)行重編碼和重封裝，將重編碼和重封裝后的數(shù)據(jù)流分發(fā)出去。
8.如權(quán)利要求7所述的信號切換矩陣系統(tǒng)，其特征在于所述信號采集服務(wù)器還用于在傳送視音頻編碼數(shù)據(jù)流之前，先將該視音頻編碼數(shù)據(jù)流所對應(yīng)的元數(shù)據(jù)信息及其中視音頻幀數(shù)據(jù)的時間戳信息通過所述交換機(jī)傳送到信號分發(fā)服務(wù)器；所述元數(shù)據(jù)信息包括該視音頻編碼數(shù)據(jù)流的媒體編碼格式信息。
9.如權(quán)利要求8所述的信號切換矩陣系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入子模塊包含 信號接收解封裝單元、視音頻解碼單元及丟幀補(bǔ)償和音畫同步單元；所述信號接收解封裝單元用于接收來自于信號采集服務(wù)器的封裝后的視音頻編碼數(shù)據(jù)流，并對該封裝后的視音頻編碼數(shù)據(jù)流進(jìn)行解封裝，以及將接收的元數(shù)據(jù)信息中的媒體編碼格式信息輸出給視音頻解碼單元；所述視音頻解碼單元用于按照所述媒體編碼格式信息構(gòu)建視音頻解碼器，將所述信號接收解封裝單元輸出的視音頻編碼數(shù)據(jù)流通過解碼器進(jìn)行解碼輸出視音頻基帶數(shù)據(jù)，送往丟幀補(bǔ)償和音畫同步單元；所述丟幀補(bǔ)償和音畫同步單元用于提供一個視頻單幀緩沖區(qū)以及一個為各個輸出子模塊分別進(jìn)行實例計數(shù)的音頻流式緩沖區(qū)；視頻單幀緩沖區(qū)按照視音頻基帶數(shù)據(jù)信號幀率保存最后一幀視頻幀數(shù)據(jù)，以及從信號接收解封裝單元讀取視音頻幀數(shù)據(jù)的時間戳信息， 從視音頻解碼單元接收解碼后的視音頻基帶數(shù)據(jù)，按照音頻幀數(shù)據(jù)的時間戳信息和當(dāng)前提取的視頻幀數(shù)據(jù)的時間戳信息一致的原則供所述輸出子模塊提取音頻幀數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求9所述的信號切換矩陣系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出子模塊包含 幀率定時器、幀率變換單元、視音頻編碼單元、輸出適配單元及輸出插件單元；所述幀率變換單元模塊用于按照目標(biāo)設(shè)備的媒體格式設(shè)置觸發(fā)幀率定時器的頻率，每到幀率定時器觸發(fā)時從所述視頻單幀緩沖區(qū)讀取最后一幀視頻幀數(shù)據(jù)；所述視音頻編碼單元按照目標(biāo)設(shè)備的媒體格式，對視頻幀數(shù)據(jù)進(jìn)行幅面縮放和重編碼，對音頻幀數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣和重編碼；所述輸出適配單元用于為目標(biāo)設(shè)備所使用的信號協(xié)議封裝格式查找合適的輸出插件單元并實例化和設(shè)置參數(shù)，同時將來自于視音頻編碼單元輸出的視音頻壓縮數(shù)據(jù)、或者來自于幀率變換單元的視音頻基帶數(shù)據(jù)送到輸出插件單元；所述每個輸出插件單元對應(yīng)一種目標(biāo)設(shè)備，用于將視音頻基帶數(shù)據(jù)或者視音頻壓縮數(shù)據(jù)經(jīng)過相應(yīng)的信號協(xié)議封裝格式重封裝后輸出給所對應(yīng)的目標(biāo)設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種信號切換矩陣系統(tǒng)，包括多個信號采集服務(wù)器、多個信號分發(fā)服務(wù)器和交換機(jī)；管理服務(wù)器，用于指示所述信號采集服務(wù)器向指定的信號分發(fā)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)信號；各所述信號采集服務(wù)器分別用于接收輸入信號，解封裝得到視音頻編碼數(shù)據(jù)流；通過所述交換機(jī)向所述管理服務(wù)器指定的信號分發(fā)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)所述視音頻編碼數(shù)據(jù)流；各所述信號分發(fā)服務(wù)器分別用于接收信號采集服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的視音頻編碼數(shù)據(jù)流，進(jìn)行視音頻重編碼和重封裝后輸出。本發(fā)明可以對多種信號進(jìn)行矩陣式切換。
文檔編號H04N5/268GK102316276SQ20111028711
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者余軍, 席堂海, 徐楠 申請人:成都索貝數(shù)碼科技股份有限公司