CN1134982C - 响应于媒体请求将mpeg流传递到媒体客户的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种传送系统，允许MPEG流数据从网络服务器(50)传递给媒体客户(60)，而避免与包含在这些流数据中的文件之间的过渡相关的网络延迟。缓冲系统(30)、传送控制器(20)和计数器(40)允许MPEG流数据的缓冲和中间传递。传送控制器(20)既能把MPEG流数据直接传递给媒体客户也能通过缓冲系统(30)传送数据。缓冲系统(30)包括用于存储中间MPEG流数据的群缓冲器(35)和在连续传递期间用于临时存储MPEG流数据的传送缓冲器(34)。在过渡传递期间，传送控制器(20)把中间数据传递给媒体客户(60)直至被请求文件可提供使用为止以及使用计数器选择被请求文件中适当开始位置。

Description

响应于媒体请求将MPEG流传递到媒体客户的系统和方法
本发明的背景和概要
本发明一般涉及从网络服务器到媒体客户的MPEG视频流的传送，尤其涉及响应于用户的请求有效地执行快进和快倒操作的技术。该技术采用包含在这些流中的MPEG视频文件的缓冲和中间传送，以避免与文件之间过渡相关的网络延迟。
随着计算机和因特网的迅速普及，利用网络把诸如视频和声频材料的多媒体选择传送到远程位置的兴趣越来越大。交互式电视(ITV)、点播以及其他多媒体推进技术就处于更有前景的应用当中。
传送视频和声频资料通常涉及从为许多个别媒体客户服务的网络上服务器传递视频文件。例如，ITV服务器使用一组计算、存储和通信设备在提供交互式视频服务时传递这些文件。特定的交互式服务可能需要一个以上的服务器才能被实施，或者一个服务器可以实现一个以上的服务。服务器产生标准格式的压缩声频和视频流，在媒体客户的位置处只需要对它们解压缩。消费者的遥控按钮-揿压信号被带回到服务器，有服务应用程序判读。在这种类型的结构中，媒体客户能够以与他操作标准VCR相同的方式观看电影或者其他类型视频。
由于大多数视频文件的大小，需要在网络上把文件以文件流方式从服务器传送到媒体客户。然而，存在在传送视频流时关心的一些数据网络协议问题。一个问题关于数字视频数据流对延迟和传输差错十分敏感，由于各种数据网络原因会引起延迟和传输差错。此外，数字视频数据流传输通常需要传输率超过当前居民访问网络技术的带宽能力。
已知存储在盘上的电影作为基于MPEG正常播放文件，快递文件代表正常播放文件的缩短版本，使得只有对应于电影快进(或快倒)播放的帧被存储在快递文件中。因此，MPEG流数据可以包括正常播放、倒退快递文件和前进快递文件，这里分别缩写为1X、RX和FX。利用快递文件背后的想法是节省网络带宽和盘带宽。由于每n个帧的一帧在快进和快倒视频的显示期间是实际对用户显示的，这就浪费了把所有数据(包括将放弃的帧)送往客户的带宽。因此，通过对正常播放文件扫描以及选择每个第n帧建立快递文件。
为了使选择更容易，快递文件可以仅存储出现在正常播放文件中的I帧。I帧包括有帧内编码技术(它利用图象之间存在的空间冗余)产生的信息。在快递文件的情况中，n值的选择因此被局限于正常播放文件的图象组的大小。
为了让快递文件工作，在三种类型的视频文件之间必须维持一定链接信息。这一信息有助于响应于媒体客户的命令在视频文件之间的过渡。每个视频文件具有与其他视频文件记录相关的数据库文件。例如，1X文件具有1X-FX记录和1X-RX记录的数据库文件。数据库文件包括文件之间过渡的必要链接信息。文件的每个记录包含载有指向其他数据库文件的链接指针的字段。数据库文件中的链接指针由每个流的帧数目索引。一旦用户通过揿快进、快倒或播放按钮请求另一文件，基于当前流中的当前帧数目，链接信息允许确定需要被检索和显示的下一个流。
尽管链接信息保证适当序列帧的显示，但是并不保证帧在正确时间上显示。尽管选择了正确的帧，这些帧在被显示之前由于网络延迟可能经历明显延迟。媒体客户显示屏上的不希望有的“打嗝(hiccup)”是这种延迟的结果。
为了更全面地理解本发明、其目的和优点，可以参考以下说明书和附图。
附图简述
图1是表明本发明较佳实施例的系统构成的图。
图2是数据流图，表明按照本发明的较佳实施例的MPEG视频文件的连续传递。
图3是数据流图，表明按照本发明的较佳实施例的MPEG视频文件的过渡传递。
较佳实施例的详细描述
参考图1，图中以10示出示例的视频传送系统。传送控制器20、缓冲系统30和计数器40允许视频传送系统10响应于媒体客户60的一个或多个媒体请求61把MPEG流数据80从网络服务器50传递到媒体客户60。媒体请求61把视频传送系统10的传递状态设定为或是连续传递或是过渡传递。本较佳实施方案在于软件中，其中缓冲系统和计数器是由客户维持的数据结构。
正如图2和3所示，本发明通常使用连续传递状态作为在过渡传递期间把MPEG流数据80写入缓冲系统30的群缓冲器35中供以后检索的机会。连续传递意味着自从视频传送系统10开始传递最后请求的文件以来媒体客户还未作出请求，而过渡传递意味着媒体客户已经请求不同于当前正在被传递的一个文件。因此，当把1X、FX或RX文件传递到媒体客户60时，视频传送系统10以连续传递状态工作。同样，当媒体客户60请求服务器从当前文件切换到被请求的文件时，视频传送系统10以过渡传递状态工作。因此，视频传送系统10能够进行上述文件的传递以及执行有效的以下文件过渡：FX-1X、1X-FX、RX-FX、RX-1X、FX-RX和1X-RX。
在连续传递期间，MPEG流数据80包括上述文件中的一个，而在过渡传递期间，MPEG流数据80包括一个当前文件、中间I帧(将在下面讨论)和一个接着被请求的文件。
计数器40跟踪传递给媒体客户60的I帧的数目。虽然媒体客户60实际接收的数据的内容会随作出的请求而变化，视频传送系统10保证在这种数据中含有可计数的I帧。计数器40因此跟踪在连续传递和过渡传递二者之间所传递的I帧。因此，当1X和FX文件被传递到媒体客户60时，计数器40随每个I帧而递增，当RX文件被传递到媒体客户60时，计数器40随每个I帧而递减。通过以下描述的附加计数器调节，视频传送系统10还能够执行更复杂文件过渡。传送控制器20因此能够基于传递状态和计数器40把MPEG流数据80从服务器50送至媒体客户60。
通常，缓冲系统30存储MPEG流数据80。客户维持多个缓冲器空间，其功能为播放缓冲器、快进缓冲器和快退缓冲器。播放缓冲器包含对应于正常播放文件(1X文件)的帧数据。快进缓冲器包含与快进播放相关的数据。这一数据被连续地超高速缓存，便于切换到快进。快退缓冲器包含与快退播放相关的数据。这一数据被连续地超高速缓存，便于切换到快退。具体而言，缓冲系统30具有根据视频传送系统10和文件的传递状态把MPEG流数据80存储在传送缓冲器34或是群缓冲器35或二者中的缓冲器写入机构33。缓冲系统30还具有从传送缓冲器34读出MPEG流数据80和从总体缓冲器35读出中间I帧70的缓冲器读出机构31。注意：这些中间I帧70是在连续传递期间被存储的。较佳地，缓冲器读出机构31还能够把数据传递到媒体客户60，数据能够被存储在缓冲器34和35中和从其被检索，或是作为I帧或是作为整个文件。如果需要的话，媒体客户软件能够执行数据检索功能，注意到这是重要的。也可以采用其它公知技术实现缓冲数据的存储和检索。
在连续传递期间，传送控制器20通过传送缓冲器34把1X和RX文件送至媒体客户60和直接把FX文件送至媒体客户60而实施数据至媒体客户60的传递。因此，如果媒体请求61包括传递FX文件的请求，MPEG流数据80包括FX文件，传送控制器20把包含在FX文件中的I帧送至缓冲器写入机构33用于存储，以及直接送至媒体客户60用于观看。如果媒体请求包括传递1X文件，传送控制器20通过传送缓冲器34和缓冲器读出机构31的方式把整个1X文件送至缓冲器写入机构33用于存储和观看。最后，如果媒体请求61包括传递RX文件的请求，传送控制器20通过传送缓冲器34和缓冲器读出机构31的方式把包含在RX文件中的I帧送至缓冲器写入机构33用于存储和观看。
过渡传递典型地涉及中间I帧70的传递直至被请求的文件提供为止。然而，如果媒体请求61包括从FX文件的传递过渡到1X文件的传递的请求，传送控制器20以慢运动速度把包含在MPEG流数据80中的中间I帧70’直接传递到媒体客户60，而不访问包含在群缓冲器35中的数据。在所有其他过渡期间，缓冲器读出机构31把包含在群缓冲器35中的中间I帧70传递给客户60直至被请求文件可提供使用为止。被缓冲的MPEG流数据的中间传递允许视频传送系统10避免与网络延迟相关的共有问题。例如，当媒体请求61包括从1X文件的传递过渡到RX文件的传递的请求，MPEG流数据80既包括1X文件又包括RX文件。在这种情况中，缓冲器读出机构31以快进速度把包含在群缓冲器35中的中间I帧70传递到媒体客户60直至FX文件可提供使用为止。快进速度模拟是1X-FX和1X-RX过渡需要的，而慢运动模拟是FX-1X和RX-1X过渡需要的。
为了适当地从一个文件过渡到另一个文件，传送控制器20使用计数器40来选择并请求文件中的开始位置。当视频传送系统10正在过渡到RX文件的传递或者从RX文件的传递过渡时，传送控制器20调节与从群缓冲器35被传递给媒体客户60的中间I帧70数目相关的计数器40。这一调节是由于相同帧的多次传递造成的。具体地说，当媒体请求61是过渡到RX文件的传递的请求时，传送控制器20使计数器40的值减少被传递的中间I帧70的数目，当媒体请求61是从RX文件的传递过渡的请求时，传送控制器20使计数器40的值增加被传递的中间I帧70的数目。对于FX-1X和1X-FX过渡，不需要计数器调节。
                          算法概要
                        正常播放模式
在正常播放模式期间，采取以下行动：
1.文件1X从服务器连续地发送到客户正常播放缓冲器bp。
2.客户软件从bp读出数据以及播放电影。
3.删除I帧以及增大计数器cI。
4.在装载I帧时检测bp中I帧的位置，以及以逆序把I帧复制到快退缓冲器bf(即以堆栈方式)。
                          1X到FF过渡
当客户揿快进按钮时，便发生从文件1X到文件FX的过渡。在这一过渡期间，采取以下行动：
1.使用cI的值来确定从文件FX中何处开始。
2.与此同时，以快进速度播放bp中的帧。
3.以逆序把I帧(从1X或从FX)复制到bf。
                         快进模式
在快进模式期间，执行以下行动：
1.从文件FX连续检索数据页，这些主要包括I帧。
2.当检索I帧时从FX播放I帧。
3.当装载I帧时增大cI。
4.以逆序把I帧存储在bf中。
                          FF到1X过渡
1.使用cI的值在适当位置切换到文件1X。
2.以慢运动速度播放FX的I帧。这模拟正常播放速度。
3.一旦从文件1X检索到各页恢复从bp的播放。
                         1X到FR过渡
1.把cI的值调节为ci-bf中I帧的数目。
2.使用ci的更新值从文件RX检索适当的帧。
3.与此同时播放bf中I帧。
                            快退模式
在快退模式期间，执行以下行动：
1.从文件RX连续检索数据页并将其存储在bf中。这些主要包含I帧。
2.在检索I帧时从bf播放它们。
3.在装置I帧时增大ci。
4.以逆序把I帧存储在bf中。
                          FF到FR过渡
1.如果在缓冲器池bf中存在一些数据，首先播放这些数据。
(a)把cI的值调节为ci-bf中I帧的数目，如果有的话。
(b)使用ci的更新值从文件RX检索适当的帧。
(c)与此同时播放bf中I帧。
2.利用ci的值，从文件RX检索适当的帧数据。
3.当播放I帧时，以逆序将它们复制到缓冲器bf中。
                         RF到1X过渡
1.把cI的值调节为ci+bf中I帧的数目，如果有的话。
2.使用ci的更新值从文件1X检索适当的帧。
3.与此同时以慢运动速度播放bf中I帧。
4.一旦从1X检索到数据，将其存储在bf中，一旦bf中的帧被全部播放，从bp恢复正常播放。
5.以慢运动速度从bf播放帧。
                          RF到FF过渡
1.如果在缓冲器池bf中存在一些数据，首先播放这些数据。
(a)把cI的值调节为ci+bf中I帧的数目，如果有的话。
(b)使用ci的更新值从文件FX检索适当的帧。
(c)与此同时播放bf中I帧。
2.利用ci的值，从文件FX检索适当的帧数据。
3.当播放I帧时，以逆序将它们复制到缓冲器bf中。
虽然参考较佳实施例在说明书中描述了本发明和在附图中示出了本发明，但是本领域专业技术人员将会明白，可以作出各种变化，对其元件可以作等效替代，而不偏离权利要求书中限定的本发明的范围。此外，可以作出需要改进以便使特定情况和材料适应本发明的教导情况，而不偏离其基本范围。因此，希望本发明不局限于作为实现本发明最佳模式在附图中所示出和在说明书中所描述的特定实施例，而是本发明将包括以下在所附权利要求书的描述中的任何实施例。

Claims (27)

1.一种响应于媒体请求把MPEG流数据传递到媒体客户的传送系统，其中所述媒体请求设定所述传送系统的传递状态而所述MPEG流数据包括I帧，所述系统包括：
跟踪数个被传递I帧的计数器，这里对于传送到媒体客户的每个1X文件和每个FX文件，所述计数器增加，而对于传送到媒体客户的每个RX文件，所述计数器减小；
用于存储所述MPEG流数据的缓冲系统；以及
基于所述传递状态和所述计数器把所述MPEG流数据送至所述媒体客户的传送控制器。
2.如权利要求1所述的传送系统，其特征在于：所述媒体请求把所述传递状态设定为连续传递。
3.如权利要求2所述的传送系统，其特征在于：所述缓冲器系统包括：
群缓冲器；以及
用于把所述MPEG流数据存储在所述群缓冲器中的缓冲器写入机构。
4.如权利要求3所述的传送系统，其特征在于：
所述媒体请求包括传递前进快递文件的请求，以致于所述MPEG流数据包括所述前进快递文件；以及
所述传送控制器把包含在所述前进快递文件中的所述I帧送至缓冲器写入机构和直接送至所述媒体客户。
5.如权利要求3所述的传送系统，其特征在于：所述缓冲系统进一步包括：
从所述缓冲器写入机构接收所述MPEG流数据的传送缓冲器；以及
读出包含在所述传送缓冲器中的所述MPEG流数据并把所述MPEG流数据传递给所述媒体客户的缓冲器读出机构。
6.如权利要求5所述的传送系统，其特征在于：
所述媒体请求包括传递正常播放文件的请求，以致于所述MPEG流数据包括所述正常播放文件；以及
所述传送控制器把所述正常播放文件送至缓冲器写入机构。
7.如权利要求5所述的传送系统，其特征在于：
所述媒体请求包括传递后退快递文件的请求，以致于所述MPEG流数据包括所述后退快递文件；以及
所述传送控制器把包含在所述后退快递文件中的所述I帧送至缓冲器写入机构。
8.如权利要求1所述的传送系统，其特征在于：所述媒体请求把所述传递状态设定为过渡传递。
9.如权利要求8所述的传送系统，其特征在于：所述媒体请求包括从前进快递文件的传递过渡到正常播放文件的传递的请求，以致于所述MPEG流数据包括所述前进快递文件和所述正常播放文件，以及
所述传送控制器以慢运动把包含在所述前进快递文件中的中间I帧传递给所述媒体客户，直至所述正常播放文件可提供使用为止。
10.如权利要求8所述的传送系统，其特征在于：所述缓冲系统进一步包括：
群缓冲器，所述群缓冲器包括中间I帧；以及
读出所述中间I帧并把所述中间I帧传递给所述媒体客户的缓冲器读出机构。
11.如权利要求10所述的传送系统，其特征在于：
所述媒体请求包括从正常播放文件的传递过渡到前进快递文件的传递的请求，以致于所述MPEG流数据包括所述正常播放文件和所述前进快递文件；以及
所述缓冲器读出机构以快进速度把包含在所述群缓冲器中的所述中间I帧传递给所述媒体客户直至所述前进快递文件可提供使用为止。
12.如权利要求10所述的传送系统，其特征在于：所述传送控制器相对于从所述群缓冲器传递给所述媒体客户的数个所述中间I帧而调节所述计数器。
13.如权利要求12所述的传送系统，其特征在于：所述媒体客户请求包括过渡到后退快递文件的请求，所述传送控制器使所述计数器减少所述数目的所述中间I帧。
14.如权利要求13所述的传送系统，其特征在于：
所述媒体请求进一步包括从正常播放文件的传递过渡的请求，以致于所述MPEG流数据包括所述正常播放文件和所述后退快递文件；以及
所述缓冲器读出机构以快进速度把包含在所述群缓冲器中的所述中间I帧传递给所述媒体客户，直至所述后退快递文件可提供使用为止。
15.如权利要求13所述的传送系统，其特征在于：
所述媒体请求进一步包括从前进快递文件的传递过渡的请求，以致于所述MPEG流数据包括所述前进快递文件和所述后退快递文件；以及
所述缓冲器读出机构把包含在所述群缓冲器中的所述中间I帧传递给所述媒体客户，直至所述后退快递文件可提供使用为止。
16.如权利要求12所述的传送系统，其特征在于：所述媒体客户请求包括从后退快递文件的传递过渡的请求，所述传送控制器使所述计数器增加所述数目的所述中间I帧。
17.如权利要求16所述的传送系统，其特征在于：
所述媒体请求进一步包括过渡到正常播放文件的传递的请求，以致于所述MPEG流数据包括所述后退快递文件和所述正常播放文件；以及
所述缓冲器读出机构以慢运动把包含在所述群缓冲器中的所述中间I帧传递给所述媒体客户，直至所述正常播放文件可提供使用为止。
18.如权利要求16所述的传送系统，其特征在于：
所述媒体请求进一步包括过渡到前进快递文件的传递的请求，以致于所述MPEG流数据包括所述后退快递文件和所述前进快递文件；以及
所述缓冲器读出机构把包含在所述群缓冲器中的所述中间I帧传递给所述媒体客户，直至所述前进快递文件可提供使用为止。
19.一种响应于媒体请求把MPEG流数据传递给媒体客户的方法，其中所述媒体请求设定传递状态而所述MPEG流数据包括I帧，所述方法包括：
利用计数器跟踪数个被传递的I帧，这里对于传送到媒体客户的每个1X文件和每个FX文件，所述计数器增加，而对于传送到媒体客户的每个RX文件，所述计数器减小；
把所述MPEG流数据存储在群缓冲系统中；以及
基于所述传递状态和所述数目的被传递I帧把所述MPEG流数据送至所述媒体客户。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于：所述媒体请求设定所述传递装置为连续传递。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于：所述媒体请求包括传递前进快递文件的请求，以致于所述MPEG流数据包括所述前进快递文件，其中所述传送步骤包括：
把包含在所述前进快递文件中的所述I帧送至所述群缓冲器中；以及
把包含在所述前进快递文件中的所述I帧直接送至所述媒体客户。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于：所述传送步骤包括：
把所述MPEG流数据存储在传送缓冲器中；
读出包含在所述传送缓冲器中的所述MPEG流数据；以及
把所述MPEG流数据传递给所述媒体客户。
23.如权利要求23所述的方法，其特征在于：所述媒体请求包括传递正常播放文件的请求，以致于所述MPEG流数据包括所述正常播放文件。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于：所述媒体请求包括传递后退快递文件的请求，以致于所述MPEG流数据包括包含在所述后退快递文件中的所述I帧。
25.如权利要求19所述的方法，其特征在于：所述媒体请求设定所述传递装置为过渡传递。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于：
所述媒体请求包括从前进快递文件的传递过渡到正常播放文件的传递的请求，以致于所述MPEG流数据包括所述前进快递文件和所述正常播放文件；以及
所述传送步骤包括以慢运动传递包含在所述前进快递文件中的中间I帧，直至所述正常播放文件可提供使用为止。
27.如权利要求25所述的方法，其特征在于：所述群缓冲器包括中间I帧，所述传送步骤包括把所述中间I帧传递给所述媒体客户。
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