CN108124166A - 一种互联网直播系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种互联网直播系统，其包括直播端、基于NDN网络的数据分发模块、用户端；该数据分发模块包括预处理服务器、流媒体服务器、目录管理服务器以及网络传输单元；该网络传输单元由多个基于NDN网络的路由器节点组成，多个路由器节点根据所述网络传输单元的拓扑结构划分为多个层次，其中距流媒体服务器最近的路由器节点属于第一层，距用户端最近的路由器节点属于最底层，并且最底层的路由器节点与用户端缓存同样的视频数据，而从最底层到第一层，各层的路由器节点所缓存的视频数据逐渐由新到旧。本发明将NDN网络机制应用于直播系统，有效提高了直播系统的性能，且本发明采用的缓存策略既能减少数据的延时，又能节省缓存空间。

Description

一种互联网直播系统
技术领域
本发明涉及网络直播技术领域，尤其涉及一种互联网直播系统。
背景技术
随着计算机技术的不断发展，互联网日益成为现代人所依赖的信息获取渠道。在众多的信息载体和表现方式中，人们越来越倾向于使用流媒体来获取自己想要的信息。然而常规的流媒体却已经无法满足用户们的需求，在现在这个对信息时效性要求越来越高的时代，人们更多的是想要更快、更精确的得到第一手资讯；同时，用户们在获取咨询的同时，也更想拥有更真实的临场感和参与感。应运而生的，就是当下颇为火热的互联网直播。
然而，随着互联网直播的急速发展，逐渐暴露出的问题就是资源与需求的不匹配。由于流媒体应用对用户带宽要求很高，占用带宽的时间较长，并且用户对流媒体质量的要求非常严格，所以当下各种不同种类直播系统面领着严峻的考验。传统的中心式服务，在以“尽力而为”为原则的互联网中，不仅无法满足流媒体服务大规模部署的要求，其服务质量的保证也成为了一个大问题。
就技术层面来讲，基于C/S的中心式流媒体内容分发与服务是传统的流媒体内容分发与服务的技术手段。中心式服务由于其可扩展性差，无法承载大规模并发服务，而传输流媒体占用的带宽大，持续时间长，而服务器可利用的网络带宽资源有限，加之其处理能力、缓存大小、I/0速率等因素的影响，在有大量用户请求获取数据的情况下，服务器将不堪重负，成为整个系统的瓶颈，在目前这种用户量急剧增加的情况下，已不是当前的主流模式。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本申请提供一种互联网直播系统。将NDN网络机制应用于直播系统，从而有效提高了直播系统的性能，且所采用的缓存策略既能减少数据的延时，又能节省缓存空间。
该互联网直播系统包括直播端、基于NDN网络机制的数据分发模块、用户端；所述直播端和所述数据分发模块之间，所述数据分发模块和所述用户端之间均通过NDN网络实现通信；
所述数据分发模块包括预处理服务器、多个流媒体服务器、目录管理服务器以及网络传输单元，所述预处理服务器用于接收所述直播端上传的视频数据并对接收到的视频数据进行预处理，每一所述流媒体服务器分别用于从所述预处理服务器处获取预处理后的视频数据，并将预处理后的视频数据通过所述网络传输单元传输到所述用户端，所述目录管理服务器上建立有目录列表，所述目录列表中存储有预处理后的视频数据所对应的目录信息，同时所述目录管理服务器还用于根据所述用户端的请求向所述用户端发送与所述用户端的请求相对应的目录信息；
所述网络传输单元由多个基于NDN网络机制的路由器节点组成，多个路由器节点根据所述网络传输单元的拓扑结构划分为多个层次，其中距所述流媒体服务器最近的路由器节点属于第一层，距所述用户端最近的路由器节点属于最底层，并且最底层的路由器节点与所述用户端缓存同样的视频数据，而从最底层到第一层，各层的路由器节点所缓存的视频数据逐渐由新到旧。
可选地，所述网络传输单元中的每一路由器节点均设置有预设大小的数据窗口，所述数据窗口依据先进先出的原则对到达该数据窗口所在的路由器节点的视频数据进行缓存。
可选地，所述互联网直播系统在进行网络通信时所发送的每一兴趣包和每一数据包均采用分层次结构的命名方式进行命名。
可选地，所述互联网直播系统在进行网络通信时所发送的数据包的名称为五层结构，其形式为：服务域名/功能/视频名称/码率/时间段。
可选地，所述互联网直播系统在进行网络通信时所发送的兴趣包的名称采用两层结构，其形式为：功能/参数列表。
可选地，所述互联网直播系统采用B/S架构。
可选地，所述预处理服务器上存储有所述流媒体服务器和所述目录管理服务器的注册信息，所述目录管理服务器上存储有所述流媒体服务器的注册信息。
可选地，所述注册信息包括服务器名称、服务器内存和服务器CPU性能。
可选地，所述预处理包括对视频采集模块上传的视频数据进行转码、切分、以及压缩。
可选地，所述直播端包括视频采集设备和终端，所述视频采集设备用于对直播画面进行采集，所述终端用于将所述视频采集设备采集到的视频数据上传到所述预处理服务器。
本发明的互联网直播系统采用了NDN网络机制，由于NDN网络机制采用基于信息名称的传输分组，其数据解析和路由过程可以合并，因此相对于传统的采用中心式服务的直播系统，本发明可以有效减少系统中的冗余数据，从而提高系统性能。并且本发明中所采用的缓存策略相对于传统的缓存策略来说，本发明中的缓存策略在减少了数据延时的同时，还能进一步节约缓存空间，从而进一步提高系统性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的互联网直播系统的结构框图；
图2为本发明实施例提供的互联网直播系统的逻辑架构图；
图3为本发明实施例中的数据包命名结构的示意图；
图4为本发明实施例提供的互联网直播系统中的路由节点的分层示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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的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。
请参阅图1，图1示出了本实施例中的互联网直播系统的结构框图，该互联网直播系统包括直播端1、基于NDN网络机制的数据分发模块2、用户端3；其中直播端1和数据分发模块2之间，数据分发模块2和用户端3之间均通过NDN网络实现通信。直播端1用于将直播的视频数据上传到数据分发模块2，数据分发模块2用于对直播端1上传的视频数据进行处理，并将处理后的数据分发到用户端3，用户端3用于根据接收到的视频数据向用户展示直播视频。
上述直播端1包括视频采集设备11和终端12，其中视频采集设备11用于对直播画面进行采集，终端12用于将视频采集设备11采集到的视频数据上传到数据分发模块2，该视频采集设备11和终端12以及用户端3均与现有直播系统中的设备相同，直接采用现有设备即可，故在此不再赘述。
而上述数据分发模块2则包括预处理服务器21、多个流媒体服务器22、目录管理服务器23以及由多个基于NDN网络机制的路由器节点组成的网络传输单元24，其中预处理服务器21用于接收终端12上传的视频数据并对接收到的视频数据进行预处理，包括对视频数据的转码、切分、以及压缩等。每一流媒体服务器22分别用于存储预处理后的视频数据并将预处理后的视频数据通过网络传输单元24传输到用户端，而目录管理服务器23上则建立有目录列表，该目录列表中存储有预处理后的视频数据所对应的目录信息。上述各服务器之间通过NDN网络进行通信。
此外，如果要满足用户自定义视频质量的需求，预处理服务器21可以设置为多台，并且预处理服务器21的数量与用户自定义视频质量的种类数量相匹配，这么做的目的是为了减少数据的延时。并且在本实施例中，预处理服务器21上存储有流媒体服务器22和目录管理服务器23的注册信息，目录管理服务器23上存储有流媒体服务器22的注册信息。该注册信息包括服务器名称、服务器内存和服务器CPU性能等。
直播过程中直播端1将视频数据上传到预处理服务器21，预处理服务器21对视频数据进行预处理后，根据其所存储的流媒体服务器22的注册信息采用洪泛机制将用于视频更新的数据包发送到各流媒体服务器22，同时预处理服务器21根据其所存储的目录管理服务器23的注册信息向目录管理服务器23周期性发送直播节目变化的兴趣包，通知目录管理服务器23更新其目录列表，目录管理服务器23接收到直播节目变化的兴趣包后，检查相关字段是否符合要求，并根据检查结果更新其目录列表。而接收到用于视频更新的数据包的流媒体服务器22则向预处理服务器21返回一个兴趣包表示可以接受视频数据，并定期向目录管理服务器23发送目录请求兴趣包更新自己所有的数据，表示之后进行数据传输。
用户在请求数据时，会先向目录管理服务器23发送兴趣包用于请求目录信息，目录管理服务器23接收到用户端发送的请求目录信息的兴趣包后，根据所请求的数据名返回节目列表告知用户，用户再根据得到的节目列表发送请求视频数据的兴趣包到其相邻的网络节点，当存有用户所请求的视频数据的数据源接收到用户发送的请求视频数据的兴趣包时，该数据源返回带有相应视频数据的数据包给用户。
具体地，本实施例中的互联网直播系统采用B/S架构。如图2所示其逻辑架构分为流媒体采集层、数据分发层和流媒体播放层。其中流媒体采集层和流媒体播放层均采用现有的框架，而数据分发层则更改为基于NDN网络机制的数据分发层。
对于流媒体采集层和流媒体播放层所采用的现有框架，有三种比较成熟的多媒体框架可供选择，分别为微软的DirctShow、VideoLan计划的VLC和开源社区的GStreamer。其中DirectShow框架与DirectX开发包是由微软公司同时发布，是一系列使用在微软平台上的多媒体处理软件；VLC框架支持多种串流协议，并且适用各类音视频编解码格式，具有极佳的跨平台性，目前版本众多，主要使用的有Linux版本、微软版本和MacOS版本；GStreamer框架则更具有针对性，是一款专门解决应用在Linux平台上的多媒体处理的流媒体应用框架。三个框架都被广泛地应用在多媒体播放器的开发之中。其中Dirctshow隶属于Windows平台，VLC跨平台，而GStreamer专注于Linux系统。
其中VLC和GStreamer多媒体框架都可以在NDN网络上实现。VLC插件通过请求预存在NDN内容库中的数据，以文件的形式进行播放。GStreamer的插件——CCNxGST更为完善，有自己的发布工具和接收客户端，使用自己的规范传输数据。CCNxGST通过GStreamer的可配置性可以传输任意类型的数据。和VLC插件一样GST插件把视频当做二进制流处理，并且提供了一个可供用户判断最新片段的回调。因此只要有一个合适的容器，就可以传输直播视频。
上述数据分发层主要涉及到了命名策略和缓存策略，具体地，在本实施例中采用分层次结构的命名方式对兴趣包和数据包进行命名，将数据的命名分为不同的部分，每个部分的长度不固定，分层的深度也不加以限制，以便有利于网络扩展。具体地，如图3所示，当数据包用于服务器注册时，其名称的结构形式为：服务域名/服务器注册/服务器数据；当数据包用于传输视频数据时，其名称的结构形式为：服务域名/Data包/视频名称/码率/时间段；当数据包用于目录申请时，其名称的结构形式为：服务域名/目录申请。而兴趣包的名称采用两层结构，其形式为：功能/参数列表。
而为了实现更高效的缓存策略，提高直播视频质量，在本实施例中将上述网络传输单元中的多个路由器节点根据网络传输单元的拓扑结构划分为多个层次，其中距流媒体服务器最近的路由器节点属于第一层，距用户端最近的路由器节点属于最底层，如图4所示。
其中最底层的路由器节点与用户端缓存同样的视频数据，而从最底层到第一层，各层的路由器节点所缓存的视频数据逐渐由新到旧。具体地，在本实施例中每一路由器节点均设置有预设大小的数据窗口，该数据窗口依据先进先出的原则对到达该数据窗口所在的路由器节点的视频数据进行缓存，从而保持所缓存的数据不断更新。
设数据窗口的大小是tx＝tn+1～tn。假如主播从t0时刻开始直播，时间线一直延续，至t1时刻用户看到，但是此时用户看到的是t0时刻的画面，最底层路由器节点(设一共n层)储存t0～t1时刻的数据。当t2时刻数据包到达时，t0时刻的数据被踢出最底层路由器的数据窗口，最底层路由器节点改存t1～t2时刻的数据。t0～t1时刻数据交由第n-1层路由器节点缓存。这样，当用户在t0时刻观看直播，但数据未响应，且第n层路由器节点已将t0～t1时刻的数据踢出数据窗口时，用户还能尽快从第n-1层就近取得数据，从而减少延时。当然，本缓存策略还会引入一个时间参数y，若请求时间超过y未响应，则抛弃请求，直接从最新数据开始请求。这样既能减少延时，又能比传统的沿路径全缓存的缓存策略更节省缓存空间。
本实施例的互联网直播系统采用了NDN网络机制，由于NDN网络机制采用基于信息名称的传输分组，其数据解析和路由过程可以合并，因此相对于传统的采用中心式服务的直播系统，本实施例可以有效减少系统中的冗余数据，从而提高系统性能。并且本实施例中所采用的缓存策略相对于传统的缓存策略来说，本实施例中的缓存策略在减少了数据延时的同时，还能进一步节约缓存空间，从而进一步提高系统性能。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种互联网直播系统，其特征在于，包括直播端、基于NDN网络的数据分发模块、用户端；所述直播端和所述数据分发模块之间，所述数据分发模块和所述用户端之间均通过NDN网络实现通信；
所述数据分发模块包括预处理服务器、多个流媒体服务器、目录管理服务器以及网络传输单元，所述预处理服务器用于接收所述直播端上传的视频数据并对接收到的视频数据进行预处理，每一所述流媒体服务器分别用于从所述预处理服务器处获取预处理后的视频数据，并将预处理后的视频数据通过所述网络传输单元传输到所述用户端，所述目录管理服务器上建立有目录列表，所述目录列表中存储有预处理后的视频数据所对应的目录信息，同时所述目录管理服务器还用于根据所述用户端的请求向所述用户端发送与所述用户端的请求相对应的目录信息；
所述网络传输单元由多个基于NDN网络机制的路由器节点组成，多个路由器节点根据所述网络传输单元的拓扑结构划分为多个层次，其中距所述流媒体服务器最近的路由器节点属于第一层，距所述用户端最近的路由器节点属于最底层，并且最底层的路由器节点与所述用户端缓存同样的视频数据，而从最底层到第一层，各层的路由器节点所缓存的视频数据逐渐由新到旧。
2.如权利要求1所述的互联网直播系统，其特征在于，所述网络传输单元中的每一路由器节点均设置有预设大小的数据窗口，所述数据窗口依据先进先出的原则对到达该数据窗口所在的路由器节点的视频数据进行缓存。
3.如权利要求1所述的互联网直播系统，其特征在于，所述互联网直播系统在进行网络通信时所发送的每一兴趣包和每一数据包均采用分层次结构的命名方式进行命名。
4.如权利要求3所述的互联网直播系统，其特征在于，所述互联网直播系统在进行网络通信时所发送的数据包的名称为五层结构，其形式为：服务域名/功能/视频名称/码率/时间段。
5.如权利要求3所述的互联网直播系统，其特征在于，所述互联网直播系统在进行网络通信时所发送的兴趣包的名称采用两层结构，其形式为：功能/参数列表。
6.如权利要求1所述的互联网直播系统，其特征在于，所述互联网直播系统采用B/S架构。
7.如权利要求1所述的互联网直播系统，其特征在于，所述预处理服务器上存储有所述流媒体服务器和所述目录管理服务器的注册信息，所述目录管理服务器上存储有所述流媒体服务器的注册信息。
8.如权利要求7所述的互联网直播系统，其特征在于，所述注册信息包括服务器名称、服务器内存和服务器CPU性能。
9.如权利要求1所述的互联网直播系统，其特征在于，所述预处理包括对视频采集模块上传的视频数据进行转码、切分、以及压缩。
10.如权利要求1所述的互联网直播系统，其特征在于，所述直播端包括视频采集设备和终端，所述视频采集设备用于对直播画面进行采集，所述终端用于将所述视频采集设备采集到的视频数据上传到所述预处理服务器。
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