专利名称：新一代分布式视频点播(vod)服务技术的制作方法
技术领域：
本发明专注于解决如何充分利用网络资源以提供VOD的音视频流的传送服务，同时给出实现这种服务的一种解决方案。
2技术背景网络带宽和存储设备输入输出(以下简称IO)吞吐率是决定音视频流在网络上传送的性的两个主要的因素100MBPS(MBPS指每秒1M比特)的网络上传送音视频流，用于传送数据的服务器只需一个100MBPS的网卡和100MBPS的IO设备即可。但是，100MBPS的网络最多只能传送70个左右的1.5MBPS的运动图象专家组(MPEG)的MPEG1音视频流。按这种方式计算，1000MBPS的网络可以传送700个左右的1.5MBPS的MPEG1音视频流。同时要求服务器有1000MBPS的网卡及相配套存储设备。
现有的许多宽带网络，如小区、校园、酒店和城域网等，其主干网多是1000MBPS，其分支网络多是100MBPS。特别地，对于城域网(如电信的或者广电的)来说，如果其提供VOD服务，则其用户量将非常大，如果采用一台服务器做VOD服务，那么要求这台服务器性能要求就会很高，从而其建设成本会很大；而且，它支持的用户数据是有限的。
本发明将提出一种有效的解决方法，实现用较少的建设成本支持较多的用户，以支持大量用户的VOD服务系统。
发明内容本发明通过播放器、视频服务器、调度服务器、WWW服务器和直播服务器的协同工作，以实现一种有效的分布式的VOD服务系统；并以此提出一种有效的城域网VOD系统的解决方案。
图1给出分布式服务器体系的框架，图中所有的设备可以在同一个局域网内，也可以通过交换机互连；图2给出音视频流的播放器、视频服务器、调度服务器、WWW服务器和直播服务器的协同工作过程。
图3给出一个支持大用户数的，分布式的城域网VOD服务器系统的网络拓扑图。
具体实施方式
音视频流的播放器(以下简称播放器)的主要工作是与视频服务器、调度服务器和WWW服务器交互，以从视频服务器上取得需求的音视频流数据并且播放；它通过视频服务器取得直播服务器直播的数据流。
视频服务器的主要工作是根据调度服务器及播放器的请求，从存储设备或者直播服务器上取得数据流，并传送给播放器。在一个系统中，视频服务器可以有多个，它们由调度服务器调度。
调度服务器的主要工作是根据播放器的请求及各视频服务器的当前状态，决定由哪个视频服务器为播放器服务。
WWW服务器提供音视频流的节目查寻功能。
直播服务器可以把硬件设备采集到的音视频流数据、文件数据或者另一个直播服务器的直播的数据通过用户数据报协议(UDP)进行直播。
图1给出了以上服务器的一个连接示例。在该图中，视频服务器、调度服务器和WWW服务器都与同一个数据库相连；视频服务器还与存储设备互连；直播服务器与硬件采集设备相连；这些服务器通过一个共同的交换机或路由器与外界相连。
注意到，该图中有两个视频服务器和两个直播服务器。视频服务器1和2由调用服务器调节。视频服务器1和2都可以转发直播服务器1和2的数据。
由于这些服务器通过传输控制协议(TCP)相互通信，故它们可以处于不同的网络中，而且可以运行于不同的系统平台。
本发明的分布式服务体系可以充分利用计算机资源(网络带宽和计算机性能等)。根据服务器的工作任务不同，可以配置不同的硬件●视频服务器的主要工作是发送音视频流数据，它的瓶颈在于存储设备的IO吞吐率，它对于中心处理器(CPU)等要求不高；●调度服务器的主要工作是认证用户和调度视频服务器工作，它要求对于数据的查寻及运算要快，它的瓶颈在于CPU性能，它对于存储设备的IO吞吐率要求不高；●WWW服务器主要工作是提供WWW服务，它对于服务器性能的要求不高，它可以与调度服务器运行于同一个硬件平台；●直播服务器的主要工作是从硬件采集设备中读取数据流进行直播，它对服务器的性能的要求也不高；如果只是直播几路节目，并且采用硬件压缩方式，则采用个普通的个人计算机(PC)即可。
图2给出了播放器与几个服务器的协同工作的过程，以下将结合它阐述播放器从VOD服务器系统中点播一个普通节目和一个直播节目的过程。
客户端通过IE浏览器向WWW服务器请求节目列表(图2中的201)，WWW服务器得到请求后，认证客户信息，并且向数据库查找节目信息(图2中的202)，并且返回查找的结果(图2中的203和204)。
通过这次查寻，播放器可以得到调度服务器的IP地址及端口，并且得到节目的名字。如果得到的信息不够，则播放器停止请求。
播放器把获得的节目名称传送给调度服务器(图2中的205)以获得具体的节目名及视频服务器的信息。调度服务器获得这一请求后，到数据库中查找节目的相关信息(图2中的206)；如果找不到节目相关的信息，则向播放器返回出错信息(图2中的207和210)，这样播放器的这次请求失败。如果调度服务器找到了相关的信息，则会查找它所管理的视频服务器，以决定由哪个视频服务器为播放器服务。假设调度服务器认为视频服务器1现在有能力支持播放器的这次点播，则它会把播放器的信息和查找到的信息传送给视频服务器1(图2中的208)。视频服务器1根据自身的情况决定是否同意调度服务器的调度，并把结果传送给调度服务器(图2中的209)。如果视频服务器不支持调度服务器的调度，则调度服务器尝试调度其它视频服务器。最后把调度的结果返回给播放器(图2中的210)。
通过这次查寻，播放器可以得到具体支持的视频服务器的网络协议(IP)地址和端口，以及调度服务器返回的其它信息。如果得到的信息不够，则播放器停止请求。
播放器按照调度服务器返回的IP地址和端口向视频服务器发出数据流的请求(图2中的211)。视频服务器对播放器的请求信息进行认证，以确定该请求是否已得到指定的调度服务器认可；如果视频服务器认为播放器的请求不合法，则对播放器直接返回不支持(图2中的214)。
如果视频服务器认可播放器的请求，则会到存储设备中读取数据并发送给播放器(图2中的212，213和214)；这样，播放器就可以获得并播放视频服务器传送的音视频流。视频服务器把数据传送完后，它会向数据库中写入服务信息(图2中的215)。
到此为止，播放器就完成了一次完整的点播请求。这个过程阐述了播放器与WWW服务器、调度服务器和视频服务器协同工作，以实现分布式的VOD服务。
如果用户点播的是直播节目流，则上述过程稍有不同。这一过程从图2中的201到211都是相同的。如视频服务器发现播放器点播的是直播节目流时，它会从播放器指定的直播服务器上取得直播的音视频流数据(图2中的216和219)；直播服务器可以从硬件采集设备中取得音视频流数据进行直播(图2中的218和219)，同时，硬件采集设备可以把采集到的数据存放在指定的存储设备中(图2中的220)以供用户进行点播。
本发明通过上面的方法，实现对播放器的请求采用分布式服务。这种分布式的服务体系可以适应不同的网络环境。
对于用户数较少的网络，如支持50个用户，可以使用一个服务器(几个服务可以安装在同一个服务器上)，采用带有100MBPS的网卡的服务器即可。
对于用户数中等的网络，如支持500个用户，则可使用1000MBPS的主干网，WWW服务与调度服务可以存在于一台服务器上，可以单独使用一台(或几台)性能较好的服务器作为视频服务器。
对于用户数较多的网络，如支持500个用户以上，则可采用一个(或多个)网络中心和多个数据分发点的方法(如图3)。
图3是一个城域网的VOD服务系统的网络拓扑结构。它由一个网络中心和三个城区的分中心组成。在网络中心，它同时有视频服务器、直播服务器、调度服务器、WWW服务器等；它可以同时为所有的城区的客户服务；同时，其调度服务器可以调度不同城区的视频服务器。在城区A，假定该城区的用户数据比较多，则该分中心有自己的调度服务器和视频服务器；该分中心的视频服务器受该分中心的调度服务器支配。在城区B，它只有一个视频服务器，该服务器受网络中心的调度服务器支配。在城区C，由于用户数较少，所以只有一个交换机/路由器，其城区的用户的请求将被导向网络中心。
这种分布式的服务体系具有良好的可扩充性，并且可以有效节省网络建设成本。从图3中可以看出，当该城域网VOD系统的用户数较少时，只需一个网络中心即可。随着用户的增加，可以在用户较多的区域建设一个分中心，该中心可以从一个单独的交换机开始，然后逐步增加视频服务器、调度服务器和其它服务器等。由于采用模块化设计方案，系统扩充能力很强。在适当的时候增加适当的设备，这是一种有效的节省网络建设成本的方法。
尽管本发明是有些部分是根据典型实例描述的，但可以考虑在所附权利要求的范围内按照上面的描述来实施本发明。
权利要求
1.一种通过播放器、视频服务器、调度服务器、WWW服务器和直播服务器的协同工作，实现一种有效的分布式的视频点播(以下简称VOD)服务系统方法；该方法包括步骤播放器通过IE浏览器向WWW服务器请求VOD节目源信息及调度服务器的相关信息；播放器根据WWW服务器的返回信息向调度服务器发出请求；调度服务器向播放器返回可用的视频服务器的信息；播放器向调度服务器指定的视频服务器发出获取具体的节目流的信息；从视频服务器中读取数据流并播放。
2.权利要求1的方法还包括调度服务器与视频服务器协同工作的方法，该方法包括步骤调度服务器根据播放器的请求信息，以初步决定由哪个视频服务器为播放器服务，并向该视频服务器发出调度请求；被调度的视频服务器根据自身的情况，决定是否支持调度服务器的请求，并反馈给调度服务器；如果指定的视频服务器不支持调度服务器的请求，则调度服务器会尝试向其它视频服务器发出请求，直到尝试完被它管理的所有的视频服务器；调度服务器会把查寻调度的结果返回给客户；如果视频服务器接受调度服务器的请求，则会记录调度服务器的信息，以作为下一步判断播放器的请求是否合法的标志。
3.权利要求1的方法还包括视频服务器与播放器的协同工作的方法，该方法还包括步骤播放器向视频服务器发出请求，其中请求的信息包括调度服务返回的信息；视频服务器根据播放器的请求信息，并根据自己对调度服务器的响应信息判断是否支持播放器的请求；如果支持播放器的请求，则向播放器传送指定的数据流；如果不支持，则播放器的请求失败。
全文摘要
网络带宽和存储设备输入输出(IO)吞吐率是决定音视频流在网络上的传送性能的两个主要的因素。同时，这两个因素也决定了网络建设成本的高低。本发明通过把传统的视频点播(VOD)服务器的功能模块化，把它分化成几个不同的服务器(视频服务器、调度服务器、WWW服务器和直播服务器等)，每个服务器专注于某个方面的工作。这几个服务器对硬件的要求不同，从而可以根据实际需要配置各个服务器的配置。播放器与几个服务器的协同工作，可以实现一种有效的分布式的VOD服务系统；这种系统具有良好的可扩充性；在此基础上，本发明提出一种有效的城域网VOD系统的解决方案。
文档编号H04N7/16GK1471316SQ0212532
公开日2004年1月28日 申请日期2002年7月25日 优先权日2002年7月25日
发明者梁肇新 申请人:梁肇新