CN101202902A - 具有数字版权管理的p2p流媒体网络传输结构设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有数字版权管理的实时流媒体P2P网络传输系统设计方法，采用加密技术对流媒体进行实时加密，实现数字内容版权保护；采用认证服务器实现P2P网络的Peer管理、认证、授权；采用索引服务器实现Peer管理，聚类，选择以及共享服务等；采用Peer聚类技术，使得播放同一节目源的异构Peer之间可提供下载和上传服务；采用分布式的Super Node存放流媒体源；采用Peer Buffer缓存管理技术实现异构Peer之间的上传和下载服务；通过采用调度算法实现Block级并行下载。Peer既可以是客户端也可以是服务器，这样可以充分利用Peer之间的资源，大大减少服务器的负载，以更好的质量实现流媒体的实时传输。能满足流媒体网络传输服务和用户Peer的实时需求。
Description
技术领域
本发明属于视频编码及网络传输领域。具体涉及到具有数字版权管理的流媒体在异构IP网络的P2P(Peer-to-Peer)实时传输的体系结构设计方法。
背景技术
P2P分布式网络传输结构改变了传统流媒体传输播放方式-Client/Server集中式网络模式，充分利用了客户端之间的闲置存储资源，平衡了流媒体网络媒体服务器的负载，增加了所支持客户数目，实时性和整个流媒体直播或点播传输网络负载均衡性。但是采用纯粹的P2P分布式网络传输结构，其用户Peer的管理及数字媒体内容版权管理方面，是目前流媒体P2P直播或点播中所面临的主要问题，也因此限制了P2P流媒体的应用和发展。
发明内容
根据上述背景技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供具有数字版权管理的，能自适应异构IP传输网络下实时流媒体传输的Peer-to-Peer(P2P)体系结构设计方法。
为了实现上述任务，本发明采用的技术解决方案是：
一种具有数字版权管理的流媒体在异构IP网络下实时传输的Peer-to-Peer体系结构设计方法，其特征在于，具体包括下列步骤：
采用加密技术对流媒体进行实时加密，实现数字内容版权保护；
采用认证服务器作为Peer用户首次登陆流媒体传输网络的服务器，用于实现用户的管理和认证，得到认证和授权的用户，可以从认证服务器上获得分布式索引服务器的地址，以及所要点播内容的密钥。
采用分布式索引服务器作为用户获得密钥后登陆流媒体传输网络的服务器；获得密钥的用户连接一个索引服务器，获得Peer群，下载相应的流媒体内容，经解密后播放。每一个Peer保持与一个索引服务器稳定连接。索引服务器存储Peer端的信息包括IP地址，Port以及Buffer的内容信息。每个Peer都会周期性的获得相关节目信息和Peer的Buffer信息；
索引服务器把得到授权和认证的用户根据节目进行聚类，使得播放同一流媒体节目源的用户成为一类，以使得属于一类的用户之间实现最大的共享服务；用户端既可以作为服务器又可以作为客户端，彼此服务。
将属于流媒体码流先分成Part，并进而经二叉树分成block块，并对块进行HASH，以便网络传输、查询和纠错，下载完的Part首先验证Part的Hash值，如果一旦有错误信息，再进一步根据二叉树结构进行查找所缺少或有错误的Block块；
采用分布式的超级结点(SuperNode)服务模式，提供给用户Peer端观看的流媒体节目源，相当于一个特殊的Peer，只提供上传服务，不需要下载服务；
将下载的码流按Part-Block模式组织，存放在Buffer中，只有在Buffer中的Part完整时才可以提供上传服务，以实现用户Peer之间下载和共享服务，即Peer既可以作为客户端享有下载服务，也可以作为服务器提供上传服务，Peer Buffer中的信息及时与分布式索引服务器更新，以便其它Peer获得。
客户端Peer根据调度算法，从服务器提供的下载Peer伙伴中，根据客户端当前带宽选择能满足直播时间限制的下载伙伴并行下载。
本发明是一种具有数字版权管理的流媒体在异构IP网络下Peer-to-Peer实时传输体系结构的设计方案。通过流媒体码流分块，在认证服务器上进行认证、授权，分布式索引服务器实现聚类，选择Peer群提供下载服务，客户端经过下载解密后播放，可以实现P2P的异构网络的流媒体实时分布式传输需求，从而减少服务器的负载，提高码流传输质量，满足用户的需求的同时加强了数字媒体内容的版权保护。
附图说明
图1是本发明的第一实施例：具有数字版权管理的P2P实时流媒体系结构示意图。
图2是本发明的第二实施例：具有数字版权管理的P2P实时流媒体网络传输体系结构示意图。其中，Register Server表示认证服务器，Super Node表示超级节点，Index Server表示索引服务器，Peer表示客户端。
图3是本发明的第三实施例：Peer节点的服务控制模型示意图。
图4是本发明的第四实施例：流媒体码流文件划分结构示意图。
图5是本发明的第五实施例：Buffer管理示意图。
图6是本发明的第六实施例：Peer并行下载结构示意图。
图7是本发明的第七实施例：调度算法伪代码示意图。
下面结合附图和发明人给出的实施例对本发明进一步详细说明。
具体实施方式
本发明提供的具有数字版权管理的流媒体在异构IP网络下实时传输的Peer-to-Peer体系结构设计方法，可以实现流媒体在P2P异构网络实时传输，满足流媒体传输网络服务和用户的需求。具体包括：
1)通过“加密”技术实现流媒体内容的加密操作；
2)通过“认证服务器的P2P架构”技术实现流媒体内容的数字版权管理和Peer认证和分发密钥等操作；
3)通过“分布式索引服务器的P2P架构”技术实现流媒体的Peer信息管理和Peer Buffer共享信息等操作；
4)通过“Peer节目聚类”技术，实现播放同一节目源的用户管理和共享；
5)通过“流媒体码流分块”技术，实现流媒体内容的共享和纠错。
6)通过“分布式SuperNode”技术，提供稳定的流媒体节目源。
7)通过“Peer Buffer缓存”技术，实现用户Peer间之间的下载和上传服务。
8)通过“调度算法”技术，实现选择满足时间约束的Peer并行下载服务。
上述“加密”技术是，采用实时加密算法实现对流媒体实时加密，经过加密的流媒体如果没有正确密钥，则不能正确播放。不同流媒体具有不同的密钥。
上述“认证服务器的P2P架构”技术是，采用认证服务器作为Peer用户首次登陆流媒体传输网络的服务器，来获得相应流媒体的密钥，实现用户的管理和认证。得到认证和授权的用户之间可以同时作为服务器和客户端彼此服务。认证服务器同时存储相应流媒体密钥和分布式索引服务器的地址。
所述“分布式索引服务器的P2P架构”技术是，采用分布式索引服务器作为用户获得密钥后登陆流媒体传输网络的服务器；索引服务器同时存储Peer端的信息，其中包括Buffer的内容信息。每个新加入的Peer都会周期性的获得相关节目信息和Peer的buffer信息。
所述“Peer节目聚类”技术是，把得到认证和授权的用户根据节目进行聚类，使得播放同一流媒体节目源的用户成为一类，以使得属于一类的用户之间实现最大的共享服务。
所述“流媒体码流分块”技术是，将属于流媒体码流先分成Part，并进而经二叉树分成块(block)，并对块进行HASH，以便网络传输、查询和纠错。下载完的Part首先验证Part的Hash值，如果一旦有错误信息，再进一步根据二叉树结构进行查找所缺少或有错误的Block块。
所述“分布式SuperNode”技术是，采用分布式的超级结点服务模式，提供给用户Peer端观看的稳定流媒体节目源，相当于一个特殊的Peer，只提供上传服务，不需要下载服务。
所述“Peer Buffer缓存”技术是，将下载的同一码流按Part-Block模式组织，存放在Buffer中。只有在Buffer中的Part完整时才可以提供上传服务，以实现用户Peer之间下载和共享服务，即Peer既可以作为客户端享有下载服务，也可以作为服务器提供上传服务。Peer Buffer中的信息及时与分布式索引服务器更新，以便其它Peer获得。
所述“调度算法”技术是，客户端Peer根据所要播放流媒体的下载单元Part-Block时间约束，从服务器获得的合作Peer伙伴中，选择满足约束条件的Peer作为下载伙伴，实现并行下载。
按照上述技术方案，发明人给出了以下的实施例。
图1给出了第一实施例的实时流媒体的体系结构，由视频源，视频源编码器，流媒体实时加密器以及视频传输网络。本实施例并不规定流媒体实时加密算法，在本实施例中采用混沌加密算法实现流媒体实时加密。所采用的混沌加密序列为
xn+1＝μ·xn(1-xn) (1)
这里xn∈(0，1)，n＝1，2，...μ∈(0，4)。初始化x0和μ值是密钥，所生成的序列与流媒体视频源的关键数据如运动矢量和DCT码流进行异或后实现加密。
图2给出了第二实施例的流媒体的P2P实时传输网络的体系结构，由认证服务器、索引服务器、分布式的“SuperNode”和多个用户Peer组成。本实施例并不规定数据实时传输数据协议，在本实施例中TCP用于Peer建立连接和传输数据，UPD协议只是用来加强Peer之间的信息和服务器的信息的传递。对于索引服务器，可以扩展为分布式索引服务器，以提高整个网络架构的性能。
在本实施例中，新加入的用户Peer首先通过流媒体P2P网络架构的认证服务器获得授权、认证、密钥和索引服务器地址；索引服务器根据Peer的需求进行“聚类”，将需要同一流媒体节目源的Peer分成一个Group。这样一个Group内的Peer之间下载的流媒体内容相互关联，可以形成更好的共享服务和分布式传输。索引服务器存储“SuperNode”上的流媒体节目源，正在下载节目的Peer群、IP和端口，以及Peer Buffer缓存信息和正在下载的文件Part等信息。存放在SuperNode上的流媒体节目源通过“流媒体码流分块”技术将流媒体的码流文件分成Part，进一步根据二叉树算法分成块block，形成Part-Block树结构。Peer之间是通过“Buffer缓存技术”进行共享和通信的，Buffer中的流媒体的Part信息随时与服务器更新，同时Peer之间也相互搜索其Buffer中的Part信息，并根据一定调度算法，在一定的时间约束下，相互选择所需求Part中的Part-Block(如3个block)作为下载单元和时间约束单元，实现block级的并行下载。在下载和共享服务中。Buffer中的码流数据经实时解密，传输给流媒体播放器，这样就完成流媒体在异构IP网络下的P2P实时分布式传输，实现实时流媒体传输和播放服务。
图3给出了第三实施例的Peer节点控制模型。Peer_Management负责与索引服务器通信，下载与其相关的Peer群，并更新Peer buffer的信息，包括已下载、正在下载的Data Part信息等；Data_Part_Schelduler负责控制和选择所要下载的part中的Block，即根据时间和带宽约束，求得传输当前所需Block的Peer，并与其建立连接实现下载和上传；Peer_Buffer_Management负责管理Buffer，包括送数据给流媒体播放器Video_Player，删除Buffer中数据和填充Buffer等操作；Streaming_Decryption实现流媒体的实时解密。
在图4中给出了第四实施例的流媒体码流的分Part和Block的过程。
本实施例先将流媒体码流文件分成6MByte大小Part，然后对Part进行二叉树分解，最小Block大小128KByte，并对Part和Block进行Hash，以便下载、共享和纠错。首先对下载完的Part进行校验，一旦发现其Hash值不符，则再根据二叉树进行校验Block块的Hash值，直至确定最后的错误Block块，并根据时间约束要求重传或者丢弃。
在图5中，给出了第五实施例Buffer管理模式，Buffer存放一定数目的Part，并且只有当完整的Part下载完后才可以共享，记录已下载和已播放的Part及其Block，并计算所需要下载的Part及其Block。Peer之间根据各自的需求，相互查找其所需求的Part，并则根据时间和带宽约束，以Block为最小单位进行下载和共享服务。
在图6中，给出了第六实施例Part-Block下载模式，在一个完整的Part内选择合适的下载单元Part_Block，在满足播放时间的约束下，选择所有满足当前带宽条件的Peer作为并行下载源，实现Block级的并行下载，以Block为最小单位进行并行下载服务。
在图7中给出了第七实施例调度算法伪代码，实现Block级的并行下载。
Claims (2)
1.一种具有数字版权管理的实时流媒体P2P网络传输系统设计方法，其特征在于，具体包括下列步骤：
采用加密技术对流媒体进行实时加密，实现数字内容版权保护；
采用认证服务器作为用户首次登陆流媒体传输网络的服务器，用于实现用户的管理和认证，得到授权和认证的用户，能够从认证服务器上获得分布式索引服务器的地址，以及所要点播内容的密钥；
采用分布式索引服务器作为用户获得密钥后登陆流媒体传输网络的服务器；获得密钥的用户连接一个索引服务器，获得Peer群，下载相应的流媒体内容，经解密后播放；
每一个Peer保持与一个索引服务器稳定连接，索引服务器存储Peer端的包括IP地址、Port以及Buffer的内容信息；每个Peer都会周期性的获得相关节目信息和Peer的Buffer信息；
索引服务器把得到授权和认证的用户根据节目进行聚类，使播放同一流媒体节目源的用户成为一类，以使得属于一类的用户之间实现最大的共享服务；用户端既作为服务器又作为客户端，彼此服务；
将属于流媒体码流先分成Part，并进而经二叉树分成block块，并对块进行HASH，以便网络传输、查询和纠错，下载完的Part首先验证Part的Hash值，如果一旦有错误信息，再进一步根据二叉树结构进行查找所缺少或有错误的Block块；
采用分布式的超级结点服务模式，提供给用户Peer端观看的流媒体节目源，相当于一个特殊的Peer，只提供上传服务，不需要下载服务；
将下载的码流按Part-Block模式组织，存放在Buffer中，只有在Buffer中的Part完整时才可以提供上传服务，以实现用户Peer之间下载和共享服务，即Peer可以作为客户端享有下载服务，或者作为服务器提供上传服务，Peer Buffer中的信息及时与分布式索引服务器更新，以便其它Peer获得；
客户端Peer根据调度算法，从服务器提供的下载Peer伙伴中，根据客户端当前带宽选择能满足直播时间限制的下载伙伴并行下载。
2.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述的加密技术采用实时加密算法实现对流媒体实时加密，经过加密的流媒体如果没有正确密钥，则不能正确播放，不同流媒体具有不同的密钥。
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