CN101094222A - 一种改善远距实时串流视讯传输及储存的反射器及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改善多点对多点远距实时串流视讯传输及储存的反射器及方法,其中:所述反射器被设置于包含数字监控、视讯服务器之被监控端与至少包含有串流服务器之伺服端之间;该反射器用于:接收以rtp实时协议格式输入的、来自数字监控、视讯服务器及另一反射器的视讯资料;随时将输入反射器之实时协议储存于储存装置内之视讯原始数据暂存区,于固定时段转档成mp4档储存后,被转档的原始数据即予删除;将储存于储存装置的rtp实时协议随时反射到至少以下设备之一:其它反射器、视讯转码器、实时播放器、串流服务器或其它需要rtp实时协议视讯资料的设备。这样,可减轻串流服务器的负担,降低整个传输系统的建设成本。
Description
技术领域
本发明属于一种网络传输的设备和方法,尤其是一种改善多点对多点远距实时串流视讯网络传输及储存的反射器,和使用反射器改善多点对多点远距实时串流视讯传输及储存、以稳定及扩充负载的方法。
背景技术
目前实时影像传输的通路主要有三种:卫星传送、有线网络(如光纤)传输及无线网络传输。由于卫星传送设备费用及技术难度较高,有线网络传输又受环境和频谱资源限制,无线网络传输虽然容易发生传讯不良、资料遗失、大灾难(disaster)、等待时间(latency)等现象和大量串流服务器之购置成本的困扰,但其接收端便于携带、自由移动的特性,确能满足现代人信息的需求。尤其当使用于监视系统及视讯系统,逐渐普及化的无线宽频,已成为多数人想当然的选择。
传统远距实时串流视讯传输多是将数字监控(DVR)或影像服务器(video server)设在伺服端,透过局域网络(LAN)与串流服务器连接,由DVR直接将视讯串流(Video Streaming)送到串流服务器器(Streaming Server),然后再用另一台计算机或服务器内部的计算机读取并储存于硬盘中。其特点是:所有的资料流量都必须经过串流服务器处理之后才能储存到硬盘,串流服务器的忙碌可想而知。串流服务器需要负责的工作除了串流、继电(relay)之外,还要提供储存的功能,因此,串流服务器在实时串流视讯传输系统中成为负载的主要瓶颈,每个视讯源都必须经过串流服务器处理,而串流服务器所能处理的能力就日益扩增的需求而言,是如此的无能为力。以至于造成所能负载的影像相对减少,实时串流性不足,影像画面等待时间(latency),影响监视的品质。就进入实时影音传输的时代,各地都需要实时的视讯,而以局域网络(LAN)由伺服端统一监控的方式逐渐被质疑。
监视、实况转播或录像之目的,本为实时得到一个完整的讯息,但以目前之技术,除录像储存之目的尚可达成外,由于串流服务器所能负载的影像不甚理想,结果造成硬盘输入/输出(disk I/O)容易遇到瓶颈。一方面末端监视设备数量种类较之以往要求更多,资料协议各有不同,实时协议rtp(Real-Time Protocol)/rtcp实时控制协议(Real-Time Control Protocol)/实时流协议rtsp(Real-TimeStreaming Protocol),甚至超文字传输协议http(HypertextTransport Protocol)等,都被不同的视讯载具所需求。最重要的是,远程监视系统多不再限制被监控端与监控端系统数量,分辨率之要求亦逐年提高,服务器的负载相对急遽增加,处理时间倍增,造成监视之困难。
近几年快速发展的NVR(Network Video Recorder)网络影音录像,虽然有取代伺服端计算机的作用,网络附着储存器(NAS-NetworkAttached Storage)或储存局域网络(SAN-Storage Area Network)也逐渐崛起于最新的远程监控系统中,使网络实时串流视讯传输系统兼具储存功能,改善先前伺服端不具储存功能的问题,然而rtp型的NVR仍有以下问题至今难以改善:
1.使用rtp型NVR的串流服务器需要把所有经过的视讯串流(video streaming)全部写到网络附着储存器NAS或储存局域网络SAN。一台需要负责把所有经过的视讯串流写到硬盘或储存器的串流服务器,由于硬盘输出/输入(disk I/O)的限制,大约只能支撑200个视讯串流(video streaming)输入,如果有100万个视讯影像源需要处理,势必需要5000台的串流服务器、5000台的网络附着储存器和5000个IP。主要原因是:串流服务器的disk I/O根本来不及写到储存器。
2.使用rtsp方式读取视讯串流,并不能准确的定时产生一个档案。主要原因是:rtsp的沟通需要长达5至120秒钟的一大段时间处理,所以产生的档案时间性并不准确,等待时间(latency)误差达5至120秒。
3.从宽域网络WAN来的rtp容易被网络的其它资料″碰撞″而遗失(根据rtp的特性是不会重传的),所以从Streaming Server看到的视讯品质总是令人质疑。因此只能在不考虑频宽(bandwidth)和储存(storage)的局域网络(LAN)使用。这也就是很少人愿意使用网络代替SNG卫星转播的原因。
21世纪电子技术的复杂性,天空和太空中传送的信息的信号动辄以兆字节(terabyte)来定义。这些信号在无线局域网络、先进蜂窝系统、基于地面和卫星的多媒体数字广播系统中的有线网络电缆和光网络光纤中传输。这些通信系统和广播系统非常复杂,它们产生并发送的那些载满信息的信号也是非常复杂,已经不是有限的串流服务器可以负荷。有限的频宽和数据量的爆炸性成长需要更增加高负载、实时与安全的通信系统。被监控端与监控端移动式环境更是影像视讯传输真正的目标。
发明内容
本发明的目的在于,克服上述现有技术的缺点,在网络实时串流视讯传输系统中,减轻串流服务器的负担,降低整个传输系统的建设成本。具体而言:
本发明第一个目的在于:改善以宽域网络WAN传输实时串流视讯,以达到任何WAN可及之处都可以顺利传输实时视讯到多点远程,并且保持视讯的实时性与完整性。
本发明第二个目的在于:改善数字录像机DVR或者视讯服务器(Video Server)自各地远程传送出来的rtp/rtcp/rtsp资料如何完全并且安全透过宽域网络(Wide Area Network)送达伺服端的反射器的问题。因为只有改善从WAN传送的资料不遗失,才能真正改善远程传输的问题;只有使用WAN直接传输rtp/rtcp/rtsp资料,才能改善DVR不在伺服端的问题;只有改善远距传输的问题,才能真正跨越国界、地界,随时将最新的视讯,(也许是新闻报导、实时的戏剧演出)从世界的一个小角落实时传到世界的每一个角落;只有改善rtp可以安全地透过WAN传输到远距伺服端,才可能改善串流服务器负载瓶颈的问题。
本发明第三个目的在于:减轻串流服务器的负担,使串流视讯传输系统所能负载的影像源不需因串流服务器的扩充才能增加,甚至在不增加串流服务器数量的情况下,系统仍能以数十倍以上的比例增加负载能力,不仅减少硬盘输入/输出(Disk I/O)瓶颈,更重要的是:使得影像撷取端的数量可以大幅增加,视讯更流畅,系统功能可以更复杂、更提升,串流服务器处理的速度更为加速,相对的减少串流服务器的数量。
本发明第四个目的在于:减轻并平衡系统中各串流服务器(Streaming Server or Relay Server)之间负载的问题,提高串流服务器之使用率及效益。
本发明第五个目的在于:达到避免有如美国911恐怖攻击事件资料大灾难(disaster)之安全性功能。
本发明第六个目的在于:可以实时照顾到一些需要等待时间较小的播放器,以达到实时监视的功能。
本发明第七个目的在于:提供不同的视讯编码(video codec)给可能新出现的视讯载具和不同的视讯接收者。
本发明第八个目的在于:降低系统建置成本。
本发明第九个目的在于:提高每一串流服务器所能监控端与被监控端数量与协议种类。
本发明最终的目的在于:平衡并降低实时协议(rtp)在WAN传输及服务器储存瓶颈,使世界更多的小角落可以透过WAN更方便地将实时讯息传递给世界各地。
为了实现上述目的,本发明提出的技术方案为:提供了一种改善多点对多点远距实时串流视讯传输及储存瓶颈的反射器,其中:
多个所述反射器被设置于包含数字监控、视讯服务器之被监控端与至少包含有串流服务器之伺服端之间,
所述反射器包括:
一接收区,用于接收以rtp实时协议格式输入的、来自数字监控、视讯服务器及另一反射器的视讯资料;
一储存装置,用于随时将输入反射器之实时协议储存于储存装置内之视讯原始数据暂存区,于固定时段转档成mp4档储存后,被转档的原始数据即予删除;
一反射区,用于将储存于储存装置的rtp实时协议随时反射到至少以下设备之一:其它反射器、视讯转码器、实时播放器、串流服务器或其它需要rtp实时协议视讯资料的设备。
为了进一步实现本发明的目的,本发明提出了另一个技术方案:提供了一种使用反射器改善多点对多点远距实时串流视讯传输及储存瓶颈之方法,其中:
多个反射器被设置于包含数字监控、视讯服务器之被监控端与至少包含有串流服务器之伺服端间;
该方法包括如下步骤:
传输步骤:被监控端与伺服端间之实时协议视讯资料,系以建构隧道的方式于宽域网络建立独立之传输层与网络层隧道空间传输;
储存/压缩步骤:反射器配置有储存装置,随时将输入反射器之实时协议储存于储存装置内之视讯原始数据暂存区,于固定时段转档压缩成mp4档储存后,被转档的原始数据即予删除;
反射步骤:反射器随时将接收到的rtp实时视讯反射给以下多个接收设备:串流服务器、视讯转码器、异地备援反射器、实时性监视设备。
本发明的有益效果在于:改善了以宽域网络WAN传输实时串流视讯,达到了任何WAN可及之处都可以顺利传输实时视讯到多点远程,并且保持视讯的实时性与完整性,平衡并降低实时协议(rtp)在WAN传输及服务器储存瓶颈问题。
附图的简要说明
图1为本发明用于实时串流视讯系统中一种实施方式示意框图。
图2为本发明的另一种实施方式之结构示意图。
图3为本发明反射器的一种反射示意框图。
主要组件符号说明:
1 被监控端
11 12 数字监控DVR
13 视讯服务器Video Server
2(1) 2(2) 2(3) 2(4) 反射器
211 213 215 217视讯原始数据暂存区
212 214 216 218视讯资料储存区
3 3(1) 3(2) 伺服端
33 34 串流服务器
4 网际网络
5 监控端
51 3G手机
52 计算机
53 视讯载具
54 实时性监视设备
6(1) 6(2) 视讯转码器
具体实施方式
为了实现本发明的目的,本发明人采取的第一个巧妙手段即是:在DVR或者Video Server与设于串流服务器之前的反射器之间,反射器与伺服端之间,反射器与反射器之间,以架设rtp网络隧道的方式,将传输层设定在rtp-over-tcp网络层隧道中,使在远程的DVR或者Video Serve所传送出来的资料,即使透过宽域性网络(WideAreaNetwork)都可以在隧道(tunnel)中受到保护,保持传递资料的完整性与快速性。彻底改善从WAN传来的rtp/rtcp/rtsp视讯资料容易被网络的其它资料“碰撞”而遗失和资料等待时间(latency)的问题,最重要的是改善串流服务器输入视讯源由视讯串流变更为rtp实时协议,提供多点对多点远距传输一个极具安全与快速的方案。
本发明第二个巧妙手段在于:重整伺服端架构,提高串流服务器负载能力。
伺服端之串流服务器主要包括网页服务器、视讯服务器及使用者验证服务器。网页服务器负责提供包含无线接收器、网络摄影机、数字摄影机、DVR之被监控端、与包含个人计算机或笔记型计算机、视讯载具、以及3G手机等行动装置之监控端的使用者接口;而视讯服务器则是提供视讯影音串流传输功能及视讯影音的管理;使用者验证服务器(User Authentication Server)则验证使用者之合法性。由此,串流服务器在视讯影音串流传输的重要性和关键性瓶颈是可想而知。
于是本发明人先将串流服务器中需要最大负载的视讯影音串流传输功能及视讯影音的管理功能提出,由一组反射器(Reflector)负责处理,除了可以分散快速处理实时影像资料,平衡各串流服务器负载之外,反射器的反射功能可以随时将rtp raw data直接输出到需要等待时间(latency)较小的播放器,达到实时播放或监看的目的,或输出rtp资料到特殊的视讯转码器转成不同的视讯编码(video codec)送回串流服务器。
反射器(Reflector)是一个经常提供多重统一格式串流(multipleunicast streams)替代多种模式(multicast)以仿真一个存取栅极节环境(Access Grid Node environment),作为桥梁(bridge),以镜射和转运的方式传输视讯源,并配置有储存器之一种组件。其最大的效用即在于:具有同时反射所接收到的rtp实时协议到多个指定的接收端,如异地备援的反射器、视讯转码器、串流服务器、实时性监视设备等。
本发明很特别之处在于:串流服务器的主要功能中,仅保留负责提供被监控端与监控端两端的使用者接口和使用者验证,除非有使用者提出要求(request),且通过认证,才会打开连接端口(port)或继电器(relay),以读取rtp资料,否则,串流服务器平常闲置(idle)状态并不处理r tp实时协议视讯资料。这使得串流服务器的负载空间大幅度提高,间接降低网际网络通讯协议IP(Internet Protocol)的用量。
本发明另一独特之处在于:此反射器设有传输、储存与压缩的功能,反射器随时将raw data储存于如硬盘、网络储存器之储存装置中,除保持资料的安全性外,定时转档成Hited mp4档,并于转档完成后删除原始数据(raw data),使得所有资料在还没有传输到串流服务器之前,即得到完整和安全性的保存。因此当任何断电或断线情况发生时,都不会造成资料遗失,并且可以得到大量的网络储存容量。以一个100kbps/sec的mp4为例,一个月连续收录的影像资料大约是30Gbytes,若一台反射器的网络储存空间有3Tbytes,则每一台反射器可同时摄录100个影像达一个月之久。这样的储存能力,自然使得所有处理的视讯资料得以保持安全性与画面顺畅的最大效益。
因为反射器具有超强的处理能力,又具有强大的储存空间,最重要的是它全反射的功能,可以随时将raw data反射到另一组伺服端作异地备援,直接反射到串流服务器,甚至直接反射到实时性监视设备,加速资料之传输,并避免掉伺服端的硬盘I/O遇到瓶颈时之资料遗失,最重要的是,异地备援(remote backup)的功能使得大灾难(diaaster)的发生亦不影响视讯资料的安全性。
多点对多点远距实时传讯可以直接透过反射器的反射实时反应,反射器亦可以随时将接收到的或储存的rtp反射到另多个反射器、继电器或服务器等,迅速将rtp传输到需要的区块,作多重的保护,并提供极大的网络负载。
本发明最大的特点在于:反射器不仅犹如串流服务器分散在外、数量可以千百计的小型加工厂,随时分工处理接收到的实时影像资料,由于储存、反射、异地备援(remote backup),使串流服务器的数量可以大幅减少,更藉由串流服务器数量之减少,减少IP使用量,使伺服端的建置成本大幅降低。
本发明的关键在于:反射器被设置于包含数字监控(DVR)、视讯服务器(Video Server)之被监控端与至少包含有串流服务器(St reamingServer)之伺服端间;被监控端至反射器间之数据传输,系以架设隧道的方式于宽域网络(WAN)建立独立之rtp传输层与网络层隧道(tunnel)空间;反射器附设之储存装置,随时将输入反射器之实时协议储存于储存装置内之暂存区,俟固定时段转档成mp4档储存后,即予删除。
反射器的关键在于:有一储存装置为反射器所使用;来自数字监控、视讯服务器及另一反射器之视讯资料系以rtp实时协议格式输入;有一转文件程序为压缩储存区内之协议资料而设计;反射器之反射功能将输入之资料实时存入储存装置之暂存区,并于每一个设定时段转档为mp4档;反射器之反射功能将储存于暂存区之rtp实时协议随时反射到其它反射器、视讯转码器、实时播放器、串流服务器或其它也需要rtp实时协议视讯资料之设备。
图1为本发明在实时串流视讯系统中一种实施方式示意框图。具有同时反射所有接收到之rtp资料到各种对rtp资料有需要之设备之反射器2(1),2(2),2(3),2(4)与视讯转码器6(1),6(2)被设置于伺服端3,串流服务器33之前置位置。
所有由被监控端1之数字监控11,12及视讯服务器13输出的rtp实时协议视讯经由rtp/rtcp隧道,通过WAN网络进入2(1),2(2),2(3),2(4)各反射器中。此时反射器即依设定,同一时间将r tp视讯反射给提供异场备援的反射器2(2),2(3),2(4),2(1)提供不同编码的视讯转码器6(1),6(2)、需要等待时间较小的实时性监视设备54、和统筹负责使用者验证和网页伺服的串流服务器33等,并将rtp原始数据(raw data)储存入反射器内部各自之视讯原始数据暂存区211,213,215,217,待设定之时间,转档为mp4,储存于视讯资料储存区212,214,216,218,该被转档之原始数据(raw data)即被删除。
反射器彼此交互反射或备援,最大的目的即在于实时平衡各伺服端、各串流服务器间之负载,不会有某一串流服务器超负载,而某一串流服务器轻负载的现象发生。
由于各个编码的视讯转码器6(1),6(2)、需要等待时间较小的实时性监视设备54、和统筹负责使用者验证和网页伺服的串流服务器33等自反射器接收之rtp视讯资料,几乎是与反射器接收到来自被监控端rtp视讯资料为同一时间,除了减少等待时间(latency),更确保异地备援与平衡串流服务器负责的效果,并且使串流服务器33免掉处理储存的时间与负载,可以专心处理使用者验证与网页。
图2为本发明之另一种实施方式之结构示意图。反射器2(1)与2(2)分别隶属不同地区的伺服端3(1),3(2),因此当伺服端3(1)遇到重大灾难或者被窃,伺服端完全受毁或遗失时,异地备援反射器储存之视讯资料完全可以获得保存。这在信息时代,确是非常重要的需求。串流服务器33,34及反射器2(1),2(2)非仅指单一串流服务器及反射器,乃为多个串流服务器及多个反射器的代表,因之,当串流服务器33中之某一串流服务器负载有过于增加的趋势时,反射器自动会根据软件侦测,利用交互备份和反射的功能,将视讯资料交给负载比较小的串流服务器。同样的道理,异地备援的功能除了具有防止大灾难之资料损毁之功能外,平衡各伺服端负载,亦是本发明一项极重大之贡献。
图3为本发明反射器之一种反射示意框图。反射器2(1)除了具有同时对多区块之反射功能外,减少所有视讯资料都必须经由串流服务器处理之后才能取得资料之等待时间(latency),更使得串流服务器之负载大幅降低。
每一个监控端之DVR/Video Server都可以将rtp实时视讯穿过由反射器控制的WAN网络层隧道将rtp传输给任一反射器。
反射器数量之多寡主要视需要处理的视讯流量而定。通常一台的串流服务器只能提供200个视讯串流输入(video streaming input)。如果一个伺服端需要处理的视讯源(video source)有100万个,就先前技术而言,则必须配备5000台的器流服务器和5000台的网络附着式储存器NAS(Network Attached Storage),或者储存局域网络SAN(Storage Area Network),好把经过的视讯串流处理之后储存在网络的储存区。而反射器即是一取代部份串流服务器功能,并具有储存功能的一种组件。由于反射器所输出的视讯为rtp协议,使得rtp/rstp串流服务器处理rtp输入的能力可以达到10000个rtp。因此在相同100万个视讯源的情况下,直接输入串流服务器的配置方式需要5000台的串流服务器和5000台的网络附着式储存器NAS,而使用本发明之方法者,只需要100台串流服务器和5000个附设有储存装置之反射器,各反射器之间交互备份,调整各负责传送资料之反射器与串流服务器间之组合,使各串流服务器之负载得以平衡。也因此,使用的网际网络通讯协议IP(Internet Protocol)也将由5000条降为100条,这正是本发明最大价值之一。
Claims (22)
1、一种改善多点对多点远距实时串流视讯传输及储存的反射器,其特征在于:
多个所述反射器被设置于包含数字监控、视讯服务器之被监控端与至少包含有串流服务器之伺服端之间,
所述反射器包括:
一接收区,用于接收以rtp实时协议格式输入的、来自数字监控、视讯服务器及另一反射器的视讯资料;
一储存装置,用于随时将输入反射器之实时协议储存于储存装置内之视讯原始数据暂存区,于固定时段转档成mp4档储存后,被转档的原始数据即予删除;
一反射区,用于将储存于储存装置的rtp实时协议随时反射到至少以下设备之一:其它反射器、视讯转码器、实时播放器、串流服务器或其它需要rtp实时协议视讯资料的设备。
2、如权利要求1所述的反射器,其特征在于:所述反射器在同一伺服端交互备份,以平衡串流服务器负载。
3、如权利要求1所述的反射器,其特征在于:所述反射器在不同伺服端之间交互备份,以平衡各伺服端负载。
4、如权利要求1所述的反射器,其特征在于:所述储存装置为一硬盘。
5、如权利要求1所述反射器,其特征在于:所述储存装置为网络附着式储存器。
6、如权利要求1所述放射器,其特征在于:所述储存装置为储存局域网络。
7、一种使用反射器改善多点对多点远距实时串流视讯传输及储存的方法,其特征在于:
多个反射器被设置于包含数字监控、视讯服务器之被监控端与至少包含有串流服务器之伺服端间;
该方法包括如下步骤:
传输步骤:被监控端与伺服端间之实时协议视讯资料,系以建构隧道的方式于宽域网络建立独立之传输层与网络层隧道空间传输;
储存/压缩步骤:反射器配置有储存装置,随时将输入反射器之实时协议储存于储存装置内之视讯原始数据暂存区,于固定时段转档压缩成mp4档储存后,被转档的原始数据即予删除;
反射步骤:反射器随时将接收到的rtp实时视讯反射给至少以下多个接收设备之一:串流服务器、视讯转码器、异地备援反射器、实时性监视设备。
8、如权利要求7所述的方法,其特征在于:所述串流服务器仅执行如下步骤:提供被监控端与监控端两端使用者接口和使用者验证。
9、如权利要求8所述的方法,其特征在于:如果有使用者提出请求,且经过认证,所述串流服务器打开连接端口或继电器,以读取rtp资料。
10、如权利要求7所述的方法,其特征在于:其中所述反射器执行如下步骤:
反射器操作所述储存装置,使来自数字监控、视讯服务器及另一反射器之视讯资料系以实时协议视讯资料输入、储存;
反射器将输入之实时协议视讯资料实时存入储存装置之视讯原始数据暂存区,并于每一个设定时段转档为mp4档;
反射器将储存于视讯原始数据暂存区之rtp实时协议视讯资料随时反射到其它反射器、视讯转码器、实时播放器、串流服务器。
11、如权利要求7所述的方法,其特征在于:所述反射器之储存装置为一硬盘。
12、如权利要求7所述的方法,其特征在于:所述反射器之储存装置为网络附着式储存器。
13、如权利要求7所述的方法,其特征在于:所述反射器之储存装置为储存局域网络。
14、如权利要求7所述的方法,其特征在于:所述反射器随时将输入之资料以遥控方式输出至另一反射器中作为异地备援。
15、如权利要求7所述的方法,其特征在于:传输层与网络层隧道为rtp专用隧道。
16、如权利要求7所述的方法,其特征在于:传输层与网络层隧道为rtcp专用隧道。
17、如权利要求7所述的方法,其特征在于:传输层与网络层隧道为rtsp专用隧道。
18、如权利要求7所述的方法,其特征在于:串流服务器可以为卫星所代替。
19、如权利要求7所述的方法,其特征在于:反射器被设置于伺服端内,为一组群结构。
20、如权利要求7所述的方法,其特征在于:反射器在同一伺服端交互备份,以平衡各串流服务器之负载。
21、如权利要求7所述的方法,其特征在于:反射器在不同伺服端间交互备份,作为平衡负载与异地备援之用途。
22、如权利要求7或19所述的方法,其特征在于:反射器群组与串流服务器群组随时以视串流服务器之负载平衡需要作不同的传输通路。
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