CN101399690B - 一种多媒体数据传输方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多媒体数据传输方法及其系统，其方法为服务器端首先判断客户端所请求的节目块传输方式及请求人数，如果达到组播阈值则进行组播传输，否则进行点播传输，在传输过程中服务器端实时的更新节目需求清单中节目块的需求人数，从而调整传输模式；本发明的系统包括客户端、服务器端和网络部分；本发明将点播的实时响应和组播的扩展性很好的结合起来在实时响应用户的请求的同时有效利用了组播的特点，保证了系统的支持规模。

Description

一种多媒体数据传输方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种多媒体数据传输方法及其系统，尤其涉及一种点播/组播共同使用，并按块进行组播的视频点播方法及其系统，属于网络中的多媒体传输领域。

技术背景

VOD(视频点播)系统是一种提供交互式视频服务的系统，他允许使用者随时观看自己需要的多媒体节目，并可以像VCR(卡带式影像录放机)一样能够实现在使用中进行交互的功能。使用点播的方法可以即时有效的响应用户的需求以及施行各种交互。然而对于大规模的网络，单纯点播的模式将会产生高昂的成本，且扩展性差。组播可以提高系统的扩展性，但是却不能有效的提供交互式的服务。因此，点播和组播的结合使用是VOD系统经济有效的运作方式。

针对VOD中如何将组播和点播结合使用，以更好的服务用户，保证服务即时性、网络的扩展性、使用的交互性，有了不少研究成果。其中一种研究提出将视频分成块，在一个组播流中按一定顺序进行循环的播放，客户端按照自己的需求进行接收，若当前组播传输的块是不需要的则丢弃收到的包，否则保存到存储器中，等待解码播放(有具体出处则给出其出处)。这种方法有较好的扩展性，但是实时性较差，用户需要等待才能获得需要的视频。

在另一研究中，节目在组播流中按顺序播放。系统收到客户端的请求后，首先使用点播进行响应。当一段时间内，大于门限个数的的客户端请求相同节目时，则将用户合并到组播组。合并的组播与最先提出请求的客户端同步，后请求的客户端缺少的数据使用点播方式进行补给，直到这些用户缓冲区中的数据与组播流同步为止。组播建立后有新客户端提出请求时，若该客户端请求的时间与组播流的传输时间差小于某个值则将其加入到该组播，否则寻找其他组播，若没有符合条件的组播则使用点播进行传输。(有具体出处则给出其出处)。该方法中关键的时间差参数难以确定，若时间差大了，点播补给时会占用很大的用户缓冲区，太小又会限制组播的优势，使得一个组播仅被很有限的用户使用，限制了系统的扩展性。

因此，保证对用户需求的即时响应并尽量发挥组播的优势，增强系统的扩展性，是一个急待解决的的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多媒体数据传输方法及其系统，能够实现在视频点播中，将组播和点播方式更好的结合，在保证扩展性的同时兼顾服务的实时性。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提出了一种多媒体数据传输方法，其步骤为：

一种多媒体数据传输方法，其步骤为：

1)服务器端为多媒体节目建立节目信息清单，将多媒体节目数据划分为节目块，存放于存储器中，并建立相应的节目块需求清单；

2)客户端向服务器端发送节目请求信息；

3)服务器端查看所请求的节目块的传输模式，

若为组播模式，则直接将客户加入到该组播中，并修改该块的需求人数；

若为点播模式，则查看当前需求人数是否达到组播门限阈值N1，如果达到阈值则建立组播流，并将所有需求该数据块的客户端加入到该组播流中；若没达到阈值则使用点播传输模式；

4)服务器端按照上述处理进行数据传输，并在传输过程中实时更新节目需求清单；

5)客户端从网络上接收到节目数据。

所述1)中将多媒体节目数据划分为节目块的方法为：

a)将多媒体节目按照时间平均划分成n个节目块，所述节目块小于用户缓冲区的大小；

b)在节目信息清单中添加该节目的分块信息，所述信息包括块数或块时间跨度；

所述4)中实时更新节目块需求清单的方法为；

a)在点播数据传输时，当传输的数据从一个块k，进入下一个块k+1时，服务器端更新块需求信息如下：

将块k的需求人数减1；

将块k+1的需求人数加1。

点播传输的节目块的需求人数改变时，服务器端判断该块的需求人数是否达到组播门限阈值N1，如果达到则生成对应的组播流，在节目块需求清单中修改该块的传输状态，并将需求客户端加入到新建组播中；

b)当客户端退出组播流时，服务器端更新节目块需求清单，若需求人数低于组播门限阈值N2时，停止对该块组播传输，改为点播服务，并修改节目块需求清单中的传输模式为点播；向用户提供的服务从组播转为点播时，对于已经加入到某个点播的用户，应直接用已有的点播按照时间顺序进行续传，不能重复建立点播流。

所述门限阈值N2小于门限阈值N1。

所述的方法步骤5)中客户端从网络上接收到节目数据的方法为：

a)没有接收点播数据时，客户端应定期视缓冲区大小向服务器端发送对当前接收块之后数据块的请求信息；

b)加入点播时，若客户端同时还参加其他组播，则继续接收点播数据之前的组播内容，退出后续组播，即点播流传输数据之后组播流，并通过交互用点播实现数据的续传；

c)组播块接收完成时则客户端通知服务器端退出组播。

所述的方法中还包括对快进、后退、快放、快退、结束等请求的响应。

本发明提出了一种多媒体数据传输系统，包括服务器端、客户端以及网络部分；

所述的服务器端包括：

一控制服务器，用于响应客户端的各种请求、对用户进行鉴权以及调度节目服务器通过点播或组播，向客户端传送多媒体节目数据；

一节目服务器，按照所述控制服务器的调度从磁盘存储器中读取处理后的数据，为客户端提供多媒体数据传输业务，并在传输的过程中实时的调整传输模式；

一数据库模块，用于管理服务器端数据，包括节目信息清单、节目块需求清单及播放状态清单；

一数据处理模块，用于将多媒体数据源根据客户端缓冲区的信息，按照时间等分成数据块，存储于磁盘存储器中，并生成相应的节目信息清单；

一磁盘存储器，用于存储多媒体数据；

所述客户端包括：

一控制器，用于协调控制客户端各个组件共同工作；

一收发模块，用于在所述控制器的指示下接收、发送信息，与服务器端进行通信；

一缓冲存储器，用于存储从所述节目服务器接收到的多媒体数据。

本发明的积极效果为将点播的实时响应和组播的扩展性很好的结合起来在实时响应用户的请求的同时有效利用了组播的特点，保证了系统的支持规模。按照块进行的需求统计信息，可以更细致的统计系统资源和节目需求热度，便于将有大量需求的节目块单独提出来成为独立的节目，以更好的满足用户的需求。

附图说明

图1.本发明的传输方法及系统流程图；

图2.本发明的VOD系统框架结构图；

图3.服务器端响应请求工作流程示意图；

图4.客户端工作流程示意图；

具体实施例

一、基本流程

如图1所示为本发明的方法流程图，假设系统中存在节目标识号为007，长度为120分钟的一个多媒体节目。数据处理模块将其按照时间等分为10分钟长的数据块，共12块，并建立相应的节目块需求清单。节目信息清单表中至少包括块数或块时间跨度等字段，我们示例性的在节目信息清单表中有如下信息：

节目标识	长度	块数
			007	120	12
008	...	...

假设门限阈值N1为20，门限阈值N2为15，00:00时刻在对应的节目块需求清单中示例性的有如下信息：

块名	需求人数	传输模式
			007-1	...	...

007-2	19	点播
			007-3	17	组播
007-4	18	点播
			...
007-8	25	组播
			007-9	16	组播
007-10	20	组播
			007-11	19	点播
007-12	1	点播

此时，客户端A发送节目请求信息，节目请求信息中一般包括节目标识和节目块标识或可以用以计算出块号的信息，例如发送的信息为需要节目块007-3。如图3所示，当服务器端收到节目请求信息后，根据系统要求对请求信息进行验证。验证包括用户身份，请求的节目是否存在以及请求的节目时间点是否存在。若任何一项验证不合法则服务器端拒绝服务，并返回相应的错误信息。

若检验合法，控制服务器首先修改节目块需求清单中该块的需求人数为18，然后在节目块需求清单中查看该节目块的传输模式为：组播，则控制服务器直接将该组播的信息返回给客户端A。客户端工作流程如图4所示，客户端A收到此回复信息后，首先加入到组播流接收节目块007-3的数据，然后查看自己的缓冲区，发现还可以容纳下一个节目块，则向服务器端提出对节目块007-4的请求。服务器端收到请求信息后，控制服务器察看该块的传输状态为：点播，则首先修改节目块需求清单中该块的需求人数为19，然后察看其传输模式为：点播。此时控制服务器判断19＜N1＝20，则仍然以点播方式传输该块数据，并通知节目服务器和客户端A建立一个点播连接用于数据的传输。由于建立了点播传输通道，A不再定期的查看缓冲区中空闲空间的大小。此响应过程中节目块需求清单的修改如下：

块名	需求人数	传输模式
			007-1	...	...
007-2	19	点播

007-3	17-＞18	组播
			007-4	18-＞19	点播
...
			007-8	25	组播
007-9	16	组播
			007-10	20	组播
007-11	15	点播
			007-12	19	点播

假设有客户端B接收的点播数据传输007-11完成转而进行007-12节目块种数据的传输，则此时节目服务器应该修改节目块需求清单，将007-11块的需求人数修改为14，将007-12块的需求人数需改为20，这样该块的需求人数达到门限阈值N1，则节目服务器建立一个新的组播流传输该块的数据，修改该块的传输模式为组播，并通知控制服务器向所有需求该块的客户端发送信息，让它们加入到该新建的组播流中接收数据。在此响应过程中节目块需求清单的修改如下：

块名	需求人数	传输模式
			007-1	...	...
007-2	19	点播
			007-3	18	组播
007-4	19	点播
			...
007-8	25	组播
			007-9	15	组播
007-10	17	点播

007-11	15-＞14	点播
			007-12	19-＞20	点播-＞组播

假设有客户端C同时接收007-9，007-10的节目块数据，客户端D接收007-9的组播数据，客户端E接收007-9的组播数据。若此时D完成了节目块007-9的数据接收，则客户端D通知服务器端退出组播007-9。服务器端收到该通知信息后，控制服务器首先修改该组播的需求人数为14，然后判断节目块007-9的当前需求人数14＜N2＝15，则通知节目服务器停止对该块的组播，并修改节目块传输模式为点播。然后控制服务器通知所有需求该块的客户端对该块的传输变为点播模式。客户端E收到该信息后，与节目服务器建立一个点播连接进行传输。客户端C收到该信息后由于已经建立了点播通道用于接收节目块007-10的数据，因此不再建立新的点播连接，而是在原有点播连接上先传输节目块007-9中尚未接收的数据，完成后，再继续传送007-10的剩余节目数据。在进行007-9节目块的点播传输时，节目服务器应更改007-10的需求为16。在此响应过程中节目块需求清单的修改如下：

块名	需求人数	传输模式
			007-1	...	...
007-2	19	点播
			007-3	18	组播
007-4	19	点播

...
			007-8	25	组播
007-9	15-＞14	组播-＞点播
			007-10	17-＞16	点播
007-11	14	点播
			007-12	20	组播

假设时刻50:00，对节目007的各个块的需求如下：

块名	需求人数	传输模式
			007-1	28	组播
007-2	15	组播
			007-3	20	组播
...

此时，由客户端F接收007-1，007-2，007-3的数据，客户端G接收007-2的数据。如果G的数据接收完毕，则客户端G退出该组播。此时控制服务器发现改节目块的需求人数低于门限阈值N2＝15，则控制服务器通知节目服务器停止对该块的组播，并修改节目块需求清单中的传输模式为：点播。然后控制服务器向需求该块的客户端发送通知信息该块的传输模式该为点播。客户端F收到该信息后，与控制服务器建立一个点播连接，用于传输007-2的数据。此时客户端还在接收007-3的组播数据，即存在后续组播007-3，则客户端F退出该组播。因此控制服务器修改节目块需求清单中的需求人数为19，没有低于门限阈值N2，因此仍然保持组播传输模式。对于007-1的组播数据，由于不是后续组播无需处理。在此响应过程中节目块需求清单的修改如下：

块名	需求人数	传输模式
			007-1	28	组播
007-2	15-＞14	组播-＞点播
			007-3	20-＞19	组播
...

二、交互功能实现

2.1快放

收到用户的快放请求后，客户端首先将缓冲区中的数据按照用户指定的倍速进行快速播放。同时，向控制服务器发送快放请求，包括节目标识，时间标识以及播放倍速。其中时间标识应该是缓冲区中尚未接收完毕的数据，以及已有数据块之后数据块的开始时间。服务器收到合法的快放请求后，首先撤销该客户端以前的需求，然后以指定的倍速点播传输数据。

2.2快退

收到用户的快退请求后，客户端向控制服务器发出快退请求，至少包括节目标识，时间标识以及倍速，其中时间标识应为当前播放数据的时间。服务器端收到合法的快退播放请求后，首先撤销该用户之前的需求，然后按照要求的倍速从当前播放时间开始进行反向的数据的点播传输；

2.3后退

收到用户的后退请求后，客户端清空缓冲区，并向控制服务器发送后退跳转请求，至少包括节目标识和跳转时间标识。服务器端收到合法的后退跳转请求后，首先撤销该用户跳转前的需求，然后按照正常的节目请求流程处理新的请求。否则返回错误信息，停止服务；

2.4快进

收到用户的快进请求后，客户端首先检查跳转点是否已经存储在缓冲区内，若是，则直接从该点开始解码播放，并删除缓冲区中该跳转点之前数据。同时，客户端向控制服务器发送快进跳转请求消息，至少包括节目标识，以及跳转时间标识。其中跳转时间标识应包括缓冲区中尚未接收完毕的数据，以及已有数据块之后数据块的开始时间。服务器端收到合法的快进跳转请求后，首先撤销该用户跳转前的需求，然后按照正常的节目请求流程处理新的请求。否则返回错误信息，停止服务；

2.5取消

收到用户的取消请求后，客户端停止播放节目，删除缓冲区所有数据，并向控制服务器发送结束服务请求。收到合法的取消请求后，服务器端修改节目块需求清单，并停止对该用户的服务。

本发明提出了一种多媒体数据传输系统，如图2所示，其包括服务器端、客户端以及网络部分；

服务器端包括一控制服务器，用于响应客户端的各种请求、对用户进行鉴权以及调度节目服务器通过点播或组播，向客户端传送多媒体节目数据；一节目服务器，按照控制服务器的调度从存储器中读取处理后的数据，为客户端提供多媒体数据传输业务，并在传输的过程中实时的调整传输模式；一数据库模块，用于管理服务器端数据，包括节目信息清单、节目块需求清单及播放状态清单；一数据处理模块，用于将多媒体数据源根据客户端缓冲区的信息，按照时间等分成数据块，存储于存储器中，并生成相应的节目信息清单；一存储器，用于存储多媒体数据；

客户端包括一控制器，用于协调控制客户端各个组件共同工作；一收发模块，用于在控制器的指示下接收、发送信息，与服务器端进行通信；一存储器，用于存储从节目服务器接收到的多媒体数据。

Claims (5)

1.一种多媒体数据传输方法，其步骤为：

1)服务器端为多媒体节目建立节目信息清单，将多媒体节目数据划分为节目块，存放于存储器中，并建立相应的节目块需求清单；

2)客户端向服务器端发送节目请求信息；

3)服务器端查看所请求的节目块的传输模式，

若为组播模式，则直接将客户端加入到所请求节目块对应的组播中，并修改该块的需求人数；

若为点播模式，则查看当前需求人数是否达到组播门限阈值N1，如果达到阈值则建立组播流，并将所有需求该节目块的客户端加入到该组播流中；若没达到阈值则使用点播传输模式；

4)服务器端传输步骤3)处理后的数据，并在传输过程中实时更新节目块需求清单；其中，实时更新节目块需求清单的方法为：

a)在点播数据传输时，当传输的数据从一个块k，进入下一个块k+1时，服务器端更新块需求信息如下：

将块k的需求人数减1；

将块k+1的需求人数加1；

点播传输的节目块的需求人数改变时，服务器端判断该块的需求人数是否达到组播门限阈值N1，如果达到则生成对应的组播流，在节目块需求清单中修改该块的传输状态，并将需求客户端加入到新生成的组播流中；

b)当客户端退出组播流时，服务器端更新节目块需求清单，若需求人数低于组播门限阈值N2时，停止对该块组播传输，改为点播服务，并修改节目块需求清单中的传输模式为点播；向用户提供的服务从组播转为点播时，对于已经加入到某个点播的用户，应直接用已有的点播按照时间顺序进行续传，不能重复建立点播流；

其中，所述门限阈值N2小于门限阈值N1；

5)客户端从网络上接收到节目数据。

2.如权利要求1中所述的方法，其特征在于所述1)中服务器端将多媒体节目数据划分为节目块的方法为：

a)将多媒体节目按照时间平均划分成n个节目块，所述节目块小于用户缓冲区的大小；

b)在节目信息清单中添加该节目的分块信息，所述分块信息包括块数或块时间跨度。

3.如权利要求1中所述的方法，其特征在于5)中客户端从网络上接收到节目数据的方法为：

a)没有接收点播数据时，客户端应定期视缓冲区大小向服务器端发送对当前接收块之后数据块的请求信息；

b)加入点播时，若客户端同时还参加其他组播，则继续接收点播数据之前的组播内容，退出后续组播，即退出点播数据之后的组播，并通过交互用点播实现数据的续传；

c)组播块接收完成时则客户端通知服务器端退出组播。

4.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，服务器端还包括对快进、后退、快放、快退、结束请求的响应。

5.一种多媒体数据传输系统，包括服务器端、客户端以及网络部分；

所述的服务器端包括：

一控制服务器，用于响应客户端的各种请求、对用户进行鉴权以及调度节目服务器通过点播或组播，向客户端传送多媒体节目数据；

一节目服务器，按照所述控制服务器的调度从磁盘存储器中读取处理后的数据，为客户端提供多媒体数据传输业务，并在传输的过程中实时的调整传输模式；其中，实时的调整传输模式的方法为：

a)在点播数据传输时，当传输的数据从一个块k，进入下一个块k+1时，服务器端更新块需求信息如下：

将块k的需求人数减1；

将块k+1的需求人数加1；

点播传输的节目块的需求人数改变时，服务器端判断该块的需求人数是否达到组播门限阈值N1，如果达到则生成对应的组播流，在节目块需求清单中修改该块的传输状态，并将需求客户端加入到新生成的组播流中；

b)当客户端退出组播流时，服务器端更新节目块需求清单，若需求人数低于组播门限阈值N2时，停止对该块组播传输，改为点播服务，并修改节目块需求清单中的传输模式为点播；向用户提供的服务从组播转为点播时，对于已经加入到某个点播的用户，应直接用已有的点播按照时间顺序进行续传，不能重复建立点播流；

其中，所述门限阈值N2小于门限阈值N1；

一数据库模块，用于管理服务器端数据，包括节目信息清单、节目块需求清单及播放状态清单；

一数据处理模块，用于将多媒体数据源根据客户端缓冲区的信息，按照时间等分成数据块，存储于磁盘存储器中，并生成相应的节目信息清单；

一磁盘存储器，用于存储多媒体数据；

所述客户端包括：

一控制器，用于协调控制客户端各个组件共同工作；

一收发模块，用于在所述控制器的指示下接收、发送信息，与服务器端进行通信；

一缓冲存储器，用于存储从所述节目服务器接收到的多媒体数据。

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