CN102438172A - 一种云计算技术实现视频点播和推播的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明由一组终端节点和数字版权管理(DRM)前端、业务管理前端、云计算管理前端组成，共同构成一个分布式的云计算分发网络，通过网络中所有云计算管理前端、业务管理前端与终端节点之间的交互与通讯和所有网络节点之间的传输与共享，实现云计算视频点播和推播业务的应用，其中，云计算终端节点包括：一组普通终端节点和一组超级终端节点；业务管理前端包括：Push VOD服务器、VOD服务器、直播服务器和量子包封装服务器；云计算管理前端包括：授权管理服务器、内容节点服务器和节点管理服务器；云计算网络节点包括：云计算终端节点、量子包封装服务器和内容节点服务器。

Description

一种云计算技术实现视频点播和推播的系统及其方法

技术领域

本发明涉及云计算技术、多媒体技术、嵌入式终端及软件技术、搜索引擎技术等。此外，本发明还涉及在互联网上实现点播和推播的技术，以及在互联网上通过云计算技术进行内容分配和传播的方法。

背景技术

由内容服务网站或运营平台提供视频流媒体内容和文件直播、点播和推播下载服务已经是成熟的技术和服务系统，通过互联网传输，用个人电脑(PC)作为多媒体服务终端实现的视频流媒体内容和文件直播、点播和推播下载的使用已经随处可见。

例如，在网站提供的多媒体服务中，用户可以通过互联网任意下载所选择的流媒体服务，如果带宽足够的话，还可以直接用PC欣赏实时的流媒体视频广播。多台PC还可以直接通过云计算技术共享带宽和存储资源。但直到目前为止，所有其它的云计算解决方案和产品均是基于电脑的方案，而基于相对简单、廉价的机顶盒终端(IPTV终端或PVR终端)的云计算解决方案，在其有限资源上实施的相对技术难度，而一直未能解决。

目前视频点播业务采用传统的Server to Client系统模式实现运行，但由于服务器输入/输出的限制，真正大规模提供流媒体视频内容(IPTV)服务时，不仅需要大量服务器，还受到现有网络带宽的限制，在实现高质量服务时有一定难度，而网络宽带改造需要大量的投资和建设时间。

因此，通过本发明结合云计算技术的视频点播系统(VOD)与视频推播系统(Push VOD)，任何内容服务商可以通过互联网向用户提供实时视频点播业务或者向用户提供定制服务的推播业务，不仅在客户端可以进行视频点播，还可以对点播的视频进行时间跳转、暂停、快进、快退等操作。本发明克服现有网络带宽的瓶颈，实现为PC及非PC用户提供高质量的跨区域，大范围的多媒体服务。

发明内容

本发明一种云计算技术实现视频点播和推播的系统及其方法技术实现IPTV视频点播系统(VOD)和推播系统(Push VOD)的应用。本发明由一组云计算超级节点，终端节点和数字版权管理(DRM)前端、业务管理前端、云计算管理前端组成，共同构成一个云计算分发网络，通过网络中所有的云计算管理前端、业务管理前端、云计算超级节点与终端节点之间的交互与通讯以及所有网络节点之间的传输与共享，实现云计算视频点播和推播业务的应用，如图1所示。本发明的云计算终端节点包括：一组普通终端节点和一组超级终端节点；本发明的业务管理前端包括：Push VOD服务器、VOD服务器、直播服务器和量子包封装服务器；本发明的云计算管理前端包括：授权管理服务器、内容节点服务器和节点管理服务器；在本发明中云计算网络节点包括：云计算端节点、量子包封装服务器和内容节点服务器。

本发明的云计算终端节点由一组普通终端节点和一组具有流媒体内容处理和存储功能的超级终端节点组成。普通终端节点在本发明中特指装载云计算客户端软件后接入互联网络请求进行云计算流媒体传输或通讯的普通终端，包括在本发明中特指的嵌入式机顶盒终端(IPTV)和内置硬盘存储的个人视频录制终端(PVR)，用户通过直接操作和控制普通终端节点实现视频点播和推播的功能。超级终端节点在本发明中指通过本发明的节点管理服务器采用的分层次快速搜索算法，在所有普通终端节点中搜索出具有最佳带宽和最大处理能力的并且所处最短路径的终端作为超级终端节点，包括在本发明中特指的嵌入式机顶盒终端(IPTV)和内置硬盘存储的个人视频录制终端(PVR)。具有高性能的超级节点彼此间相互协作和传输，可缩短节点之间传输的响应时间，加快节点之间相互连接的速度。即使一个超级节点退出网络或瘫痪崩溃，相应的其他所有节点仍然和其他网络节点有效连接，并在新的搜索中，使用新的超级节点。本发明通过对超级节点的认定，可实现对最优质和最有效的节点资源的保障和管理，从而实现通过弱终端(例如机顶盒)也能够实现强大的功能。

本发明的业务管理前端由Push VOD服务器、VOD服务器、直播服务器和量子包封装服务器组成，如图1所示。

Push VOD服务器作为缓存推播业务中原始节目源的服务器，提供云计算推播系统中的音视频节目原始处理与发布。VOD服务器作为缓存点播业务中原始节目源的服务器，提供云计算点播系统中的音视频节目原始处理与发布。直播服务器作为缓存直播业务中原始节目源的服务器，提供云计算直播系统中的音视频节目原始处理与发布。

量子包封装服务器把Push VOD服务器、VOD服务器和直播服务器上存储的原始节目源，即连续的流媒体文件分割成一段段几十kbps到几百Kbps的小码流文件。所有的小码流文件作为量子包，由量子包封装服务器按照顺序分别标上序列号，并按照同一时间段或文件播放时间给所有量子包标记时间戳。例如：如果终端节点可缓存1Mbps带宽的节目5分钟，节目总长度为100分钟，可被量子包封装服务器分割为20段，每段5分钟。每段按播放时间顺序被标识成1-20个序列号与节目标识捆绑，每个序列号根据对应的节目播放时间标记时间戳。嵌入式终端或个人视频录制终端根据接收到的量子包序列号和时间戳进行解码，恢复成连续的流媒体文件，即原始视频节目在电视机上显示。在云计算分发网络中，如图2所示，所有云计算网络节点之间缓存和传递小码流的量子包，从而提高数据传输速度，解决网络拥堵状况。同时还可防止数据流量过大造成解码器阻塞或瘫痪，减少缓存区，实现平滑解码，降低终端成本。另外具有高性能和大容量硬盘的量子包封装服务器装载云计算服务器端软件后，可以提供大容量的流媒体节目文件存储；可同时封装多路节目流媒体节目；并能承载和支持三十多个云计算节目组的点播和推播并发流。

本发明的数字版权管理(DRM)前端具有对流媒体内容的加密处理，权限信息的定义、获取，权限的生成和分发，用户的管理，业务流程的管理等主要功能。来自于云计算业务管理前端的流媒体节目内容，经过数字版权管理(DRM)前端加密保护后通过云计算方式分发给终端用户，当终端的客户端通过授权管理服务器的认证后，数字版权管理(DRM)前端的授权中心收到授权管理服务器的指令，生成加密密钥和许可证书。Push VOD服务器、VOD服务器或直播服务器根据此加密密钥加密服务器上的原始节目文件，并送入量子包封装服务器封装成量子包文件。许可证书中包含解密量子包文件所需的密钥，当终端通过授权管理服务器的认证，得到业务授权后，时即可获得许可证书，终端的客户端根据内置解密算法还原解码密钥，即可接收已加密的量子包，进行解密和解码，播放节目内容。终端的客户端作为置于终端机顶盒内的一个模块，完成协商密钥，接收密钥和授权解密工作。授权中心可以架设于互联网上的任何地方，与终端的客户端通过安全专用通道进行信息交互，如VPN。

本发明的云计算管理前端由授权管理服务器、内容节点服务器和节点管理服务器组成，如图1所示。

授权管理服务器主要功能依次为用户管理、计费管理和授权服务。用户管理指授权管理服务器对终端用户进行认证，确定是否为授权用户，通过终端发送的认证信息即终端ID信息和终端地址信息，确认为授权终端；其次计费管理针对终端用户的点播业务和推播业务进行资费计算和费用统计，由终端用户确认资费；通过用户管理的认证和费用统计后，确定授权服务的有效性，即终端用户可以使用或继续使用所申请的服务，如：直播业务、点播业务、推播业务；最后授权管理服务器生成指令并传送至数字版权管理前端，由数字版权管理前端的授权中心生成许可证，被终端获取后，通过内置精确解密算法产生密钥，实现认证、计费、授权和数字版权管理。

本发明的一个关键技术，如图2所示，在云计算分发网络中部署一组装载云计算服务器端软件的内容节点服务器，内容节点服务器采用云计算内容分发网络(CCDN)的方式进行分布式部署，使之成为在云计算网络中的具有云计算内容分配的分布式节点。内容节点服务器可缓存或存储从量子包封装服务器中获取的量子包，并在云计算网络中同时为多个云计算分组的节点上传量子包数据。内容节点服务器作为补充量子包数据的节点，在终端节点处于稀疏状态时，可以加快和扩展云计算网络的带宽和系统的下载速度，还可以减轻点播和推播节目数量过多时对前端系统和网络带宽的压力。因此内容节点服务器具备较大容量的缓存空间和存储空间，并具备宽带接口和多线程并行处理能力，能够承载和支持数十个云计算节目组点播和推播并发流，拥有量子包封装服务器二合一的功能。

本发明的内容节点服务器，在实现内容分配功能时，采用软件的自动搜索技术和最佳路径算法，把部署在云计算网络上的量子包封装服务器中的量子包缓存或存储其中，减少成本较高的量子包封装服务器的投入数量从而降低成本；在点播和推播系统中作为云计算节点时，与终端节点同时被节点管理服务器混编分组和管理，通过最佳相邻云计算连接表完成云计算分发功能，使同组终端节点也可从中直接缓存量子包，平衡所有云计算网络节点的负载能力，扩充网络带宽，提高传输速度和效率。根据云计算网络中终端节点的分布状况、网络带宽资源状况确定在不同地域需要部署内容节点服务器的数量，通常台内容节点服务器可支持数十个云计算节目组点播和推播并发流。

内容节点服务器中装载的云计算服务器端软件结构框图，如图3所示，底层是硬件平台，在硬件平台之上是硬件驱动层，该层嵌入与硬件相关的驱动程序；在驱动层之上是Linux操作系统(OS)包括进程/线程的管理，文件系统，协议栈等；在操作系统之上是应用程序库(LIBrary)，包括图形库处理(Graphics)，安全与加密处理CSS，AES，流媒体协议处理(RTP/RTSP/UDP)；本发明的关键技术是应用程序层，包括系统配置模块，云计算分发模块，云计算管理模块，节目源预处理模块以及软件升级等应用程序；最上层是应用管理层，负责系统中各类应用程序的管理，以及应用程序间的通讯。

在应用程序层中，系统配置模块提供服务器软硬件及系统服务策略的配置功能，实现本地管理或远程管理；云计算分发模块实现云计算节点之间的内容分发服务；云计算管理模块实现流媒体内容的上载、存储管理，对所有节目编制节目菜单EPG并提供对应播出服务器的链接，管理内容流量和负载平衡；节目源预处理模块实现节目流I帧分析，生成I帧倍速列表，用于点播快进、快退操作；软件升级模块的功能是实现和管理软件的升级。

内容节点服务器有两个功能：作为内容分发系统的一部分，与其它云计算内容节点服务器组成分布式网络，将量子包存储到距离用户最佳节点处；另一个功能是提高整体点播和推播系统的运行质量，保证量子包实时充足的被云计算终端节点下载。内容节点服务器的特征如下：

1、内容节点服务器上预留较大缓存或存储空间，例如2TB以上存储空间，可以缓存或存储完整的节目文件。

2、分配较宽的数据带宽，具备宽带接口和多线程并行处理能力。

3、作为云计算网络中的节点，下载和上传量子包数据到其他云计算节点。

4、受节点管理服务器控制和管理，获得连接列表，从量子包封装服务器中下载量子包数据，同时为其他云计算节点上传量子包数据。

本发明的另一个关键技术节点管理服务器可实现对所有云计算网络节点进行动态分组，使流媒体量子包在所有网络节点之间的分发和存储获得有效的管理。如图2所示，本发明的所有云计算网络节点包括终端节点、内容节点服务器和量子包封装服务器。

节点管理服务器对所有节点进行管理和分组，为同组节点提供一个云计算连接列表，实现方法是：

1.节点管理服务器根据终端内置的电子节目菜单(EPG)信息，确定用户点播的视频节目，将所有相同时间区段请求点播或下载相同节目的相邻终端节点分配到相同的云计算分组中；

2.时间区段的计算方法是，所有相邻的终端节点中，缓存或存储相同量子包数据的终端节点与当前点播或推播量子包数据的终端节点的时间段有重合区域的即可分为一组。内容节点服务器、量子包封装服务器因缓存或存储了全部时间段节目，被节点管理服务器始终选在同一分组中。

2.采用分层次快速搜索算法，根据终端可分配给云计算服务的缓存空间、终端互联网接入带宽(上行和下行)、可容纳的云计算节点连接数等信息在同组普通终端节点中搜索出一组具有最佳带宽和最大处理能力的超级节点；

3.通过最短路径与最佳带宽匹配算法，在云计算网络中选择至少一台位于最佳区域的内容节点服务器和至少一台位于最佳区域的量子包封装服务器加入一个云计算分组中；内容节点服务器和量子包封装服务器的数量，根据同组终端节点的点播或下载的量数确定，节点管理服务器采取负载均衡的原则进行选取。

4.为所有同组的节点提供云计算连接列表，连接列表上优先选用超级节点与内容节点服务器或量子包封装服务器进行量子包数据交换，提高节点对量子包数据的搜索性能，缩短节点之间传输的响应时间，加快节点之间相互连接的速度。

5.同组的所有节点根据连接列表从一个或多个同组最佳相邻的云计算节点上建立连接并互相交换量子包数据，并最终完成云计算网络中所有数据的交换过程。同组的所有节点包括终端超级节点、普通节点、量子包封装服务器和内容节点服务器等。

当某区域的互联网络带宽资源有限的条件下，节点管理服务器根据云计算网络上所有节点的接入带宽和连接数量等信息，优化连接列表，使当前正在进行点播或推播的终端节点获得有效和快速的连接，从而实现终端的最佳点播和推播效果，连接列表的优化方法如下：

1.节点管理服务器首先保证足够的连接带宽给当前正在进行点播或推播的终端节点，并确保一定百分比的连接余量，保证连接带宽的稳定性；

2.缩短节点之间的网络连接距离和响应时间，增强节点连接的稳定性和有效性；

3.适当减少下行连接数，增加上行连接数，提高点播和推播系统的整体效率；

4.节点管理服务器采用某些节点优先的原则优化连接列表，即首先保证超级节点和内容节点服务器进行量子包数据交换，保证在互联网络拥堵的状态下，仍然可有效使用处理能力最强的数量有限的云计算超级节点；

5.点播和推播并发流量过大的情况下，通过连接列表超级节点搜索相邻的内容节点服务器，尽快获取量子包数据后，为其它终端节点上传量子包数据，便于CPU资源有限的终端有效地完成云计算功能；

6.连接列表中的节点数可以根据云计算网络带宽和节目点播状况进行自动调整，保证所有终端节点与内容节点服务器或量子包封装服务器之间的最有效的连接和传输。

相同分组的终端节点基本在相同时间区域处于等同速率的点播或推播，连接列表相对比较稳定，生存时间较长，无须实时刷新列表内容，因此相同分组的节点收到连接列表后，便与节点管理服务器断开连接，保证节点管理服务器的效率。但在点播和推播系统中，出现以下状况时，节点管理服务器与终端节点再次建立连接，更新连接列表，保证节点之间的正常连接不受影响：

1.连接列表中终端节点的成功连接数不断减少，并减少到一定质量阈值时，阈值可预先设定；

2.连接列表中对终端节点对内容节点服务器或量子包封装服务器的带宽负载不断增加，并增加到一定质量阈值时，阈值可预先设定；

3.连接列表中内容节点服务器或量子包封装服务器与终端节点成功连接数不断减少，并减少到一定质量阈值时，阈值可预先设定；

4.云计算点播系统中，终端节点进行暂停、快进/倍速快进、快退/倍速快退操作后恢复正常播放时。

5.终端的点播收看流程结束或推播下载流程结束之后，终端节点退出系统和网络，或进行其他点播或推播操作时，之前缓存的量子包数据被释放，不再提供提供数据上传服务时。

6.有新节点加入分组，从同组其它节点获取数据，为其他节点提供数据上传服务时。

在本发明的云计算点播和推播系统中，节点管理服务器与终端节点再次建立连接时，节点管理服务器动态更新连接列表，保证节点之间的正常连接，作为本发明关键技术之一的动态更新连接列表，其实现方法为：

1.由于所有节点采用的分布式连接，当某节点从系统中退出或无法在网络上搜索时，并不会影响任何其它节点的网络搜索和连接传输。节点管理服务器自动从分组中删除已经退出的节点并且动态修改同组节点的连接列表，所有节点获得新的连接列表，将不再与已退出的节点交换数据；

2.新的节点加入分组导致分组和连接列表发生变化时，节点管理服务器也可动态的调整连接列表，分配和保持超级节点与普通节点之间的有效连接，保持最佳相邻的内容节点服务器和量子包封装服务器与终端节点之间的有效连接。

3.不同于云计算推播系统中视频文件量子包下载到内置的硬盘后实施本地播放的特征，云计算点播系统的终端节点接受量子包节目数据的同时，实时解码播放视频节目，实时播放的视频节目在终端上很难实现暂停、快进和快退等时间跳转操作。本发明的节点管理服务器可以实现以上所有的操作。

(1)当终端用户实施较长时间的暂停操作时，该终端节点首先发送暂停信息至节点管理服务器，并停止与其它节点的连接；节点管理服务器更将该终端节点从相应的云计算分组和连接列表中退出，并记录下该节点在暂停点的节目量子包的序列号和时间戳；当该终端用户实施继续播放操作时，该终端节点向节点管理服务器要求重新加入云计算分组，节点管理服务器根据之前记录的量子包序列号和时间戳重新分配云计算分组和连接列表，并返回至终端节点，终端节点根据重新获得的连接列表，与新的节点进行连接，搜索后续的量子包，完成暂停操作。

(2)当终端用户操作快进或快退时，该终端节点首先停止与其它节点的连接，根据快进/倍速快进或快退/倍速快退操作，终端自动计算量子包序列号和时间戳的增加或减少：快进/倍速快进操作对应的是量子包序列号和时间戳的增加，快退/倍速快退对应的是量子包序列号和时间戳的减少；当终端用户停止快进/倍速快进或快退/倍速快退的操作时，终端节点将计算出的当前量子包序列号和时间戳，并送至节点管理服务器；节点管理服务器为终端节点重新分配新的云计算分组和连接列表，并返至终端节点；终端节点根据重新获得的连接列表，与新的节点进行连接，搜索所需的量子包，完成终端快进/倍速快进或快退/倍速快退操作。

在云计算点播系统中进行快进/倍速快进或快退/倍速快退操作时，终端和节点管理服务器需要大量时间进行运算和处理，终端节点需要较长时间恢复连接，因此用户等待时间较长。针对此缺陷，本发明的量子包封装服务器和节点管理服务器采用I帧管理方法可缩短快进/倍速快进和快退/倍速快退操作过程，使视频图像的恢复速度加快，高效率和高质量的实现快进和快退操作。

I帧是特技模式(快进或快退或跳转)的图像序列随机进入的进入点。本发明的I帧管理方法作为点播系统中暂停、快进/倍速快进、快退/倍速快退操作的优化，可根据云计算点播系统的实际应用选择性的加入到系统中，I帧管理方法的具体步骤是：

1.I帧分析：量子包封装服务器对VOD服务器上的原始节目流信息进行I帧分析，确定I帧；

2.I帧量子包处理：量子包封装服务器根据原始节目流中的I帧数据打包成若干量子包，并附加I帧标志，称为I帧量子包，每个I帧量子包都标记序列号和时间戳，存放在量子包封装服务器中，也可通过云计算网络分流到内容节点服务器上；

3.在点播系统中，终端节点、量子包封装服务器和内容节点服务器之间互相传送I帧量子包，当终端进行快进或快退操作时，该终端节点停止连接，发送跳转信息至节点管理服务器，跳转信息包括：终端节点停止连接时收到的I帧量子包序列号和时间戳、快进或快退倍速(2倍、4倍、6倍、8倍等)；

4.节点管理服务器根据跳转信息，生成I帧倍速列表，I帧倍速列表包括：节目文件名标志、快进或快退倍速、在当前快进或快退倍速下所有I帧量子包序列号及时间戳，如图4所示。

5.当用户停止快进或快退的操作时，终端只需发送整个操作的时间段(从终端响应快进或快退操开始到快进或快退操作停止的时间间隔)至节点管理服务器；

6.节点管理服务器根据I帧倍速列表和时间段，可快速的计算出快进或快退操作停止后，终端需要接收的I帧量子包序列号和时间戳，据此动态建立I帧量子包连接列表；

7.此终端节点通过I帧量子包连接列表，与相邻的节点建立连接，获取所需的I帧量子包，终端进行解码后可立即播放视频画面。一个优化的快进/和快退/操作在短时间内便快速完成。

通常一台节点管理服务器可以管理数万个云计算节点，多个节点管理服务器可以同时使用，管理任意增多的云计算节点，本发明的节点管理服务器取代传统的中央索引检索服务器可保证IPTV系统的连续性和稳定性，为系统规模的扩展提供了良好的接口。

附图说明

图1是根据本发明结合云计算技术的IPTV点播和推播系统框图；

图2是根据本发明部署的云计算分发网络框图；

图3是根据本发明的云计算服务器端软件结构框图；

图4是根据本发明的I帧倍速列表样例图；

图5是根据本发明的云计算视频点播系统下建立连接的流程图；

图6是根据本发明的云计算视频点播系统的运行方式流程图；

图7是根据本发明的云计算视频点播系统播放控制下快进优化操作流程图；

具体实施方式

根据本发明可实现云计算视频点播系统和推播系统的各种具体应用，具体实施方式不限于以下举例。

举例一：本发明的视频点播系统采用的终端为嵌入式IPTV机顶盒，内置电子节目菜单(EPG)，通过本发明可实现基于云计算分发网络的视频点播业务，并支持快进/倍速快进和快退/倍速快退的操作。本发明点播系统的具体实现方法如下所述：

1.云计算点播系统——建立连接

(1)本发明的云计算视频点播系统的连接方式，如图5所示，嵌入式终端——IPTV机顶盒进行视频点播的操作是用户通过选择IPTV机顶盒内置的电子节目菜单(EPG)进行确认，IPTV机顶盒向VOD服务器提交点播电子节目菜单(EPG)的信息；

(2)VOD服务器将机顶盒终端信息和点播的EPG信息转交给授权管理服务器，授权管理服务器首先对IPTV机顶盒进行认证，通过机顶盒终端ID和终端地址确认后，再统计IPTV机顶盒当前的资费状况，确认有足够的资费支付本次的点播费用；

(3)如果没有足够资费，授权管理服务器返回资费不足信息至IPTV机顶盒从而传达给用户；如果可支付本次点播，授权管理服务器将用户的资费信息和本次点播所需的费用信息返回至IPTV机顶盒，提交给用户确认；

(4)用户确认信息传回授权管理服务器，由授权管理服务器扣除本次点播费用，更新用户的资费状况并保存在授权管理服务器中；

(5)通过用户认证和费用统计后，授权管理服务器认定此机顶盒的授权服务，生成指令并传送至数字版权管理前端和VOD服务器，数字版权管理前端的授权中心根据指令生成加密密钥和许可证书；

(6)数字版权管理前端将加密密钥传至VOD服务器，VOD服务器根据此密钥加密原始节目文件后送到量子包封装服务器，通过I帧分析后，进行量子包I帧处理：将原始节目流中的I帧数据单独打包成一个独立量子包，称为I帧量子包，并被附加I帧标志，存放在量子包封装服务器中，送入云计算分发网络，并由同组的内容节点服务器进行量子包分流；

(7)同时数字版权管理前端的授权中心将许可证书传至经过认证后的IPTV机顶盒，通过许可证书机顶盒可通过内置的解密算法还原解码密钥，以便机顶盒接收到加密的量子包后，可以对其进行解密和解码，最终实现节目内容的播放；(8)经过认证、计费、授权和数字版权管理之后，云计算点播系统启动连接。

2.云计算点播系统——系统运行

本发明的云计算视频点播系统的运行方式，如图6所示，云计算点播系统的管理控制核心是节点管理服务器。

(1)云计算点播系统建立连接后，所有终端在云计算网络上成为终端节点，首先与节点管理服务器建立连接；节点管理服务器向终端节点收集相关信息，包括：终端类型、终端地址、电子节目菜单(EPG)信息、终端可分配给云计算服务的缓存空间、终端互联网接入带宽(上行和下行)、可容纳的云计算节点连接数等信息；

(2)节点管理服务器根据电子节目菜单(EPG)信息，确定用户点播的视频节目内容，点播起始时间，根据当前点播相同节目的时间区段，寻找缓存器中在相同时间区段点播相同节目的其他终端节点，全部分在相同的云计算分组中；

(3)根据终端可分配给云计算服务的缓存空间、终端互联网接入带宽(上行和下行)、可容纳的云计算节点连接数等信息，确定终端是否为云计算网络中的超级节点；

(4)节点管理服务器根据最佳区域位置，分配同组的内容节点服务器和量子包封装服务器，由此确定相同云计算分组的所有节点，包括终端节点(超级节点)、内容节点服务器和量子包封装服务器。

(5)节点管理服务器为相同分组的所有节点建立连接列表，连接列表上优先选用超级节点与内容节点服务器或量子包封装服务器进行量子包数据交换，有效使用有限数量的处理能力最强的超级节点，缩短节点之间传输的响应时间；所有节点根据连接列表互相连接，交换量子包数据；

(6)节点管理服务器根据网络状况和节点数量，优化连接列表，加快节点之间相互连接的速度。

(7)节点管理服务器根据终端节点连接的变化，如：终端点播结束退出连接系统或新终端节点请求点播加入连接系统，随时更新连接列表。

(8)经过节点管理服务器的节点分组、优先超级节点连接、确定连接列表之后，云计算点播系统可保持正常有效的运行。

3.云计算点播系统——播放控制

本发明的云计算视频点播系统的播放控制，可实现暂停、快进/倍速快进、快退/倍束快退等时间跳转操作，另外可在系统中加入I帧管理方法，实现快进/倍速快进和快退/倍速快退的优化，缩短终端进行快进/倍速快进和快退/倍速快退操作后，节目图形迅速恢复。具体实施如下：

(1)暂停操作

■终端点播暂停时，播放的画面静止，终端节点停止连接，保留缓存内容；

■如暂停时间较短，没有超出目前所在节目的时间区段，则不更新当前节点列表，终端节点在恢复点播后，播放之前的缓存内容，继续连接获取后续内容；

■如暂停时间较长，超出当前所在节目的时间区段，终端节点发送暂停信息至节点管理服务器，节点管理服务器记录终端节点在暂停点的节目量子包的序列号和时间戳后，在连接列表中删除该终端节点，停止暂停、恢复点播时，终端节点向节点管理服务器要求重新加入云计算分组，节点管理服务器根据之前记录的量子包序列号和时间戳为节点重新分配云计算分组和连接列表，终端节点根据重新获得的连接列表，获取新的连接列表，与新节点建立连接，获取后续内容，终端继续播放；

(2)快进/快进跳转操作优化

■量子包封装服务器封装量子包时，采用I帧管理方法，将原始节目源打包成标记序列号和时间戳的I帧量子包，存放在量子包封装服务器上，并分流至内容节点服务器；

■用户进行快进操作时，终端节点停止连接，IPTV机顶盒停止播出的画而，发送跳转信息至节点管理服务器，跳转信息包括：终端节点停止连接时接收到I帧量子包的序列号和时间戳、快进或快退倍速(2倍、4倍、6倍、8倍等)；

■节点管理服务器根据跳转信息，生成I帧倍速列表。

■当用户停止快进或快退的操作时，IPTV机顶盒将快进操作的时间段，送至节点管理服务器；

■节点管理服务器根据I帧倍速列表和快进时间段，计算出IPTV机顶盒当前应该接收I帧量子包的序列号和时间戳，并动态建立I帧量子包连接列表至该终端节点；

■终端节点通过I帧量子包连接列表，与相邻的节点建立连接，获取后续的I帧量子包，快速完成一个优化的快进/倍速快进和快退/倍速快退操作，如图7所示。

(3)快退/倍速快退的操作优化

■快退/倍速快退的优化操作，与快进/倍速快进的实现方法相同。

举例二：根据本发明实现云计算视频推播系统的具体应用，与点播系统类似。本发明的视频推播系统采用个人视频录制终端(PVR)，内置存储硬盘和电子节目菜单(EPG)，可实现基于云计算分发网络的视频推播业务。由于推播系统的终端内置存储硬盘，视频节目的量子包全部下载至存储硬盘，通过个人视频录制终端的解码和解密后，恢复视频节目流，并采取本地播放，因此不涉及推播系统的播放控制，推播系统具体实施方法与上述点播系统的建立连接和系统运行相同。

本领域的熟练技术人员会明白，尽管这里为了说明的目的而描述了相似性系统的特定实施例，但是在不脱离本发明精神和范围的情况下可以作各种修改。因此，除了附加的权利要求之外，对本发明不作限制。

Claims (14)

1.一种云计算技术实现视频点播和推播的系统及其方法包括：

-业务管理前端，进一步包括以连续的流媒体文件形式缓存原始节目源的服务器和量子包封装服务器，所述量子包服务器用于将原始节目源封装成量子包，并存储、发送量子包数据；

-云计算管理前端，进一步包括内容节点服务器和节点管理服务器；其中节点管理服务器提供云计算节点搜索，用户信息存储与管理，对所有节点进行管理和分组，为同组节点提供一个云计算连接列表，内容节点服务器从节点管理服务器获得云计算连接列表，从量子包封装服务器或其它内容节点服务器中下载量子包数据，同时为其他云计算节点上传量子包数据；

-云计算终端节点，具有云计算功能，流媒体内容处理和存储功能，可作为一个云计算节点，可用于供用户直接操作和控制以便实现视频点播和推播的功能。

2.如权利要求1所述的利用可管理的云计算技术实现视频节目传送的系统，其中云计算终端节点可以分为普通终端节点和超级终端节点，其中，超级终端节点是具有大的存储和计算能力，具有最大带宽和最大处理能力的终端。

3.如权利要求2所述的利用可管理的云计算技术的实现视频节目传送的系统，其中节点管理服务器优先选用连接列表上的超级终端节点与内容节点服务器或量子包封装服务器进行量子包数据交换，然后选用普通终端节点。

4.如权利要求1所述的利用可管理的云计算技术的实现视频节目传送的系统，其中缓存原始节目源的服务器包括Push VOD服务器、VOD服务器、直播服务器，PushVOD服务器用于缓存推播业务中的原始节目源，提供云计算推播系统中的音视频节目原始处理与发布；VOD服务器用于缓存点播业务中的原始节目源，提供云计算点播系统中的音视频节目原始处理与发布；直播服务器用于缓存直播业务中的原始节目源，提供云计算直播系统中的音视频节目原始处理与发布。

5.如权利要求1所述的利用可管理的云计算技术的实现视频节目传送的系统，其中，云计算管理前端进一步包括授权管理服务器，用于对云计算终端节点进行认证和计费。

6.一种在权利要求1所述的视频节目传送系统中利用云计算技术的实现视频节目传送的方法，其特征在于，

(1)云计算系统建立连接后，所有终端在云计算网络上成为终端节点，首先节点管理服务器向终端节点收集终端节点的相关信息；

(2)节点管理服务器确定用户想要接收的视频节目信息，将用户信息数据库中在相同时间区段想要接收相同节目的终端节点，全部分在相同的云计算分组中；

(3)节点管理服务器根据最佳区域位置，最短距离，最佳带宽资源，分配同组的内容节点服务器和量子包封装服务器，由此确定相同云计算分组的所有节点，这些节点包括终端节点、内容节点服务器和量子包封装服务器；

(4)量子包服务器用于将原始节目源封装成量子包数据，并存储、发送量子包数据；

(5)节点管理服务器为相同分组的所有节点建立连接列表，所有节点根据连接列表互相连接，交换量子包数据；

(6)每个终端节点收到量子包数据，恢复成用户收到想要的视频节目。

7.如权利要求6所述的利用云计算技术的实现视频节目传送的方法，用户可以任意点播视频节目，接受用推播方式提供的视频节目，收看所选择的实时的流媒体视频节目。

8.如权利要求6所述的利用云计算技术的实现视频节目传送的方法，其中终端节点中包括了在所有终端节点中搜索出的具有最佳带宽和最大处理能力并且所处最短路径时云计算超级终端节点，在连接列表上优先选用超级终端节点、内容节点服务器或量子包封装服务器进行量子包数据交换，最后选择普通终端节点。

9.如权利要求6所述的利用云计算技术的实现视频节目传送的方法，其中节点管理服务器根据终端节点连接的变化，用户的加入，退出，暂停等，随时搜索和更新连接列表。

10.如权利要求7所述的利用云计算技术的实现视频节目传送的方法，点播方式还包括对用户终端进行授权管理的步骤，具体步骤如下：

(1)用户通过选择用户终端内置的电子节目菜单向缓存点播业务中的原始节目源的VOD服务器提交点播信息；

(2)VOD服务器交用户终端信息和点播信息转交给授权管理服务器，授权管理服务器进行认证和计费后，授权管理服务器认定此用户终端的授权服务，生成指令并传送至数字版权管理前端和VOD服务器，数字版权管理前端的授权中心根据指令生成加密密钥和许可证书；

(3)数字版权管理前端将加密密钥传至VOD服务器，VOD服务器根据此密钥加密原始节目文件后送到量子包封装服务器，量子包封装服务器进行量子包处理，将量子包送入云计算分发网络，并由同组的内容节点服务器进行量子包分流；

(4)同时数字版权管理前端的授权中心将许可证书传至经过认证后的用户终端，通过许可证书用户终端对接收到的加密量子包解密和解码，最终实现节目内容的播放。

11.如权利要求7所述的利用云计算技术的实现视频节目传送的方法，其中视频推播方式中，用户终端采用个人视频录制终端，内置存储硬盘和电子节目菜单，实现基于云计算分发网络的视频推播业务；视频节目的量子包全部下载至存储硬盘，通过个人视频录制终端的解码和解密后，恢复视频节目流，并采取本地播放。

12.如权利要求6所述的利用云计算技术的实现视频节目传送的方法，其中量子包封装服务器将连续的节目流和文件封装成具有序列号标记和时间戳的量子数据包，封装量子包的步骤如下：

(1)I帧分析：量子包封装服务器对VOD服务器上的原始节目流信息进行I帧分析，确定I帧；

(2)I帧量子包处理：量子包封装服务器根据原始节目流中的I帧数据打包成若干量子包，并附加I帧标志，称为I帧量子包，每个I帧量子包都标记序列号和时间戳，存放在量子包封装服务器中，也可通过云计算网络分流到内容节点服务器上。

(3)其它量子包处理：节目流中的其它帧被打成普通量子包，量子包都标记序列号和时间戳，存放在量子包封装服务器中，也可通过云计算网络分流到内容节点服务器上。

13.如权利要求6所述的利用云计算技术的实现视频节目传送的方法，其中采用I帧管理方式为用户终端提供时间跳转操作的步骤如下：

(1)在点播系统中，终端节点、量子包封装服务器和内容节点服务器之间互相传送I帧量子包，节点管理服务器根据跳转信息，生成I帧倍速列表，I帧倍速列表包括：节目文件名标志、快进或快退倍速、在当前快进或快退倍速下所有I帧量子包序列号及时间戳；

(2)当用户停止快进或快退的操作时，终端只需发送整个操作的时间段至节点管理服务器；

(3)节点管理服务器根据I帧倍速列表和时间段，可快速的计算出快进或快退操作停止后，终端需要接收的I帧量子包序列号和时间戳，据此动态建立I帧量子包连接列表；

(4)此终端节点通过I帧量子包连接列表，与相邻的节点建立连接，获取所需的I帧量子包，终端进行解码后可立即播放视频画面。

14.如权利要求6所述的利用云计算技术的实现视频节目传送的方法，其中相同分组的终端节点收到连接列表后，便与节点管理服务器断开连接；但在点播和推播系统中，出现以下状况时，节点管理服务器与终端节点再次建立连接，更新连接列表：

(1)连接列表中终端节点的成功连接数不断减少，并减少到预定阈值时；

(2)连接列表中对终端节点对内容节点服务器或量子包封装服务器的带宽负载不断增加，并增加到预定阈值时。

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