一种基于可扩展编码的对等网络流媒体直播系统的制作方法

文档序号:7591330阅读:452来源:国知局
专利名称:一种基于可扩展编码的对等网络流媒体直播系统的制作方法
技术领域
本发明属于网络多媒体技术领域,涉及一种基于可扩展编码的对等网络流媒体直播系统,涉及到基于扩展编码的视频处理技术特别涉及到异构的对等网络中视频数据的传输、调度策略和激励机制的设计方法。
背景技术
随着宽带技术的广泛应用,网络流媒体服务得到了迅速的发展。不断增多的用户数量和用户对于服务质量要求的提高对传统的基于客户端/服务器模式的流媒体服务提出了挑战。对等网络技术(Peer to Peer, P2P)的出现为网络流媒体服务提供了新的发展机遇。对等网络技术充分利用了网络中各个节点的上传带宽资源,能够克服由于用户数量增加而带来的服务瓶颈。为了解决由于用户数量增长而带来的服务瓶颈,P2P技术被引入流媒体服务中。在目前应用的P2P流媒体服务中,视频内容采用传统的单一码流的编码方式进行处理,码率范围在300kps到IMkps之间。这种编码方式不具有可扩展性,对于所有用户都提供相同码流的视频,不能满足来自异构网络下不同带宽用户的需求,具有高带宽接入的用户(如光纤用户)和低带宽接入用户(如ADSL用户)接受着相同质量的视频服务。这种非区分的服务模式降低了用户体验。传统的P2P协议为文件共享而创建,其中一些特性并不适合流媒体应用,比如最少优先的下载策略和“针锋相对”的激励机制。原有的P2P协议多数采用最少优先的下载策略来保证文件的内容的完整性。但是在P2P流媒体应用中,这种策略却不能保证视频播放的时序性,导致不必要的延迟。与文件共享系统相同,P2P流媒体系统中的搭便车者只下载资源而不上传资源,将会影响系统的整体效率。所以一个有效地激励机制对于P2P系统来说十分重要。主流的P2P文件共享系统BitTorrent采用“针锋相对”的激励机制,即每个节点比较其邻居节点的提供的下载带宽,从而决定其为邻居提供多少的下载带宽。这种激励机制以减少下载时间作为奖励,在文件共享系统中可以有效减少搭便车者,但是在P2P流媒体系统中,下载时间并不是影响用户体验的决定因素。所以传统的P2P 激励机制并不适合应用在P2P流媒体系统中。

发明内容
根据上述背景技术中存在的缺陷和不足,本发明提供了一种基于改进的P2P协议,并使用可扩展编码进行视频处理的P2P流媒体服务;对于不同带宽的用户提供不同质量的视频服务;提供一种有效地激励机制,减少系统中的搭便车者,提高系统整体性能;改进P2P协议中的调动策略,减少启动延迟,节目转换延迟,提供更稳定的视频服务;本发明的基于可扩展编码的对等网络流媒体直播系统包括视频采集设备、可扩展编码设备、视频存储服务器和目录服务器;其解决问题的技术方案是(1)采用集中目录式的P2P结构组成覆盖网络,进行视频内容的分发;视频采集设备将采集到的视频内容交给可扩展编码服务器,服务器采用H. 264-SVC标准对视频数据进行编码,经过编码的视频存储在视频存储服务器中;节点进入系统后首先和目录服务器进行通信,目录服务器记录其相关信息并根据其带宽情况决定向它提供视频的质量等级,并向其发送邻居节点信息;节点获得邻居节点信息后,检查自己的缓冲区,根据混合优先级调度策略计算需要请求的视频块优先级得分; 然后根据优先级向邻居节点依次发出视频块请求;如果要请求的视频块在播放之前不能获得,则抛弃该请求;优先级策略包括采用最先播放优先、最底层视频优先和最少资源优先相结合的混合优先级策略;上传节点接到下载节点发送的视频块请求后,将该请求加入到为该节点建立的请求队列;上传节点根据激励机制选择对系统共享大的节点优先服务,为其提供更大的上传带宽和更多的增强层视频块,使其能够获得更好的视频服务;节点定期和目录服务器进行通信,更新邻居节点信息,同时汇报自己的缓冲区状态;节点下载一部分视频数据后便可作为上传节点为其他节点进行服务;节点上的视频播放器将收到的分层数据解码播放;具体步骤如下a.本发明采用一个中心目录服务器管理P2P网络中的节点,包括记录节点带宽, 拥有的视频数据信息。网络中的其他节点具有相同的地位,自组织成覆盖网络,每个节点即作为下载者,也作为上传者;b.本系统中的视频源采用可扩展视频编码进行处理,将视频流分成一个基本层和多个增强层;节点只需要接收基本层的视频数据即可保证视频播放,节点获得越多的增强层,则可以获得更加清晰的视频;c.节点进入P2P流媒体服务网络时,首先与目录服务器通信,目录服务器记录其相关信息,并根据其带宽情况决定可向其提供的最大的视频码流;目录服务器同时返回一个具有新节点所需视频块的节点列表,新节点从该节点列表中选取节点作为其邻居节点, 向其请求视频数据块;d.网络中的节点根据带宽情况进行分类,同时确定其可接收的增强层的数量;节点根据此信息向邻居节点请求视频块;当网络带宽变化时,节点重新确定其可接收的增强层数量,自适应调整视频质量;(2)设计一种最先播放优先和底层视频优先相结合的调度策略,保证视频播放流畅,减少启动延时和频道转换延时;具体步骤如下a.本发明中的调度策略主要工作在下载端节点,下载节点根据这个策略决定应该先请求哪个视频块和向哪个上传节点发送请求;b.每个下载节点拥有一个缓冲区,其中存储着将要播放的视频块,节点根据缓冲区的情况向上传者发出视频块请求;缓冲区中的视频块有如下的优先级先播放的视频具有高的优先级,底层的视频块具有高优先级,在系统中资源少的视频块具有高的优先级;c.本发明采用参数表示节点η请求在t时间播放的1层视频块的优先级得分,
越小,优先级越高;定义为4 二巧“^ + 乂。+….,其中L视频的分层数,为 UULBK
、为当前时间,B为缓冲区大小即缓冲区所缓冲的视频长度,λ为该视频块在系统中的副
本数,K为系统中的节点数,w2,W3为这三个影响因素的权重W1, w2, W3根据播放情况动态调整,当播放刚启动时巧,W2具有较大的权重,播放过程中W3的权重较大;由此定义可以看出越小,被请求的视频块越重要,所以具有更高的优先级;d.下载节点在选择要下载的视频块时首先按照上面的公式计算的值,然后请
求得分最小的视频块,下载节点能够预测这个视频块的下载时间,如果下载时间超过了视频块的回放时间,则抛弃这个请求,如果没有超过,则向上传者节点发出视频块请求;(3)改进P2P协议中的激励机制,用视频质量作为激励因素,对系统贡献自己上传带宽大的用户能够获得更多增强层的视频块,从而获得更加清晰的视频服务;该机制能够有效提高系统的总上传带宽,减少搭便车者;具体步骤如下a.本发明提出的P2P激励机制可以简单描述为为系统贡献越多上传带宽,就能获得越清晰的视频服务;这个策略主要在上传者实现;b.在上传者端,节点需要决定先服务哪个邻居节点,并决定为每个邻居节点分配多少的上传带宽;为此上传者需要为每个下载者创建一个请求队列,每个请求队列按照先入先出的方式组织,上传者按照请求的到达顺序进行服务;c.在同一时间,上传者发送一个被请求的视频块;而视频块具有播放的时效性, 如果请求的视频块在播放时间之前不能被响应,则上传者抛弃该请求,减少资源浪费;d.上传者根据邻居节点的对其的贡献大小来决定应该响应哪个节点的请求。上传者根据Pn, k来决定每个节点的服务响应概率;本发明中Pn, k表示上传者节点η选择接收者
节点k的概率
权利要求
1. 一种基于可扩展编码的对等网络流媒体直播系统,其特征在于,(1)采用集中目录式的P2P结构组成覆盖网络,进行视频内容的分发;视频采集设备将采集到的视频内容交给可扩展编码服务器,服务器采用H. 264-SVC标准对视频数据进行编码,经过编码的视频存储在视频存储服务器中;节点进入系统后首先和目录服务器进行通信,目录服务器记录它的IP、端口、所需视频块的信息,并根据其带宽情况决定向它提供视频的质量等级,并向其发送邻居节点信息;节点获得邻居节点信息后,检查自己的缓冲区,根据混合优先级调度策略计算需要请求的各个视频块的优先级得分;然后根据优先级向邻居节点依次发出视频块请求;每个请求块在发出之前都被打上一个time-to-play时间戳,标记该请求块将要播放的时间,如果要请求的视频块在播放之前不能获得,则抛弃该请求;上传节点接到下载节点发送的视频块请求后,将该请求加入到为这个下载节点建立的请求队列中,在上传节点端为每一个向它请求视频块的下载节点建立一个请求队列;上传节点根据激励机制管理这些请求对列,选择对系统共享大的节点优先服务,为其提供更大的上传带宽和更多的增强层视频块,使其能够获得更好的视频服务;节点定期和目录服务器进行通信,更新邻居节点信息,同时汇报自己的缓冲区状态 ’节点下载一部分视频数据后便可作为上传节点为其他节点进行服务;节点上的视频播放器将收到的分层数据解码播放;(2)混合优先级调度策略如下采用表示节点η请求在t时间播放的1层视频块的优先级得分,《S^定义为
全文摘要
本发明公开了一种基于可扩展编码的对等网络流媒体直播系统,属于网络多媒体技术领域。其特征是采用可扩展编码和对等网络技术提供可扩展的流媒体直播服务,采用集中目录式的对等网络结构进行视频分发。提出了以视频质量作为激励因素的激励机制和一种混合优先级的请求调度策略。本发明能够提供自适应的视频服务,根据用户所处的网络环境提供不同质量视频服务,采用有效的激励机制和调度策略提高系统的公平性和下载效率,减少启动延时、换台延时,提高了系统整体性能。
文档编号H04L29/08GK102158767SQ20101050215
公开日2011年8月17日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者刘秀龙, 李克秋, 杨世宇, 杨丹, 申彦明, 赵雨 申请人:大连理工大学
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