CN102970585B - 一种流媒体快速频道切换的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流媒体快速频道切换的方法，终端结束上个频道的播放后，请求新频道的多播流时，在RTSP DESCRIBE消息中扩展携带用于表明支持流量控制功能的x-burst参数字段；并在首个RTSPPLAY消息中，指定播放时间点，并携带终端的burst接收缓冲区的大小信息x-burstsize；流媒体服务器根据终端请求的播放时间点和burst接收缓冲区的大小信息x-burstsize，在找到对应的IDR帧后，以高于原码率的速率，从IDR帧开始发送单播流对应的媒体数据；终端接收流单播流并进行播放，直至单播流已经追上多播流，则终端转向多播流播放。本发明所述的方法，终端和服务器保持原有系统架构不变，仅需在原有RTSP协议基础上进行扩展，即可实现快速频道切换功能，改动小，简单且易于实施。

Description

一种流媒体快速频道切换的方法

技术领域

本发明涉及流媒体技术领域，具体说是一种流媒体快速频道切换的方法。

背景技术

流媒体网络中的直播频道通常采用多播进行发送，终端通过加入多播组的方式切换频道。同传统模拟/数字电视相比，流媒体频道切换时间更长。频道切换延时通常受以下几个因素影响：

1.网络延时：终端从加入多播组到收到多播数据有一定的时间延时。

2.终端相关信息处理延时：由于数据(帧)之间的相关性，终端需要收到相关数据后才进行处理。

3.终端Mpeg buffer（Mpeg缓冲）处理延时：终端Mpeg buffer缓冲处理好的数据，当数据达到一定的阀值时才交由上层应用程序进行处理。

目前解决流媒体频道切换慢总体上有以下解决方案：

1.基于伴随流的快速频道切换

a)头端对每个直播频道产生两路多播流，一路是作为正常流的多播流，另一路多播流则采用低码率、小GOP（画面组）编码作为伴随流；

b)频道切换时，终端同时加入两路多播流对应的的多播组，对两路多播流进行同时接收；

c)在切换过程中，终端首先对伴随流进行解码，由于伴随流采用小GOP编码，终端可以很快找到IDR（Instantaneous DecodingRefresh，即时解码刷新）帧并解码视频到电视，此时用户看到的是低质量的图像；

d)当正常流的Buffer（缓冲）填满后，终端切换到正常流开始解码，频道切换结束。

该方案优点是系统不需要新增组件；缺点是用户在切换过程中看到的频道图像质量不高，同时此方案也会占用额外的带宽

2.基于FCC（快速频道切换）服务器的快速频道切换

a)FCC服务器接收流媒体系统内所有频道的多播流，对每个频道都进行短时间的缓存；

b)频道切换时，终端在加入新的多播组同时，采用扩展RTCP(实时传输控制协议)向FCC服务器请求新频道的单播流；

c)FCC服务器将缓存的新频道数据快速单播给终端，单播流应该以IDR帧开始，速率应该大于多播流的速率；

d)当单播流的数据赶上多播流时，终端切换回多播流接收，此次频道切换结束。

该方案优点是在频道切换过程中不会降低用户体验；缺点是需要新增一个快速频道切换(FCC)服务器集群，同时会占用额外的带宽，采用RTCP扩展消息作为终端和快速频道切换(FCC)服务器之间的请求，控制和终结单播流的接口，而RTCP协议是基于UDP（用户数据报协议）传输的，UDP是一种不可靠的传输协议，因此，当网络出现某种特殊情况下，RTCP消息是有可能丢失，这样会导致终端接收不到FCC服务器的单播流，快速频道切换就会失败，终端和FCC服务器为了保证RTCP消息是可靠的，必须实现RTCP重传机制，这导致终端和FCC服务器实现起来比较复杂。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种流媒体快速频道切换的方法，在不新增加快速频道切换（FCC）服务器集群情况下，比较简单可靠的实现快速频道切换。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种流媒体快速频道切换的方法，其特征在于，包含以下步骤：

（1）终端通过向接入设备发送IGMP的离开消息IGMP LEAVE离开上个频道的多播组，结束上个频道的播放；

（2）终端根据新频道的入流多播地址，向接入设备发IGMP的加入消息IGMP JOIN加入新频道的多播组，请求新频道的多播流；

（3）终端向流媒体服务器发送实时流传输协议的检查描述消息RTSP DESCRIBE，请求所要切换到的新频道的单播流，且在该RTSPDESCRIBE消息中扩展携带用于表明支持流量控制功能的x-burst参数字段；

（4）流媒体服务器向终端发送RTSP DESCRIBE的响应消息RTSP200OK，通过携带扩展参数x-burst提示开启流量控制机制；

（5）终端向流媒体服务器发送实时流传输协议的设置消息RTSPSETUP；

（6）流媒体服务器向终端发送RTSP SETUP的响应消息RTSP200OK；

（7）终端向流媒体服务器发送实时流传输协议的播放消息RTSPPLAY，在首个RTSP PLAY消息中，指定播放时间点，并携带终端的burst接收缓冲区的大小信息x-burstsize；

（8）流媒体服务器向终端发送RTSP PLAY的响应消息RTSP200OK；

（9）流媒体服务器根据终端请求的播放时间点和burst接收缓冲区的大小信息x-burstsize，在找到对应的IDR帧后，以高于原码率的速率，从IDR帧开始发送单播流对应的媒体数据；原码率指新频道的多播流的码率；

（10）流媒体服务器根据终端通过后续的RTSP PLAY消息携带扩展参数x-burstsize上报的burst接收缓冲区大小信息，调整数据发送速率；

（11）终端接收流媒体服务器推送的单播流并进行播放，同时接收新频道的多播流并缓存多播流；

（12）终端通过比较单播流和多播流的TS流特性，如果流媒体服务器发送的单播流已经追上多播流，则终端转向多播流播放，并断开跟流媒体服务器的RTSP会话连接，结束和流媒体服务器的播放。

在上述技术方案的基础上，所述终端的burst接收缓冲区的大小信息x-burstsize，是用来调整终端的缓存数据大小，当为正数时表示终端缓冲区下溢，需要流媒体服务器增加数据发送量，当为负数时表示终端缓冲区上溢，需要流媒体服务器减少数据发送量，以避免缓存数据增加或减少过量；

x-burstsize的计算公式为：

x-burstsize=（缓存上溢阈值-缓存下溢阈值）×60%。

在上述技术方案的基础上，步骤（7）中，终端首个RTSP PLAY消息中携带的指定播放时间点比当前时间少2～4秒。

在上述技术方案的基础上，步骤（9）中，流媒体服务器以原码率的1.2～1.5倍的速率，从IDR帧开始发送单播流对应的媒体数据。

在上述技术方案的基础上，步骤（10）中，流媒体服务器收到后续的RTSP PLAY消息携带扩展参数x-burstsize上报的burst接收缓冲区大小信息后，如果burst接收缓冲区大小为负数，说明终端缓冲区上溢，流媒体服务器的发流速率要降速，一般取原码率的0.6～0.9倍，如果burst接收缓冲区大小为正数，说明终端缓冲区下溢，流媒体服务器的发流速率要升速，一般取原码率的1.2～1.5倍。

在上述技术方案的基础上，步骤（12）中所述TS流特性包括：节目参考时钟PCR，显示时间标签PTS，DTS解码时间标签。

在上述技术方案的基础上，步骤（10）中，所述后续的RTSP PLAY消息是指：终端在首个RTSP PLAY消息之后，每间隔8～12秒，向流媒体服务器发送一次RTSP PLAY消息。

本发明所述的流媒体快速频道切换的方法，采用RTSP协议（实时流传输协议）作为终端和现有的流媒体服务器之间的请求、控制和终结单播流的接口，流媒体服务器在终端指定播放时间点的IDR帧开始快速给终端发频道单播流。有益效果在于：

1、采用扩展RTSP协议作为终端和现有的流媒体服务器之间的请求，控制和终结单播流的接口，是在原有RTSP协议基础上稍微扩展，对于终端和服务器而言，在原有系统架构基础上稍微扩展一下，很简单的实现快速频道切换功能。

2、不新增快速频道切换（FCC）服务器集群情况下，利用现有的流媒体服务器集群，就很简单的实现快速频道切换功能。

本发明所述的流媒体快速频道切换的方法，终端和服务器保持原有系统架构不变，仅需在原有RTSP协议基础上进行扩展，即可实现快速频道切换功能，改动小，简单且易于实施。

附图说明

本发明有如下附图：

图1本发明的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明所述的流媒体快速频道切换的方法，包含以下步骤：

（1）终端通过向接入设备发送IGMP（Internet组管理协议，Internet Group Management Protocol）的离开消息IGMP LEAVE离开上个频道的多播组，结束上个频道的播放；

（2）终端根据新频道的入流多播地址，向接入设备发IGMP的加入消息IGMP JOIN加入新频道的多播组，请求新频道的多播流；

（3）终端向流媒体服务器发送实时流传输协议的检查描述消息RTSP DESCRIBE，请求所要切换到的新频道的单播流，且在该RTSPDESCRIBE消息中扩展携带用于表明支持流量控制功能的x-burst参数字段；为便于流量控制，在终端上有一对应于x-burst参数的接收缓冲区，称为burst接收缓冲区；

（4）流媒体服务器向终端发送RTSP DESCRIBE的响应消息RTSP200OK，通过携带扩展参数x-burst提示开启流量控制机制；例如：流媒体服务器向终端发送RTSP DESCRIBE的响应消息时，携带“x-burst：yes”允许启动流量控制机制；

（5）终端向流媒体服务器发送实时流传输协议的设置消息RTSPSETUP；

（6）流媒体服务器向终端发送RTSP SETUP的响应消息RTSP200OK；

（7）终端向流媒体服务器发送实时流传输协议的播放消息RTSPPLAY，在首个RTSP PLAY消息中，指定播放时间点，并携带终端的burst接收缓冲区的大小信息x-burstsize；

（8）流媒体服务器向终端发送RTSP PLAY的响应消息RTSP200OK；

（9）流媒体服务器根据终端请求的播放时间点和burst接收缓冲区的大小信息x-burstsize，在找到对应的IDR帧后，以高于原码率的速率，从IDR帧开始发送单播流对应的媒体数据；原码率指新频道的多播流的码率；

（10）流媒体服务器根据终端通过后续的RTSP PLAY消息携带扩展参数x-burstsize上报的burst接收缓冲区大小信息，调整数据发送速率；

（11）终端接收流媒体服务器推送的单播流并进行播放，同时接收新频道的多播流并缓存多播流；

（12）终端通过比较单播流和多播流的TS流特性，如果流媒体服务器发送的单播流已经追上多播流（指单播TS流特性和缓存中的多播TS流特性相同），则终端转向多播流播放，并断开跟流媒体服务器的RTSP会话连接，结束和流媒体服务器的播放。

在上述技术方案的基础上，所述终端的burst接收缓冲区的大小信息x-burstsize，是用来调整终端的缓存数据（指缓存的单播流数据）大小，当为正数时表示终端缓冲区下溢，需要流媒体服务器增加数据发送量，当为负数时表示终端缓冲区上溢，需要流媒体服务器减少数据发送量，以避免缓存数据增加或减少过量；

x-burstsize的计算公式为：

x-burstsize=（缓存上溢阈值-缓存下溢阈值）×60%。

在上述技术方案的基础上，步骤（7）中，终端首个RTSP PLAY消息中携带的指定播放时间点比当前时间少2～4秒。

在上述技术方案的基础上，步骤（9）中，流媒体服务器以原码率的1.2～1.5倍的速率，从IDR帧开始发送单播流对应的媒体数据。

在上述技术方案的基础上，步骤（10）中，流媒体服务器收到后续的RTSP PLAY消息携带扩展参数x-burstsize上报的burst接收缓冲区大小信息后，如果burst接收缓冲区大小为负数，说明终端缓冲区上溢，流媒体服务器的发流速率要降速，一般取原码率的0.6～0.9倍，如果burst接收缓冲区大小为正数，说明终端缓冲区下溢，流媒体服务器的发流速率要升速，一般取原码率的1.2～1.5倍。

在上述技术方案的基础上，步骤（10）中，所述后续的RTSP PLAY消息是指：终端在首个RTSP PLAY消息之后，每间隔8～12秒，向流媒体服务器发送一次RTSP PLAY消息。例如：可以是8秒、9秒、10秒、11秒或12秒。

在上述技术方案的基础上，步骤（12）中所述TS流特性包括：节目参考时钟PCR，显示时间标签PTS，DTS解码时间标签，当节目参考时钟PCR、显示时间标签PTS和DTS解码时间标签中的任意一个相同时，即判定单播流追上多播流。

上面所说的单播流和多播流均是TS流，其中单播流是指流媒体服务器把频道的多播流录制下来，根据终端RTSP PLAY播放请求从指定的时间以IDR帧开始并以高于原码率的速率发送给终端的单播流；多播流是指终端接收频道的多播流。所指的单播流和多播流在源头上都来自于头端同一个频道的多播流。

以下通过一个实施例进一步解释本发明所述的流媒体快速频道切换的方法。

实施例中终端和流媒体服务器均采用扩展的RTSP（实时流传输协议）/TCP协议作为终端和流媒体服务器之间的请求、控制和终结单播流的接口，在流媒体数据传输开始后，终端要分配一定大小的内存作为单播流的流媒体数据缓冲区，此即burst接收缓冲区，通常缓冲区的大小要求能够缓存15s左右的单播流的流媒体数据。

本发明扩展了RTSP协议，要求终端在发送首个RTSP PLAY消息时，携带扩展字段x-burstsize参数，说明burst接收缓冲区大小信息，携带Range:clock=指明指定播放时间点，服务器根据x-burstsize大小和指定播放时间点，从指定播放时间的IDR帧开始以高于原码率的速率发送单播流。

终端在播放流媒体服务器的单播流过程中，要求根据burst接收缓冲区的变化，当出现burst接收缓冲区上溢或下溢现象时，通过RTSP PLAY消息携带x-burstsize参数上报给流媒体服务器，要求10s内终端只能上报一次，流媒体服务器根据终端上报的x-burstsize大小，调整发流速率。

如图1所示，实施具体步骤如下：

步骤1：终端向接入设备发送IGMP LEAVE消息，结束上个频道播放。

步骤2：终端向接入设备发送IGMP JOIN消息，请求新频道的多播流。

步骤3：终端向流媒体服务器发送RTSP DESCRIBE消息，携带x-burst字段，请求新频道的单播流。

步骤4：流媒体服务器给终端回RTSP DESCRIBE响应消息RTSP200OK并携带x-burst:yes字段开启流量控机制。

步骤5：终端向流媒体服务发送RTSP SETUP消息。。

步骤6：流媒体服务器给终端回RTSP SETUP响应消息RTSP200OK。

步骤7：终端发RTSP PLAY消息给流媒体服务器，在首个RTSP PLAY消息中，指定播放时间点Range:clock=（当前时间-2～4秒），携带终端的burst接收缓冲区的大小信息x-burstsize=（缓存上溢阈值-缓存下溢阈值）×60%，要求流媒体服务器从指定播放时间点发送单播流。

步骤8：流媒体服务器给终端回RTSP PLAY响应消息200OK。

步骤9：以高于原码率的速率，一般取原码率的1.2～1.5倍速从指定播放时间点的IDR帧开始快速发送新频道的单播流给终端。

步骤10：流媒体服务器根据终端每间隔10s上报的x-burstsize数值，调整发流速率。

步骤11：终端播放流媒体服务器的频道单播流。

步骤12：终端接收新频道的多播流。

步骤13：终端每间隔10s发RTSP PLAY消息给流媒体服务器，携带x-burstsize参数，给流媒体服务器上报burst缓冲区大小信息（x-burstsize），携带scale:1参数，提示这个play消息只是上报x-burstsize信息，终端在10s内只能上报一次x-burstsize信息。

步骤14：流媒体服务器给终端发送RTSP PLAY响应消息200OK。

步骤15：终端比较单播流和多播流TS流特征是否相同，是转向步骤16，可以说明单播流追上多播流，否转向步骤10。

步骤16：终端发RTSP TEARDOWN消息给流媒体服务器，结束单播流播放。

步骤17：流媒体服务器给终端发送RTSP TEARDOWN响应消息200OK。

步骤19：终端继续接收多播流。

步骤20：终端播放多播流。

其中，流媒体服务器调整发送速率步骤如下：

a)当burst接收缓冲区大小（x-burstsize）为负数，说明终端缓冲区上溢，服务器的发流速率低于原码率速率，一般取原码率的0.6～0.9倍。

b)当burst接收缓冲区大小（x-burstsize）为正数，说明终端缓冲区下溢，服务器的发流速率要高于原码率速率，一般取原码率的1.2～1.5倍。

c)当服务器发送的媒体数据已经追上多播流，则恢复原码率速率发送。

终端比较单播流和多播流的TS流特征是否相同，可以是终端通过比较最新单播流和缓存中的多播流TS流特性，当这两个流中的节目参考时钟PCR、显示时间标签PTS和DTS解码时间标签任意一个相同时，就可以说最新单播流追上多播流了。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种流媒体快速频道切换的方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)终端通过向接入设备发送IGMP的离开消息IGMP LEAVE离开上个频道的多播组，结束上个频道的播放；

(2)终端根据新频道的入流多播地址，向接入设备发送IGMP的加入消息IGMP JOIN加入新频道的多播组，请求新频道的多播流；

(3)终端向流媒体服务器发送实时流传输协议的检查描述消息RTSP DESCRIBE，请求所要切换到的新频道的单播流，且在该RTSPDESCRIBE消息中扩展携带用于表明支持流量控制功能的x-burst参数字段；

(4)流媒体服务器向终端发送RTSP DESCRIBE的响应消息RTSP200OK，通过携带扩展参数x-burst提示开启流量控制机制；

(5)终端向流媒体服务器发送实时流传输协议的设置消息RTSPSETUP；

(6)流媒体服务器向终端发送RTSP SETUP的响应消息RTSP200OK；

(7)终端向流媒体服务器发送实时流传输协议的播放消息RTSPPLAY，在首个RTSP PLAY消息中，指定播放时间点，并携带终端的burst接收缓冲区的大小信息x-burstsize；

(8)流媒体服务器向终端发送RTSP PLAY的响应消息RTSP200OK；

(9)流媒体服务器根据终端请求的播放时间点和burst接收缓冲区的大小信息x-burstsize，在找到对应的IDR帧后，以高于原码率的速率，从IDR帧开始发送单播流对应的媒体数据；原码率指新频道的多播流的码率；

(10)流媒体服务器根据终端通过后续的RTSP PLAY消息携带扩展参数x-burstsize上报的burst接收缓冲区大小信息，调整数据发送速率；

(11)终端接收流媒体服务器推送的单播流并进行播放，同时接收新频道的多播流并缓存多播流；

(12)终端通过比较单播流和多播流的TS流特性，如果流媒体服务器发送的单播流已经追上多播流，则终端转向多播流播放，并断开跟流媒体服务器的RTSP会话连接，结束流媒体服务器的播放。

2.如权利要求1所述的流媒体快速频道切换的方法，其特征在于：所述终端的burst接收缓冲区的大小信息x-burstsize，是用来调整终端的缓存数据大小，当为正数时表示终端缓冲区下溢，需要流媒体服务器增加数据发送量，当为负数时表示终端缓冲区上溢，需要流媒体服务器减少数据发送量，以避免缓存数据增加或减少过量；

x-burstsize的计算公式为：

x-burstsize＝(缓存上溢阈值-缓存下溢阈值)×60％。

3.如权利要求1所述的流媒体快速频道切换的方法，其特征在于：步骤(7)中，终端首个RTSP PLAY消息中携带的指定播放时间点比当前时间少2～4秒。

4.如权利要求1所述的流媒体快速频道切换的方法，其特征在于：步骤(9)中，流媒体服务器以原码率的1.2～1.5倍的速率，从IDR帧开始发送单播流对应的媒体数据。

5.如权利要求1所述的流媒体快速频道切换的方法，其特征在于：步骤(10)中，流媒体服务器收到后续的RTSP PLAY消息携带扩展参数x-burstsize上报的burst接收缓冲区大小信息后，如果burst接收缓冲区大小为负数，说明终端缓冲区上溢，流媒体服务器的发流速率要降速，一般取原码率的0.6～0.9倍，如果burst接收缓冲区大小为正数，说明终端缓冲区下溢，流媒体服务器的发流速率要升速，一般取原码率的1.2～1.5倍。

6.如权利要求1所述的流媒体快速频道切换的方法，其特征在于：步骤(12)中所述TS流特性包括：节目参考时钟PCR，显示时间标签PTS，DTS解码时间标签。

7.如权利要求1所述的流媒体快速频道切换的方法，其特征在于：步骤(10)中，所述后续的RTSP PLAY消息是指：终端在首个RTSP PLAY消息之后，每间隔8～12秒，向流媒体服务器发送一次RTSPPLAY消息。