TW201401826A - 包括圖幅的視訊檔經由同儕協助視訊輸送系統之分佈方法和裝置以及包括圖幅的視訊檔從同儕協助視訊輸送系統之接收方法和裝置 - Google Patents

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Abstract

本案揭示一種視訊內容經寬帶網路之同儕協助分佈解決方案。視訊檔分節(11)成諸節，產生(12)分節元資料。諸節變換(13)成媒體串流節，具有計時器/時戳一致性。視訊檔和分節元資料注入(15)於同儕協助視訊輸送系統內。分節元資料再使用於下載(22)在委託器產生(23)視訊檔諸節所需之視訊檔偏設值。

Description

包括圖幅的視訊檔經由同儕協助視訊輸送系統之分佈方法和裝置以及包括圖幅的視訊檔從同儕協助視訊輸送系統之接收方法和裝置
本發明係關於一種視訊內容經寬帶網路之同儕協助分佈解決方案，尤指一種視訊內容之同儕協助分佈解決方案，致能到回放為止之小小緩衝時間，以及快轉和回轉操作。
視訊佔有今日網際網路消費內容之很大比率。提供視訊服務之許多網址，不斷輸送視訊截區或電影，給無數的不同裝置，例如PC、TV、智慧電話機、圖板。隨光纖到家庭和其他寬帶科技日漸廣佈，預計視訊內容的消費也會增加。
為支援視訊輸送需要大量帶寬，服務提供者採用內容輸送網路(CDN)，一地理上分佈伺服器集合，使用者可由此下載內容。為進一步改善內容分佈的效率，已倡議同儕協助構造，其中使用者可從其他使用者的CDN和機上盒或家庭閘口下載內容。在此情況下，機上盒或閘口把若干視訊截區，儲存於其局部硬碟或快閃記憶器，並使用使用者家庭連線可用之上載帶寬，把該截區之殘篇上載給其他使用者。
例如，Wang等人在〈eMule P2P檔共享系統中播放當做下載是否可行？〉一文中(J.Zhejiang Univ.-Sci.C(Comput.& Electron.)，第11卷，2010年，465-475頁)，討論到同儕間(P2P)群集技術以媒體流送支援之解決方案，具有播放當做下載之能力。其中介紹到新的演算法，稱為意願驅使語塊分佈(WDCD)，致能P2P檔共享系統支援應需視訊(VOD)功能，同時保持P2P本族下載速度。稱為次位播放頻率(next-play-frequwncy)的新參數，添加到內容語塊，打亂了下載和流送要求之間的重複平衡。
本發明聚焦在同儕協助視訊分佈系統，尤指飛馳產生視訊諸節以支援HTTP現場流送(HLS)等協定的問題。HLS標準記載視訊輸送協 定，支援優良特點，諸如從複數來源和適應串流率下載(見http：//tools.ietf.org/html/draft-pantos-http-live-streaming-07)。然而，HLS之一項拘限是，需要使用MPEG傳送串流(MPEG-TS)容器。所以，視訊若原先以另一格式儲存，諸如MP4或Matroska(MKV)，即必須在經HLS輸送之前，先變換成MPEG-TS。再者，MPEG-TS串流必須分成語塊，或媒體諸節，在諸節利用HLS播放器縫回在一起時，使MPEG-TS持續性計數器和時戳一致。此步驟稱為分節。在下文中「節」和「語塊」術語會混用。
目前有多種工具可進行變換和分節，以產生HLS順應分節。惟全部做為輸入完全原始檔。為瞭解何以此為同儕協助系統的問題所在，可思考下述。欲支援廣範圍的使用者裝置(PC、智慧型電話等)，系統可輸送指定視訊，不論是透過HTTP的單一MP4檔，或透過HLS的複數MPEG-TS諸節。然而，為節省儲存空間，系統只儲存各視訊做為MP4檔。每當使用者透過HLC要求視訊，局部同儕間委託器即下載MP4內容，變換成MPEG-TS，把結果分節成HLS語塊。惟因現有HLS分節器工具只對完整檔作業，同儕間委託器必須在製作HLS語塊和開始回放之前，完成下載完整MP4視訊。如此顯然不能接受。
本發明之目的，在於擬議一種改進解決方案，供視訊內容經由網路之同儕協助分佈。
按照本發明，包括圖幅的視訊檔經由同儕協助視訊輸送系統之分佈方法，包括步驟為：把視訊檔分節成時間性諸節，使視訊檔之任何圖幅展現在一且唯一(one and only one)時間性節，其中各時間性節為自足實體之客體；產生分節元資料，至少包括時間性諸節相對於視訊檔之偏設值、持續性計數器數值，和節開始時間；按照媒體串流格式，把時間性諸節變換成媒體串流諸節，使用持續性計數器和/或時戳，使媒體串流諸節內之持續性計數器適度遞增，和/或媒體串流諸節內之時戳有效且同步化；以及把視訊檔和分節元資料，注入同儕協助視訊系統內。
因此，包括圖幅的視訊檔經由同儕協助視訊輸送系統之分佈 裝置包括：分節器，把視訊檔分節成時間性諸節，使視訊檔之任何圖幅展現在一且唯一時間性節，其中各時間性節為自足實體性客體，並且產生分節元資料，至少包括時間性諸節相對於視訊檔之偏設值、持續性計數器數值，和節開始時間；變換器，按照媒體串流格式，把時間諸節變換成媒體串流諸節，使用持續性計數器和/或時戳，使媒體串流諸節內之持續性計數器適度遞增，和/或媒體串流諸節內之時戳有效且同步化；以及注入器，把視訊檔和分節元資料，注入同儕協助視訊輸送系統。
按照本發明一要旨，例如MP4檔或MKV檔等視訊檔，先分節成諸節。此等諸節最好是固定期限的諸節。在分節當中，產生分節元資料。所得諸節變換成媒體串流諸節，例如MPEG-TS諸節，有計數器/時戳一致性。視需要可對媒體串流諸節進行健全核對。隨後把視訊檔和分節元資料，注入同儕協助視訊輸送系統內。
視訊檔從同儕協助視訊輸送系統之接收方法，包括步驟為：下載分節元資料，至少包括視訊檔時間性諸節相對於視訊檔之偏設值、持續性計數器數值，和節開始時間；分析分節元資料，決定要下載的視訊偏設值，並啟動下載所決定視訊偏設值；從下載之視訊偏設值，產生視訊諸節；按照媒體串流格式，把視訊諸節變換成媒體串流諸節，使用持續性計數器和/或時戳，使媒體串流諸節內之持續性計數器適度遞增，和/或媒體串流諸節內之時戳有效且同步化。
因此，視訊檔從同儕協助視訊輸送系統之接收裝置，包括：網路連接器，供下載分節元資料，至少包括視訊檔時間性諸節相對於視訊檔之偏設值、持續性計數器值，和節開始時間；分析器，供分析分節資料，以決定要下載之視訊偏設值，並供啟動下再所決定視訊偏設值；節產生器，從下載之視訊偏設值，產生視訊諸節；變換器，按照媒體串流格式，把視訊諸節變換成媒體串流諸節，使 用持續性計數器和/或時戳，使媒體串流諸節內之持續性計數器適度遞增，和/或媒體串流諸節內之時戳有效且同步化。
為再生媒體串流諸節，第一步，下載分節元資料檔。分節元資料再經分析，以決定什麼視訊偏設值需下載，例如MP4或MKV偏設值。隨即啟動下載所決定視訊偏設值。再從下載之視訊偏設值產生視訊諸節，最後變換成媒體串流諸節，例如MPEG-TS諸節，具有計數器/時戳一致性。
本發明解決方案容許同儕製成媒體串流諸節，不需下載完整原始視訊檔。致能到回放為止之小小緩衝時間，即可在完整檔下載之前開始回放，以及快轉或回轉操作。此外，由於檔已儲存於唯一格式內，故解決方案在儲存需求方面非常有效。此外，與現有標準可相容。
1‧‧‧網路
2‧‧‧家庭閘口
3‧‧‧PC
4‧‧‧圖板
5‧‧‧CDN
30‧‧‧分佈裝置
31‧‧‧分節器
32‧‧‧變換器
33‧‧‧健全核對器
34‧‧‧注入器
40‧‧‧接收裝置
41‧‧‧網路連線
42‧‧‧分析器
43‧‧‧節產生器
44‧‧‧變換器
10‧‧‧把檔分節並產生分節元資料
11‧‧‧把視訊檔分節成諸節
12‧‧‧產生分節元資料
13‧‧‧把諸節變換成媒體串流諸節
14‧‧‧進行健全核對
15‧‧‧把視訊檔和分節元資料注入網路內
20‧‧‧再生諸節
21‧‧‧下載分節元資料
22‧‧‧分析分節元資料並啟動下載偏設值
23‧‧‧從偏設值產生諸節
24‧‧‧把諸節變換成媒體串流諸節
第1圖繪示同儕協助視訊輸送系統； 第2圖簡略圖示本發明同儕協助視訊輸送方法； 第3圖說明MP4檔之分節和分節元資料檔之產生； 第4圖表示HLS諸節之再生； 第5圖簡略繪示製備視訊檔供注入同儕協助視訊輸送系統用之裝置； 第6圖簡略繪示視訊檔從同儕協助視訊輸送系統之接收裝置。
為更加明瞭起見，參照附圖所述本發明如下。須知本發明不限於此具體例，而特定之特點可權宜合併和/或修飾，不悖本發明在所附申請專利範圍內之界定。
下述考量的是飛馳MP4變換為HLS之情況。然而，本發明對其他輸入格式，例如MKV變換為HLS，亦可作業。此外，本發明背後之機制不專用於HLS，亦可應用到類似之目標協定，諸如透過HTTP之動態順應式流送(DASH)。
第1圖表示經由網路1輸送視訊的同儕協助系統之不同組件。假設同儕間委託器在連接至網路1的各家庭閘口2運轉。視訊可從不同的使用者裝置觀看，諸如PC 3和圖板4。當使用者開始觀看視訊，閘口2上之同儕間委託器，即從其他同儕間委託器和/或CDN 5下載多件視訊 資料，類似串流，前進到使用者裝置。當然，同儕間委託器同樣可在使用者裝置上運轉，取代家庭閘口2。
第2圖簡略繪示本發明同儕協助視訊輸送方法。此方法基本由二步驟構成。第一步驟10把MP4檔分節，產生分節元資料檔。第二步驟20再生HLC諸節。
執行第一步驟10時，先將MP4檔注入系統，即CDN加同儕間儲存器，變成得以下載。此步驟把檔分析，產生一些元資料，在第二步驟20中使用。第二步驟是在同儕間委託器需產生HLS語塊飛馳時執行。
第3圖詳細記載MP4檔之分節，以及分節元資料檔之產生。此步驟由若干步驟構成。首先，把MP4檔分節11成MP4諸節，最好固定期限的諸節，並產生12分節元資料。此等諸節變換13成MPEG-TS諸節，具有計數器/時戳一致性。再進行14 MPEG-TS健全核對，把視訊檔和分節元資料注入15 CDN和P2P網路內。
分節步驟11是在儲存完整MP4原始檔之電腦上運轉。電腦召喚分節器工具，以產生全部目標諸節。例如，若檔要分節成k語塊，則工具被召喚k次，每節一次。每次召喚時，工具接受之參數為節開始和結束時間。例如，諸節若5秒長，而第三節有待產生，則工具係以「開始時間t=10」和「結束時間t=15」召喚。
此處之關鍵議題是，所創造諸節必須不含疊合視訊/聲訊圖幅，亦即圖幅必須不展現在一節以上。同理，全部圖幅必須展現在至少一節。此二條件確保縫接所得諸節，可得連續無誤之回放。
於今無現有工具可支援此種分節超出方格。例如常用工具MP4Box可創作以「開始時間」和「結束時間」參數特定的個別語塊。然而，所得語塊會含有疊合視訊/聲訊圖幅。可是，此問題存在變通辦法，容許使用MP4Box而不需修飾此原始碼。MP4Box最近開發版本，支援分裂語塊S：E選項。此選項產生以開始時間S和結束時間E特定之語塊。然而，工具可調節開始時間以對準特別圖幅。例如，以「分裂語塊5：10」召喚工具可得語塊，在t=4.96開始，t=10結束。若先前語塊在t=5結束，則有些圖幅會展現於二者語塊，在語塊縫回在一起時，會造成問題。
此問題之變通辦理，包含以二回召喚MP4Box。在第一回當 中，使用下述選項(期限5秒)召喚：節1 分裂語塊0：5節2 分裂語塊5：10節3 分裂語塊10：15節4 分裂語塊15：20‧‧‧
每次召喚時，MP4Box可輸出已調節開始時間在特別圖幅，例如t=14.95取代t=15。此等修飾開始時間即儲存於時間性檔內。
於第二回當中，又召喚MP4Box以產生全部語塊，但按照下述語塊之開始時間替代語塊之結束時間。在上述例中，得如下選項：節1 分裂語塊0：5節2 分裂語塊5：10節3 分裂語塊10：14.95節4 分裂語塊15：20‧‧‧
注意節4之選項，開始時間特定在t=15。正如MP4Box可調節語塊之開始時間於14.96，此旨在正確如第一回所為。
於第二回當中，系統監驗MP4Box存取之MP4原始檔偏設值，儲存於分節元資料檔內。最後，所調節開始時間亦添加於分節元資料檔。
下述為分節元資料檔，使用JSON編碼(JavaScript Object Notation)。
注意在此實施例檔內，已略去MPEG-TS持續性計數器值。
本發明開拓的洞見之一是，事實上在產生特別節時，分節器工具不能存取完整原始MP4檔。例如，當產生第三節時，工具會存取MP4元資料位置的檔案開始和結束，加上相當於摘取以產生語塊的視訊/聲訊圖幅之偏設值範圍。
所以，按照本發明，於每次召喚時，監驗分節器工具，以決定工具讀取的全部原始MP4檔偏設值。此等偏設值是存在分節元資料檔內，將用於再生步驟20。有數種方式可監驗又工具讀取的原始MP4檔偏設值。一可能性是使用strace Unit命令，以追蹤全部檔系統呼叫。
於變換步驟13，全部MP4諸節都變換成MPEG-TS容器，一起縫接於單一MPEG-TS檔內。此步驟13必須確定所縫接MPEG-TS檔可回放無誤。此包含確定持續性計數器適度遞增，而且PCR和PTS/DTS時戳有效且同步化。
進行此步驟之一可能性是，採用ffmpeg工具(見http：//ffmpeg.org/)，支援從MP4變換成MPEG-TS。然而，ffmpeg創作之諸節，無法以簡單啣接縫接在一起，因為持續性計數器，PCR(程式時計參照)和RTS(展示時戳)/DTS(解碼時戳)之數值會不準。解決方案是啣接ffmpeg生產的MPEG-TS諸節、運轉消毒器工具、固定持續性計數器、PCR和RTS/DTS數值。此可由下述達成。
對於持續性計數器，在各節過渡時，修飾持續性計數器數 值，與前節中所觀察最後計數器數值一致。此等最後計數器數值即存在分節元資料檔內。
對於PCR/RTS/DTS數值，在各節過渡時，把PCR/PTS/DTS數值重置於零。因各節是以不同的時間參照個別產生。惟簡單調節即可。PCR/PTS/DTS數值遞增數值，等於節開始時間，可在分節元資料檔內查到。
MPEG-TS健全核對14可視需要。核對變換步驟13中生產的MPEG-TS，以核對並無由於不持續或不正確時戳數值引起之回放誤差。
注入步驟15涉及把MP4檔注入到CDN和同儕間儲存空間內。分節元資料檔可儲存於P2P追蹤器，以便供同儕裝置容易存取。MPEG-TS諸節亦可注入CDN內，以免在CDN側飛馳變換。
第4圖詳示HLS諸節之再生20。此步驟20亦由若干步驟組成。第一步驟21下載分節元資料檔。第二步驟22分析分節元資料，以決定需下載哪個MP4偏設值，並啟動下載所決定MP4偏設值。然後，產生23 MP4諸節，變換24成MPEG-TS諸節，具有計數器/時戳一致性。
執行再生步驟20，是在使用HLS輸送視訊至使用者裝置之時。典型上，裝置會依序要求諸節，即節1、節2等，雖然在快轉或回轉操作後，諸節可能會被脫序要求。
於第一步驟21下載之際，同儕間委託器含為該特別視訊的分節元資料檔複本。一可能性是從追蹤器下載，惟檔案必須已先行上載。
對於MP4偏設值下載22，同儕間委託器分析元資料，決定必須下載哪一MP4偏設值，以便產生各節。例如，在上列實施例中，第三節的偏設值範圍為{[0,40959],[847872,1658879],[1687552,1691647],[1789952,1810431],[8441856,8444766]}，委託器即下載此等偏設值，書寫到局部MP4檔。正如任何同儕協助系統，此等下載可能會涉從其他同儕裝置和/或從CDN轉移。
一旦此步驟22完成，局部MP4檔在全部偏設值內含有之原有MP4資料，會被分節器工具讀取，以產生特別節。其他偏設值可含零、廢料，或原有MP4資料，若此等偏設值先前已為其他諸節取復。
於節產生步驟23之際，呼叫分節器工具，以產生特定節。若採用上述變通辦法，則MP4Box選項必須使用元資料檔所含開始時間調 節。
最後，在變換步驟24當中，把MP4節變換為MPEG-TS節，並經消毒以免不接續和不正確時戳數值。此步驟與變換步驟13相似，唯一差別在於接續性計數器數值是使用分節元資料檔所含資訊調節，而先前視訊節無法局部可得。
第5圖簡略圖示視訊檔經由同儕協助視訊輸送系統之分佈裝置30。此裝置30包括分節器31，把視訊檔分成諸節，最好是固定期限諸節，並供產生分節元資料。變換器32把此等諸節變換成MPEG-TS諸節，具有計數器/時戳一致性。具有視需要之健全核對器33，進行MPEG-TS健全核對。最後，注入器34把視訊檔和分節元資料，注入CDN和P2P網路內。
第6圖簡略繪示視訊檔從同儕協助視訊輸送系統之接收裝置40。此裝置40包括網路連線41，供下載分節元資料檔。分析器42分析元資料，決定必須下載之視訊偏設值，並啟動下載所決定視訊偏設值。節產生器43產生視訊諸節，再利用變換器44變換成MPEG-TS節，具有計數器/時戳一致性。
11‧‧‧把視訊檔分節成諸節
12‧‧‧產生分節元資料
13‧‧‧把諸節變換成媒體串流諸節
14‧‧‧進行健全核對
15‧‧‧把視訊檔和分節元資料注入網路內

Claims (10)

  1. 一種包括圖幅的視訊檔經由同儕協助視訊輸送系統之分佈方法，包括步驟為：把視訊檔分節(11)成時間性諸節，使視訊檔之任何圖幅展現在一且唯一時間性節，其中各時間性節為自足實體之客體；產生(12)分節元資料，至少包括時間性諸節相對於視訊檔之偏設值、持續性計數器數值，和節開始時間；按照媒體串流格式，把時間性諸節變換(13)成媒體串流諸節，使用持續性計數器和/或時戳，使媒體串流諸節內之持續性計數器適度遞增，和/或媒體串流諸節內之時戳有效且同步化；把視訊檔和分節元資料，注入(15)同儕協助視訊系統內者。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中視訊檔係分節(11)成固定期限之時間性諸節者。
  3. 一種包括圖幅之視訊檔從同儕協助視訊輸送系統之接收方法，包括步驟為：下載(21)分節元資料，至少包括視訊檔時間性諸節相對於視訊檔之偏設值、持續性計數器數值，和節開始時間；分析(22)分節元資料，決定要下載的視訊偏設值，並啟動下載所決定視訊偏設值；從下載之視訊偏設值，產生(23)視訊諸節；按照媒體串流格式，把視訊諸節變換(24)成媒體串流諸節，使用持續性計數器和/或時戳，使媒體串流諸節內之持續性計數器適度遞增，和/或媒體串流諸節內之時戳有效且同步化者。
  4. 如前述申請專利範圍之一方法，其中視訊檔係MP4檔或MKV檔者。
  5. 如前述申請專利範圍之一方法，其中時間性諸節係變換(13,24)成MPEG傳送串流諸節者。
  6. 一種包括圖幅的視訊檔經由同儕協助視訊輸送系統之分佈裝置(30)包括：分節器(31)，把視訊檔分節(11)成時間性諸節，使視訊檔之任何圖幅展現在一且唯一時間性節，其中各時間性節為自足實體性客體，並且產生(12) 分節元資料，至少包括時間性諸節相對於視訊檔之偏設值、持續性計數器數值，和節開始時間；變換器(32)，按照媒體串流格式，把時間諸節變換(13)成媒體串流諸節，使用持續性計數器和/或時戳，使媒體串流諸節內之持續性計數器適度遞增，和/或媒體串流諸節內之時戳有效且同步化；以及注入器(34)，把視訊檔和分節元資料，注入(15)同儕協助視訊輸送系統者。
  7. 如申請專利範圍第6項之裝置(30)，其中分節器(31)把視訊檔分節(11)成固定期限之時間性諸節者。
  8. 一種視訊檔從同儕協助視訊輸送系統之接收裝置(40)，包括：網路連接器(41)，供下載(21)分節元資料，至少包括視訊檔時間性諸節相對於視訊檔之偏設值、持續性計數器值，和節開始時間；分析器(42)，供分析(22)分節資料，以決定要下載之視訊偏設值，並供啟動下再所決定視訊偏設值；節產生器(43)，從下載之視訊偏設值，產生(23)視訊諸節；變換器(44)，按照媒體串流格式，把視訊諸節變換(24)成媒體串流諸節，使用持續性計數器和/或時戳，使媒體串流諸節內之持續性計數器適度遞增，和/或媒體串流諸節內之時戳有效且同步化者。
  9. 如申請專利範圍第6至8項之一裝置(30,40)，其中視訊檔係MP4檔或MKV檔者。
  10. 如申請專利範圍第6至9項之一裝置(30,40)，其中變換器(32,44)把時間性諸節變換(13,24)成MPEG傳送串流諸節者。
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