CN1633109A - 一种流媒体系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流媒体系统，其包括连接在互联网上提供流媒体内容的服务器端和播放流媒体的多个客户端，所述的服务器端和所述的多个客户端设置成对等网络节点，其中所述的服务器端包括媒体内容服务器、WEB服务器和流媒体服务器，所述的流媒体服务器用于获取节目流媒体数据并将其传输给对等网络节点的客户端，所述的客户端包括与WEB服务器交互的WEB解析单元、流媒体传输单元和流媒体播放单元，其中流媒体传输单元从所述的流媒体服务器获取发布的节目的流媒体数据并可将其提供给其他对等网络节点。本发明低成本高效率，可充分利用用户的闲置上行带宽来协助服务器分发流媒体内容，在增加用户的同时无须相应增加服务器成本。

Description

一种流媒体系统

技术领域

本发明涉及互联网上的流媒体技术，更具体的说，本发明涉及一种在互联网上实现的流媒体系统。

背景技术

在互联网有限网络带宽的情况下，如何实时传输庞大的多媒体数据，流媒体技术提供了很好的解决方案。所谓流媒体是指用户通过网络或者特定数字信道边下载边播放多媒体数据的工作方式，目前的流媒体系统通常包括流媒体服务器端和客户端，其基本原理简单地说是通过高效压缩算法，让庞大的多媒体数据转换成可以在各种带宽环境下传输的流媒体文件格式，进入流媒体服务器，并遵循各种实时协议将流媒体数据传送到客户端，客户端使用播放器将流媒体数据还原为多媒体信息。

虽然随着互联网络宽带的普及，上述流媒体系统使用户利用PC机在线收看电视节目等流媒体广播成为可能。但存在的缺点是实现上述流媒体系统的带宽和服务器成本昂贵，例如，对于512kbps的ADSL宽带网络用户，客户端的带宽足以实现近似VCD品质的流媒体音视频。但是对于流媒体服务器端来说，实现近似VCD品质的视频广播所需要的带宽和服务器成本仍然十分昂贵。一般服务器带宽为100M只能承受300人同时观看300kbps的视频广播，而对于需要服务中国近1亿的网民来说这样的方式是无法接受的，目前解决服务器端的带宽和服务器负载有两种方法，一是采用更高压缩比的视频编码技术，二是采用更高效的分发技术来降低服务器的带宽消耗，第一种方式能带来的效果非常有限，即使使用现在最先进的H.264编码技术，也只能提高60％的性能。第二种方式可以通过组播，或者CDN来实现，但是需要投入大量硬件成本。传统的广播和电视服务之所以能发展成今天的规模，是因为它们的广播设备一旦架设完成就可以被很多用户接收，当用户增加的时候广播设备不需要随之增加。而网络流媒体面临的问题是当用户增加后，需要相应投入服务器和带宽，成本和用户增加成正比。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种基于现有网络环境的低成本高效率的流媒体系统，以充分利用用户的闲置上行带宽来协助服务器分发流媒体内容，在增加用户的同时无须相应增加服务器成本。

为解决上述问题，本发明的流媒体系统，包括：连接在互联网上提供流媒体内容的服务器端和播放流媒体的多个客户端，所述的服务器端和所述的多个客户端设置成对等网络节点，其中所述的服务器端包括：

媒体内容服务器，用于采集并存储发布的各个节目的流媒体数据；

WEB服务器，以WEB页提供用户登陆界面、系统广播以及媒体内容服务器存储的节目清单；

流媒体服务器，用于从所述的媒体内容服务器获取发布的节目的流媒体数据，然后将所述的流媒体数据传输给对等网络节点的客户端；

所述的客户端包括：

WEB解析单元，与服务器端的WEB服务器交互，按照WEB方式登陆WEB服务器进行用户登陆、查看系统广播和节目清单；

流媒体传输单元，与服务器端的流媒体服务器交互，从所述的流媒体服务器获取发布的节目的流媒体数据，并向其他对等网络节点提供所述的流媒体数据的传输服务；

流媒体播放单元，用于播放所述的节目的流媒体数据。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明将服务器端和客户端设置成对等网络节点，采用Peer-to-Peer技术发布流媒体数据，客户端可以根据它们的网络状态和设备能力与一个或几个客户端建立连接来分享数据，这种连接能减少服务器端的负担和提高每个客户端的视频质量。即使是大量的客户端同时访问流媒体服务器，也不会造成服务器因负载过重而瘫痪，实现简单，不会增加服务器端的带宽和服务器成本；

另外，本发明还采用可伸缩性视频编码技术(例如H.264编码技术)对媒体数据进行编码，利用可伸缩性码流的可加性，媒体数据不用全部传输给每个用户，而是把它们分散传输给每个用户，再通过用户间的连接，每个用户就可以得到合在一起的媒体数据。从而进一步解决服务器端的带宽并降低服务器负载。

附图说明

图1是本发明采用P2P方式进行媒体数据传输的示意图；

图2是本发明流媒体系统的具体实施例框图。

具体实施方式

本发明采用P2P技术与可伸缩性的高压缩率的视频编码技术相结合进行流媒体传输，极大地提高每个用户所接收的视频质量。由于可伸缩性码流的可加性，媒体数据不用全部传输给每个用户，而是把它们传输给部分用户，其它用户再通过用户间的连接获取数据，这样所有用户就都可以得到媒体数据。即使每个用户与服务器的连接带宽是有限的，应用P2P技术，每个用户依然可以通过流媒体系统享受高质量的多媒体服务。

Peer-to-Peer是当前互联网上较热门的技术，简称P2P，其基本思想是除了和服务器外，每个用户可以共享他的文件或信息给其他用户。本发明中将P2P技术应用到流媒体，每个流媒体客户端也是一个P2P中的一个节点，在目前的流媒体系统中客户端之间是没有任何联系的，但是采用P2P技术后，客户端可以根据它们的网络状态和设备能力与一个或几个客户端建立连接来分享数据，这种连接能减少服务器端的负担和提高每个客户端的视频质量。即使是大量的客户端同时访问流媒体服务器，也不会造成服务器因负载过重而瘫痪。

参考图1，该图是本发明利用P2P技术进行媒体数据传输的原理示意图。如图1所示，箭头代表了媒体数据的传输方向。流媒体服务端提供流媒体数据的传输服务，某些客户端是连接流媒体服务端获取媒体数据的。在P2P模式下流媒体服务器的带宽和负载大大降低，所以可以采用冗余数据传输方式来提高网络服务质量(QoS)，所谓冗余数据传输就是用牺牲部分带宽来换取数据传输的稳完整性和正确性。P2P流媒体客户端不同于一般的媒体播放客户端，而是在播放的同时，对其他客户端提供媒体数据传输服务，P2P播放器既是客户端又可以是提供媒体数据传输服务的服务器。

本发明中，为实现P2P方式的流媒体广播，需要提供一种方式让客户端之间可以互相建立连接。为此，本发明中把正在接收并播放流媒体，并缓存部分媒体数据，并且可以给其他客户端提供媒体数据的客户端称为种子。P2P服务器端提供了客户端注册/注销种子，搜索种子的服务。

具体的，在本发明的P2P模式下，客户端播放的流媒体的过程如下：

首先客户端连接P2P服务器，获取种子列表；挑选连接速度质量最好的种子建立连接；接受并缓冲媒体数据；播放媒体数据；向P2P服务器发送请求，把自己注册为种子；等待接受其他客户端连接自己；P2P服务器接到客户端的搜索请求后，通过各种筛选方法找出速度和质量最优的种子发送给客户端。

P2P服务器维护所有种子的状态，随时更新。

本发明中在P2P模式下，并非所有的客户端都从服务器获取媒体数据，有些客户端可以连接其他客户端(即种子)来获取媒体数据。这样大大降低了服务器的负载和带宽占用。一般的流媒体服务器，100M带宽下可以支持300人在线观看视频，而同样的服务器和带宽下使用P2P方式的流媒体服务器可以达到1500人以上。P2P方式还可以提高网络服务质量，对于基于连接的网络协议来说，如果连接的两端距离太远就会造成丢包率很高，大大降低了连接速度，甚至无法连接。P2P方式下，每个客户端都尽量去连接和自己最近的种子，从而很好保证了服务质量。

下面以具体实施例进行说明，参考图2，本发明的流媒体系统分为服务器端和客户端，为实现对等网络传输，本发明需要将所述的服务器端1和所述的多个客户端2设置成对等网络节点，如图示，本实施例中，所述服务器端1包括：媒体内容服务器11，主要用于采集并存储发布的各个节目的流媒体数据，具体实现时，本发明中所述媒体内容服务器可从音视频采集设备采集媒体数据，然后可按照MPEG-4或H.264编码标准生成发布的流媒体数据，编码由视频编码层(VCL)和网络抽象层(Network Abstraction Layer，NAL)两部分组成。VCL中包括VCL编码器与VCL解码器，主要功能是视频数据压缩编码和解码，它包括运动补偿、变换编码、熵编码等压缩单元。NAL则用于为VCL提供一个与网络无关的统一接口，它负责对视频数据进行封装打包后使其在网络中传送，它采用统一的数据格式，包括单个字节的包头信息、多个字节的视频数据与组帧、逻辑信道信令、定时信息、序列结束信号等。包头中包含存储标志和类型标志。存储标志用于指示当前数据不属于被参考的帧。类型标志用于指示图像数据的类型。本发明中采用了高压缩比的MPEG-4和H.264编解码标准，可大大提升性能，从而实现高速、清晰的音视频画面。

需要说明的，本发明中也可以采用其他可伸缩性视频编码技术，这里不再赘述。

通过本发明的媒体内容服务器可实现如下需求：从媒体源采集媒体数据，至少支持现有的主流编码器和流媒体协议，支持mms，RTSP，并且可以扩展；提供编码器开发包，可以用来开发编码工具，作为频道的节目源；编辑人员可以对采集的和用户发布的媒体资源进行管理，包括增加修改删除；

WEB服务器12，本发明中所述的WEB服务器12以WEB页提供用户登陆界面、系统广播以及媒体内容服务器存储的节目清单等，具体实现时，本发明中所述WEB服务器可以是HTTP/FTP服务器；

流媒体服务器13，用于从所述的媒体内容服务器获取发布的节目的流媒体数据，然后将所述的流媒体数据传输给对等网络节点的客户端，本发明中流媒体服务器13采用p2p的方式广播媒体数据，采用TCP协议传送控制数据，UDP协议传送媒体数据，具体实现时，如图示，所述流媒体服务器13可包括：

种子注册及查询单元131，用于发放作为对等网络种子节点的原始客户端，进行对等网络种子节点的客户端的登记以及提供对等网络种子节点的客户端的查询；

节目控制协议处理单元132，用于响应客户端的节目广播/点播请求，进行频道管理、广播/点播、数据传输进度控制以及系统消息的节目控制处理；

传输协议处理单元133，用于对流媒体数据进行媒体传输协议处理以便将数据传输给客户端，本发明中所述的媒体传输协议包括通用媒体传输协议(MMS协议以及RTSP协议等)或专用媒体传输协议，其中通用媒体传输协议适用于所有格式的在线播放，Rtsp协议兼容已有流媒体协议，而专用媒体传输协议则可实现媒体专用协议的处理：例如dvd导航协议，这里不再赘述。

下面说明客户端2，本发明中所述的客户端2包括：

WEB解析单元21，与服务器端的WEB服务器11交互，按照WEB方式登陆WEB服务器进行用户登陆、查看系统广播和节目清单，本发明中所述WEB解析单元21实现http/ftp协议解析及mms媒体导航，可使用ie二次开发的浏览器类型程序，并可以激活本地流媒体播放器及其他应用程序。

流媒体传输单元22，与服务器端的流媒体服务器13交互，从所述的流媒体服务器获取发布的节目的流媒体数据，并向其他对等网络节点提供所述的流媒体数据的传输服务；本发明中所述的流媒体传输单元22与服务器端1的流媒体服务器13有区别。客户端2的流媒体传输单元22需要向服务器端登记本地种子，并从服务器端获得接入种子和接触种子，向服务器端发送节目控制命令，解析媒体传输协议。具体实现与所述的流媒体传输服务器相同，可采用P2P的方式广播媒体数据，采用TCP协议传送控制数据，UDP协议传送媒体数据，如图示，所述媒体传输单元22包括：

种子注册及查询模块221，用于向服务器端登记本地种子，并从服务器端获取可接入的作为对等网络种子节点的客户端；

节目控制协议处理模块222，用于向服务器端发送节目控制命令，进行频道管理、广播/点播、数据传输进度控制以及系统消息的节目控制处理；

传输协议处理模块223，用于对流媒体数据进行媒体传输协议处理以便解析出服务器端传送来的流媒体数据。

流媒体播放单元23，用于播放所述的节目的流媒体数据，具体实现时，本发明所述流媒体播放单元包括：

媒体重定向模块231，用于将获取的流媒体数据重定向为本地文件；

高速缓存管理模块232，用于对传输的流媒体数据提供碎片连接和连续片断异步输出；

专用媒体协议处理模块233，用于对专用媒体协议传输的流媒体数据进行处理，实现流媒体文件的播放。

另外，为便于客户端软件升级，本发明中所述的服务器端1还包括：

升级服务器14，用于提供客户端软件升级数据；

相应的，所述的客户端2还包括：

升级单元24，与所述的升级服务器14交互，用于从所述的升级服务器14获取升级数据自动升级客户端软件。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1、一种流媒体系统，包括连接在互联网上提供流媒体内容的服务器端和播放流媒体的多个客户端，其特征在于，所述的服务器端和所述的多个客户端设置成对等网络节点，其中所述的服务器端包括：

媒体内容服务器，用于采集并存储发布的各个节目的流媒体数据；

WEB服务器，以WEB页提供用户登陆界面、系统广播以及媒体内容服务器存储的节目清单；

流媒体服务器，用于从所述的媒体内容服务器获取发布的节目的流媒体数据，然后将所述的流媒体数据传输给对等网络节点的客户端；

所述的客户端包括：

WEB解析单元，与服务器端的WEB服务器交互，按照WEB方式登陆WEB服务器进行用户登陆、查看系统广播和节目清单；

流媒体传输单元，与服务器端的流媒体服务器交互，从所述的流媒体服务器获取发布的节目的流媒体数据，并向其他对等网络节点提供所述的流媒体数据的传输服务；

流媒体播放单元，用于播放所述的节目的流媒体数据。

2、根据权利要求1所述的流媒体系统，其特征在于，所述的流媒体服务器包括：

种子注册及查询单元，用于发放作为对等网络种子节点的原始客户端，进行对等网络种子节点的客户端的登记以及提供对等网络种子节点的客户端的查询；

节目控制协议处理单元，用于响应客户端的节目广播/点播请求，进行频道管理、广播/点播、数据传输进度控制以及系统消息的节目控制处理；

传输协议处理单元，用于对流媒体数据进行媒体传输协议处理以便将数据传输给客户端；

所述的流媒体单元包括：

种子注册及查询模块，用于向服务器端登记本地种子，并从服务器端获取可接入的作为对等网络种子节点的客户端；

节目控制协议处理模块，用于向服务器端发送节目控制命令，进行频道管理、广播/点播、数据传输进度控制以及系统消息的节目控制处理；

传输协议处理模块，用于对流媒体数据进行媒体传输协议处理以便解析出服务器端传送来的流媒体数据。

3、根据权利要求2所述的流媒体系统，其特征在于，所述的媒体传输协议包括通用媒体传输协议或专有媒体协议。

4、根据权利要求3所述的流媒体系统，其特征在于，所述的流媒体播放单元包括：

媒体重定向模块，用于将获取的流媒体数据重定向为本地文件；

高速缓存管理模块，用于对传输的流媒体数据提供碎片连接和连续片断异步输出；

专用媒体协议处理模块，用于对专用媒体协议传输的流媒体数据进行处理，实现流媒体文件的播放。

5、根据权利要求1所述的流媒体系统，其特征在于，所述的WEB服务器是HTTP/FTP服务器。

6、根据权利要求1-5任一项所述的流媒体系统，其特征在于，所述的媒体内容服务器存储的流媒体数据按照MPEG-4或H.264编码标准生成。

7、根据权利要求6所述的流媒体系统，其特征在于，所述的服务器端还包括：

升级服务器，用于提供客户端软件升级数据；

所述的客户端还包括：

升级单元，与升级服务器交互，用于从升级服务器获取升级数据自动升级客户端软件。