CN115103202A - 一种抗网络劣化的ip视频直播传输方法和系统 - Google Patents

一种抗网络劣化的ip视频直播传输方法和系统 Download PDF

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Beijing Gehua Catv Network Co ltd
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Abstract

本发明涉及一种抗网络劣化的IP视频直播传输方法和系统，属于互联网技术领域。本发明所述的方法中，直播服务器对接收的直播数据流进行切片得到对应的切片数据，直播服务器通过组播网络将播放所需的元数据信息及实时更新的切片数据以组播方式发送至预设分组内的各客户端，同时直播服务器通过带外网络将实时更新的切片数据以单播方式分发至客户端，客户端选择接收组播网络中组播通道对应的组播数据或接收带外网络中单播通道对应的单播数据并进行视频播放。采用本发明所述的方法,实现可靠组播传输的同时，利用带外网络建立可靠单播传输通道，实现了广播级视频直播传输，网络劣化情况时依然可对直播视频进行安全播出，极大提高了视频直播的可靠性。

Description

一种抗网络劣化的IP视频直播传输方法和系统
技术领域
本发明属于互联网的技术领域，具体涉及一种抗网络劣化的IP视频直播传输方法和系统。
背景技术
随着高带宽的视频直播(高清、4K、VR和8K等)的逐渐普及，网络运营商和视频OTT服务商都需建设IP直播视频平台来将直播信号分发至最终用户终端。
目前主流普适的IP直播方案是通过建设内容分发网络系统(Content DeliveryNetwork，简称CDN)，部署大量的直播服务器来实现基于HTTP(Hypertext TransferProtocol)的ABR单播播出，最主流的协议格式之一是HLS(HTTP Live Streaming)。但这种方案会要求服务器和整个CDN的网络都拥有足够的服务能力来满足百万甚至千万级用户的并发请求，成本较昂贵。
网络运营商由于自主建设基础IP网络，因此在条件允许的情况下，可以采用UDP组播方式将直播内容分发至最终用户终端。只需组网的网络设备支持，就可通过组播技术有效地实现IP网络中点到多点的高效数据传送，能够大量节约骨干网络带宽、降低网络负载，节省CDN服务器投资等的目的。然而，由于UDP组播是单向无反馈的传输方式，由于IP接入网络有不可避免的随机丢包、乱序和延时等问题，往往会带来视频图像的卡顿、花屏等问题，影响了用户对直播视频的观看体验。因此，现有技术方法中对对视频进行直播的技术方法存在播放可靠性不高的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种抗网络劣化的IP视频直播传输方法和系统。该方法和系统通过直播服务器对接收的直播数据流进行切片得到对应的切片数据，直播服务器通过组播网络将播放所需的元数据信息及实时更新的切片数据以组播方式发送至预设分组内的各客户端，同时直播服务器通过带外网络将实时更新的切片数据以单播方式分发至客户端，客户端选择接收组播网络中组播通道对应的组播数据或接收带外网络中单播通道对应的单播数据并进行视频播放，直播服务器分别通过组播网络及带外网络发送切片数据至客户端，客户端可选择接收组播网络或带外网络的数据进行播放，实现可靠组播传输的同时，利用带外网络建立可靠单播传输通道，实现了广播级IP视频直播传输，网络劣化情况下依然可以对直播视频进行安全播出，极大提高了视频直播的可靠性。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种抗网络劣化的IP视频直播传输方法，该方法应用于抗网络劣化的IP视频直播传输系统，所述系统包括直播服务器及与所述直播服务器同时建立组播网络连接及带外网络连接以实现数据信息传输的客户端，方法包括以下步骤：
所述直播服务器对接收到的直播数据流进行切片，得到与所述直播数据流对应的切片数据；所述切片数据包括索引文件及媒体分片数据；所述直播服务器通过组播网络将播放所需的元数据信息以组播方式发送至预设分组内的各客户端；所述直播服务器通过组播网络将实时更新的所述切片数据以组播方式发送至所述预设分组内的各客户端；所述直播服务器通过带外网络将实时更新的所述切片数据以单播方式分发至所述客户端；所述客户端根据播放请求信息请求选择接收所述组播网络中组播通道对应的组播数据，或根据所述播放请求信息选择接收所述带外网络中单播通道对应的单播数据；其中，所述播放请求为所述客户端通过代理服务接收到的播放请求；所述客户端根据接收到的组播数据或单播数据进行视频直播。
进一步，直播服务器对接收到的直播数据流进行切片，包括：通过所述直播服务器包含的一个切片服务单元对所述直播数据流进行切片，得到一份所述切片数据；或者是，通过所述直播服务器包含的多个切片服务单元分别对所述直播数据流进行切片，得到多份所述切片数据；每一所述切片服务单元根据所述直播数据流中的时间戳信息对各自切分得到的所述切片数据进行帧对齐。
进一步，所述直播服务器通过组播网络将实时更新的所述切片数据以组播方式发送至所述预设分组内的各客户端之后，还包括：若接收到预设分组内所述客户端反馈的重传请求；对所述重传请求进行汇总去重，得到有效重传请求；在有效重传周期内根据以组播方式对与所述有效重传请求对应的丢失数据进行重传。
进一步，所述客户端根据播放请求信息请求选择接收所述组播网络中组播通道对应的组播数据，或根据所述播放请求信息选择接收所述带外网络中单播通道对应的单播数据，包括：所述客户端根据所述播放请求信息与所述组播网络建立组播通道；所述客户端根据所述播放请求信息与所述带外网络建立单播通道；若所述组播通道在先建立，所述客户端根据所述组播通道加入与所述播放请求信息对应的预设分组，以通过所述组播通道接收与所述预设分组对应的组播数据；若所述单播通道在先建立，所述客户端根据所述单播通道请求与所述播放请求信息对应直播频道的单播数据。
进一步，所述客户端根据接收到的组播数据或单播数据进行视频直播，包括：获取所述客户端的终端信息及播放通道的网络状态信息；所述播放通道为单播通道或组播通道；确定与所述终端信息及所述网络状态信息相匹配的播放码率；根据所述播放码率对所述组播数据或所述单播数据进行视频播放。
一种抗网络劣化的IP视频直播传输系统，所述系统包括直播服务器及与所述直播服务器同时建立组播网络连接及带外网络连接以实现数据信息传输的客户端，所述系统包括配置于所述直播服务器中的切片装置、元数据信息发送装置、组播发送装置、单播发送装置，以及配置于所述客户端中的数据接收装置及视频播放装置；
所述切片装置，用于对接收到的直播数据流进行切片，得到与所述直播数据流对应的切片数据；所述切片数据包括索引文件及媒体分片数据；所述元数据信息发送装置，用于通过组播网络将播放所需的元数据信息以组播方式发送至预设分组内的各客户端；所述组播发送装置，用于通过组播网络将实时更新的所述切片数据以组播方式发送至所述预设分组内的各客户端；所述单播发送装置，用于通过带外网络将实时更新的所述切片数据以单播方式分发至所述客户端；所述数据接收装置，用于播放请求信息请求选择接收所述组播网络中组播通道对应的组播数据，或根据所述播放请求信息选择接收所述带外网络中单播通道对应的单播数据；其中，所述播放请求为所述客户端通过代理服务接收到的播放请求；所述视频播放装置，用于根据接收到的组播数据或单播数据进行视频直播。
进一步，所述切片装置包括单元：第一切片单元，用于通过所述直播服务器包含的一个切片服务单元对所述直播数据流进行切片，得到一份所述切片数据；或者是，第二切片单元，用于通过所述直播服务器包含的多个切片服务单元分别对所述直播数据流进行切片，得到多份所述切片数据；每一所述切片服务单元根据所述直播数据流中的时间戳信息对各自切分得到的所述切片数据进行帧对齐。
进一步，所述系统还包括配置于所述直播服务器中的单元：重传请求接收单元，用于若接收到预设分组内所述客户端反馈的重传请求；请求汇总去重单元，用于对所述重传请求进行汇总去重，得到有效重传请求；数据重传单元，用于在有效重传周期内根据以组播方式对与所述有效重传请求对应的丢失数据进行重传。
进一步，所述数据接收装置包括单元：组播通道建立单元，用于所述客户端根据所述播放请求信息与所述组播网络建立组播通道；单播通道建立单元，用于所述客户端根据所述播放请求信息与所述带外网络建立单播通道；组播数据接收单元，用于若所述组播通道在先建立，所述客户端根据所述组播通道加入与所述播放请求信息对应的预设分组，以通过所述组播通道接收与所述预设分组对应的组播数据；单播数据接收单元，用于若所述单播通道在先建立，所述客户端根据所述单播通道请求与所述播放请求信息对应直播频道的单播数据。
进一步，所述视频播放装置包括单元：网络状态信息获取单元，用于获取所述客户端的终端信息及播放通道的网络状态信息；所述播放通道为单播通道或组播通道；播放码率确定单元，用于确定与所述终端信息及所述网络状态信息相匹配的播放码率；播放单元，用于根据所述播放码率对所述组播数据或所述单播数据进行视频播放。
本发明的效果在于：采用本发明所述的方法，直播服务器分别通过组播网络及带外网络发送切片数据至客户端，客户端可选择接收组播网络或带外网络的数据进行播放，实现可靠组播传输的同时，利用带外网络建立可靠单播传输通道，实现了广播级IP视频直播传输，网络劣化情况下依然可以对直播视频进行安全播出，极大提高了视频直播的可靠性。
附图说明
图1是本发明所述方法的流程图；
图2是本发明所述方法的应用场景示意图；
图3为本发明所述方法的另一流程示意图；
图4为本发明所述方法的子流程示意图；
图5为本发明所述方法的另一子流程示意图；
图6是本发明所述系统的结构图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
如图1及图2所示，一种抗网络劣化的IP视频直播传输方法，该抗网络劣化的IP视频直播传输方法应用于抗网络劣化的IP视频直播传输系统100中，该系统包括直播服务器10及与所述直播服务器10同时建立组播网络连接及带外网络连接以实现数据信息传输的客户端20，该抗网络劣化的IP视频直播传输方法通过安装于直播服务器10及客户端20中的应用软件进行执行，直播服务器10即是用于执行抗网络劣化的IP视频直播传输方法以对直播数据流进行处理及发送的服务器端，客户端20即是与直播服务器10建立网络连接以获取直播数据进行播放的终端设备，如台式电脑、笔记本电脑、平板电脑或手机等。
本发明描述了一种抗网络劣化的IP视频直播传输方法，利用这种方法能够在各种网络状态下对视频直播数据进行传输，尤其是在网络劣化情况下依然可以对直播视频进行安全播出。本发明属于互联网技术，具体涉及互联网中的数据信息传输技术，下面对本申请实施例中所涉及的部分关键技术进行解释说明。
组播是指在IP网络中将数据包以尽力传送的形式发送到某个确定的节点集合(即组播组)，其基本思想是：源主机(即组播源)只发送一份数据，其目的地址为组播组地址；组播组中的所有接收者都可收到同样的数据拷贝，并且只有组播组内的客户端可以接收该数据，而其它客户端则不能收到。
面向负向反馈的可靠组播，NACK-Oriented Reliable Multicast，简称NORM。在IP多播网络上提供从一个或多个发送者到一组接收者的可靠数据传输，即使在丢包率高、排队或传输延迟大的情况下，该协议也能收敛并保持高效的运行。
前向纠错，Forward Error Correction，简称FEC。前向纠错是一种差错控制方式，它是指信号在被送入传输信道之前预先按一定的算法进行编码处理，加入带有信号本身特征的冗码，在接收端按照相应算法对接收到的信号进行解码，从而找出在传输过程中产生的错误码并将其纠正的技术。
自适应多码率，Adaptive Bitrate Streaming,简称ABR。是为了克服IP网络抖动带来不必要的播放卡顿而设计的一类流媒体网络分发协议，常见的有HLS和LLHLS等。ABR算法自适应多码率方案的核心，依据网络状态、播放状态等信息，动态调整请求视频流的清晰度/码率等，从而在流畅度、清晰度和平滑性上取得平衡，最大化用户体验。
组播自适应多码率，Multicast Adaptive Bitrate Streaming，简称MABR。通过组播方式承载ABR的流媒体网络分发协议。
HTTP实时流媒体协议，HTTP Live Streaming，简称HLS。是由苹果公司提出基于HTTP的流媒体网络传输协议。它的工作原理是把整个流分成一个个小的基于HTTP的文件来下载，每次只下载一些。当媒体流正在播放时，客户端可以动态选择下载不同质量的资源，从而允许流媒体会话适应波动的网络数据速率。在开始一个流媒体会话时，客户端会下载一个包含元数据的扩展M3U(m3u8)播放列表文件，用于寻找可用的媒体流资源。
低延迟HTTP实时流媒体协议，Low Latency HTTP Live Streaming,简称LLHLS。是苹果公司官方版的低延迟方案，目标是2-3秒低延迟，支持大规模用户的直播，并且可以完全向下兼容HLS。
快速UDP互联网连接，Quick UDP Internet Connections，简称QUIC。是一种传输层网络协议，提供与TLS/SSL相当的安全性，同时具有更低的连接和传输延迟。QUIC基于UDP，因此拥有极佳的弱网性能，在丢包和网络延迟严重的情况下仍可提供可用的服务。
第五代移动通信技术，5th generation mobile networks,简称5G。最新一代移动通信技术，性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。
如图1所示，本发明的方法包括以下步骤：
S110、所述直播服务器对接收到的直播数据流进行切片，得到与所述直播数据流对应的切片数据。
所述直播服务器对接收到的直播数据流进行切片，得到与所述直播数据流对应的切片数据，其中，所述切片数据包括索引文件及媒体分片数据。
业界主流的ABR直播的本质是序列分段文件的传输，是无状态的，用户网络也不局限于专网，也包括互联网、5G网络等。因此ABR直播的传输应该是可以从多个通道里进行冗余传输的，在组播传输通道可采取比RTP组播更为高效的可靠保障机制来适配实际多网络环境，在单播传输通道可实现重传数据的轻量化和可靠化。
本申请实施例中将直播数据流封装并切片成ABR格式，包括但不限于HLS和LLHLS等，则所得到的切片数据中包括ABR索引文件与媒体分片数据，每一索引文件对应一份媒体分片数据，ABR索引文件也即是以ABR格式对对应媒体分片数据的基本信息进行记载的结构化数据，如ABR索引文件包括对应的一份媒体分片数据的数据量大小、媒体序号、时间戳等信息，媒体分片数据也即是视频媒体所包含的具体内容，媒体分片数据为非结构化数据。可采用两种方式对直播数据流进行切片处理，当直播服务器中仅配置有一个切片服务单元时，则通过一个切片服务器单元对直播数据流进行切片，得到对应的一份切片数据；当直播服务器中配置有多个切片服务单元时，可通过多个切片服务单元同时对直播数据流进行切片，得到多份切片数据，此时所得到的切片数据的数量与切片服务单元的数量相等。
在一实施例中，步骤S110包括子步骤：通过所述直播服务器包含的一个切片服务单元对所述直播数据流进行切片，得到一份所述切片数据；或者是包括子步骤：通过所述直播服务器包含的多个切片服务单元分别对所述直播数据流进行切片，得到多份所述切片数据；每一所述切片服务单元根据所述直播数据流中的时间戳信息对各自切分得到的所述切片数据进行帧对齐。
当直播服务器中配置有多个切片服务单元时(也即直播服务器包含多台物理硬件设备)，所有切片服务单元都对直播数据流进行切片，每一切片服务单元独立对直播数据流进行切片，同时切片服务单元根据直播数据流中的时间戳信息进行帧对齐，以确保每个切片服务单元上生成的ABR索引文件与媒体分片数据都完全一致。
S120、所述直播服务器通过组播网络将播放所需的元数据信息以组播方式发送至预设分组内的各客户端。
所述直播服务器通过组播网络将播放所需的元数据信息以组播方式发送至预设分组内的各客户端。直播服务器定期通过NORM_INFO消息，将用于ABR直播播放所需的元数据信息组播给预设分组内的各客户端，本发明设计了三种ORM_INFO携带元数据的方式。
具体的，其中一种携带元数据的方式为通过NORM_INFO的payload_data携带ABR直播的请求URI信息，例如ABR直播的URL为http://www.example.com/live/cctv/cctv_2000K.m3u8，则payload_data的值为/live/cctv/cctv_2000K.m3u8。
通过NORM_INFO的extention header来标识分片和子分片元数据信息，包括分片时长、分片序列号、子分片时长、子分片序列号、子分片开始偏移、子分片结束偏移、是否第一个子分片、是否最后一个子分片。
例如，其中分片时长、分片序列号通过变长扩展头来标识：
Figure BDA0003618448450000101
其中，子分片时长、子分片序列号、是否第一个分片、是否最后一个分片则通过32bit定长扩展头来标识：
Figure BDA0003618448450000102
Figure BDA0003618448450000111
第二种种携带元数据的方式为通过NORM_INFO的payload_data携带ABR直播的http请求URI信息，并通过query string的方式携带分片和子分片元数据信息，包括分片时长、分片序列号、子分片时长、子分片序列号、子分片开始偏移、子分片结束偏移、是否第一个子分片、是否最后一个子分片。格式为：URI＝path["？"query]
ORM_INFO的payload_data示例：
Figure BDA0003618448450000112
Figure BDA0003618448450000121
第三种携带元数据的方式为通过NORM_INFO的payload_data携带ABR直播的http请求URI信息，对于子分片的开始和结束偏移以及是否为最后一个子分片信息通过下述方式表示：
uri_path".part/"part_start"-"part_end"-"last_part
其中:
part_start表示子分片开始偏移，例：0
part_end表示子分片结束偏移，例：100000
last_part表示是否最后一个分片，取值0/1，例：1
NORM_INFO的payload_data示例：
示例1(HLS)：/live/cctv/cctv_2000K/123/456/789.ts
示例2(LL-HLS中间分片)：/live/cctv/cctv_2000K/123/456/789.ts.part/140248-172583-0
示例3(LL-HLS最后分片)：/live/cctv/cctv_2000K/123/456/789.ts.part/733952-778131-1。
不同的ABR直播的元数据的携带方案的区分方式：如果NORM_INFO包含上述第一种元数据携带方式所定义的分片信息扩展头，则表示通过第一种元数据携带方式进行传递；如果NORM_INFO不包含扩展头，但payload_data中包含有’？’，则表示ABR直播的元数据信息通过上述第二种元数据携带方式传递；否则ABR直播的元数据通过上述第三种元数据携带方式传输。
S130、所述直播服务器通过组播网络将实时更新的所述切片数据以组播方式发送至所述预设分组内的各客户端。
所述直播服务器通过组播网络将实时更新的所述切片数据以组播方式发送至所述预设分组内的各客户端。直播服务器将实时更新的切片数据基于NORM(NACK-OrientedReliable Multicast)规范的方式UDP组播给预设分组内的各客户端，切片数据ABR索引文件及媒体分片数据。
元数据信息及切片数据的发送可通过直播服务器内配置的可靠组播服务来实现，对同一路ABR直播频道，可靠组播服务可进行多组的同时组播分发。客户端可以根据自己不同的接入网络类型(如不同解调技术的固网宽带、WIFI或4G/5G等)，加入不同的组播组。可靠组播服务在不同的组播组内通过发送网络探测消息来汇总组内客户端的整体延迟情况，从而设定该组最适合的有效反馈和重传的时间，并执行对应的拥塞控制机制，从而提升传输效率。
S140、所述直播服务器通过带外网络将实时更新的所述切片数据以单播方式分发至所述客户端。
所述直播服务器通过带外网络将实时更新的所述切片数据以单播方式分发至所述客户端。直播服务器实时更新切片数据以QUIC(Quick UDP Internet Connections)协议可靠分发给客户端，传输方式为UDP单播。
S150、所述客户端根据播放请求信息请求选择接收所述组播网络中组播通道对应的组播数据，或根据所述播放请求信息选择接收所述带外网络中单播通道对应的单播数据。
所述客户端根据播放请求信息请求选择接收所述组播网络中组播通道对应的组播数据，或根据所述播放请求信息选择接收所述带外网络中单播通道对应的单播数据，其中，所述播放请求为所述客户端通过代理服务接收到的播放请求。客户端可通过其中配置的客户端代理服务实现上述步骤S150，客户端中还配置有ABR播放器，客户端代理服务提供HTTP(s)代理服务来接收ABR播放器的播放请求，以QUIC协议向CDN服务模块请求对应ABR直播频道的单播数据，同时加入对应预设分组，以通过与预设分组对应的组播地址和端口)来接收组播通道发送的NORM组播数据。
在一实施例中，如图4所示，步骤S150包括子步骤S151、S152、S153和S154。
S151、所述客户端根据所述播放请求信息与所述组播网络建立组播通道；S152、所述客户端根据所述播放请求信息与所述带外网络建立单播通道。
在实际执行过程中，可确定组播通道在先建立，或是单播通道在先建立。
S153、若所述组播通道在先建立，所述客户端根据所述组播通道加入与所述播放请求信息对应的预设分组，以通过所述组播通道接收与所述预设分组对应的组播数据；S154、若所述单播通道在先建立，所述客户端根据所述单播通道请求与所述播放请求信息对应直播频道的单播数据。
组播数据中包括元数据信息及切片数据。客户端可根据通道建立情况选择接收单播通道的单播数据，或接收组播通道的组播数据；还可根据业务场景的需要，选择性接收单播通道的单播数据，或接收组播通道的组播数据，以确保提供给ABR播放器的直播数据的完整性。
具体的，当客户端代理服务收到ABR播放器的直播请求后，快速通过QUIC协议向CDN服务请求最新的ABR直播的索引文件，收到后转发给ABR播放器。ABR播放器解析索引文件后，根据业务需要向客户端代理服务请求第一个媒体分片数据，客户端代理服务则再次通过QUIC协议快速向CDN服务请求该媒体分片数据，并转发给ABR播放器。由于ABR的媒体分片数据都以关键帧开头，因此ABR播放器获得媒体分片的头部数据后即可开始播放，从而实现首屏秒开。对于启播，客户端代理服务并不直接加入可靠组播的原因主要有两个：一是加入组播需要时间，而加入后在组播数据中等到需要的最新ABR索引文件和媒体分片数据也存在等待周期，这样就会导致ABR播放器启播慢的问题；另一方面，用户往往有频繁的快速浏览和切换直播频道的习惯，在用户未稳定收看某一路直播频道前，客户端代理服务反复地加入和离开组播是低效的，也会对客户端造成性能压力。因此通过ABR单播传输，同时利用QUIC协议的建连快、抗网络抖动等特性，帮助ABR播放器能实现快速启播。根据业务需要，可设置启播的前N个媒体分片数据都通过单播通道传输。
在用户稳定收看某一路直播频道后(例如:5秒)，客户端代理服务开始加入该直播频道对应的组播地址和端口，通过接收NORM_INFO消息并解析payload获得该ABR直播的元数据信息，并开启缓存来持续接收对应的NORM_DATA数据，翻译成ABR直播的索引文件和媒体分片/段文件。当客户端代理服务通过组播接收到的数据能满足对ABR播放器的服务需求，则停止单播通道的数据传输，全部采用组播缓存区中的数据来服务。以此一直持续到本次直播播放的生命周期结束。客户端的终端硬件需有足够的缓存空间用于索引文件和媒体分片文件的临时存储，当这些文件服务完成服务(或超时未服务)后，会被自动删除。
对ABR直播的启播(开始播放直播频道或更换直播频道)时，客户端代理服务总是通过QUIC可靠单播获取该直播的最新ABR索引文件和N个媒体分片数据，从而实现快速启播；待用户稳定观看时，再加入该直播的NORM可靠组播组，并接收最新的ABR索引文件和媒体分片数据至缓存区，当缓冲区数据足以服务直播播放时，停止单播以节省单播网络资源。
S160、所述客户端根据接收到的组播数据或单播数据进行视频直播。
客户端中配置有ABR播放器，可通过ABR播放器对所接收到的组播数据或单播数据进行播放，也即是获取直播数据进行视频直播。其中，ABR播放器为可支持ABR直播格式的标准播放器，ABR播放器向客户端代理服务发送ABR直播请求，并根据网络条件和终端性能等因素自适应地进行多码率切换，确保直播播放流畅。
在一实施例中，如图5所示，步骤S160包括子步骤S161、S162和S163。
S161、获取所述客户端的终端信息及播放通道的网络状态信息。
获取所述客户端的终端信息及播放通道的网络状态信息；其中，所述播放通道为单播通道或组播通道。网络状态信息可包含网络延迟、网络传输速率等与网络状态相关的信息，终端信息包括终端类型、终端屏幕分辨率、终端屏幕刷新率等与终端相关的信息。
S162、确定与所述终端信息及所述网络状态信息相匹配的播放码率；S163、根据所述播放码率对所述组播数据或所述单播数据进行视频播放。
可根据终端信息及网络状态信息获取相匹配的播放码率，播放码率包括视频清晰度及视频帧数等与视频播放相关的信息，可根据播放码率对应调整组播数据或单播数据，以得到与播放码率相对应的视频播放效果。
在运营商的IP网络中，最常见的网络劣化是丢包和延迟的增大。在专网模式下，这个劣化的波动一般比较有限，而在无线和蜂窝网络或互联网环境下，这个波动就会比较大，也比较随机。当组播网络出现劣化问题时，在相同网络下进行纠错的效率就会较低，因此本发明利用了ABR直播本质是无状态的文件分段传输的特性，在可靠组播传输通道的基础上，又额外设计了高质量的可靠带外网络用作单播传输，与组播网络完全隔离，通过客户端的按需选收和无缝冗余切换，确保IP视频直播的安全可靠。也即本申请技术方法在支持大流量传输的组播网络中进行ABR直播(如HLS和LLHLS等)的可靠组播分发，同时利用额外的带外网络实现按需的可靠单传输，通过代理客户端实现多网络的数据接收和无缝冗余切换，从而在标准ABR播放器上实现更稳定更可靠的IP视频直播。
此外，本发明所述的抗网络劣化的可靠IP视频直播传输的方法，除了用于系统服务端和客户端播放器间传输外，也可以用于系统服务端不同物理节点间的传输，利用多网络通道以及组播单播的融合，实现传输的带宽节省和安全可靠。
本实施例中，通过直播服务器对接收的直播数据流进行切片得到对应的切片数据，直播服务器通过组播网络将播放所需的元数据信息及实时更新的切片数据以组播方式发送至预设分组内的各客户端，同时直播服务器通过带外网络将实时更新的切片数据以单播方式分发至客户端，客户端选择接收组播网络中组播通道对应的组播数据或接收带外网络中单播通道对应的单播数据并进行视频播放，直播服务器分别通过组播网络及带外网络发送切片数据至客户端，客户端可选择接收组播网络或带外网络的数据进行播放，实现可靠组播传输的同时，利用带外网络建立可靠单播传输通道，实现了广播级IP视频直播传输，网络劣化情况下依然可以对直播视频进行安全播出，极大提高了视频直播的可靠性。
本发明主要是借鉴NORM(NACK-Oriented Reliable Multicast)标准，通过自定义扩展来实现ABR直播的可靠组播传输，同时设计了带外的可靠传输通道，并以QUIC(QuickUDP Internet Connections)协议进行额外的丢失数据重传，实现一种抗网络劣化的IP视频直播传输的方法，确保广播级IP视频直播的安全播出。因此本发明需要解决在IP网络劣化情况下依旧可靠的直播传输方法，即能利用组播技术的特性节省成本，又能保证网络劣化下的用户收视体验。
在另一实施例中，如图3所示，步骤S130之后还包括在直播服务器内执行的步骤S1301、S1302和S1303。
S1301、若接收到预设分组内所述客户端反馈的重传请求；S1302、对所述重传请求进行汇总去重，得到有效重传请求；S1303、在有效重传周期内根据以组播方式对与所述有效重传请求对应的丢失数据进行重传。
本发明实施例还可实现丢失数据重传，当组播网络出现劣化情况(例如丢包、延迟等)时，接收预设分组内各客户端反馈的重传请求，并对各客户端发送的重传请求进行汇总去重，也即是将重复的重传请求进行删除仅保留一份，在有效重传周期内通过组播尽量多地重传丢失数据。
ABR直播的索引文件和媒体分片/段文件在可靠组播传输中以FEC方式编码成数据块(RFC5052规范)，并封装成NORM_DATA消息以UDP组播方式传输给组内的所有客户端(RFC5740规范)，客户端代理服务接收到组播数据后，若发现有数据丢失或错误可以通过FEC冗余数据进行本地纠错，确保提供给ABR播放器的数据完整性。如果组播网络出现连续数据丢包可能会导致客户端代理服务无法通过FEC完成本地纠错，则客户端代理服务器通过NORM_NACK(反向反馈)消息通知可靠组播服务模块自己的重传需求。可靠组播服务模块定期汇总组内客户端的所有反馈消息，合并重复的重传需求，并在带宽允许的前提下尽量通过组播重传组内客户端所需的丢失数据，客户端代理服务在接收到数据后完成纠错，确保提供给ABR播放器的数据完整性。如果组播网络出现了更严重的劣化或进入维护期，则客户端代理服务器无法通过可靠组播获得ABR直播数据，则会通过QUIC协议在独立的带外网络中向CDN服务单播请求所需的ABR索引文件或媒体分片/段文件，确保提供给ABR播放器的数据完整性。通过三级纠错机制，完全保障了IP视频直播播出的安全性、可靠性和稳定性。
本发明中的技术具有以下特点：利用ABR格式传输可以支持无状态的特性，设计了组播传输通道和单播重传通道的隔离，并通过客户端对多网络选择性地进行数据接收和无缝冗余切换，传输更加可靠安全。基于NORM协议扩展，在组播网络里实现ABR格式的可靠组播传输，比现有的RTP组播传输方案适配更多网络，有更好的用塞控制机制，支持通过组播批量的进行数据重传，效率更高。
本实施例中，通过直播服务器对接收的直播数据流进行切片得到对应的切片数据，直播服务器通过组播网络将播放所需的元数据信息及实时更新的切片数据以组播方式发送至预设分组内的各客户端，同时直播服务器通过带外网络将实时更新的切片数据以单播方式分发至客户端，客户端选择接收组播网络中组播通道对应的组播数据或接收带外网络中单播通道对应的单播数据并进行视频播放，直播服务器分别通过组播网络及带外网络发送切片数据至客户端，在通过组播网络发送组播数据的同时，接收客户端反馈的重传请求并进行汇总去重，对丢失数据进行重传；客户端可选择接收组播网络或带外网络的数据进行播放；实现可靠组播传输的同时，利用带外网络建立可靠单播传输通道，实现了广播级IP视频直播传输，在组播数据的同时进行额外的丢失数据重传，网络劣化情况下依然可以对直播视频进行安全播出，进一步提高了视频直播的可靠性。
如图6所示，一种抗网络劣化的IP视频直播传输系统100，该系统包括直播服务器10及与所述直播服务器10同时建立组播网络连接及带外网络连接以实现数据信息传输的客户端20，该系统用于执行前述的抗网络劣化的IP视频直播传输方法的任一实施例，该系统包括配置于所述直播服务器10中的切片装置110、元数据信息发送装置120、组播发送装置130、单播发送装置140，以及配置于所述客户端20中的数据接收装置210及视频播放装置220。
所述切片装置110，用于对接收到的直播数据流进行切片，得到与所述直播数据流对应的切片数据；所述切片数据包括索引文件及媒体分片数据。
在一具体实施例中，所述切片装置110包括单元：第一切片单元，用于通过所述直播服务器包含的一个切片服务单元对所述直播数据流进行切片，得到一份所述切片数据；或者是，第二切片单元，用于通过所述直播服务器包含的多个切片服务单元分别对所述直播数据流进行切片，得到多份所述切片数据；每一所述切片服务单元根据所述直播数据流中的时间戳信息对各自切分得到的所述切片数据进行帧对齐。
所述元数据信息发送装置120，用于通过组播网络将播放所需的元数据信息以组播方式发送至预设分组内的各客户端。
所述组播发送装置130，用于通过组播网络将实时更新的所述切片数据以组播方式发送至所述预设分组内的各客户端。
在一具体实施例中，所述系统还包括配置于所述直播服务器10中的单元：重传请求接收单元，用于若接收到预设分组内所述客户端反馈的重传请求；请求汇总去重单元，用于对所述重传请求进行汇总去重，得到有效重传请求；数据重传单元，用于在有效重传周期内根据以组播方式对与所述有效重传请求对应的丢失数据进行重传。
所述单播发送装置140，用于通过带外网络将实时更新的所述切片数据以单播方式分发至所述客户端。
所述数据接收装置210，用于播放请求信息请求选择接收所述组播网络中组播通道对应的组播数据，或根据所述播放请求信息选择接收所述带外网络中单播通道对应的单播数据；其中，所述播放请求为所述客户端通过代理服务接收到的播放请求。
在一具体实施例中，所述数据接收装置210包括单元：组播通道建立单元，用于所述客户端根据所述播放请求信息与所述组播网络建立组播通道；单播通道建立单元，用于所述客户端根据所述播放请求信息与所述带外网络建立单播通道；组播数据接收单元，用于若所述组播通道在先建立，所述客户端根据所述组播通道加入与所述播放请求信息对应的预设分组，以通过所述组播通道接收与所述预设分组对应的组播数据；单播数据接收单元，用于若所述单播通道在先建立，所述客户端根据所述单播通道请求与所述播放请求信息对应直播频道的单播数据。
所述视频播放装置220，用于根据接收到的组播数据或单播数据进行视频直播。
在一具体实施例中，所述视频播放装置220包括单元：网络状态信息获取单元，用于获取所述客户端的终端信息及播放通道的网络状态信息；所述播放通道为单播通道或组播通道；播放码率确定单元，用于确定与所述终端信息及所述网络状态信息相匹配的播放码率；播放单元，用于根据所述播放码率对所述组播数据或所述单播数据进行视频播放。
本实施例中，通过直播服务器对接收的直播数据流进行切片得到对应的切片数据，直播服务器通过组播网络将播放所需的元数据信息及实时更新的切片数据以组播方式发送至预设分组内的各客户端，同时直播服务器通过带外网络将实时更新的切片数据以单播方式分发至客户端，客户端选择接收组播网络中组播通道对应的组播数据或接收带外网络中单播通道对应的单播数据并进行视频播放，直播服务器分别通过组播网络及带外网络发送切片数据至客户端，在通过组播网络发送组播数据的同时，接收客户端反馈的重传请求并进行汇总去重，对丢失数据进行重传；客户端可选择接收组播网络或带外网络的数据进行播放；实现可靠组播传输的同时，利用带外网络建立可靠单播传输通道，实现了广播级IP视频直播传输，在组播数据的同时进行额外的丢失数据重传，网络劣化情况下依然可以对直播视频进行安全播出，进一步提高了视频直播的可靠性。
本领域技术人员应该明白，本发明所述的方法和系统并不限于具体实施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种抗网络劣化的IP视频直播传输方法，其特征在于，所述方法应用于抗网络劣化的IP视频直播传输系统，所述系统包括直播服务器及与所述直播服务器同时建立组播网络连接及带外网络连接以实现数据信息传输的客户端，所述方法包括以下步骤：
所述直播服务器对接收到的直播数据流进行切片，得到与所述直播数据流对应的切片数据；所述切片数据包括索引文件及媒体分片数据；
所述直播服务器通过组播网络将播放所需的元数据信息以组播方式发送至预设分组内的各客户端；
所述直播服务器通过组播网络将实时更新的所述切片数据以组播方式发送至所述预设分组内的各客户端；
所述直播服务器通过带外网络将实时更新的所述切片数据以单播方式分发至所述客户端；
所述客户端根据播放请求信息请求选择接收所述组播网络中组播通道对应的组播数据，或根据所述播放请求信息选择接收所述带外网络中单播通道对应的单播数据；其中，所述播放请求为所述客户端通过代理服务接收到的播放请求；
所述客户端根据接收到的组播数据或单播数据进行视频直播。
2.如权利要求1所述的一种抗网络劣化的IP视频直播传输方法，其特征在于，所述直播服务器对接收到的直播数据流进行切片，包括：
通过所述直播服务器包含的一个切片服务单元对所述直播数据流进行切片，得到一份所述切片数据；
或者是，通过所述直播服务器包含的多个切片服务单元分别对所述直播数据流进行切片，得到多份所述切片数据；每一所述切片服务单元根据所述直播数据流中的时间戳信息对各自切分得到的所述切片数据进行帧对齐。
3.如权利要求1所述的一种抗网络劣化的IP视频直播传输方法，其特征在于，所述直播服务器通过组播网络将实时更新的所述切片数据以组播方式发送至所述预设分组内的各客户端之后，还包括：
若接收到预设分组内所述客户端反馈的重传请求；
对所述重传请求进行汇总去重，得到有效重传请求；
在有效重传周期内根据以组播方式对与所述有效重传请求对应的丢失数据进行重传。
4.如权利要求1所述的一种抗网络劣化的IP视频直播传输方法，其特征在于，所述客户端根据播放请求信息请求选择接收所述组播网络中组播通道对应的组播数据，或根据所述播放请求信息选择接收所述带外网络中单播通道对应的单播数据，包括：
所述客户端根据所述播放请求信息与所述组播网络建立组播通道；
所述客户端根据所述播放请求信息与所述带外网络建立单播通道；
若所述组播通道在先建立，所述客户端根据所述组播通道加入与所述播放请求信息对应的预设分组，以通过所述组播通道接收与所述预设分组对应的组播数据；
若所述单播通道在先建立，所述客户端根据所述单播通道请求与所述播放请求信息对应直播频道的单播数据。
5.如权利要求1所述的一种抗网络劣化的IP视频直播传输方法，其特征在于，所述客户端根据接收到的组播数据或单播数据进行视频直播，包括：
获取所述客户端的终端信息及播放通道的网络状态信息；所述播放通道为单播通道或组播通道；
确定与所述终端信息及所述网络状态信息相匹配的播放码率；
根据所述播放码率对所述组播数据或所述单播数据进行视频播放。
6.一种抗网络劣化的IP视频直播传输系统，其特征在于，所述系统包括直播服务器及与所述直播服务器同时建立组播网络连接及带外网络连接以实现数据信息传输的客户端，所述系统包括配置于所述直播服务器中的切片装置、元数据信息发送装置、组播发送装置、单播发送装置，以及配置于所述客户端中的数据接收装置及视频播放装置；
所述切片装置，用于对接收到的直播数据流进行切片，得到与所述直播数据流对应的切片数据；所述切片数据包括索引文件及媒体分片数据；
所述元数据信息发送装置，用于通过组播网络将播放所需的元数据信息以组播方式发送至预设分组内的各客户端；
所述组播发送装置，用于通过组播网络将实时更新的所述切片数据以组播方式发送至所述预设分组内的各客户端；
所述单播发送装置，用于通过带外网络将实时更新的所述切片数据以单播方式分发至所述客户端；
所述数据接收装置，用于播放请求信息请求选择接收所述组播网络中组播通道对应的组播数据，或根据所述播放请求信息选择接收所述带外网络中单播通道对应的单播数据；其中，所述播放请求为所述客户端通过代理服务接收到的播放请求；
所述视频播放装置，用于根据接收到的组播数据或单播数据进行视频直播。
7.如权利要求6所述的一种抗网络劣化的IP视频直播传输系统，其特征在于，所述切片装置包括单元：
第一切片单元，用于通过所述直播服务器包含的一个切片服务单元对所述直播数据流进行切片，得到一份所述切片数据；
或者是，第二切片单元，用于通过所述直播服务器包含的多个切片服务单元分别对所述直播数据流进行切片，得到多份所述切片数据；每一所述切片服务单元根据所述直播数据流中的时间戳信息对各自切分得到的所述切片数据进行帧对齐。
8.如权利要求6所述的一种抗网络劣化的IP视频直播传输系统，其特征在于，所述系统还包括配置于所述直播服务器中的单元：
重传请求接收单元，用于若接收到预设分组内所述客户端反馈的重传请求；
请求汇总去重单元，用于对所述重传请求进行汇总去重，得到有效重传请求；
数据重传单元，用于在有效重传周期内根据以组播方式对与所述有效重传请求对应的丢失数据进行重传。
9.如权利要求6所述的一种抗网络劣化的IP视频直播传输系统，其特征在于，所述数据接收装置包括单元：
组播通道建立单元，用于所述客户端根据所述播放请求信息与所述组播网络建立组播通道；
单播通道建立单元，用于所述客户端根据所述播放请求信息与所述带外网络建立单播通道；
组播数据接收单元，用于若所述组播通道在先建立，所述客户端根据所述组播通道加入与所述播放请求信息对应的预设分组，以通过所述组播通道接收与所述预设分组对应的组播数据；
单播数据接收单元，用于若所述单播通道在先建立，所述客户端根据所述单播通道请求与所述播放请求信息对应直播频道的单播数据。
10.如权利要求9所述的一种抗网络劣化的IP视频直播传输系统，其特征在于，所述视频播放装置包括单元：
网络状态信息获取单元，用于获取所述客户端的终端信息及播放通道的网络状态信息；所述播放通道为单播通道或组播通道；
播放码率确定单元，用于确定与所述终端信息及所述网络状态信息相匹配的播放码率；
播放单元，用于根据所述播放码率对所述组播数据或所述单播数据进行视频播放。
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