CN1481167A - 单向宽带网络上的视频点播技术 - Google Patents

Abstract

本发明属于网络流媒体视频传输技术领域。本发明提出了一个新的基于单向网络的流媒体播放技术，与NVOD相比，在占用同样带宽的前提下，极大地缩短了起始等待时间(少于30秒)，而且可以控制节目的播放、暂停、快进、快退等；与VOD相比，不需要回传信道，采用组播方式，没有用户数量限制，可以应用于大网环境，而且构建系统成本较低。本发明运用数学算法，在视频服务器系统和客户端进行相应的改进。在占用于NVOD相同带宽的情况下，实现用户的视频点播。其指导思想为：将视频流分为n个信道进行传输，客户端在接收播放完前几个信道的视频流数据，在切换如下一个信道时，系统能够保证从该信道视频数据流的开始位置进行播放。

Description

单向宽带网络上的视频点播技术

技术领域    网络流媒体视频传输技术领域

背景技术    视频点播(Video On Demand，VOD)技术是随着宽带网络兴起而产生新技术，它没有一个严格的定义，泛指能在用户需要时随时提供视频服务的业务。基于网络的视频点播一般采用流媒体播放技术，即用户不必将所观看的视频节目下载到本地，而是将视频节目以流数据的形式用编解码器在线播放。VOD的优点是即点即放，等待时间只是接收缓存数据的时间(大约几秒钟)，每个用户都可随时点播收看节目，可以控制节目的播放、暂停、快进、快退等；缺点是必须基于双向网，VOD采用点对点通讯，带宽利用率低，同时并发视频流数量有限，因而支持的用户规模很小，随着规模扩大成本急剧上升，通常用于宾馆、饭店等小区域环境内。准视频点播(near Video On Demand，NVOD)是一种基于单向网络的视频服务方式，其原理是按照交替的时间表来播放同样的影片或其他内容。例如，一部两小时的影片在带宽允许播放六次的条件下，每次开始的时间会间隔20分钟，这意味着用户必须按照20分钟的时间间隔来安排自己的收看时间。由于采用单向交替轮播方式，因此没有用户数量限制，系统构建和运营成本较低；但起始等待时间长(一般在15～20分钟)，不能暂停、快进、快退等。

发明内容    本发明针对了VOD和NVOD的不足之处，提出了一个新的基于单向网络的流媒体播放技术，与NVOD相比，在占用同样带宽的前提下，极大地缩短了起始等待时间(少于30秒)，而且可以控制节目的播放、暂停、快进、快退等；与VOD相比，不需要回传信道，采用组播方式，没有用户数量限制，可以应用于大网环境。本系统的构建和运营成本与NVOD系统基本相当。本发明运用数学算法，在视频服务器系统和客户端进行相应的改进。在占用于NVOD相同带宽的情况下，实现用户的视频点播。其指导思想为：将视频流分为n个信道进行传输，客户端在接收播放完前几个信道的视频流数据，在切换如下一个信道时，系统能够保证从该信道视频数据流的开始位置进行播放。算法描述：1.术语定义：

T_Di(Delaying Time)客户端启动时，等候到第i信道起始数据的等候时间。

T_Pi(Playing Time)第i信道视频数据流的解码播放时间。

TO信道播出时间单位。

Ti第i信道时间系数。

S_T信道时间总和。2.理论算法

假设条件：

假设每个信道以视频流的解码速率进行发送。T_Di＝O，即假设客户端进入时，信道I数据位置在起始位置。该状况为算法的临界状态。因此，能够满足应用的要求，同时，可以使算法得到简化，便于算法的理论推导。

T_Pi＝Ki*TO，Ki为第i信道的时间系数。服务器发送公式推导信道时间系数：当i=l，K₁=1；

当k>1， $K_i=\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{k}_j=2^{i-1}$ (j=1，......，i-1)信道时间系数总和：

$S_n=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_j=2^n$ (j=1，......，n)结论：

理论推导的假设条件，为安全的临界状态，因此，该理论结果能够满足要求。

以上结论为理论推导，在实际开发中，可根据需求对时间系数Ki进行修正，即：

     k_i＝λ2^i-1 BVOD系统中，某个信道的时间系数为该信道之前所有信道的时间系数之和，即保证客户端在接收、播放完成前i-1个信道期间，能够获得第i个信道起始位置视频数据。在对某个视频文件进行BVOD播出，公式中的信道总数n和时间基数T0根据实际视频文件的长度而定。其理论公式为：

     T＝S_nT₀＝T₀2ⁿ

     式中：T为视频流文件的播放时间。3.客户端接收算法

   数据接收原则：

严格地讲，客户端接收原则是，在每一个信道的开始位置，开始进行数据接收、解码和播放。

本理论推导的前提为：每一个播放缓存获得数据到送入解码器的时间以及临界缓存忽略不计。

   结论：

   用户并行流计算：

设用户进入时，数据流的时间坐标值为M_i，M_i∈[1，2^n-1]，n为信道数目。

用户并发流数目为：

当M_i＝2^n-1时，所有数据流同时到达信道开始，客户端同时接收所有数据流，数据流数目为n，

当M_i＝1时，用户端数据流始终为1.4.用户存储数据 $\mathrm{RawDataSize}=T_0{2}^{\left[{\log }_2^{M_i}\right]}$

当M_i＝2^n-1时，用户端的存储数据达到最大值，RawDataSize＝T₀2^n-1，为影片长度的一半。概率大约是0.5

当M_i＝1时，用户端的存储数据理论为0，这是系统运行的理想状态，从理论上分析，存在的概率仅为1/(2^n-1)

具体实施方式    基于以上原理和算法可以分别开发出服务器端系统和客户端软件，将服务器端系统安装于单向网络的前端，并与网络进行连接，启动服务后，通过安装于接入该网的客户端软件即可接受视频点播服务，在不需要回传链路传送点播请求的前提下完成视频服务的即点即放。

Claims (4)

1、一种单向宽带网络上的视频点播技术，其特征是：将视频流分为n个信道进行传输，客户端在接收播放完前几个信道的视频流数据，在切换如下一个信道时，系统能够保证从该信道视频数据流的开始位置进行播放；

2、根据权利要求1所述的单向宽带网络上的视频点播技术，其特征是：与NVOD相比，在占用同样带宽的前提下，极大地缩短了起始等待时间(少于30秒)，而且可以控制节目的播放、暂停、快进、快退等；与VOD相比，不需要回传信道，采用组播方式，没有用户数量限制，可以应用于大网环境；

3、根据权利要求1所述的单向宽带网络上的视频点播技术，其特征是：按几何级数对视频文件进行分割，在服务器端将分割后的视频片段在不同信道(流)中循环播出，在各个视频片段间保持严格的同步关系；

4、根据权利要求1所述的单向宽带网络上的视频点播技术，其特征是：在客户端从第一个片段开始依次接收不同信道(流)中的视频流数据，一边数据组合一边不间断播放；