CN101682561B - 用于视频点播流的精确帧传递 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于将帧/分组及时传递到客户机的方法以及流服务器(110)。所述方法包括从日历轮(200)中的操作轮齿(310,210)取得流数据以及通过使用被取得的流数据,将所述操作轮齿中所指示的帧/分组从其在视频存储装置(140)中的位置传送到客户机。所述流数据包括关于流、电影以及帧的信息。可选地,也提供关于分组的信息。
Description
技术领域
本发明一般涉及将帧从视频流服务器传递到机顶盒,并且更具体地涉及对要被及时传递的帧实行调度。
背景技术
视频流服务器是能够将成百上千的视频流流送(stream)到客户驻地处的机顶盒的装置。内容本身可以存在于CD、传统的转盘、闪存盘或者甚至RAM中。如今用得最多的存储装置是传统的磁盘,由于其按数据量计的低价格。
考虑特定的帧相对于前一帧被发送的时间点,流送视频要求精确的计时。另外,考虑属于那个帧的每一分组被发送的时间点,其要求精确计时。取决于一个帧中要被传送的数据量,该帧包含一个或者若干个分组。如果不及时发送帧,机顶盒中的视频缓冲器将上溢出或者下溢出。另外如果不及时发送分组,订户线(例如ADSL)将被过度利用,因而破坏服务水平协定,在大部分情况下这将导致分组丢失。
按照数千左右个流同时流送对选择在特定时间点处要发送哪些帧或分组的调度器提出了高要求。
通过使用日历轮(calendar wheel)进行调度已经被应用到不同的领域。举例来说,ATM调度是常见的实践。
根据Delp等人题为单元/帧调度方法以及通信单元/帧调度器(Cell/frame scheduling method and communications cell/framescheduler)的现有技术专利US 6477168,在其中描述了用于在通信网络中调度单元和帧的传送的方法和设备。利用选定的调度算法调度单元和帧的传送。所述单元/帧调度算法包括标识帧或单元传送类型的步骤。响应被标识的帧或单元传送类型,帧乘数值被识别并且被用于计算目标传送时间。主要目的是就质量以及带宽而言做调度。该专利没有论述将成百上千的视频流流送到机顶盒。
发明内容
本发明的目标是要管理数百个流从视频流服务器到不同机顶盒的流送,这在现有技术解决方案中没有被处理。本发明另外的目标是要为不同的机顶盒处理不同的电影。根据本发明,分组/帧被精确地及时传递到客户机。
如由附随的权利要求所定义的,这些以及其它的目标通过本发明被达成。
本发明涉及在流服务器中用于将帧及时传递到客户机的方法,所述方法包含以下步骤:确定存储器阵列的操作单元(operating element)中是否有流数据(所述存储器阵列包含每个都表示已定义的时段的单元);从所述操作单元取得包括关于流、媒体标识以及当前帧的信息的流数据;通过使用与媒体标识以及当前帧有关的信息从媒体存储装置获取所述当前帧以及通过被取得的流数据中的流将当前帧发送到客户机。
本方法还包含等待所述已定义的时段以及然后更新用于操作单元的索引,使之加1的步骤。
本方法可以涉及帧中的分组。
所述发送步骤之前还进行以下步骤:确定所述当前帧位于哪里以及从所述位置取得所述当前帧并且将所述当前帧存储在输出存储器中以便传递到客户机。
本发明也包含用于将帧/分组从媒体存储装置及时传递到客户机的流服务器。所述流服务器包括包含轮齿(cog)的日历轮,所述轮齿表示已定义的轮齿时段,当要在所述轮齿时段期间将帧/分组传递到客户机时,这些轮齿携载流数据信息。流服务器也包括带有用于要被传递到客户机的媒体的帧/分组信息的数据库,所述帧信息包括帧/分组的位置信息以及用于控制从所述日历轮取得/读取流数据以及用于通过使用帧/分组的位置信息控制从所述媒体存储装置取得所述帧/分组的处理器,并且所述流服务器也包括与所述用于将帧/分组传递到客户机的流相连接的输出
数据库可以包含关于所述帧/分组要被传递到客户机的时间的信息。
本发明的主要优点是在帧或者分组被传送到客户机时的精确计时。因而,视频缓冲器填充率将停留在恰当的水平内而没有上溢出或下溢出。
缩写词
STB-机顶盒
RAM-随机存取存储器
CD-压缩盘
ADSL-非对称数字订户线
ATM-异步传输模式
VoD-视频点播
MPEG-动态图像专家组
DTS-解码时间戳
附图说明
通过参考与附图一起被记录的下文的描述理解本发明,其中
图1是本发明的示教可被应用于其上的通信系统的简化的示意性概观。
图2a显示了根据本发明的可旋转的日历轮。
图2b显示事件怎样被放入所述轮的轮齿中。
图2c显示事件怎样被放入指示传送分组的管道中。
图2d显示所述轮继续旋转。
图3显示了根据本发明的视频流服务器的框图。
图4是根据本发明示出通信系统中的信号的顺序图。
图5a、5b以及5c是示出在所述流服务器中实施的操作步骤的流程图。
具体实施方式
在所有附图中,相同的参考记号将被用于对应的或相似的单元。
图1涉及包括用于将视频内容流送到客户机(其在此描述中由机顶盒112,114,116表示)的视频点播VoD流服务器110的通信系统100。每个STB包含缓冲器120,在流中的信息被解码以及传递到TV
130之前,所述流起初被缓存在所述缓冲器120中。TV也连接到STB114和116,这没有在图1中显示。流服务器110具有及时传递帧的任务而缓冲器120的任务是补偿网络延迟。内容本身被存储在例如是传统的转盘的媒体存储装置140,150处。在所述示例中,将存储装置140,150实现为视频存储装置。没有公开用于将流传递到STB的网络,而在图1中公开了数个流1-n。
MPEG视频流由必须以紧密对应于帧速率的倒数的时间间隙被发送出去的邻接的帧的序列构成。所述帧速率是每秒在屏幕上呈现的图片数量。每个帧依次由必须以紧密对应于在服务水平协定(SLA)中规定的每秒最大分组数量的倒数的时间间隙被发送出去的分组序列构成。在实践中,SLA通常规定每秒的字节数,而由于每分组的字节数是已知的常数(典型地大约1500),可以根据彼此获得所述数字。
典型的帧速率为每秒25帧其中倒数为40毫秒,因而这是将所述帧发送出去的时间间隙。典型的分组速率为每秒400个分组其中倒数为2.5毫秒,这是将分组发送出去的时间间隙。考虑到分组之间最大20%的计时误差,这将导致对用于分组调度的0.2*2.5毫秒=0.5毫秒的精确度的需求。时间误差的20%的容差意味着SLA必须高于实际的分组速率20%。在不远的将来,高质量电影可能要求更加高的分组速率并且因而要求分组调度中更加好的精确度。满足如今以及将来对分组传递中的精确度的要求是本发明的目标。根据下文描述中的示例,用于分组的精确度为0.5毫秒。
为了满足对分组调度和传递中的精确度的要求,使用所谓的日历轮。为使本发明更容易地可理解,在图2a,2b,2c以及2d中示出了该日历轮方法。
图2a显示了可以被看作由数个轮齿210,212,214组成的旋转“水”轮的日历轮200。每个轮齿表示绝对时间中的特定范围。所述范围的大小对应于将分组发送出去的计时中的精确度。在我们的示例中,如较早所提到的每个轮齿将表示0.5毫秒。当事件(在我们的示例中所述事件为分组的发送)被认为要发生时,所述事件被放入表示时间范围的轮齿中。该轮以恒定速度旋转,当达到所述时间时,所述事件从轮上落下。在该图中,日历轮为空。进入到日历轮的是来自不同视频流220,230,240的分组。盒250示出分组的发送。在图2a中,该盒为空并且没有分组被发送。
图2b显示了事件怎样被放入日历轮200的轮齿中。事件已经被放入到对应于它们被认为要发生的时间的轮齿中。根据图2b,来自所有三个流220,230,240的事件已经被放入到轮齿214中。在下一个轮齿212中,没有事件被调度而作为示例在轮齿210中来自流230的一个事件被调度用于分组发送。
图2c显示了事件怎样被放入指示分组被发送的管道中。来自图2b轮齿214的三个事件220,230,240已经落到所述用于分组发送的盒250中。
图2d显示了所述日历轮继续旋转。
日历轮中轮齿的数量对应于可以预先按计划将事件放入的最大时间。
在实践中,日历轮可以被实现为环形存储器阵列,所述环形存储器阵列是其第一单元被看作在最后一个单元之后的存储器阵列。每个单元都保留事件的链接表的头。因而,阵列的每个单元都可以被看作一个轮齿。
程序保留当前轮齿的索引。硬件计时器可以被用来每个间歇获取硬件中断一次。根据在开头给出的示例,我们约定0.5毫秒的所需精确度。因而,每0.5毫秒将有一个硬件中断。通过所述中断调用程序,逐步改变(step)所述索引并且遍历事件列表。
日历轮具有使其特别适合于为视频流调度帧以及分组的两个重要特征。一个是按计划将事件放入的时间是恒定的而不依赖日历轮的大小以及按计划放入的事件的数量。另一个是如果在相同的轮齿中没有对事件的严格次序,调度事件的时间是恒定的。
在整形的情况下(with shaping),流送数千个视频流意味着有10000的数量级的事件被调度。因而,两个特征在高性能视频流送中都具有最高的重要性。本发明约定将日历轮方法用作及时调度视频流中的帧以及分组的基础。在下文中将更详细地描述新颖的特征。
图3显示了用于将电影中的帧/分组及时传递到客户机的、根据本发明的实施方式的VoD流服务器110。所述流服务器的一个重要部分是较早所提到的日历轮或者被实现为环形阵列的存储器阵列200。所述日历轮具有数个轮齿或者单元310,在此示例中为1024个。对于每个轮齿/单元都有能保存用于帧或分组的发送的流数据的信息区域312。流数据包括下列信息:流编号(例如流26)、电影标识(例如电影11)以及还有关于帧编号的信息(在此示例中为帧18)。可选地,分组编号或者分组标识可以被包括(Packet no.分组编号)。在此示例中暂时被存储在编号3的轮齿中的流数据信息包括关于哪个流要将电影11的帧26发送出去的信息。如果在信息区域312中对于某轮齿没有流数据,在该轮齿的时段期间没有帧要被发送到客户机。
电影只是被流送的媒体的示例,所述被流送的媒体可以是除电影以外任何类型的媒体。因而,电影11是媒体标识的示例。
每个轮齿表示已定义的时段,在此示例中对于分组为0.5毫秒。指示器314步进遍历(steps through)日历轮中的所有轮齿并且每0.5毫秒移动一个轮齿。当它达到编号3的轮齿时,为将帧传递到客户机的目的而取得流数据字段中的信息。指示器314被实现为保留当前轮齿的索引的程序/处理器318。硬件计时器或者时钟320控制处理器318以确保日历轮以选定的-在此示例中为0.5毫秒每轮齿的恒定速度旋转。处理器318控制从日历轮200读取流数据。
图3中的日历轮200也包括用于每个轮齿的指示区域316,在所述指示区域中指示被保存为用于多个轮齿调度进程的信息。
因而,概括而言,日历轮或者存储器阵列200保留关于应当被送往具有STB的订户的帧或分组的信息。在此示例中,每个轮齿或单元表示0.5毫秒而日历轮保留关于1024个轮齿/单元的信息。这意味着在大约0.5秒=1024*0.5毫秒中处理整个轮。每个轮齿具有在该轮齿期间需要发送帧/分组的流的列表。一些轮齿不需要发送任何帧而其他轮齿可能发送若干帧/分组。轮齿中的每个记录具有关于该输出所属的流以及应当被发送的电影和电影中的帧的信息。轮齿表示事件可以被调度的小的时段。流表示到STB的流。
在根据本发明的视频点播流服务器中,有包括用于媒体(在此示例中为电影)的帧信息的数据库321。对于每个电影有用于该电影的标识编号并且用每个电影的拣选的信息构造所述数据库。举例来说,在我们的示例中,轮齿中的信息表明电影11中的帧18将要通过流26被传送到客户机。
对于每个电影,数据库321都包括带有关于电影中的所有帧以及这些帧为了解码应当被发送的次序的信息的帧索引栏322。所述数据库也包括带有DTS信息(解码时间戳)的时间栏324,所述DTS信息是帧为了解码而应当被发送到STB的时间。DTS仅是示例,可以其它方式描述所述时间。此信息被用于调度,这将在下文中描述。在第三栏326中有关于帧位置的信息,这指的是关于帧被存储在视频存储装置140中哪里的信息。因而如较早所描述的,处理器318控制从日历轮200读取流数据以及一旦读取流数据,所述处理器通过使用数据库321中的位置信息控制从媒体存储装置取出(所述流数据中的)帧。
作为备选,将有可能使数据库321以不同的方式被构建,以使基本指示为流而不是电影。
VoD流服务器110还包括输出存储装置328,330,332,在发送或者传送之前要通过流被发送的帧被放入所述输出存储装置。电影11中的帧18被从其在视频存储装置140中的位置取出并且被传递到输出328,从输出328处其通过流26被传送到客户机的STB。
在图4中,顺序图示出了在图1、2和3中所描述的通信系统中的信号。这是以处理器318发送读轮齿消息410到日历轮200开始的基本流程。根据先前的描述,所述处理器始终跟踪要读哪个轮齿。来自该轮齿的流数据被取得(步骤412)。举例来说,这可以是较早所描述的轮齿3中的流数据,流编号26,电影编号11以及帧18。如较早所描述的,也可以指示分组编号。然后,处理器318为电影11的关于位置的帧信息发送请求414到数据库320。作为答复,数据库发送关于电影11中的帧18的位置的信息(步骤416)。在此示例中,所述位置为视频存储装置140中的地址。另外,处理器318向视频存储装置140提交请求(步骤418)以发送帧18到STB。所述请求包括用于帧的位置信息。一旦接收到步骤418中的发送请求,优选地以较早所描述的方式将帧18从视频存储装置发送到STB 112(步骤420)。可选地,其可以不是完整的帧而是帧中的分组,即由较早所提到的分组编号所指示的分组。
当所述帧/分组已经被发送或者可能地一个轮齿中的若干帧已经被发送时,有用于调度紧接在后的帧的进程。在若干帧被发送的情况下,其意味着所述帧属于不同的电影。在图4中,当处理器318与数据库320通信以(在步骤422中)获取用于紧接在后的帧的时间信息(在所述示例中为根据时间栏324的帧19(见图3))时,此进程启动。处理器318接收消息中的用于电影11的帧19的DTS信息424。一旦在步骤424中接收到消息,在步骤426中处理器计算用于帧19(要被发送到STB的紧接在后的帧)的轮齿。然后,帧19的流数据被存储在日历轮200中被计算出的轮齿中(步骤428)。虚线箭头430指示所述过程从读轮齿410再次开始。
该图4概要地描述了本方法以及用于本发明的系统的实体之间的交互。另外,在图5a,b和c中连同用于调度一个或多个轮齿的备选实施方式一起描述本方法。
根据图5a中的流程图的方法以步骤500开始,其中处理器318经指示器314(见图3)确定操作轮齿中是否有流数据。操作轮齿是其中当前时刻指示器所在的轮齿。如较早所描述的,所述轮齿表示已定义的轮齿时段。根据图3的示例,指示器314被放入携载流数据的编号3的轮齿。由于在编号3的轮齿中有流数据,处理器318取得流数据,即流26、电影11和帧18。这在所述图中以步骤520完成。
如果在轮齿中没有流数据,举例来说如果轮齿是图3中的编号2的轮齿,则下个步骤将改为等待一个已定义的轮齿的时段的步骤505以及包括为操作轮齿更新轮齿索引的步骤510,这意味着现在操作轮齿为编号3的轮齿并且所述进程/方法再一次从确定操作轮齿中是否有流数据的步骤500开始。
在其中流数据被取得到处理器318的步骤520之后,紧接在后的步骤525是要从视频存储装置获取当前帧,在所述示例中其为电影11的帧18。为实行此步骤,使用与电影和当前帧有关的流信息。所述获取步骤包括根据数据库321确定当前帧位于哪里以及从所述位置取得当前帧并且将当前帧存储在输出存储器328中。
将帧及时传递到客户机的方法中的最后一个步骤是将当前帧发送到客户机的步骤530。然后,在本方法从确定步骤500再一次开始之前,执行步骤505以及510。
所述取得步骤520之后是在操作轮齿中移除流数据。移除流数据之后,可以在日历轮中记入新的流数据。
本方法也包括调度要被传递的帧。有两种调度实施方式522和523,其可以直接在所述取得步骤520之后或者在所述发送步骤530之后被实行(如在图5a中以虚线所指示的)。
第一调度实施方式522是单个轮齿调度进程,其包括计算用于紧接在后的帧=当前帧+1的被调度的轮齿的步骤540,这在图3的示例中是要为电影11的帧19调度。通过取得帧信息表320中的用于紧接在后的帧的时间信息DTS实行所述计算步骤。连同日历轮中已定义的轮齿时段一起使用此时间信息来计算被调度的轮齿,用于紧接在后的帧的流信息要被插入所述被调度的轮齿。
处理器318根据算法实行计算,举例来说所述算法可以是{DTS(帧19)-DTS(帧18)}/已定义的轮齿时段=轮齿数量
这意味着要在当前轮齿前面轮齿的数量的所述结果中实行流数据的记入。如果当前轮齿为编号3而轮齿数量被计算为700,则将在轮齿编号703中记入用于帧19的流数据。
备选的实施方式为多个轮齿调度进程523。在此进程中,起初确定操作轮齿(例如编号3的轮齿)是否包括如下方法,即确定是否有意为要求多个轮齿调度进程的最后轮齿指示的方法。这可以是简单的标记(在图3中为x),表明新的多个轮齿调度应当被进行。
如果有标记(X)(如在图3中所示例的),则要进行多个轮齿调度进程523。所述方法与单个轮齿调度进程相似,而不同点在于同时计算若干个轮齿(例如10个),这导致在10个被调度的轮齿中记入流数据的步骤560以及最后在步骤565中在最后被调度的轮齿中记入此为保存流数据信息的最后轮齿并且新的调度必需被进行的指示。因而,在此多个轮齿调度进程中,不是对于每个被发送出去的帧进行调度。相反,若干帧被同时调度。
本发明也包括用于将媒体对象从流服务器流送到客户机的计算机程序产品,当在计算机上运行所述计算机程序产品时,其执行图5中所描述的方法。
根据本发明,帧调度以非常有效的方式进行,由于本发明使对于带宽保持控制成为可能,就订户线SLA而言所述有效的方式允许分组调度或者整形。
Claims (12)
1.一种在流服务器中用于将帧传递到客户机的方法,所述方法包含以下步骤:
-确定在存储器阵列的操作单元中是否有流数据,所述存储器阵列包含单元,每个单元表示已定义的时段,其中所述操作单元是所述存储器阵列的指示器在当前时刻正指向的单元;
-从所述操作单元取得流数据,所述流数据包括关于流编号、媒体标识以及当前帧编号的信息;
-通过使用与媒体标识以及当前帧有关的信息,从媒体存储装置获取所述当前帧;
-通过所取得的流数据中的流将所述当前帧发送到所述客户机;
-取回数据库中用于紧接在后的帧的时间信息;以及
-通过使用所述时间信息连同所述已定义的时段一起计算单元来调度所述紧接在后的帧,并且在所述单元中插入用于所述紧接在后的帧的流数据。
2.根据权利要求1所述的方法,其还包含下列步骤:
-等待所述已定义的时段以及
-更新用于操作单元的单元索引,使之加1。
3.根据权利要求1或2所述的方法,还包含单个单元调度进程,其包含以下步骤:
-为紧接在后的帧计算被调度的单元以及
-在所述被调度的单元中记入关于流编号、媒体标识以及紧接在后的帧编号的信息。
4.根据权利要求1或2所述的方法,还包含多个单元调度进程,其包含以下步骤:
-为多个紧接在后的帧计算多个被调度的单元;
-在所述被调度的单元中记入关于流数据的信息以及
-在最后被调度的单元中记入关于所述最后被调度的单元为保存流数据信息的最后单元以及必需进行新的调度的指示。
5.根据权利要求4所述的方法,其中所述多个单元调度进程由以下步骤开始:
-根据所述操作单元中的信息确定是否应当进行新的多个单元调度。
6.根据权利要求1所述的方法,其中下列步骤在所述发送步骤之前进行:
-根据帧索引表确定所述当前帧的位置以及
-从所述位置取得所述当前帧并且将所述当前帧存储在输出存储器中。
7.根据权利要求1至2中任何一项所述的方法,其中帧由分组序列构成。
8.一种用于将帧从媒体存储装置传递到客户机的流服务器,所述流服务器包括:
-日历轮,所述日历轮包含表示已定义的时段的轮齿,当要在所述时段期间将帧/分组传递到客户机时,这些轮齿携载流数据信息;
-数据库,所述数据库带有用于要被传递到客户机的媒体的帧/分组信息,所述帧信息包括帧/分组的位置信息以及关于帧要被传递到客户机的时间的信息;
-处理器,所述处理器用于控制从所述日历轮取得/读取流数据以及通过使用所述帧/分组的位置信息控制从所述媒体存储装置取得帧/分组,所述处理器还使用用于紧接在后的帧的时间信息来计算轮齿以用于调度所述紧接在后的帧;
-输出,所述输出与用于将帧/分组传递到客户机的流相连接。
9.根据权利要求8所述的流服务器,其中所述流数据信息包括关于流编号、媒体标识以及帧编号的信息。
10.根据权利要求8所述的流服务器,其中所述日历轮包括最后轮齿指示信息。
11.根据权利要求8所述的流服务器,其中所述流服务器是视频点播流服务器,而所述媒体涉及被标识的电影。
12.根据权利要求8至11中任何一项所述的流服务器,其中所述日历轮是存储器阵列而轮齿是所述阵列中的单元。
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