CN104349178A - 实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的系统和方法，其中包括实时转码子系统，用以将视频源的原始视频转码为适合用户终端播放的视频编码数据；流媒体播控子系统，用以将实时转码子系统输出的视频编码数据打包为适合流媒体传输的视频流并对用户终端提供流媒体服务；内容分发子系统；用户终端模块，用以向所述的内容分发子系统或流媒体播控子系统发送请求以及根据网络状况信息动态切换实时转码得到不同码率的视频流进行播放。采用该种结构的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的系统及方法，实现了对流媒体进行按需实时转码，随着终端网络带宽的变化动态选择播放码率，灵活地匹配不同用户终端，具有更广泛的应用范围。

Description

实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的系统及方法
技术领域
本发明涉及视频播放技术领域，尤其涉及视频实时转码技术领域，具体是指一种实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的系统及方法。
背景技术
互联网和移动互联网应用至今已经深入到千家万户，随着终端处理能力的增强、三网融合的推进以及网络带宽的逐步提升，跨屏视频业务已经成为运营商开展的重要业务之一。
目前运营商开展的视频业务大多采用离线转码的方式，为了能够使同一视频内容在不同终端上进行播放，需要预先对每个原始视频内容离线转码为对应的多个码率的视频文件，供不同类型的终端点播播放。离线转码方式提供跨屏视频业务主要存在以下弱点：(1)存在很多冷僻的片源，如果对这样的片源都一律转换为多种码率的视频文件，这样既浪费了大量的服务器的计算资源，又会消耗大量的存储空间，而且也增加了数据一致性维护成本；(2)离线转码方式不适用于视频直播业务；(3)转码码率等参数预先设定，不能完全适应各种类型和网络状况的终端。
另外运营商也有采用实时转码系统提供直播业务，大多采用硬件转码的方式，目前的实时转码系统也存在以下弱点：(1)其转码格式、分辨率、码率等参数往往预先设置，不能根据不同终端状况进行自适应设置和改变；(2)没有考虑根据视频节目的用户数进行按需转码和按需分发，导致计算资源和网络资源的浪费。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现对流媒体进行按需实时转码、随着终端网络带宽的变化动态选择播放码率、灵活地匹配不同用户终端、具有更广泛应用范围的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的系统及方法。
为了实现上述目的，本发明的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的系统及方法具有如下构成：
该实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的系统，其主要特点是，所述的系统包括：
实时转码子系统，用以将视频源的原始视频转码为适合用户终端播放的视频编码数据；
流媒体播控子系统，用以将所述的实时转码子系统输出的视频编码数据打包为适合流媒体传输的视频流并对所述的用户终端提供流媒体服务；
内容分发子系统，用以当并发用户规模达到系统预设数量时将所述的流媒体播控子系统输出的多码率视频流全网缓存和分发；
用户终端模块，用以当所述的终端请求或停止播放视频节目时，向所述的内容分发子系统或流媒体播控子系统发送请求以及根据网络状况信息动态切换实时转码得到不同码率的视频流进行播放。
较佳地，所述的实时转码子系统包括：
解码模块，用以将所述的视频源的视频进行容器格式解析和音视频解码以输出非压缩的音频数据和非压缩的视频数据；
视频存储模块，用以暂存非压缩的视频数据；
音频存储模块，用以暂存非压缩的音频数据；
多码率视频编码模块，用以将所述的视频存储模块中的视频数据压缩编码为标准格式的视频压缩数据并输出多路不同码率的视频数据；
多码率音频编码模块，用以将所述的音频存储模块中的音频数据压缩编码为标准格式的音频压缩数据并输出多路不同码率的音频数据；
容器打包模块，用以将所述的多路不同码率的视频数据和多路不同码率的音频数据进行多路容器组装输出多路多码率封装的视频数据。
较佳地，所述的流媒体播控子系统包括：
流媒体协议打包模块，用以将所述的实时转码子系统输出的多码率视频编码数据进行流媒体协议封装；
实时传输流打包模块，用以将封装后的多码率视频编码数据打包为实时传输的网络数据包；
流媒体服务器模块，用以为所述的用户终端提供自适应码率的流媒体服务；
播控模块，用以接收所述的用户终端的播放请求和终端信息并控制所述的实时转码子系统的开启、停止和设置转码参数以及当并发用户规模达到系统预设数量时控制流媒体视频流向所述的内容分发子系统分发并管理所述的终端接入网络路径选择和流媒体服务器群的负载均衡。
本发明还涉及通过所述的系统实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)所述的流媒体播控子系统接收到所述的用户终端发送的请求并判断请求类型，如果是播放请求，则继续步骤(2)，如果是停止请求，则继续步骤(7)；
(2)所述的流媒体播控子系统控制所述的实时转码子系统对视频节目进行实时转码，然后继续步骤(3)；
(3)所述的流媒体播控子系统判断所述的视频节目的用户数是否小于系统预设数量，如果是，则继续步骤(4)，否则继续步骤(5)；
(4)所述的流媒体播控子系统在网络中心节点处提供所述的视频节目的多码率自适应流媒体服务，然后结束退出；
(5)所述的内容分发子系统将所述的视频节目的多码率视频流向网络边缘节点进行分发；
(6)所述的流媒体播控子系统在网络边缘节点处提供所述的视频节目的多码率自适应流媒体服务；
(7)所述的用户终端模块根据网络状况信息动态切换实时转码得到需求码率的视频流进行播放，然后结束退出；
(8)所述的流媒体播控子系统控制停止向所述的用户终端提供所述的视频节目的流媒体服务，然后结束退出。
较佳地，所述的步骤(1)之前，还包括以下步骤：
(0)所述的流媒体播控子系统将请求视频节目的终端用户数清零.
更佳地，所述的流媒体播控子系统控制所述的实时转码子系统对视频节目进行实时转码，包括以下步骤：
(2-1)所述的流媒体播控子系统将请求所述的视频节目的用户数加1并判断请求所述的视频节目的用户数的值是否小于等于1，如果是，则继续步骤(2-2)，否则继续步骤(7)；
(2-2)所述的流媒体播控子系统根据所述的用户终端类型和网络带宽配置实时转码参数；
(2-3)所述的实时转码子系统对所述的视频节目进行实时转码。
更进一步地，所述的实时转码子系统包括解码模块、视频存储模块、音频存储模块、多码率视频编码模块、多码率音频转换模块和容器打包模块，所述的实时转码子系统对所述的视频节目进行实时转码，包括以下步骤：
(2-3-1)所述的解码模块将所述的视频源的视频进行容器格式解析和音视频解码以输出非压缩的音频数据和非压缩的视频数据；
(2-3-2)所述的解码模块将所述的非压缩的视频数据发送至所述的视频存储模块并将所述的非压缩的音频数据发送至所述的音频存储模块；
(2-3-3)所述的多码率视频编码模块将所述的视频存储模块中的视频数据压缩编码为标准格式的视频压缩数据并输出多路不同码率的视频数据；
(2-3-4)所述的多码率音频编码模块将所述的音频存储模块中的音频数据压缩编码为标准格式的音频压缩数据并输出多路不同码率的音频数据；
(2-3-5)所述的容器打包模块将所述的多路不同码率的视频数据和多路不同码率的音频数据进行多路容器组装输出多路多码率封装的视频数据。
更进一步地，所述的流媒体播控子系统控制停止向所述的用户终端提供所述的视频节目的流媒体服务，包括以下步骤：
(8-1)所述的流媒体播控子系统将请求所述的视频节目的用户数减1并判断请求所述的视频节目的用户数的值是否为0，如果是，则继续步骤(8-2)，否则继续步骤(8-4)；
(8-2)所述的流媒体播控子系统控制所述的实时转码子系统停止实时转码进程，然后继续步骤(8-3)；
(8-3)所述的流媒体播控子系统停止流媒体服务进程，然后结束退出；
(8-4)所述的流媒体播控子系统判断请求所述的视频节目的用户数是否小于系统预设数量，如果是，则继续步骤(8-5)，否则结束退出；
(8-5)所述的流媒体播控子系统控制所述的内容分发子系统停止分发进程和网络边缘节点流媒体服务进程并在所述的流媒体播控子系统中将正在网络边缘节点提供的流媒体服务地址重定向到网络中心节点，然后结束退出。
较佳地，所述的流媒体播控子系统包括流媒体协议打包模块、实时传输流打包模块、流媒体服务器模块和播控模块，所述的流媒体播控子系统在网络中心节点处提供所述的视频节目的多码率自适应流媒体服务，包括以下步骤：
(4-1)所述的流媒体协议打包模块将所述的实时转码子系统输出的多码率视频编码数据进行流媒体协议封装；
(4-2)所述的播控模块控制所述的流媒体服务器模块为所述的用户终端于网络中心节点处提供自适应码率的流媒体服务。
更佳地，所述的内容分发子系统将所述的视频节目的多码率视频流向网络边缘节点进行分发，包括以下步骤：
(5-1)所述的实时传输流打包模块将封装后的多码率视频编码数据打包为实时传输的网络数据包；
(5-2)所述的内容分发子系统将所述的实时传输的网络数据包向网络边缘节点进行分发。
采用了该发明中的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的系统及方法，具有如下有益效果：
本发明提供一种自适应码率的按需实时转码的技术方案，在此系统中，对同一非热门视频节目只保留一份高清码率的视频源内容，可以根据并发用户数合理调配计算资源和网络资源，当不同类型的终端请求此视频节目时，直接对该视频源内容进行实时转码和终端类型自适应匹配，提供合适码率的视频流服务，并且在对终端提供视频流服务的过程中，其码率不是固定不变的，而是随着终端网络带宽的变化动态选择播放码率，真正实现了按需转码、按需内容分发服务和自适应码率匹配服务。与现有技术相比，本发明的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的系统及方法具有显著的如下优势：
(1)只有存在用户终端请求时，才会启动实时转码器，只有用户达到一定规模时，才会启动内容分发子系统CDN，按需实时转码系统节省计算资源和网络资源；
(2)不将非热门视频内容实时转码后的多码率视频流保存为永久文件，节省了存储资源；
(3)按需实时转码能运用于点播业务，也适用于直播业务；
(4)只有当终端请求时才去根据终端参数去设置转码参数，能灵活最佳地匹配终端；
(5)在终端播放过程中，能根据终端网络状况动态调整播放码率；
(6)自适应码率的按需实时转码系统可以被广泛应用于网络视频点播或直播、网络视频监控等领域，具有更广泛的应用范围。
附图说明
图1为本发明的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的系统的结构示意图。
图2为本发明的实时转码子系统的内部组成结构示意图。
图3为本发明的流媒体播控子系统的内部组成结构示意图。
图4为本发明的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的方法的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
运营商为大规模多屏用户提供视频服务，一般会包括转码系统、流媒体播控系统、内容分发系统等基本功能模块。如图1所示为本发明的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的系统的组成示意图。
图1中101为视频源，指需要转码的视频节目源，可以是视频文件，也可以是直播源视频流。
图1中102为实时转码子系统，实现将原始视频转码为适合终端播放的视频编码数据，此视频编码数据一般支持最常用压缩标准格式，如H.264视频压缩格式，AAC音频压缩格式和TS容器格式。其转码参数的配置由上报的终端信息决定，如终端为3G网络的手机，则转码时会配置为一组相对偏低的转码参数(例如100Kbps，200Kbps，500Kbps三个码率)；如果终端为100Mbps带宽的PC机，则会配置为一组相对偏高的转码参数(例如1Mbps，2Mbps，4Mbps，8Mbps四个码率)。
图1中103为流媒体播控子系统，包括流媒体服务器和播控平台，流媒体服务器将转码系统输出的视频编码数据打包为适合流媒体传输的视频流，同时对终端提供流媒体服务，如HLS视频流over HTTP服务。播控平台控制将流媒体服务器输出的视频流分发到内容分发子系统CDN，同时根据上传的终端信息控制实时转码子系统。
图1中104为内容分发子系统CDN(Content Distribution Network)，内容分发子系统CDN将流媒体播控子系统输出的多码率视频流全网缓存分发以扩大视频业务服务的范围和能力，当并发用户规模很小时可以省略内容分发子系统，由流媒体播控子系统直接向用户终端提供流媒体服务。
图1中105为用户终端，主要实现自适应码率的流媒体播放功能。当终端请求/停止播放某个视频节目时，向CDN(如无CDN，则向流媒体播控子系统)接入管理服务器发出请求，同时上报终端类型和网络状况信息，流媒体播控子系统根据上报的终端信息设置实时转码器子系统的转码参数，启动/停止实时转码子系统。用户终端根据网络状况信息，动态切换按需实时转码子系统输出的不同码率的视频流进行播放，例如终端播放器设计为支持多码率hls流媒体协议的播放器，用户终端在播放过程中可以根据网络带宽状况自动切换不同码率的hls视频流进行播放。
如图2所示为实时转码子系统的组成示意图。
201模块为解码模块，将任意格式的源视频数据进行容器格式解析和音视频解码，输出为非压缩的音频数据，通常为PCM(Pulse Code Modulation，脉冲编码调制)数据和视频数据，通常为YUV(Luma and Chroma，亮度和色差信号)数据。
非压缩的视频数据输出到202视频存储模块暂存；非压缩的音频数据输出到203音频存储模块暂存。
204模块为多码率视频编码模块，将202存储模块中的YUV视频数据压缩编码为最常用标准格式的视频压缩数据(如H.264格式的视频)，输出为多路不同码率的视频数据，如分成超清、高清、流畅三路不同码率的视频，各路编码参数(分辨率、帧率、码率)由流媒体播控子系统控制。
205模块为多码率音频编码模块，将203存储模块中的PCM音频数据压缩编码为最常用标准格式的音频压缩数据(如AAC格式的音频)，输出为多路不同码率的音频数据，各路编码参数(采样率、码率)由流媒体播控子系统控制。由于音频数据量相对于视频数据量占比非常小，这里通常设计为仅输出一路码率的音频压缩数据。
206模块为容器打包模块，将204输出的多路多码率视频数据和205输出的音频数据分别进行多路容器组装，如打包成多路多码率TS格式封装的视频数据。
如图3所示为流媒体播控子系统组成示意图。
其中301为流媒体协议打包模块，将实时转码子系统输出的多码率视频数据进行流媒体协议封装，例如将多码率的TS视频数据进行TS分段处理以及生成对应的多码率m3u8索引。
302模块为实时传输流打包模块。将实时转码子系统输出的多码率视频数据打包为适合实时传输的网络数据包，例如打包为RTP(Real Time Protocol，实时传输协议)协议封装的TS over RTP传输流，供内容分发子系统进行实时分发。如果并发用户规模很小不需要内容分发子系统分发时，此模块可以省略。
303模块为流媒体服务器模块，为用户终端提供自适应码率的流媒体服务，例如为了支持多码率hls(Http Live Streaming，基于http的流媒体)流媒体服务，这里的流媒体服务器设计为支持http协议的web服务器。
304模块为播控模块，接收终端的播放请求和终端信息，控制实时转码子系统的开启、停止以及设置转码参数，控制流媒体视频流向内容分发子系统的分发，并管理终端接入网络路径选择和流媒体服务器群的负载均衡。
本发明的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的方法包括以下步骤：
(1)所述的流媒体播控子系统接收到所述的用户终端发送的请求并判断请求类型，如果是播放请求，则继续步骤(2)，如果是停止请求，则继续步骤(7)；
(2)所述的流媒体播控子系统控制所述的实时转码子系统对视频节目进行实时转码，然后继续步骤(3)；
(3)所述的流媒体播控子系统判断所述的视频节目的用户数是否小于系统预设数量，如果是，则继续步骤(4)，否则继续步骤(5)；
(4)所述的流媒体播控子系统在网络中心节点处提供所述的视频节目的多码率自适应流媒体服务，然后结束退出；
(5)所述的内容分发子系统将所述的视频节目的多码率视频流向网络边缘节点进行分发；
(6)所述的流媒体播控子系统在网络边缘节点处提供所述的视频节目的多码率自适应流媒体服务；
(7)所述的用户终端根据网络状况信息动态切换实时转码得到需求码率的视频流进行播放，然后结束退出；
(8)所述的流媒体播控子系统控制停止向所述的用户终端提供所述的视频节目的流媒体服务，然后结束退出。
在一种较佳的实施方式中，所述的步骤(1)之前，还包括以下步骤：
(0)所述的流媒体播控子系统将请求视频节目的终端用户数清零；即将该实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的系统进行整体初始化。
在一种更佳的实施方式中，所述的流媒体播控子系统控制所述的实时转码子系统对视频节目进行实时转码，包括以下步骤：
(2-1)所述的流媒体播控子系统将请求所述的视频节目的用户数加1并判断请求所述的视频节目的用户数的值是否小于等于1，如果是，则继续步骤(2-2)，否则继续步骤(7)；
(2-2)所述的流媒体播控子系统根据所述的用户终端类型和网络带宽配置实时转码参数；
(2-3)所述的实时转码子系统对所述的视频节目进行实时转码。
根据上面所述的实时转码子系统的各个模块的功能，所述的实时转码子系统对所述的视频节目进行实时转码，包括以下步骤：
(2-3-1)所述的解码模块将所述的视频源的视频进行容器格式解析和音视频解码以输出非压缩的音频数据和非压缩的视频数据；
(2-3-2)所述的解码模块将所述的非压缩的视频数据发送至所述的视频存储模块并将所述的非压缩的音频数据发送至所述的音频存储模块；
(2-3-3)所述的多码率视频编码模块将所述的视频存储模块中的视频数据压缩编码为标准格式的视频压缩数据并输出多路不同码率的视频数据；
(2-3-4)所述的多码率音频编码模块将所述的音频存储模块中的音频数据压缩编码为标准格式的音频压缩数据并输出多路不同码率的音频数据；
(2-3-5)所述的容器打包模块将所述的多路不同码率的视频数据和多路不同码率的音频数据进行多路容器组装输出多路多码率封装的视频数据。
在一种更佳的实施方式中，所述的流媒体播控子系统控制停止向所述的用户终端提供所述的视频节目的流媒体服务，包括以下步骤：
(8-1)所述的流媒体播控子系统将请求所述的视频节目的用户数减1并判断请求所述的视频节目的用户数的值是否为0，如果是，则继续步骤(8-2)，否则继续步骤(8-4)；
(8-2)所述的流媒体播控子系统控制所述的实时转码子系统停止实时转码进程，然后继续步骤(8-3)；
(8-3)所述的流媒体播控子系统停止流媒体服务进程，然后结束退出；
(8-4)所述的流媒体播控子系统判断请求所述的视频节目的用户数是否小于系统预设数量，如果是，则继续步骤(8-5)，否则结束退出；
(8-5)所述的流媒体播控子系统控制所述的内容分发子系统停止分发进程和网络边缘节点流媒体服务进程并在所述的流媒体播控子系统中将正在网络边缘节点提供的流媒体服务地址重定向到网络中心节点，然后结束退出。
根据上面所述的流媒体播控子系统的各个模块的功能，所述的流媒体播控子系统在网络中心节点处提供所述的视频节目的多码率自适应流媒体服务，包括以下步骤：
(4-1)所述的流媒体协议打包模块将所述的实时转码子系统输出的多码率视频编码数据进行流媒体协议封装；
(4-2)所述的播控模块控制所述的流媒体服务器模块为所述的用户终端于网络中心节点处提供自适应码率的流媒体服务。
在一种更佳的实施方式中，所述的内容分发子系统将所述的视频节目的多码率视频流向网络边缘节点进行分发，包括以下步骤：
(5-1)所述的实时传输流打包模块将封装后的多码率视频编码数据打包为实时传输的网络数据包；
(5-2)所述的内容分发子系统将所述的实时传输的网络数据包向网络边缘节点进行分发。
下面针对用户请求/停止播放一个视频节目的过程，进一步详细介绍一下本发明的基于按需实时转码实现自适应码率播放的方法，如图4所示。
401步骤实现对系统的初始化工作，将请求此视频节目的终端用户数清零，进入步骤402。
402步骤通过接入服务器接收客户端的播放/停止请求，当有客户端请求到达时，进入步骤403。
步骤403判断客户端的请求类型，如果是播放请求，则进入步骤404；如果是停止播放请求，则进入步骤411.
步骤404中，将请求此视频节目的用户数递增1，进入405步骤。
步骤405判断请求此视频节目的用户数的值是否仅为1，如果只为1，则说明此视频节目被第一次请求播放，进入步骤406；如果请求此视频节目的用户数的值不为1，则说明此视频节目正在被其它终端用户请求播放，跳至步骤408.
步骤406启动对此视频节目的实时转码进程，其转码参数由播控子系统根据终端类型和网络带宽配置，实现按需转码。之后进入步骤407。
步骤407启动流媒体服务进程，在网络中心节点处直接提供此节目的多码率自适应流媒体服务，由于此时用户规模很小，因此无需将此视频节目进行CDN分发，实现了按需分发。之后进入步骤402循环接收客户端的请求。
步骤408，判断请求此视频节目的用户数是否小于门限值TH，如果小于TH，说明用户规模很小，进入步骤407直接由网络中心节点提供此节目的多码率自适应流媒体服务；如果请求此视频节目的用户数大于等于门限值TH，则说明请求此节目的用户已经达到很大规模，需要开启CDN分发进程，实现按需分发，进入步骤409.
步骤409，启动CDN分发进程，将此节目的多码率视频流向网络边缘节点进行分发，然后进入步骤410.
步骤410，在网络边缘节点提供和网络中心节点相同的多码率自适应流媒体服务。之后进入步骤402循环接收客户端的请求。
步骤411，实现对客户停止播放的请求，当接收到一个客户端要求停止播放的请求后，将请求此视频节目的用户数递减1，然后进入步骤412.
步骤412，判断请求此视频节目的用户数是否为0，如果为0，则说明已经没有终端用户正在接收此视频节目的服务，则进入步骤413.否则进入步骤414.
步骤413，停止实时转码和流媒体服务进程，实现了按需转码，之后进入步骤402循环接收客户端的请求。
步骤414，判断请求此视频节目的用户数是否小于门限值TH，如果小于门限值，则进入步骤415，否则不作处理。
步骤415，停止CDN分发进程和边缘节点流媒体服务进程，同时需要在播控接入服务器中将正在边缘节点提供的流媒体服务地址重定向到中心节点(源)流媒体服务器群。之后进入步骤402循环接收客户端的请求。
下面以一具体实施例来进一步介绍本发明的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的系统及方法。显然，这里所描述的实施示例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面还是参照图4的流程图来详细描述一下使用手机查看某一网络监控视频示例的实施过程。
步骤401：初始化按需实时转码子系统，将此网络监控视频节目的手机请求用户数清零，然后进入步骤402。
步骤402：手机客户端向按需实时转码子系统发送播放/停止播放请求，发送播放请求时携带终端类型和带宽信息(例如Android手机终端、带宽200Kbps的3G网络)，视频播控子系统(即本发明的流媒体播控子系统)接收此请求和信息，然后进入步骤403。
步骤403：视频播控子系统分析判断客户端是播放还是停止播放请求，如果是播放请求，则视频播控子系统根据终端类型和带宽确定转码参数，例如对Android手机终端，将转码参数配置为4种码率：(1)超清分辨率720x576、25帧率、1.5Mbps码率；(2)高清分辨率640x480、25帧率、600Kbps码率；(3)标清分辨率320x240、25帧率、200Kbps码率；(4)流畅分辨率176x144、15帧率、100Kbps码率。如果是播放请求然后进入步骤404，否则进入步骤411.
步骤404：将此网络监控视频节目的手机请求用户数递增1，每当有新的手机终端请求时，总是将此网络监控视频节目的请求用户数递增1，然后进入步骤405。
步骤405：视频播控子系统统计此网络监控视频节目的手机请求用户数，如果此网络监控视频节目的手机请求用户数为1，则表明没有其它手机用户请求过此视频，需要进入步骤406；否则进入步骤408。
步骤406：启动此监控视频的实时转码进程，视频播控子系统将转码参数传给实时转码子系统，实时转码子系统按照转码参数进行多码率的实时转码，例如分别转码输出超清、高清、标清、流畅的4种码率的视频数据，多种码率输出就是为了自适应适配不同手机终端和不同网络状况。然后进入步骤407。
步骤407：在中心节点(源节点)搭建流媒体服务器，为了支持自适应多码率流媒体服务，将转码输出的多码率视频数据进行多码率流媒体协议封装，例如封装为hls协议的分段切片和多码率索引m3u8文件，推送到http服务器供手机终端下载播放，这里手机播放终端需要支持多码率hls流媒体协议。然后进入402步骤循环接收其它终端的请求。
步骤408：视频播控子系统判断此网络监控视频节目的手机请求用户数是否达到一定规模TH，比如TH设为1000，当手机请求用户数小于1000时，进入步骤407；当手机请求用户数超过1000时，需要启动CDN分发，进入步骤409。
步骤409：当手机请求用户数达到一定规模后，视频播控子系统启动对此网络监控视频节目的CDN分发服务，将中心节点(源)的多码率网络流分发到边缘节点，均衡网络负载，然后进入410步骤。
步骤410：和中心节点的流媒体服务器一样，将CDN分发网络复制过来的多码率视频网络流进行多码率流媒体协议封装，例如封装为hls协议的分段切片和多码率索引m3u8文件，推送到边缘http服务器供手机终端下载播放。然后进入402步骤循环接收其它终端的请求。
步骤411：当接收到手机终端停止播放请求时执行此步骤，一旦有手机终端停止播放请求，则视频播控子系统将此网络监控视频节目的手机请求用户数递减1，然后进入步骤412。
步骤412：视频播控子系统判断此网络监控视频节目的手机请求用户数是否已经为0，如果为0，表明已经不再有手机用户请求此网络监控视频节目了，然后进入步骤413；否则进入步骤414。
步骤413：此时已经没有手机终端请求此网络监控视频节目，因此就可以关闭对此视频节目提供服务的实时转码进程和流媒体服务进程，然后进入402步骤循环接收其它终端的请求。
步骤414：此时网络监控视频节目的手机请求用户数不为0，则进一步判断手机请求用户数是否小于一定规模数TH，比如TH设为1000，如果请求该网络监控视频节目的手机用户数已经小于1000，则为了节省资源，需要关闭CDN分发进程和边缘节点的流媒体服务进程，但视频播控子系统需要将终端已经链接到边缘节点的服务地址重定向到中心节点(源)流媒体服务器群；如果此网络监控视频节目的手机请求用户数仍然大于1000，则不作处理。然后再进入到402步骤循环接收其它终端的请求。
采用了该发明中的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的系统及方法，具有如下有益效果：
本发明提供一种自适应码率的按需实时转码的技术方案，在此系统中，对同一非热门视频节目只保留一份高清码率的视频源内容，当不同类型的终端请求此视频节目时，直接对该视频源内容进行实时转码和终端类型自适应匹配，提供合适码率的视频流服务，并且在对终端提供视频流服务的过程中，其码率不是固定不变的，而是随着终端网络带宽的变化动态选择播放码率。与现有技术相比，本发明的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的系统及方法具有显著的如下优势：
(1)只有存在用户终端请求时，才会启动实时转码器，只有用户达到一定规模时，才会启动内容分发子系统CDN，按需实时转码系统节省计算资源和网络资源；
(2)不将非热门视频内容实时转码后的多码率视频流保存为永久文件，节省了存储资源；
(3)按需实时转码能运用于点播业务，也适用于直播业务；
(4)只有当终端请求时才去根据终端参数去设置转码参数，能灵活最佳地匹配终端；
(5)在终端播放过程中，能根据终端网络状况动态调整播放码率；
(6)自适应码率的按需实时转码系统可以被广泛应用于网络视频点播或直播、网络视频监控等领域，具有更广泛的应用范围。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的系统，其特征在于，所述的系统包括：
实时转码子系统，用以将视频源的原始视频转码为适合用户终端播放的视频编码数据；
流媒体播控子系统，用以将所述的实时转码子系统输出的视频编码数据打包为适合流媒体传输的视频流并对所述的用户终端提供流媒体服务；
内容分发子系统，用以当并发用户规模达到系统预设数量时将所述的流媒体播控子系统输出的多码率视频流全网缓存和分发；
用户终端模块，用以当所述的终端请求或停止播放视频节目时，向所述的内容分发子系统或流媒体播控子系统发送请求以及根据网络状况信息动态切换实时转码得到不同码率的视频流进行播放。
2.根据权利要求1所述的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的系统，其特征在于，所述的实时转码子系统包括：
解码模块，用以将所述的视频源的视频进行容器格式解析和音视频解码以输出非压缩的音频数据和非压缩的视频数据；
视频存储模块，用以暂存非压缩的视频数据；
音频存储模块，用以暂存非压缩的音频数据；
多码率视频编码模块，用以将所述的视频存储模块中的视频数据压缩编码为标准格式的视频压缩数据并输出多路不同码率的视频数据；
多码率音频编码模块，用以将所述的音频存储模块中的音频数据压缩编码为标准格式的音频压缩数据并输出多路不同码率的音频数据；
容器打包模块，用以将所述的多路不同码率的视频数据和多路不同码率的音频数据进行多路容器组装输出多路多码率封装的视频数据。
3.根据权利要求1所述的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的系统，其特征在于，所述的流媒体播控子系统包括：
流媒体协议打包模块，用以将所述的实时转码子系统输出的多码率视频编码数据进行流媒体协议封装；
实时传输流打包模块，用以将封装后的多码率视频编码数据打包为实时传输的网络数据包；
流媒体服务器模块，用以为所述的用户终端提供自适应码率的流媒体服务；
播控模块，用以接收所述的用户终端的播放请求和终端信息并控制所述的实时转码子系统的开启、停止和设置转码参数以及当并发用户规模达到系统预设数量时控制流媒体视频流向所述的内容分发子系统分发并管理所述的终端接入网络路径选择和流媒体服务器群的负载均衡。
4.一种通过权利要求1至3中任一项所述的系统实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)所述的流媒体播控子系统接收到所述的用户终端发送的请求并判断请求类型，如果是播放请求，则继续步骤(2)，如果是停止请求，则继续步骤(7)；
(2)所述的流媒体播控子系统控制所述的实时转码子系统对视频节目进行实时转码，然后继续步骤(3)；
(3)所述的流媒体播控子系统判断所述的视频节目的用户数是否小于系统预设数量，如果是，则继续步骤(4)，否则继续步骤(5)；
(4)所述的流媒体播控子系统在网络中心节点处提供所述的视频节目的多码率自适应流媒体服务，然后结束退出；
(5)所述的内容分发子系统将所述的视频节目的多码率视频流向网络边缘节点进行分发；
(6)所述的流媒体播控子系统在网络边缘节点处提供所述的视频节目的多码率自适应流媒体服务；
(7)所述的用户终端模块根据网络状况信息动态切换实时转码得到需求码率的视频流进行播放，然后结束退出；
(8)所述的流媒体播控子系统控制停止向所述的用户终端提供所述的视频节目的流媒体服务，然后结束退出。
5.根据权利要求4所述的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的方法，其特征在于，所述的步骤(1)之前，还包括以下步骤：
(0)所述的流媒体播控子系统将请求视频节目的终端用户数清零。
6.根据权利要求5所述的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的方法，其特征在于，所述的流媒体播控子系统控制所述的实时转码子系统对视频节目进行实时转码，包括以下步骤：
(2-1)所述的流媒体播控子系统将请求所述的视频节目的用户数加1并判断请求所述的视频节目的用户数的值是否小于等于1，如果是，则继续步骤(2-2)，否则继续步骤(7)；
(2-2)所述的流媒体播控子系统根据所述的用户终端类型和网络带宽配置实时转码参数；
(2-3)所述的实时转码子系统对所述的视频节目进行实时转码。
7.根据权利要求6所述的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的方法，其特征在于，所述的实时转码子系统包括解码模块、视频存储模块、音频存储模块、多码率视频编码模块、多码率音频转换模块和容器打包模块，所述的实时转码子系统对所述的视频节目进行实时转码，包括以下步骤：
(2-3-1)所述的解码模块将所述的视频源的视频进行容器格式解析和音视频解码以输出非压缩的音频数据和非压缩的视频数据；
(2-3-2)所述的解码模块将所述的非压缩的视频数据发送至所述的视频存储模块并将所述的非压缩的音频数据发送至所述的音频存储模块；
(2-3-3)所述的多码率视频编码模块将所述的视频存储模块中的视频数据压缩编码为标准格式的视频压缩数据并输出多路不同码率的视频数据；
(2-3-4)所述的多码率音频编码模块将所述的音频存储模块中的音频数据压缩编码为标准格式的音频压缩数据并输出多路不同码率的音频数据；
(2-3-5)所述的容器打包模块将所述的多路不同码率的视频数据和多路不同码率的音频数据进行多路容器组装输出多路多码率封装的视频数据。
8.根据权利要求6所述的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的方法，其特征在于，所述的流媒体播控子系统控制停止向所述的用户终端提供所述的视频节目的流媒体服务，包括以下步骤：
(8-1)所述的流媒体播控子系统将请求所述的视频节目的用户数减1并判断请求所述的视频节目的用户数的值是否为0，如果是，则继续步骤(8-2)，否则继续步骤(8-4)；
(8-2)所述的流媒体播控子系统控制所述的实时转码子系统停止实时转码进程，然后继续步骤(8-3)；
(8-3)所述的流媒体播控子系统停止流媒体服务进程，然后结束退出；
(8-4)所述的流媒体播控子系统判断请求所述的视频节目的用户数是否小于系统预设数量，如果是，则继续步骤(8-5)，否则结束退出；
(8-5)所述的流媒体播控子系统控制所述的内容分发子系统停止分发进程和网络边缘节点流媒体服务进程并在所述的流媒体播控子系统中将正在网络边缘节点提供的流媒体服务地址重定向到网络中心节点，然后结束退出。
9.根据权利要求4所述的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的方法，其特征在于，所述的流媒体播控子系统包括流媒体协议打包模块、实时传输流打包模块、流媒体服务器模块和播控模块，所述的流媒体播控子系统在网络中心节点处提供所述的视频节目的多码率自适应流媒体服务，包括以下步骤：
(4-1)所述的流媒体协议打包模块将所述的实时转码子系统输出的多码率视频编码数据进行流媒体协议封装；
(4-2)所述的播控模块控制所述的流媒体服务器模块为所述的用户终端于网络中心节点处提供自适应码率的流媒体服务。
10.根据权利要求9所述的实现按需实时转码和自适应码率流媒体播放的方法，其特征在于，所述的内容分发子系统将所述的视频节目的多码率视频流向网络边缘节点进行分发，包括以下步骤：
(5-1)所述的实时传输流打包模块将封装后的多码率视频编码数据打包为实时传输的网络数据包；
(5-2)所述的内容分发子系统将所述的实时传输的网络数据包向网络边缘节点进行分发。
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