本發(fā)明屬于視頻制作技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及媒體視頻制作ip化過程中的一種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)(sdn)實現(xiàn)視頻流基于交換機(jī)的精準(zhǔn)視頻切換(凈切換)方法。

背景技術(shù)：

自從廣電行業(yè)由模擬時代進(jìn)入數(shù)字時代后，ip的相關(guān)技術(shù)就一步步地滲透進(jìn)了廣電行業(yè)之中。制作由線性轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷€性，媒資由磁帶庫轉(zhuǎn)變?yōu)榇疟P陣列，播出由錄像機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)器。單就硬件設(shè)備來看，廣電的設(shè)備機(jī)房與it企業(yè)的機(jī)房已經(jīng)相當(dāng)接近了。兩者最大的區(qū)別在于傳輸方式，廣電行業(yè)目前最常見的是使用sdi標(biāo)準(zhǔn)通過同軸電纜傳輸信號。這看起來與雙絞線傳輸有很大不同，但其實ip化的傳輸方式早已悄然出現(xiàn)在廣電行業(yè)的實際應(yīng)用中。

目前隨著超高清信號的發(fā)展，分辨率至少達(dá)到4k級別，即3840×2160像素，每秒50幀，以10bit量化精度的4:4:4數(shù)字視頻分量信號為例，其碼率約為12gbps。目前傳輸帶寬最高的3g-sdi只支持3gbps的傳輸速率，無法滿足超高清信號的傳輸；而對于ip化傳輸來說，萬兆以太網(wǎng)10gbps的傳輸速率已經(jīng)能夠滿足超高清傳輸帶寬的需求。

現(xiàn)在采用sdi傳輸超高清信號通行的做法是將超高清信號拆分為4路高清信號進(jìn)行傳輸，這種方法能夠在現(xiàn)階段解決超高清傳輸?shù)膯栴}。但這并不是長期的解決辦法，一旦超高清進(jìn)入實際應(yīng)用階段，這會使系統(tǒng)規(guī)模過于龐大。而采用ip方式可以使用單根網(wǎng)線或光纖進(jìn)行超高清信號的傳輸，因此更具備實際應(yīng)用的價值。除此之外，基礎(chǔ)架構(gòu)ip化可以使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單，這取決于其本身的傳輸特點(diǎn)。同時依靠it行業(yè)的規(guī)模優(yōu)勢可以快速降低成本，另外能夠使新媒體業(yè)務(wù)更好地與廣電業(yè)務(wù)相融合，直面新媒體業(yè)態(tài)對傳統(tǒng)廣電行業(yè)的沖擊。所以，媒體網(wǎng)絡(luò)ip化是廣電發(fā)展的趨勢。

sdn(softwaredefinednetwork，軟件定義網(wǎng)絡(luò))是一種新型的基于軟件可編程思想的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它有一個集中式的控制平面和分布式的轉(zhuǎn)發(fā)平面，兩個平面相互分離，可以實現(xiàn)控制平面對數(shù)據(jù)平面的集中化控制，并提供開放的編程接口，為網(wǎng)絡(luò)提供靈活的可編程能力。sdn體系架構(gòu)具有很強(qiáng)的開放性，它通過對整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抽象，為用戶提供完備的編程接口。在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，大部分用戶對網(wǎng)絡(luò)的實時狀態(tài)是不可見的，更難以管理和控制。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不同，sdn技術(shù)通過開放編程接口，使用戶可以根據(jù)上層的業(yè)務(wù)與應(yīng)用個性化地定制網(wǎng)絡(luò)資源來滿足其特有的需求。此外，sdn接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化也體現(xiàn)出sdn在設(shè)計時對開放性的追求，按照其最初的設(shè)計思想，非常希望能夠通過使用標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議來打破某些廠商對設(shè)備、協(xié)議以及軟件的壟斷，從而使更多的研究者可以參與到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和軟件相關(guān)的研發(fā)工作中來。

在廣電網(wǎng)絡(luò)向ip化發(fā)展的過程中，不可避免的遇到了一些技術(shù)難點(diǎn)，視頻精準(zhǔn)切換就是其中的一個難點(diǎn)，傳統(tǒng)sdi分發(fā)串行數(shù)字輸入信號，無論有多少被路由和切換的活動信號，都提供一致的延遲和性能；提供確定的切換時間。而ip網(wǎng)絡(luò)是一種“盡力而為”的網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生的時延是可變的，這就會導(dǎo)致不同步切換的問題，因此需要精準(zhǔn)切換(凈切換)解決切換不同步的問題。

目前，實時視頻精準(zhǔn)切換系統(tǒng)主要有三種技術(shù)方案，分別是基于源端的視頻切換技術(shù)、基于交換機(jī)的視頻切換技術(shù)和基于目的端的視頻切換技術(shù)，三種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。

基于源的視頻切換技術(shù)可以做到凈切換，同時帶寬利用方面也比較好，但是不利于多層交換機(jī)級聯(lián)，在時間基準(zhǔn)方面也存在較大風(fēng)險?；谀康囊曨l切換技術(shù)可以比較簡單的完成多級擴(kuò)展，同時凈切換也比較容易實現(xiàn)，但是要做到凈切換，帶寬要損失一半?；诮粨Q機(jī)的視頻切換技術(shù)切換方式非常接近現(xiàn)有的專業(yè)基帶視頻矩陣，在帶寬利用和系統(tǒng)擴(kuò)展方面有比較明顯的優(yōu)勢。

發(fā)明概述

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供媒體視頻制作ip化過程中的一種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)(sdn)實現(xiàn)視頻流基于交換機(jī)的精準(zhǔn)視頻切換(凈切換)方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種基于sdn交換機(jī)的視頻凈切換方法，通過sdn下發(fā)流表控制視頻流切換，同時在交換機(jī)緩存視頻流并完成精準(zhǔn)切換，包括以下步驟：

步驟1、視頻發(fā)送端sourcea和sourceb的視頻流分別到達(dá)交換機(jī)的端口1和端口2；交換機(jī)對接收到的視頻流進(jìn)行報文解析，提取元組信息；sdn控制器將流表下發(fā)至交換機(jī)，交換機(jī)將提取的元組信息通過查表算法，與流表進(jìn)行匹配，根據(jù)匹配的結(jié)果決定視頻流的轉(zhuǎn)發(fā)；

步驟2、當(dāng)目的端希望由接收sourcea的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為接收sourceb的數(shù)據(jù)時，執(zhí)行切換過程；在sdn北向接口執(zhí)行切換命令，sdn控制器對交換機(jī)下發(fā)流表，交換機(jī)執(zhí)行視頻精準(zhǔn)切換過程，其中，視頻精準(zhǔn)切換過程為：

交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)sourcea的數(shù)據(jù)，直到檢測到sourcea的a1幀中數(shù)據(jù)包的mark位為1，同時交換機(jī)檢測緩存中sourceb的數(shù)據(jù)包的mark位，如果檢測到緩存中sourceb中存在mark位為1的數(shù)據(jù)包，交換機(jī)從sourceb緩存中這個mark位為1的下一個數(shù)據(jù)包開始轉(zhuǎn)發(fā)，將sourceb的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到端口3；如果沒有檢測到sourceb緩存中存在mark位為1的數(shù)據(jù)包，繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)來自sourcea的下一個完整幀，直到檢測到sourceb緩存中mark位為1的數(shù)據(jù)包；而后交換機(jī)將來自sourceb的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到端口3，停止轉(zhuǎn)發(fā)來自sourcea的數(shù)據(jù)，整個切換過程完成。

作為優(yōu)選，步驟1中，根據(jù)匹配結(jié)果，來自sourcea的流命中，根據(jù)流表將sourca流轉(zhuǎn)發(fā)到端口3，目的端此時接收來自sourcea的信息；若sourceb與流表不匹配，將被存儲在交換機(jī)的緩存。

附圖說明

圖1交換機(jī)接收源端數(shù)據(jù)的示意圖；

圖2視頻切換的示意圖；

圖3視頻精準(zhǔn)切換中數(shù)據(jù)包處理示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明實施例提供一種基于sdn交換機(jī)的視頻凈切換方法，通過sdn下發(fā)流表控制視頻流切換，同時在交換機(jī)緩存視頻流并完成精準(zhǔn)切換。具體如下：

(一)視頻切換基本過程

(1)sourcea和sourceb是視頻發(fā)送端，destination為目的端，交換機(jī)具有端口1、端口2和端口3，sourcea和sourceb的視頻流分別到達(dá)交換機(jī)的端口1和端口2。交換機(jī)對接收到的視頻流進(jìn)行報文解析，提取元組信息(包括源ip、目的ip、源端口號、目的端口號等)。sdn控制器通過flowmod消息添加流表項，將流表下發(fā)至交換機(jī)，交換機(jī)將提取的元組信息通過查表算法，與流表進(jìn)行匹配，根據(jù)匹配的結(jié)果決定流的轉(zhuǎn)發(fā)。如下圖1所示。

根據(jù)匹配結(jié)果，來自sourcea的流命中，根據(jù)流表將sourca流轉(zhuǎn)發(fā)到端口3，目的端此時接收來自sourcea的信息。sourceb與流表不匹配，將被存儲在交換機(jī)的緩存。

(2)當(dāng)目的端destination希望由接收sourcea的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為接收sourceb的數(shù)據(jù)時，執(zhí)行切換過程。在sdn北向接口執(zhí)行切換命令，sdn控制器通過flowmod消息下發(fā)流表，此時，交換機(jī)執(zhí)行我們的視頻精準(zhǔn)切換算法，而后將sourceb的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到端口3，sourcea的數(shù)據(jù)停止轉(zhuǎn)發(fā)到端口3。

(二)精準(zhǔn)切換(凈切換)

切換命令下達(dá)后，為了實現(xiàn)凈切換，需要在交換機(jī)對來自sourcea和sourceb的數(shù)據(jù)包進(jìn)行元組解析到rtp頭，根據(jù)rtp協(xié)議的mark標(biāo)志位，確認(rèn)每幀的幀頭和幀尾，以實現(xiàn)切換時的幀對齊，也就是凈切換。精準(zhǔn)切換算法具體如下(圖3所示)。

(1)sdn北向應(yīng)用平面切換命令下達(dá)后，sdn控制器對交換機(jī)下發(fā)流表(如圖2)。

(2)此時交換機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)sourcea的數(shù)據(jù)，直到檢測到sourcea的a1幀(每幀被分成許多數(shù)據(jù)包傳輸，例如：高清sdi信號每幀分成2699個數(shù)據(jù)包傳輸)中數(shù)據(jù)包的mark位為1(幀尾標(biāo)志)，同時交換機(jī)檢測緩存中sourceb的數(shù)據(jù)包的mark位，如果檢測到緩存中sourceb中存在mark位為1的數(shù)據(jù)包，交換機(jī)從sourceb緩存中這個mark位為1的下一個數(shù)據(jù)包開始轉(zhuǎn)發(fā)，將sourceb的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到端口3，同時停止轉(zhuǎn)發(fā)sourcea的數(shù)據(jù)；如果沒有檢測到sourceb緩存中存在mark位為1的數(shù)據(jù)包，繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)來自sourcea的下一個完整幀，直到檢測到sourceb緩存中mark位為1的數(shù)據(jù)包，因此交換機(jī)需要對每個輸入的待切換視頻流至少緩存一幀的數(shù)據(jù)量。由此，可以實現(xiàn)sourcea和sourceb完整幀的切換。

(3)凈切換算法執(zhí)行完成后，交換機(jī)將來自sourceb的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到端口3，停止轉(zhuǎn)發(fā)來自sourcea的數(shù)據(jù)，整個切換過程完成。