CN103220553A - 一种基于ipqam、p2p和iptv的视频播送优化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统包括VOD系统、总资源映射模块、IPQAM选择模块、区域资源映射模块、缓存模块、HFC传输网以及机顶盒。IPQAM设备之间和缓存之间均采用P2P网络连接，所有的IPQAM设备合成一体为所有的机顶盒提供网际协议变换服务，所有缓存器上的资源由区域资源映射模块统一管理。

Description

一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统及方法

技术领域：

本发明属于视频点播、视频通讯领域，尤其涉及一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统及方法，它可以广泛地应用于各种网络架构中。

背景技术：

随着网络承载能力的不断加强以及互联网技术的飞速发展，各种基于互联网的业务也随之被带动起来了，近年来各种大型的视频、音频流媒体在不同网络之间的交互，比如在IPTV上进行视频点播业务的快速普及和应用就是一个有力的佐证。基于IPTV的视频点播业务是数字技术、网络技术和消费家电产品相互融合的产物，是各种数字信息内容依托宽带平台共同发展的结果。其基本原理是借助普及成熟的宽带网络，以机顶盒跟电视机作为主要的终端设备，集互联网、多媒体通信等多种技术于一体，通过互联网协议向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式数字媒体服务。

在IPTV上进行视频点播业务过程中被点播的视频首先在基于IP协议的网络上传输，然后转到HFC网络中传输到机顶盒，进而在电视机上播放。在这个跨网传输的过程中，网际协议变换设备(IPQAM)起到了关键的作用。IPQAM作为IP网络和HFC网络之间的桥梁，它对视频信号的处理速度和处理能力直接关系到点播的视频质量以及点播视频后需要等待的时间。

随着IPTV视频点播用户的不断增加，IPQAM需要处理的视频业务量也随之增加，必须增加IPQAM设备的数量并将IPQAM设备下移来满足业务需求。然而单依靠增加IPQAM设备数量和将IPQAM设备下移并不是最有效的办法，还必须提高IPQAM设备的使用效率。现有技术中IPQAM设备的使用效率并不高，比如一个IPQAM设备最多能同时支持N个机顶盒的视频点播业务，当某个小区有10N个家庭，就要部署10个IPQAM设备，且这10个IPQAM设备相互孤立地为各自下面的N个机顶盒服务，但是该小区的10N个机顶盒并不会同时进行视频点播，这就导致了很多IPQAM设备长期处于空闲状态。

对于视频点播用户，每个用户的兴趣爱好不同，他们会点播不同的视频进行观看，但是从整体的角度来看，有一些热点视频会在短时间内被很多用户点播，比如有10个用户同时点播了某一视频，那么IPQAM设备就必须对该视频进行10次网际协议变换处理，这种重复的处理工作无疑增加了IPQAM设备不必要的负担。

综上所述，现有的基于IPTV的视频点播具有以下缺点：

(1)IPQAM设备的不足，随着用户的增加，所需要IPQAM设备量呈比例式地直线增加；

(2)IPQAM设备的使用效率低，部署了太多的IPQAM设备导致了许多IPTV设备处于空闲或不饱和的工作状态；

(3)IPQAM设备各自孤立地工作，每个IPQAM设备仅仅为连接于其下方的机顶盒提供服务；

(4)IPQAM设备短时间内对相同的视频资源重复进行网际协议变换，使得IPQAM设备负担过重。

发明的目的：

本发明的目的在于提供一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统和方法，使得IPQAM设备以P2P形式连接在一起工作，以便提高IPQAM设备的工作效率和节省硬件成本。

发明内容：

为了实现上述目的，本发明一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统和方法中所采用的系统包括VOD系统、总资源映射模块、区域资源映射模块、IPQAM选择模块、IPQAM设备、缓存模块、HFC传输网络、以及机顶盒。

所述VOD系统作为一个点播平台，其收集了内容供应商所提供的节目单，通过机顶盒的

遥控器，用户只需要点击一下，VOD系统就开始播送点播视频；

所述总资源映射模块是各种内容提供商提供的各种音、视频资源，所述VOD系统中能够被点播的视频均可以在总资源映射模块中找到；

区域资源映射模块对缓存模块中所有视频资源进行地址映射管理，区域资源映射模块保存了缓存模块中各个视频资源的地址信息，而对应视频资源本身则保存在缓存模块中；

IPQAM选择模块从所有的IPQAM设备中选择处于空闲状态的进行网际协议变换，IPQAM设备之间采用P2P结构互联，并且IPQAM设备以固定间隔向IPQAM选择模块汇报其空闲/忙碌状态；

缓存模块对经过IPQAM设备进行网际协议变换的视频资源进行暂存，IPQAM设备在不断地处理视频资源，所以不断地有视频资源被暂存入缓存模块，同时缓存模块中原有的部分视频资源将被删除；

HFC传输网是视频资源从IPQAM设备到机顶盒之间的传输媒介，长期以来IP网络和HFC网络是独立运营独立布线的，所以无论是IP网还是HFC网络都已经具备了很丰富的布线资源，通过IPQAM将它们融合起来使得原有的网络资源得到了充分的利用；

机顶盒用于播放来自HFC网络的视频资源以及发出点播视频申请，同时机顶盒还对视频进行解码并送到电视机播放。

本发明一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统及方法中的缓存模块具有以下3个特点：1、缓存模块中的视频资源仅仅是总资源映射模块中的一部分，即所有在缓存模块中出现的视频资源都可以在总资源映射模块中找到；2、缓存模块中的视频资源是以分块的形式存在的；3、缓存资源中的视频是处于不断更新的状态。每一个IPQAM设备都有一个对应的缓存器，所有的缓存器采用P2P结构互联，每个缓存器都被分成了许多固定大小的空间块，每个空间块放置一个视频块，且空间块按照地址值的大小排序，当有新的视频需要存储时就见最后一个地址中的视频块删除，然后原有的视频后移一个空间块的位置，让新的视频插入到第一个地址中。这样做可以使最新被IPQAM设备进行网际协议变换的视频资源更好地留在缓存中，当该资源还没有被删除时被其他机顶盒点播到，就可以直接从缓存模块将该视频播送到HFC网络，省去了IPQAM设备对同一个视频重复地进行网际协议变换，从而大大减少了IPQAM设备的负荷。

本发明一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统及方法中的视频播送方法包括以下步骤：

A 机顶盒向VOD系统发出点播视频请求；

B VOD向区域资源映射模块申请视频资源；

C 判断区域资源映射模块是否具有步骤B中所申请的视频资源，如果有就根据区域资源映射模块中的映射地址在缓存模块中找到点播视频并播送到HFC网络，同时跳转到步骤G，否则进入下一步；

D VOD系统向总资源映射模块申请点播视频；

E IPQAM选择模块选定一个处于空闲状态的IPQAM设备，并将从总资源映射模块申请到的点播视频播送给该IPQAM设备；

F IPQAM设备对点播视频进行网际协议变换处理；

G 将进行过网际协议变换处理的点播视频存入缓存模块并播送至HFC网络进行传输；

H 点播视频通过HFC网络传输至机顶盒；

I 判断机顶盒是否发出新的视频点播请求，如果是就跳转到步骤A，否则进入下一步；

J 机顶盒播放点播视频。

上述步骤B所述VOD向区域资源映射模块申请视频资源，也可以由机顶盒向VOD发出点播视频请求后向IPCAM对应的缓存模块广播该视频请求，如果IPCAM对应的缓存模块中有被请求的视频就将视频播送到HFC网络并跳转到步骤G，否则跳转到步骤D。

上述步骤G所述将进行过网际协议变换处理的点播视频存入缓存模块，其特征在于包括以下步骤：

G1 IPQAM选择模块选择处于空闲状态的IPQAMx并将点播视频播送给IPQAMx，IPQAMx对点播视频进行网际协议变换；

G2 对点播视频做分块处理；

G3 将缓存x中的最后一个视频块删除；

G4 将缓存x中第一个到倒数第二个视频块均向后移动一个视频块的位置；

G5 将经过分块处理后的点播视频存入缓存x的第一个视频块位置；

G6 将缓存x中的所有视频分块标示对应的存储地址发送给区域资源映射模块；

G7 判断点播视频的所有分块是否都存入缓存，如果是就结束，否则跳转到步骤G3。

附图说明

图1为现有技术中IPTV系统组成图；

图2为本发明一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统及方法的系统组成图；

图3为本发明一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统及方法的视频播送流程图；

图4为本发明一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统及方法的视频缓存流程图；

图5为本发明一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统及方法的视频分块缓存示意图；

具体实施方式：

下面结合说明书附图来说明本发明一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统及方法的具体实施方式：

图1为现有技术中IPTV系统组成图，从图1可以看出当机顶盒发出点播视频申请时，VOD系统从总资源映射模块中找到对应的点播视频并播送给对应的IPQAM设备，该IPQAM设备对点播视频进行网际协议变换后播送至HFC网络，再由HFC网络传输给机顶盒进行播放。图1中的每个IPQAM设备都服务于一定范围内的机顶盒，IPQAM设备之间相互独立工作，当某一个IPQAM设备出现故障时，该故障IPQAM设备下的机顶盒将无法正常工作。

图2为本发明一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统及方法的系统组成图，与图1中的现有系统相比，图2具有以下3个区别：1、增加了区域资源映射模块对缓存模块中的视频资源进行管理；2、增加了IPQAM选择模块，让现有技术中分立的IPQAM设备以P2P网络的形式相互联系；3、为每一个IPQAM设备增加了一个缓存，且将所有缓存以P2P网络的形式组成一个整体的缓存模块。图2显示本发明一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统及方法中点播视频可以通过两种方式到达机顶盒。方式1：VOD系统一总资源映射模块一IPQAM设备一HFC网络一机顶盒；方式2：VOD系统一区域资源映射模块→缓存模块→HFC网络→机顶盒。方式1和方式2的最大区别在于：首先方式1是从总资源映射模块中提取点播视频而方式2是从缓存模块中提取点播视频；其次方式1的点播视频要让IPQAM设备进行网际协议变换而方式2中的点播视频则不需要，由此可见方式2的视频播送路径比方式1更为高效。

图3为本发明一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统及方法的视频播送流程图，如图3所示，当VOD接到点播视频请求后既可以向总资源映射模块申请视频又可以向缓存模块申请视频，由于从缓存模块申请视频可以减轻IPQAM的负荷且点播视频的反应速度更快，所以VOD系统首先向缓存模块申请视频，当缓存模块中没有对应的视频资源时才向总资源映射模块申请。这样做既保证了每个视频都能被成功申请，又提高是视频播送的效率。

图4为本发明一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统及方法的视频缓存流程图。任何一个经过IPQAM设备进行网际协议变换处理的视频都将存入缓存中。点播视频存入缓存的方式是尾地址排出首地址进入。即先将缓存器中最后一个地址上的视频删除，然后将其他视频后移一个视频块以便空出缓存器的首地址，最后将最新点播视频存入缓存器的首地址。

图5为本发明一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统及方法的视频分块缓存示意图，图5中的1、2、3、4分别表示缓存器在存入新视频块过程中依次出现的4种状态，地址1、地址2、......地址n-1、地址n表示将缓存器的地址空间分成n个视频块。状态1为起始状态；状态2将尾地址(地址n)中的视频资源删除了；状态3将原视频块1、......原视频块n-1统统往后移动一个视频块的位置从而空出了缓存器的首地址；状态4把新视频块加入到了缓存器的首地址。

Claims (9)

1.一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统包括VOD系统、总资源映射模块、IPQAM设备、HFC传输网络、以及机顶盒，其特征在于还包括区域资源映射模块、IPQAM选择模块以及缓存模块。

所述VOD系统接收机顶盒的视频点播请求；

所述总资源映射模块是各种内容提供商提供的各种音、视频资源，所述VOD系统中能够被点播的视频均可以在总资源映射模块中找到；

所述缓存模块自带检索和请求视频子模块；

区域资源映射模块对缓存模块中所有视频资源进行地址映射管理；

IPQAM选择模块从所有的IPQAM设备中选择处于空闲状态的进行网际协议变换；

缓存模块对经过IPQAM设备进行网际协议变换的视频资源进行暂存；

HFC传输网是视频资源从IPQAM设备到机顶盒之间的传输媒介；

机顶盒用于播放来自HFC网络的视频资源以及发出点播视频申请。

2.根据权利要求1所述一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统，其特征在于所述区域资源映射模块中存储的是缓存模块中视频资源的地址信息。

3.根据权利要求1所述一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统，其特征在于所述缓存模块中的视频资源处于动态平衡的状态，即不断有新的视频资源加入和原有视频删除。

4.根据权利要求1所述一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统，其特征在于所述总资源映射模块和缓存模块中的资源关系是：缓存模块中的视频资源是总资源映射模块中视频资源的一部分。

5.根据权利要求1所述一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统，其特征在于IPQAM设备以定间隔方式向IPQAM选择模块汇报空闲或忙碌状态。

6.根据权利要求3所述一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化系统，所述缓存模块中的视频资源处于动态平衡的状态，即不断有新的视频资源的加入和原有视频的删除，其特征在于新的视频资源的加入和原有视频资源的删除均以视频块形式进行的。

7.一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化方法，其特征在于包括以下步骤：

A机顶盒向VOD系统发出点播视频请求；

BVOD向区域资源映射模块申请视频资源；

C判断区域资源映射模块是否具有步骤B中所申请的视频资源，如果有就根据区域资源映射模块中的映射地址在缓存模块中找到点播视频并播送到HFC网络，同时跳转到步骤G，否则进入下一步；

D VOD系统向总资源映射模块申请点播视频；

E IPQAM选择模块选定一个处于空闲状态的IPQAM设备，并将从总资源映射模块申请到的点播视频播送给该IPQAM设备；

F IPQAM设备对点播视频进行网际协议变换处理；

G 将进行过网际协议变换处理的点播视频存入缓存模块并播送至HFC网络进行传输；

H 点播视频通过HFC网络传输至机顶盒；

I 判断机顶盒是否发出新的视频点播请求，如果是就跳转到步骤A，否则进入下一步；

J 机顶盒播放点播视频。

8.根据权利要求7所述一种基于IPCAM、P2P和IPTV的视频播送优化方法中的步骤B所述VOD向区域资源映射模块申请视频资源，其特征在于机顶盒向VOD发出点播视频请求后向IPCAM对应的缓存模块广播该视频请求，如果IPCAM对应的缓存模块中有被请求的视频就将视频播送到HFC网络并跳转到步骤G，否则跳转到步骤D。

9.根据权利要求7所述一种基于IPQAM、P2P和IPTV的视频播送优化方法中的步骤G所述将进行过网际协议变换处理的点播视频存入缓存模块，其特征在于包括以下步骤：

G1 IPQAM选择模块选择处于空闲状态的IPQAMx并将点播视频播送给IPQAMx，IPQAMx对点播视频进行网际协议变换；

G2 对点播视频做分块处理；

G3 将缓存x中的最后一个视频块删除；

G4 将缓存x中第一个到倒数第二个视频块均向后移动一个视频块的位置；

G5 将经过分块处理后的点播视频存入缓存x的第一个视频块位置；

G6 将缓存x中的所有视频分块标示对应的存储地址发送给区域资源映射模块；

G7 判断点播视频的所有分块是否都存入缓存，如果是就结束，否则跳转到步骤G3。

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