演出设备的时间同步控制方法、系统及装置与流程

本发明涉及时间同步，具体涉及一种演出设备的时间同步控制方法、系统及装置。

背景技术：

1、大型演出如演唱会、主题公园秀场、沉浸式体验项目等，需要同时控制灯光、视频、音频、机械、特性等多种设备，而这些设备分布在不同区域甚至在不同的场馆，演出中必须按照时间线同步执行相应的动作。目前时间同步的控制架构主要有三种，第一种是集中式单服务器控制，此类控制方法将所有控制逻辑运行于一台主控服务器上，通过网络向下位机发送指令，这种方法架构简单，易于实现，但存在明显的单点故障风险，一旦主控服务器宕机，则整个演出被迫停止，因此在实际应用中，演出方往往需要设置完全相同的备份系统，导致成本翻倍；第二种是采用ntp（network time protocol，网络时间协议）进行网络时间同步，ntp是用于实现计算机时间同步的网络协议，然而该协议会受到操作系统调度和网络排队延迟的影响，同步精度仅为毫秒级，无法满足演出中灯光渐变、视频切片等需要帧级精确对齐的应用场景；第三种是传统的时间码控制方法，此种方法是影视行业沿用多年的技术，通过专用线缆传输时间码信号，精度可以达到帧级，但是需要额外部署专用线缆，系统扩展性较差，每增加一路信号就需要多部署一根线缆，大型演出的线缆管理会过于复杂。此外，还有一些方法中不同设备具有各自的时钟，但是不同服务器的本地始终随时间漂移，随着演出时间的增加，各设备之间会出现较大偏差，需要人工定期进行时钟校准。

技术实现思路

1、本发明针对现有时间同步控制方法成本较高、精度不足及需要人工干预的缺点，提出一种演出设备的时间同步控制方法、系统及装置。

2、为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

3、一种演出设备的时间同步控制方法，包括以下步骤：

4、根据时钟服务器架构的拓扑结构获取时钟节点，所述时钟节点包括主控服务器、分控服务器及设备控制器；

5、获取时钟节点的节点类别，根据节点类别获取时钟节点之间的节点误差，通过节点误差在时钟节点之间进行时间同步调整，得到调整后的时钟服务器架构；

6、通过调整后的时钟服务器架构的拓扑结构得到设备控制器的拓扑路径，获取拓扑路径中时钟节点之间的即时残差及历史即时残差，基于历史即时残差、即时残差及拓扑路径得到设备控制器相应的累积误差；

7、通过演出内容得到演出时间线，主控服务器根据演出时间线获取演出动作相应的设备控制器，根据设备控制器的设备类型获取设备控制器的物理响应延迟，结合累积误差、演出时间线及预设设备控制器的优先级向相应设备控制器发送执行指令，设备控制器根据执行指令触发相应的演出动作。

8、作为一种可实施方式，所述获取时钟节点的节点类别，根据节点类别获取时钟节点之间的节点误差，通过节点误差在时钟节点之间进行时间同步调整，得到调整后的时钟服务器架构，包括以下步骤：

9、获取时钟节点的节点类别，所述节点类别包括主时钟节点及从时钟节点；

10、根据时钟服务器架构的拓扑结构确定主时钟节点及从时钟节点，主时钟节点向从时钟节点发送同步报文，获取主时钟节点的报文发送时间及从时钟节点的报文接收时间；

11、从时钟节点向主时钟节点发送响应报文，并获取从时钟节点的报文发送时间及主时钟节点的报文接收时间；

12、根据报文发送时间及报文接收时间得到从时钟节点与主时钟节点之间的节点误差，所述节点误差包括时钟偏差及网络延迟，表示如下：

13、

14、

15、根据时钟偏差对分控服务器进行时间同步调整，得到调整后的分控服务器；

16、其中，表示时钟偏差，表示主时钟节点的报文发送时间，表示从时钟节点的报文接收时间，表示从时钟节点的报文发送时间，表示主时钟节点的报文接收时间，表示网络延迟。

17、作为一种可实施方式，所述通过调整后的时钟服务器架构的拓扑结构得到设备控制器的拓扑路径，获取拓扑路径中时钟节点之间的即时残差，包括以下步骤：

18、以设备控制器为起点，主控服务器为终点，基于时钟服务器架构的拓扑结构进行回溯，分别得到设备控制器的拓扑路径；

19、根据拓扑路径中时钟节点的拓扑关系得到主时钟节点及从时钟节点，主时钟节点接收来自从时钟节点的校准探测帧，并回复校准响应帧，根据校准探测帧及校准响应帧的发送时间及接收时间，得到即时残差。

20、作为一种可实施方式，所述基于历史即时残差、即时残差及拓扑路径得到设备控制器相应的累积误差，包括以下步骤：

21、预设时间窗口，获取时间窗口内的历史即时残差，基于历史即时残差及即时残差进行稳定性评估，得到稳态偏差；

22、基于稳态偏差、即时残差及时间窗口内的样本数量，计算即时残差的离散程度，用于表示即时残差的随机波动，得到误差波动幅度，基于误差波动幅度进行置信度评估得到节点置信度；

23、获取设备控制器的拓扑路径，基于拓扑路径中各个时钟节点的稳态偏差、误差波动幅度及节点置信度，得到设备控制器的累积误差，所述累积误差包括累积稳态偏差、累积波动幅度及路径置信度。

24、作为一种可实施方式，所述演出时间线包括动作触发时间、动作持续时间、作用设备及相关参数。

25、作为一种可实施方式，所述通过演出内容得到演出时间线，主控服务器根据演出时间线获取演出动作相应的设备控制器，根据设备控制器的设备类型获取设备控制器的物理响应延迟，结合累积误差、演出时间线及预设设备控制器的优先级向相应设备控制器发送执行指令，设备控制器根据执行指令触发相应的演出动作，包括以下步骤：

26、基于演出内容设置演出时间线，根据演出时间线得到演出动作相应的设备控制器，基于设备控制器的设备类型获取设备控制器的物理响应延迟；

27、获取设备控制器相应的累积误差，通过累积误差中的累积稳态偏差及累积波动幅度，结合设备控制器的物理响应延迟，得到设备控制器的补偿偏移量；

28、预设置信度阈值，若设备控制器的路径置信度满足置信度阈值，则基于演出时间线得到演出动作的初始动作触发时间，根据初始动作触发时间及补偿偏移量，得到动作触发时间；

29、通过动作触发时间及演出动作形成执行指令，设备控制器基于执行指令触发相应的演出动作；

30、若同一时间存在多个演出动作需要触发，则基于演出动作的优先级得到触发的演出动作顺序。

31、作为一种可实施方式，还包括：

32、设置备用主控服务器，备用主控服务器持续监听网络的时钟报文；

33、备用主控服务器基于时钟报文判断主控服务器是否出现故障，若是，则根据备用主控服务器的时钟参数进行质量评估，根据质量评估结果选择备用主控服务器作为主控服务器，所述时钟参数包括时钟优先级、时钟等级、时钟精度及时钟稳定性。

34、一种演出设备的时间同步控制系统，包括：

35、节点获取模块，根据时钟服务器架构的拓扑结构获取时钟节点，所述时钟节点包括主控服务器、分控服务器及设备控制器；

36、同步调整模块，获取时钟节点的节点类别，根据节点类别获取时钟节点之间的节点误差，通过节点误差在时钟节点之间进行时间同步调整，得到调整后的时钟服务器架构；

37、误差计算模块，通过调整后的时钟服务器架构的拓扑结构得到设备控制器的拓扑路径，获取拓扑路径中时钟节点之间的即时残差及历史即时残差，基于历史即时残差、即时残差及拓扑路径得到设备控制器相应的累积误差；

38、指令触发模块，通过演出内容得到演出时间线，主控服务器根据演出时间线获取演出动作相应的设备控制器，根据设备控制器的设备类型获取设备控制器的物理响应延迟，结合累积误差、演出时间线及预设设备控制器的优先级向相应设备控制器发送执行指令，设备控制器根据执行指令触发相应的演出动作。

39、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如下任意一项所述的方法：

40、根据时钟服务器架构的拓扑结构获取时钟节点，所述时钟节点包括主控服务器、分控服务器及设备控制器；

41、获取时钟节点的节点类别，根据节点类别获取时钟节点之间的节点误差，通过节点误差在时钟节点之间进行时间同步调整，得到调整后的时钟服务器架构；

42、通过调整后的时钟服务器架构的拓扑结构得到设备控制器的拓扑路径，获取拓扑路径中时钟节点之间的即时残差及历史即时残差，基于历史即时残差、即时残差及拓扑路径得到设备控制器相应的累积误差；

43、通过演出内容得到演出时间线，主控服务器根据演出时间线获取演出动作相应的设备控制器，根据设备控制器的设备类型获取设备控制器的物理响应延迟，结合累积误差、演出时间线及预设设备控制器的优先级向相应设备控制器发送执行指令，设备控制器根据执行指令触发相应的演出动作。

44、一种演出设备的时间同步控制装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如下任意一项所述的方法：

45、根据时钟服务器架构的拓扑结构获取时钟节点，所述时钟节点包括主控服务器、分控服务器及设备控制器；

46、获取时钟节点的节点类别，根据节点类别获取时钟节点之间的节点误差，通过节点误差在时钟节点之间进行时间同步调整，得到调整后的时钟服务器架构；

47、通过调整后的时钟服务器架构的拓扑结构得到设备控制器的拓扑路径，获取拓扑路径中时钟节点之间的即时残差及历史即时残差，基于历史即时残差、即时残差及拓扑路径得到设备控制器相应的累积误差；

48、通过演出内容得到演出时间线，主控服务器根据演出时间线获取演出动作相应的设备控制器，根据设备控制器的设备类型获取设备控制器的物理响应延迟，结合累积误差、演出时间线及预设设备控制器的优先级向相应设备控制器发送执行指令，设备控制器根据执行指令触发相应的演出动作。

49、本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

50、本发明通过硬件时间戳网卡直接在物理层记录报文收发时间，不经过操作系统软件栈，相较于传统方法提高了时间同步控制的准确率；本发明中时间同步控制方法运行于标准以太网上，不需要布设专用的同步线缆，省掉了大型演出中大量同步线缆的铺设和管理工作，节约了人力及物力成本；此外，本发明采用统一的软件平台管理，支持远程监控和诊断，减少运行过程中的人为干预，并且通过配备备用主控服务器，避免服务器失效导致系统瘫痪的问题。