CN101420603B - 一种分片存储实现媒体分发、定位的方法及其流媒体系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分片存储实现媒体分发、定位的方法及其流媒体系统，一中心节点在原始码流中定时打入时间标签信息；将具有相同频道标识和时间标签信息的码流命名，并组成分片文件进行分片存储；将该分片文件从中心节点分发到各边缘节点；用户所属的节点根据信令定位到分片存储时的分片文件；并利用时间标签信息对多个分片文件进行平滑切换。由于在直播码流中定时打入时间标签，并结合频道标识命名分片文件，实现了在创建直播频道时分片文件的统一存储，加上时间标签相邻分片文件的无缝拼接，达到了时移电视类业务和电视节目点播类业务统一存储，大大降低了整个系统对存储空间和存储资源的需求，提高了流媒体系统服务的可靠性和稳定性。

Description

一种分片存储实现媒体分发、定位的方法及其流媒体系统

技术领域

本发明涉及多媒体通信中流媒体的控制方法及系统领域，尤其涉及的是一种分片存储实现媒体分发、定位的方法及其流媒体系统。

背景技术

个性化的互动电视或交互式网络电视IPTV(Interactive Personality TV，以下简称IPTV)，是一种利用宽带有线电视网，其集成互联网、多媒体、通讯等多种技术于一体，向用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的崭新技术。它能够很好地适应当今网络飞速发展的趋势，充分有效地利用多种网络资源。

IPTV既不同于传统的模拟式有线电视，也不同于经典的数字电视。因为，传统的模拟电视和经典的数字电视都具有频分制、定时、单向广播等特点；尽管经典的数字电视相对于模拟电视有许多技术革新，也只是信号形式的改变，并没有触及媒体内容的传播方式。

IPTV是利用计算机来完成接收视频点播节目、视频广播及网上冲浪等功能。它所采用高效的视频压缩技术，使视频流传输带宽在800Kb/s时，就可以达到接近DVD通常所需要3Mb/s视频流传输带宽时的收视效果，这对今后开展视频类业务，尤其是因特网上视频直播、远距离真视频点播、节目源制作等来讲，有很强的优势，是一个全新的技术概念。IPTV业务由于其互动性以及内容丰富性被电信行业看作是未来的主要增长点，在互动娱乐大潮盛行的中国，巨大的市场需求空间将引发产业快速增长。

而现在，很多IPTV，在其解决方案中都会提到两个重要的功能——电视节目点播TVOD(True Video On Demand，以下简称TVOD)和时移电视TSTV(Time Shift TV，以下简称TSTV)。实现TSTV和TVOD功能的时候，鉴于提高用户访问网站的响应速度的需要，可运用内容分发网络CDN(Content Delivery Network，以下简称CDN)技术，要考虑节省整个系统内所有CDN节点的总存储空间，同时又要兼顾用户点播时的播放效率以及节点间调度的稳定性。当创建直播频道时，如果按照目前对这两种功能应用重复进行存储，并采取不同的策略提供服务，势必会造成存储空间很大的浪费，同时也会对系统所占用的存储I/O资源增加很大的开销。

因此，现有技术有待于改善和发展。

发明内容

本发明要解决的问题是，提供一种分片存储实现媒体分发、定位的方法及其流媒体系统，使交互式网络电视系统中时移电视类业务和电视节目点播类业务达到统一存储，可实现整个系统降低对存储空间和存储资源的要求。

本发明的技术方案如下：

一种流媒体系统的分片存储实现媒体分发的方法，其中，包括以下步骤：

A1、由一中心节点在原始码流中定时打入时间标签信息；

B1、将具有相同频道标识和相同时间标签信息的码流命名，并组成分片文件进行分片存储，所述分片存储的过程还包括以下一种或几种操作机制：

回滚机制：删除超过时移时间范围且非录制节目所需的分片文件；

老化机制：删除超过老化时间范围且不需保存的分片文件；

归档机制：保存超过老化时间范围且需要保存的分片文件；

C1、将所述分片文件从所述中心节点复制到各边缘节点以实现媒体分发。

所述的方法，其中，所述步骤A1还包括：所述中心节点通过控制打入时间标签间隔的长短，来改变所述分片文件的存储时长。

所述的方法，其中，所述步骤C1中的媒体分发过程还包括以下一种或几种操作策略：

热点推送策略：媒体定位服务系统通过文件传输协议，将节目访问排名靠前的分片文件，从所述中心节点复制到没有该分片文件的边缘节点；

人工分发策略：操作员通过后台操作人为把节目形成热点，由媒体定位服务系统触发执行所述热点推送策略；

节目下拉策略：当所述分片文件被连续点播超过指定次数时，媒体定位服务系统通过文件传输协议，将该分片文件从所述中心节点复制到所引起触发的边缘节点。

所述的方法，其中，所述步骤C1还包括录制节目的步骤如下：

在通用媒体服务器节点录制的所述分片文件不成功时，向媒体定位服务系统提供相应的频道标识和时间标签信息，以申请获得提供该分片文件的分享节点信息。

所述的方法，其中，所述步骤C1还包括分片文件录制失败自恢复的流程步骤如下：

C11、所述边缘节点检测到录制中有存储错误的分片文件，将该分片文件所对应的频道标识和时间标签信息通知媒体定位服务系统，并请求正常存储该分片文件的节点信息；

C12、媒体定位服务系统按照频道标识和时间标签信息寻找可用的节点，并将找到的节点信息反馈给请求的边缘节点；

C13、所述边缘节点根据节目下拉策略选择一个节点，通过文件传输协议从该节点获取发生错误所对应的分片文件。

一种流媒体系统的分片存储实现媒体定位的方法，其中，包括以下步骤：

A2、通过实时流传输协议信令将节目的频道标识和节目时间范围反馈给用户所属的节点；

B2、所述用户所属的节点根据包含频道标识和节目时间范围的信令定位到分片存储时的分片文件；

利用在原始码流中的时间标签信息对多个分片文件进行平滑切换以实现媒体播放。

所述的方法，其中，所述步骤B2还包括以下普通播放流程的步骤为：

B21、用户所属的节点找到频道标识和节目时间范围对应时间标签信息的一个或多个分片文件，并进行顺序播放；

B22、播放服务结束，系统释放所占用的资源和数据区。

所述的方法，其中，所述步骤B2还包括以下汇接播放流程的步骤：

B31、如果用户所属的节点找不到或找不全频道标识和时间标签信息所对应的分片文件，则向媒体定位服务系统请求查找可完整提供该分片文件的节点；

B32、所述媒体定位服务系统按照频道标识和时间标签信息寻找可用的节点，并将找到的可用的节点信息反馈给该用户所属的节点；

B33、所述用户所属的节点通过实时流传输协议信令向可用的节点请求，进行媒体播放；

B34、播放服务结束，系统释放所占用的资源和数据区。

一种分片存储实现媒体分发和媒体定位的流媒体系统，包括一中心节点和至少一个边缘节点，以及一媒体定位服务系统分别与所述中心节点以及边缘节点通讯连接，其中，

所述中心节点用于在原始码流中定时打入时间标签信息；

所述边缘节点用于将所述分片文件从所述中心节点复制过来以实现媒 体分发；

所述媒体定位服务系统用于提供所述中心节点或所述边缘节点的分享信息；

所述中心节点及所述边缘节点还用于将具有相同频道标识和相同时间标签信息的码流命名，并组成分片文件进行分片存储，以及根据包含频道标识和节目时间范围的信令定位到分片存储时的分片文件；所述进行分片存储时还用于进行以下一种或几种操作：删除超过时移时间范围且非录制节目所需的分片文件；删除超过老化时间范围且不需保存的分片文件；保存超过老化时间范围且需要保存的分片文件。

本发明所提供的一种分片存储实现媒体分发、定位的方法及其流媒体系统，由于在直播码流中定时打入相同的时间标签，并结合相同的频道标识命名分片文件，实现了在创建直播频道时分片文件的统一存储，加上时间标签相邻分片文件的无缝拼接，达到了时移电视类业务和电视节目点播类业务统一存储，进一步通过媒体分发策略和媒体定位策略，大大降低了整个系统对存储空间和存储资源的需求，提高了流媒体系统服务的可靠性和稳定性。

附图说明

图1a是本发明CND组网及码流图；

图1b是本发明分片文件目录格式；

图1c是本发明分片存储时间周期示意图；

图2是本发明分片文件录制失败自恢复流程图；

图3是本发明电视节目点播TVOD普通播放流程图；

图4是本发明电视节目点播TVOD汇接播放流程图。

具体实施方式

以下结合所示附图，对本发明分片存储实现媒体分发、定位方法及其流媒体系统的具体实施方式加以详细说明，即结合分片文件录制失败自恢复流程、电视节目点播TVOD普通播放流程和汇接播放流程介绍流媒体存储策略、媒体分发策略和媒体定位策略，主要应用于计算机或机顶盒+电视或移动电话等设备的电视节目点播类或时移电视类的交互式网络电视业务中。

本发明分片存储实现媒体分发、定位的方法及其流媒体系统，主要核心点在于，通过流媒体分片存储实现媒体分发和媒体定位，即通过统一的时间标签加相同的频道标识命名分片，以及向媒体定位系统申请分享节点信息的手段，达到节省存储空间和平滑切换播放的目的，至于TSTV、TVOD和CDN等技术为现有技术所熟知，在此不再赘述。

首先，要说明流媒体存储策略及其相关的三种运行机制：

如图1a所示，整个系统用于IPTV中CDN节点之间简单组网，包括一个中心节点或两个互为备份的中心节点(附图未示出)和多个边缘节点组成，通过媒体定位服务系统MLSS(Medium Location Service System，以下简称MLSS)，对所有的节点进行调度和控制。中心节点把原始的直播码流转换为打入了时间标签的直播码流，而后分发到各个边缘节点作为边缘节点的直播码流。中心节点和边缘节点分片文件的录制存储方式均相同，均按照时间标签的特定规则来命名和分片。

对于单个CDN节点，在直播码流中定时打入时间标签，在存储时流媒体存储策略是，将具有相同频道标识和时间标签的码流组成一个分片文件，所述分片文件也可能是分片目录文件，同时以频道标识和时间标签来命名，且每个分片文件的存储时长通过控制打入时间标签的间隔而改变。

如图1b所示，CCTV1-T(20080514080000-20080514083000)可看作是上文中所描述的分片文件，该分片文件是一个分片目录文件，它包含多个小分片文件，其文件名中包含直播频道标识如CCTV1，以及录制的时间标签 信息如20080514080000-20080514083000，多个小分片文件内容中还记录了该直播频道在该时间标签内的码流信息。

为了使不同CDN节点的存储节拍保持一致，规定只在中心节点对直播码流打入统一的时间标签，然后再将打入时间标签后的直播码流从中心节点分发到各个边缘节点，这样一来，各个节点就能够按照统一的节拍进行存储，也就是说，所有节点进行同时存储。相同频道标识下一个节点所存储的以时间标签命名的分片文件，在分发到另一节点后，如果另一节点也有相同频道标识和一个相邻时间标签所命名的存储文件，那么这两个文件就可以实现播放码流的无缝拼接。由于前面分发时，向各个节点都分发存储，所以，理论上播放可以从各个边缘节点来播放。但是优选用户所属的节点。

然而，每个节点不会无限制地把每个频道的所有直播节目完整的保存下来，那是由于每个频道在直播存储时都会有一回滚机制，即当频道存储的回滚时长跨度超过一个特定值，譬如超出时移时间范围时，系统将把最早存储的分片文件删除。为了节省存储空间，中心节点所设定的回滚时长跨度必须满足用户各种可能的需求，而边缘节点的回滚时长跨度却可以设置为一个较小的值，因为当边缘节点所存储的分片文件满足不了用户需求时，可以通过分发、定位策略向中心节点或邻接节点获取回滚时长跨度。对于需要长期保存归档的节目，系统将会把该节目所对应的分片文件复制后另外保存。而在以上各种操作中所产生的垃圾文件或者无效文件还可以通过老化策略再删除。

可能由于各种原因，用户所属的节点保存得分片文件并不完整，不能找到个别分片，那么就需要找到一个可以完整播放的节点来播放，这个节点可能是其他边缘节点，也可能是中心节点。如果找到的节点是其他边缘节点，则该流媒体播放过程为“普通播放流程”；如果找到的节点是中心节点，则该流媒体播放流程即“汇接播放流程”。

如图1c所示，图中体现了回滚机制、老化机制和归档机制的方法。回滚时间一般可定义为时移时间，超过该时移时间范围的分片文件，如果不是TVOD录制节目所需的分片文件，则该分片文件会被删除；超过老化时间范围的分片文件，如果不是需要长期保存的节目，则该分片文件会被删除，这种机制可以清除过期的TVOD录制节目分片以及各种垃圾分片文件；而超过老化时间范围的分片文件，如果是需要长期保存的，则不会被删除且会被保存下来，以及另存到其它位置。如此通过删除一维时间上的分片文件，可以很好地减少系统节点的存储量，较好地解决了TSTV和TVOD类业务重复存储的问题，节省了所有CDN节点的总存储空间的同时，又兼顾提高了提供给用户的节目播放效率，增强了节点之间调度的稳定性。

其次，再以分片文件录制失败自恢复流程说明媒体分发策略：

在IPTV中CDN节点之间简单组网的系统中，某个节点X的分片文件录制失败的自恢复流程如图2所示，具体包括以下步骤：

步骤S202，边缘节点X检测到某个分片文件在录制中存在异常，有存储错误；

步骤S204，该边缘节点X把该异常分片文件所对应的频道标识和时间标签信息，通知媒体定位服务系统MLSS，向MLSS请求正常存储该分片文件的其它节点信息；

步骤S206，MLSS按照频道标识和时间标签信息找到可用的节点Yz(z＝1，2，......n)，把找到的节点信息反馈给请求的边缘节点X；

步骤S208，所述边缘节点X根据节目下拉策略选择一个节点Yz，通过文件传输协议FTP(File Transfer Protocal，以下简称FTP)，从节点Yz(z＝1，2，......n)把所需的分片文件下拉下来，获取发生存储错误所对应的该分片文件。

为了节省存储空间，只有中心节点才会存储提供服务所需的全部分片文件，这样，当边缘节点不存在但中心节点存在的一些分片文件被或可能 被频繁提供服务时，就需要媒体分发策略把这些分片从中心节点复制到边缘节点，其具体包括热点推送、节目下拉和人工三种分发策略：

由媒体定位服务系统MLSS对所有节点按照特定的规则统计，访问排名靠前节目即热点所在的分片文件，而边缘节点上没有的热点分片文件，将通过文件传输协议FTP服务，将该热点分片文件从中心节点复制到边缘节点。此时该热点分片文件的复制由媒体定位服务系统MLSS触发，即所谓的热点推送策略。

如果操作员人为的通过后台操作把节目形成热点，而后和热点推送策略一样，由媒体定位服务系统MLSS触发，把该分片文件从中心节点复制到边缘节点，就叫人工分发策略。

节目下拉策略是指，对于某个特定的边缘节点而言，当点播的TVOD连续多次的汇接超过指定次数时，媒体定位服务系统MLSS就把该分片文件通过FTP服务拉到该节点上。该分片文件的复制动作由所述边缘节点本身来触发，如前述步骤208。

最后以电视节目点播TVOD的两种播放流程说明媒体定位策略：

以电视节目点播TVOD普通播放流程为例，如图3所示，包括以下步骤：

步骤S302，用户通过遥控器操作电子节目指南EPG(Electronic ProgramGuide)，EPG把所点播的录制节目信息反馈给机顶盒STB(Set Top Box)；

步骤S304，机顶盒STB通过实时流传输协议RTSP(Real Time StreamingProtocol)信令，把录制节目的频道标识和时间范围反馈给用户所属的节点；

步骤S306，用户所属的节点根据频道标识和节目时间范围，找到电子节目指南EPG所对应的一个或多个分片文件；

步骤S308，用户所属的节点向机顶盒STB发送所点播的媒体流，而且，当节目对应多个分片文件的时候，各个边缘节点根据流媒体存储策略，自动完成各分片文件之间的播放切换过程；

步骤S310，提供所点播的录制节目服务结束，系统释放占用的资源和 数据区。

时移电视TSTV的普通播放流程与之类似。

再如电视节目点播TVOD汇接播放流程，如图4所示，包括以下步骤：

步骤S402，与步骤S302相同；

步骤S404，与步骤S304相同；

步骤S406，如果边缘节点X根据频道标识和时间标签信息找不到或找不全点播节目所对应的分片文件，那么就向媒体定位服务系统MLSS请求可以完整提供该分片文件的节点；

步骤S408，MLSS根据边缘节点提供的频道标识和时间标签信息，找到能够提供服务的一个或多个中心节点，把能够提供服务的节点信息，返回给用户所属的边缘节点；

步骤S410，用户所属的边缘节点向能够提供服务的中心节点发起实时流传输协议RTSP汇接流程；

步骤S412，用户所属的边缘节点开始向用户提供服务；

步骤S414，用户的操作实际作用于汇接能够提供服务的中心节点；

步骤S416，与S308相同；

步骤S418，S420和S422分别是对步骤S414，S412和S410的结束。

时移电视TSTV的汇接播放流程也与之类似。

录制存储节目时，某个通用媒体服务器USS节点录制的分片文件不成功时，向媒体定位服务系统MLSS申请获得可以提供该分片文件的分享节点信息。只要提供相应的频道和时间标签信息就可以从分享节点上获取录制不成功的分片文件。

用户在TVOD或TSTV点播节目时，机顶盒STB(Set Top Box)的点播信令里需要包含频道和节目时间范围信息，由于分片文件里包含了录制的时间信息，用户所属的节点可根据机顶盒提供的频道和节目时间范围，定位到所需要的分片文件，如果所需要的分片文件在该节点上不存在或部分 不存在，则需要通过媒体定位服务系统MLSS，汇接到能够提供完整节目分片文件的中心节点或边缘节点，即所述“汇接播放流程”或“普通播放流程”。

值得注意的是，无论哪种情形的播放流程，一旦确定后都完全是从该确定的节点来播放媒体的。另外，机顶盒点播的节目时间范围可能包含有多个分片文件，通过时间标签信息就可以对多个分片文件的播放做到平滑切换。

以上流媒体存储策略、媒体分发策略和媒体定位策略的具体实施方式，体现在分片文件录制失败自恢复流程、电视节目点播TVOD普通播放流程和汇接播放流程中，对于分片存储、媒体分发和媒体定位等方法根据实际应用可以采用现有各种可能的方案，为本领域技术人员所熟知，在此也不再赘述。

本发明的具体实施方式所提供的分片存储实现媒体分发、定位的方法及其流媒体系统，由于在直播码流中定时打入统一的时间标签，并结合相同的频道标识命名分片文件，实现了在创建直播频道时分片文件的统一存储，加上时间标签相邻分片文件的无缝拼接，达到了时移电视类业务和电视节目点播类业务统一存储，进一步通过媒体分发策略和媒体定位策略，大大降低了整个系统对存储空间和存储资源的需求，提高了流媒体系统服务的可靠性和稳定性。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述方案的说明加以改进或变换，例如分片文件的命名方法等，而所有这些改进和变换都本应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种流媒体系统的分片存储实现媒体分发的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1、由一中心节点在原始码流中定时打入时间标签信息；

B1、将具有相同频道标识和相同时间标签信息的码流命名，并组成分片文件进行分片存储，所述分片存储的过程还包括以下一种或几种操作机制：

回滚机制：删除超过时移时间范围且非录制节目所需的分片文件；

老化机制：删除超过老化时间范围且不需保存的分片文件；

归档机制：保存超过老化时间范围且需要保存的分片文件；

C1、将所述分片文件从所述中心节点复制到各边缘节点以实现媒体分发。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A1还包括：所述中心节点通过控制打入时间标签间隔的长短，来改变所述分片文件的存储时长。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C1中的媒体分发过程还包括以下一种或几种操作策略：

热点推送策略：媒体定位服务系统通过文件传输协议，将节目访问排名靠前的分片文件，从所述中心节点复制到没有该分片文件的边缘节点；

人工分发策略：操作员通过后台操作人为把节目形成热点，由媒体定位服务系统触发执行所述热点推送策略；

节目下拉策略：当所述分片文件被连续点播超过指定次数时，媒体定位服务系统通过文件传输协议，将该分片文件从所述中心节点复制到所引起触发的边缘节点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C1还包括录制节目的步骤如下：

在通用媒体服务器节点录制的所述分片文件不成功时，向媒体定位服务系统提供相应的频道标识和时间标签信息，以申请获得提供该分片文件的分享节点信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤C1还包括分片文件录制失败自恢复的流程步骤如下：

C11、所述边缘节点检测到录制中有存储错误的分片文件，将该分片文件所对应的频道标识和时间标签信息通知媒体定位服务系统，并请求正常存储该分片文件的节点信息；

C12、媒体定位服务系统按照频道标识和时间标签信息寻找可用的节点，并将找到的节点信息反馈给请求的边缘节点；

C13、所述边缘节点根据节目下拉策略选择一个节点，通过文件传输协议从该节点获取发生错误所对应的分片文件。

6.一种流媒体系统的分片存储实现媒体定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A2、通过实时流传输协议信令将节目的频道标识和节目时间范围反馈给用户所属的节点；

B2、所述用户所属的节点根据包含频道标识和节目时间范围的信令定位到分片存储时的分片文件；

利用在原始码流中的时间标签信息对多个分片文件进行平滑切换以实现媒体播放。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤B2还包括以下普通播放流程的步骤为：

B21、用户所属的节点找到频道标识和节目时间范围对应时间标签信息的一个或多个分片文件，并进行顺序播放；

B22、播放服务结束，系统释放所占用的资源和数据区。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤B2还包括以下汇接播放流程的步骤：

B31、如果用户所属的节点找不到或找不全频道标识和时间标签信息所对应的分片文件，则向媒体定位服务系统请求查找可完整提供该分片文件的节点；

B32、所述媒体定位服务系统按照频道标识和时间标签信息寻找可用的节点，并将找到的可用的节点信息反馈给该用户所属的节点；

B33、所述用户所属的节点通过实时流传输协议信令向可用的节点请求进行媒体播放；

B34、播放服务结束，系统释放所占用的资源和数据区。

9.一种分片存储实现媒体分发和媒体定位的流媒体系统，包括一中心节点和至少一个边缘节点，以及一媒体定位服务系统分别与所述中心节点以及边缘节点通讯连接，其特征在于，

所述中心节点用于在原始码流中定时打入时间标签信息；

所述边缘节点用于将所述分片文件从所述中心节点复制过来以实现媒体分发；

所述媒体定位服务系统用于提供所述中心节点或所述边缘节点的分享信息；

所述中心节点及所述边缘节点还用于将具有相同频道标识和相同时间标签信息的码流命名，并组成分片文件进行分片存储，以及根据包含频道标识和节目时间范围的信令定位到分片存储时的分片文件；所述进行分片存储时还用于进行以下一种或几种操作：删除超过时移时间范围且非录制节目所需的分片文件；删除超过老化时间范围且不需保存的分片文件；保存超过老化时间范围且需要保存的分片文件。

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