专利名称：一种支持大容量用户的多路实时视频网关及其应用方法
技术领域：
本发明属于计算机多媒体技术领域，特别涉及视频网关技术和应用技术。
背景技术：
数字视频技术在过去十年中获得了广泛应用，数字视频广播(DVB)、数字视频光盘(DVD)、数码摄像机、远程教学、在线点播和视频会议等就是一些典型的例子。这些应用得以实现的关键就是数字视频压缩标准的制定，它使得视频在获得了极高压缩比的同时又满足了人们对视频质量的要求。目前，为了适应不同的应用场合，国际标准化组织制定了多种视频编码标准。例如，H263用于可视电话和视频会议等场合；MPEG-2用于数字视频广播、高清晰度数字电视(HDTV)和DVD等场合；MPEG-4用于互联网的流式视频应用。随着数字视频应用的普及，对视频数据格式随应用环境不同而采用不同编码标准的要求变得越来越迫切。对于许多实时应用，通常要求视频数据在各种编码格式之问实现动态实时转换。将视频信息由一种编码格式转换成另一种编码格式的过程就叫做视频转码，执行视频转码操作的设备叫做视频网关。视频转码包含两方面含义①在同一视频编码标准中转换，例如将视频数据由一种编码速率转换成另一种编码速率。②在不同视频编码标准中转换，将由一种标准压缩的视频数据转换成由另一种标准压缩的视频数据。
视频网关在转码过程中要完成解码和再编码的两步操作，由于每种视频压缩标准之间都有其特定的转码算法，其运算的复杂程度是可想而知的，具体实现时对机器的性能要求较高。现在一种典型的视频网关是由单台转码服务器构成，这种视频网关的应用如图1所示，这是一种基于视频服务器一转码服务器-客户端结构的服务模式，其工作原理为视频服务器将原始码流下发给转码服务器，转码服务器将其转换为另一种速率或编码方式的码流，然后再转发给客户端。这种由单台转码服务器构成的视频网关在实际应用中存在许多的局限性，首先，一台转码服务器实其转码能力是有限的，以现有的硬件水平一般单台服务器只能处理2～3路的实时码流，所以无法为用户提供更丰富的码流选择；其次，转码服务器本身不但承担转码的工作，还要负责将视频流发送给终端客户，这极大的限制了系统的服务能力。
发明内容
本发明针对目前典型视频网关结构简单，其应用的服务能力弱，支持用户少的缺点，提出了一种支持大容量用户的多路实时视频网关及其应用方法。本发明的视频网关扩展性好，分布灵活；可提高了应用服务的可用性和稳定性，保证服务质量，并可消除用户对码流需求不平衡而可能造成的转码器过载的问题。
本发明提出的一种支持大容量用户的多路实时视频网关，其特征在于，包括一台接收原始码流的接收服务器，N台进行码流转换的转码服务器、M台响应用户的点播请求的播放服务器和一台接收用户的点播请求的调度服务器；其中，N、M均为大于1的整数；所说的N台转码服务器中的每一台转码服务器的输入端均与所说的接收服务器输出端相连，每一台转码服务器的输出端均与所说的M台播放服务器中的每一台播放服务器的输入端相连，所说的每一台播放服务器均与所说的一台调度服务器相连。
本发明的工作原理；原始码流通过接收服务器进入视频网关，接收服务器将收到的码流传给多台转码服务器，每台转码服务器将转换后的码流分发给每台播放服务器，播放服务器再根据用户的需求通过调度服务器，选择合适的码流下发给终端用户。
本发明提出了一种基于多路转发的实时视频网关的应用方法，其特征在于，包括由一台接收服务器、N台转码服务器、M台播放服务器和一台调度器组成多路转发的实时视频网关，其中所说的M台播放服务器和一个前台调度器组成播放服务集群；所说的接收服务器位于网关的入口处，负责接收原始码流；紧跟其后的是N台转码服务器，负责码流的转换；所说的转码服务器的后面是M台播放服务器，负责响应用户的点播请求；视频网关对用户端的接口则是一台调度器，它负责接收用户的点播请求，根据播放服务器的负载和分布情况将接收到的点播请求分发给播放服务器；具体包括以下步骤1)事先对网关内的N台转码服务器的转码任务做配置，指定每台转码服务器的输出码流类型，码流大小，以及码流的路数；N台转码服务器的转码任务做配置，指定每台转码服务器的输出码流类型，码流大小，以及码流的路数；2)接收服务器接收需要转码的视频码流；3)接收服务器根据事先设置的视频网关内转码服务器列表，将收到的原始码流原样转发给N台转码服务器中的每一台；4)转码服务器再通过查询调度器的服务器列表，分别将各自转换好的码流分发给后台的播放服务集群；5)播放服务集群的调度器负责接收用户的服务请求，在收到用户的服务请求后首先根据地域路由的路由信息，找到离用户最近的一台播放服务器，如果该服务器还没有过载，就由它来响应用户的服务请求，否则，调度器继续搜索，找距离次近的服务器，若服务器没有过载就响应该用户的请求，以此类推，直到找到可用的服务器或遍历完所有服务器为止；6)播放服务器收到用户的服务请求后，根据用户的请求类型和当前网络状况与用户进行协商，从而选择合适的视音频码流下发给终端客户(此时无需再经过调度器)。
本发明的优点1.将转码工作和播放工作分别放在不同的多台服务器上进行，保证了服务质量，同时也提高了系统的可用性和稳定性。
2.扩展性好，可以根据服务需要添加新的转码服务器和播放服务器。
3.分布灵活，播放服务器的分布不受地域和网段的限制，可以根据实际服务需要就近安放。
4.服务类型完备统一，每台播放服务器都可以提供各种类型和大小的码流，消除了用户对码流需求不平衡而可能造成的转码器过载的问题。
图1已有的典型视频网关服务系统示意图。
图2本发明的视频网关及其服务系统示意图。
具体实施例方式
本发明提出的一种基于多路转发的实时视频网及其使用方法实施例，结合附图详细说明如下本实施例的多路实时视频网关如图2所示，其配置包括接收服务器1台、转码服务器3台(分别记为T1、T2、T3)、播放服务器4台(分别记为V1、V2、V3、V4)、调度器1台，使用的操作系统均为Linux Redhat8.0。接收服务器采用LSMP Receiver，转码服务器采用LSMP Transcoder Server，播放服务器采用LSMP Media Server，调度器采用LVS Director。
采用本实施例的多路实时视频网关对某节目进行网上直播的应用方法，包括以下步骤1.视频采集服务器将现场采集到的视音频信号压缩为MPEG-2格式，码流大小1.5Mbps，传给位于ISP公司总部的接收服务器(在接收服务器中的转码服务器列表包括T1、T2、T3三台转码服务器)；2.接收服务器将收到的MPEG-2码流原样转发给T1、T2、T3三台转码服务器，该三台转码服务器分别设置如下T1输出两路MPEG-4码流，大小分别为600Kbps、450Kbps；T2输出两路MPEG-4码流，大小分别为300Kbps、150Kbps；T3输出两路H.263码流，大小分别为220Kbps、150Kbps；3.每台转码服务器通过查询调度器的服务器列表获取播放服务器的地址，将转换好的码流下发给各台播放服务器(这样，每台播放服务器都可以提供六种不同格式或带宽的码流，以适应不同类型用户的需求)；4.四台播放服务器V1、V2、V3、V4分别位于北京、上海、深圳、成都，每台播放服务器的最大接入用户数为1000。用户从南京通过ADSL接入观看网上直播，接入带宽512Kbps；5.用户向位于北京ISP总部的调度器发送服务请求，调度器根据就近原则，首先判断与请求来源地址最近的、位于上海的播放服务器V2是否过载，若发现当前接入用户数已满，接着再查看与请求地址距离次近的、位于深圳的播放服务器V3当前的负载状况，V3当前的接入用户数为620，用户数未满，则调度器将该请求转发给V3，由V3为该用户提供服务；6.V3收到服务请求后，根据用户的请求类型和带宽与用户进行协商，最后将大小为450Kbps的MPEG-4码流下发给终端用户。
权利要求
1.一种支持大容量用户的多路实时视频网关，其特征在于，包括一台接收原始码流的接收服务器，N台进行码流转换的转码服务器、M台响应用户的点播请求的播放服务器和一台接收用户的点播请求的调度服务器；其中，N、M均为大于1的整数；所说的N台转码服务器中的每一台转码服务器的输入端均与所说的接收服务器输出端相连，每一台转码服务器的输出端均与所说的M台播放服务器中的每一台播放服务器的输入端相连，所说的每一台播放服务器均与所说的一台调度服务器相连。
2.一种基于多路转发的实时视频网关的应用方法，其特征在于，包括由一台接收服务器、N台转码服务器、M台播放服务器和一台调度器组成多路转发的实时视频网关，其中所说的M台播放服务器和一个前台调度器组成播放服务集群；所说的接收服务器位于网关的入口处，负责接收原始码流；紧跟其后的是N台转码服务器，负责码流的转换；所说的转码服务器的后面是M台播放服务器，负责响应用户的点播请求；视频网关对用户端的接口则是一台调度器，它负责接收用户的点播请求，根据播放服务器的负载和分布情况将接收到的点播请求分发给播放服务器；具体包括以下步骤1)事先对网关内的N台转码服务器的转码任务做配置，指定每台转码服务器的输出码流类型，码流大小，以及码流的路数；N台转码服务器的转码任务做配置，指定每台转码服务器的输出码流类型，码流大小，以及码流的路数；2)接收服务器接收需要转码的视频码流；3)接收服务器根据事先设置的视频网关内转码服务器列表，将收到的原始码流原样转发给N台转码服务器中的每一台；4)转码服务器再通过查询调度器的服务器列表，分别将各自转换好的码流分发给后台的播放服务集群；5)播放服务集群的调度器负责接收用户的服务请求，在收到用户的服务请求后首先根据地域路由的路由信息，找到离用户最近的一台播放服务器，如果该服务器还没有过载，就由它来响应用户的服务请求，否则，调度器继续搜索，找距离次近的服务器，若服务器没有过载就响应该用户的请求，以此类推，直到找到可用的服务器或遍历完所有服务器为止；6)播放服务器收到用户的服务请求后，根据用户的请求类型和当前网络状况与用户进行协商，从而选择合适的视音频码流下发给终端客户。
全文摘要
本发明属于计算机多媒体技术领域，涉及一种支持大容量用户的多路实时视频网关及其应用方法。包括一台接收原始码流的接收服务器，N台进行码流转换的转码服务器、M台响应用户的点播请求的播放服务器和一台接收用户的点播请求的调度服务器；所说的N台转码服务器中的每一台转码服务器的输入端均与所说的接收服务器输出端相连，每一台转码服务器的输出端均与所说的M台播放服务器中的每一台播放服务器的输入端相连，所说的每一台播放服务器均与所说的一台调度服务器相连。本发明的视频网关扩展性好，分布灵活；可提高了应用服务的可用性和稳定性，保证服务质量，并可消除用户对码流需求不平衡而可能造成的转码器过载的问题。
文档编号H04L12/66GK1538696SQ20031010166
公开日2004年10月20日 申请日期2003年10月24日 优先权日2003年10月24日
发明者戴琼海, 林光国, 丁嵘 申请人:清华大学