专利名称：一种利用p2p技术的实现视频点播和推播的系统及其方法
技术领域：
本发明涉及多媒体技术、P2P软件技术、駄式终端技术、^A^软條 术、计tm软件技术、搜索引擎技术等。此外，本发明还涉及在互联网上实现 点播和樹番的技术，以及在互联网JdS过P2P技术进行内容分配和传播的方法。
背景技术：
由内容服务网站或运营平台樹共视频流媒体内容和文件直播、点播和推播 下鋤艮务已经是成熟的技將,务系统，舰互联网传输，用个人电脑(PC) 作为多媒体服务终端实现的视频流媒体内容和文件直播、点播和推播下载的使 用己经随处可见。
例如，在网站提供的多媒体服务中，用户可以通过互联网任意下载戶腿择 的流媒体服务，如果带宽足够的话，还可以直接用PC欣赏实时的流媒体视步矿 播。多台PC还可以直接舰P2P技术共享带宽和存储资源。f體到目前为止， 所有其它的P2P解决方案和产品均錢于电脑的方案，而基于相繊单、謝介 的机顶盒终端(IPTV终端或PVR终端)的P2P解决方案，在其有限资源上实 施的相对技术难度，而一直未會辦决。
目前视频点播业务采用传统的Server to Client系统模式实mit行，但由于 服务器输鳩出柳蹄lj，真正大规模樹共流媒体视频内容(IPTV)月艮务时，不 仅需要大量服务器，还受至鹏有网络带宽柳艮制，在实现高质量服务时有一定 难度，而网络宽带改造需要大量的投资和建设时间。
因此，M31本发明结合P2P技术的视频点播系统(VOD)与视频推播 系统(PushVOD)，任何内容服务商可以通过互联网向用户提供实时视频点播业务或者向用户樹共定制服务的推播业务，不仅在客户端可以进行视频点播， 还可以对点播的视频进行时间跳转、暂停、快进、快退等操作。本发明克服现 有网络带宽的瓶颈，实现为PC及非PC用户提供高质量的跨区域，大范围的多 媒体服务。
发明内容
本发明采用可管理的对等节点(P2P)技术实现IPTV视频点播系统(VOD) 和推播系统(PushVOD)的应用。本发明由一组P2P终端节点和数字版权管理 (DRM)前端、业务管理前端、P2P管理前端纟贼，共同构成一个分布式的P2P 分发网络，M网络中所有P2P管理前端、业务管理前端与终端节点之间的交 互与通讯以i^f有网络节点之间的传输与共享，实现P2P视频点播和推播业务 的应用，如图1所示。本发明的P2P终端节点包括 一组普通终端节点和一组 超级终端节点；本发明的业务管理前端包括PushVOD服务器、VOD服务器、 直播服务器和量^#装服务器；本发明的P2P管理前端包括授权管理服务 器、内容节点服务器和节点管理服务器；在本发明中P2P网络节点包括P2P
终端节点、量T^i寸装服务器和内容节点服务器。
本发明的P2P终端节点由一组普通终端节点和一组具有流媒体内容处理和 存储功能的超级终端节点组成。普通终端节点在本发明中特 雜载P2P客户端 软件后接入互联网络请^S行P2P流媒体传输或通讯的普通终端，包括在本发 明中特指的嵌入式机顶盒终端(IPTV)和内置硬盘存储的个人视频录制终端 (PVR)，用户M直接操作和控制普通终端节点实现视频点播和推播的功能。 超级终端节点在本发明中^ffl过本发明的节点管理服务器采用的分层次快速搜 索算法，在所有普通终端节点中搜索出具有最佳带宽和最大处理能力的并且所 处最短路径的终端作为超级终端节点，包括在本发明中特指的^A式机顶盒终 端(IPTV)和内置石鹏存储的个人视频誠終端(PVR)。具有高性能的超级节点彼此间相互幼、作和传输，可縮短节点之间传输的响应时间，加快节点之间相 互连接的速度。即使一，级节点退出网络或瘫痪崩溃，相应的其他所有节点 仍然和其他网络节点有效连接，并在新的搜索中，使用新的超级节点。本发明
通自超级节点的认定，可实5M最优质和最有效的节点资源的保障和管理， 从而实5M过弱终端(例如机顶盒)也旨,实现强大的功能。
本发明的业务管理前端由PushVOD服务器、VOD服务器、直播服务器和 量^^寸装服务器组成，如图1所示。
Push VOD月艮务器作为缓存推播业务中原始节目源的服务器，衛共P2P推 播系统中的音视频节目原始处理与发布。VOD服务器作为缓存点播业务中原始 节目源棚艮务器，掛共P2P点播系统中的音视频节目原始处理与发布。直播服 务器作为缓存直播业务中原始节目源的服务器，^i共P2P直播系统中的音视频 节目原始处理与发布。
量^J寸装服务器把Push VOD服务器、VOD服务器和直播服务器上存储 的原始节目源，即连续的流媒体文4粉割成一段段几十kbps至U几百Kbps的小 码流文件。所有的小码流文件作为量子包，由量子^i寸装服务器按照顺序分别 标上序列号，并按照同一时间段或文件播放时间给所有量子包标记时间戳。例 如如果终端节点可缓存1Mbps带宽的节目5辦中，节目总长度为100射中， 可被量^J寸劉艮务器分割为20段，每段5併中。每段按播放时柳,被标只 成1-20个序列号与节目t斜只捆绑，^h序列号根据对应的节目播放时间^i己时 间戳。駄式终端或个人视频录制终端根据接收到的量子包序列号和时间戳进 行解码，恢复成连续的流媒体文件，艮P原始视频节目在电视机上显示。在P2P 分发网络中，如图2所示，所有P2P网络节点之间缓存和传递小码流的量子包， 从而提高 传输速度，解决网络拥堵状况。同时还可防止数据流量过^3t成 解码器隨或瘫痪，减少缓存区，实现平滑解码，斷氐终端成本。另外具有高 性能和大容量石，的量^&i寸装月艮务器装载P2P月艮务器端软l牛后，可以提供大容量的流媒体节目文件存储；可同时封装多路节目流媒体节目；并f練t^ 持三十多个P2P节目组的点播和推播并发流。
本发明的数字版权管理(DRM)前端具有对流媒体内容的加密处理，权限
信息的定义、获取，权限的生成和分发，用户的管理，业务流程的管理等主要
功能。来自于P2P业务管理前端的流媒体节目内容，经过数字版权管理(DRM) 前端加密f，后MP2P方式分发给终端用户，当终端的客户端通过授权管理 月艮务器的认证后，数字版权管理(DRM)前端的授权中心收到授权管理服务器 的指令，生成加密密钥和许可证书。PushVOD月艮务器、VOD月艮务器驢播服 务器根据此加密密钥加密服务器上的原始节目文件，并送入量子包封装服务器 封装成量，文件。许可证书中包含解密量子包文件所需的密钥，当终端通过 授权管理服务器的认证，得到业錄权后，时即可获得许可证书，终端的客户 端根据内置解密算法还原解码密钥，即可接收已加密的量子包，进行解密和解 码，播放节目内容。终端的客户端作为置于终端机顶盒内的一个模块，完成协 商密钥，接收密钥和授权解密工作。授权中心可以架设于互联网上的倒可地方， 与终端的客户^Ml安全专用Siii4行信息交互，如VPN。
本发明的P2P管理 由授权管绷艮务器、内容节点服务器和节点管翻艮 务器乡皿，如图1所示。
授权管理服务器主要功能依次为用户管理、计费管理和授权服务。用户管 理指授权管理服务器对终端用户进行认证，确定是否为授权用户，通过终端发 送的认证信息即终端ID信息和终端地址信息，确认为授权终端；其次计费管理 针对终端用户的点播业务和推播业务进行资费计算禾喷用统计，由终端用户确 认资费；M用户管理的认证和费用统计后，确定授权服务的有效性，即终端 用户可以j顿或继续^顿所申请的服务，如直播业务、点播业务、推播业务； 最后授权管翻艮务器生成指令荆专送至数字版权管理前端，由数字版权管理前 端的授权中心生成许可证，被终端获取后，通过内置精确解密算法产生密钥，实现认证、计费、授权和数字版权管理。
本发明的一个关键技术，如图2所示，在P2P分发网络中部署一组装载P2P 服务器端软件的内容节点服务器，内容节点服务器采用P2P内容分发网络 (CDN)的方式进行分布式部署，使之成为在P2P网络中的具有P2P内容分配 的分布式节点。内容节点服务器可缓存或存储从量子包封装服务器中获取的量 子包，并在P2P网络中同时为多个P2P分组的节点上传量子包数据。内容节点 服务器作为补充量子包数据的节点，在终端节点处于稀疏状态时，可以加決和 扩展P2P网络的带宽和系统的下载速度，还可以减轻点播和推播节目数量过多 时对前端系统和网络带宽的压力。因此内容节点服务器具备较大容量的缓存空 间和存储空间，并具备宽带接口和多线程并行处理能力，能够承载和支持数十 个P2P节目组点播和推播并发流，拥有量子^J寸劍艮务器二合一的功能。
本发明的内容节点服务器，在实现内容分配功能时，采用软件的自动搜索 技斜n最佳路径算法，把部署在P2P网络上的量子^J寸劉艮务器中的量子包缓
存或存储其中，减少成^高的量子包封装服务器的SA数量从而降低成本； 在点播和推播系统中作为P2P节点时，与终端节点同时被节点管翻艮务器混编 分组和管理，M最佳相邻P2P连接表完成P2P分发功能，使同组终端节点也 可从中直接缓存量子包，平衡所有P2P网络节点的负载能力，扩充网络带宽， 提高传输M和效率。根据P2P网络中终端节点的分布状况、网络带宽资源状 况确定在不同地域需要部署内容节点服务器的数量，通常一台内容节点服务器 可支持数十个P2P节目组点播和推播并发流。
内容节点服务器中装载的P2P月艮务器端软件结构框亂如图3所示，廳 是硬件平台，在硬件平台之上是硬件驱动层，该层駄与硬件相关的驱动禾號; 在驱动层之上是Linux操作系统(OS)包JSS，i/线程的管理，文件系统，协议 栈等；在操作系统a是应用禾號库(LIBraiy)，包括图形库处理(Graphics), 安全与加密处理CSS， AES，流媒体协议处理(R1P/RTSP/UDP);本发明的关键技术是应用辦层，包括系统配置模块，P2P分发模块，P2P管理模块，节目 源预处理模块以及软件升级等应用程序；最上层是应用管理层，负责系统中各 类应用禾 的管理，以及应用禾，间的通讯。在应用禾群层中，系统配置模±央衝共服务器软硬件及系统服务策略的配置 功能，实现本地管理或远程管理；P2P分发模块实现P2P节点之间的内容分发 服务；P2P管理模±央实现流媒体内容的上载、存储管理，对所有节目编制节目 菜单EPG^f共对应播出服务器的鶴，管理内容流量和负载平衡；节目源预 处理模块实现节目流I帧分析，生成I帧《誠歹瞎，用于点播快进、快退操作;软件升级模块的功能是实现和管理软件的升级。内容节点服务皿两个功能作为内容分发系统的一部分，与其它P2P内容 节点服务器组成分布式网络，将量子包存储至服巨离用户最佳节点处；另一个功 育提提高，点播和推播系统的运行质量，保证量子包实时M的被P2P终端 节点下载。内容节点服务器的特征如下1、 内容节点服务器上预留较大缓存或存储空间，例如2TB以上存储空间， 可以缓存或存储完整的节目文件。2、 分配较宽的 带宽，具备宽带接口禾哆线程并行处理能力。3、 作为P2P网络中的节点，下i^卩上传量，i^到其他P2P节点。4、 受节点管SI艮务，制和管理，获得连接列表，从量子^J寸劍艮务器中 下载量賴,，同时为其他P2P节点上传量子包隐本发明的另一个关键技术节点管理服务器可实1L^所有P2P网络节点进行 动絲组，使流媒体量预在所有网络节点之间的分发和存储获得有效的管理。 如图2所示，本发明的所有P2P网络节点包括终端节点、内容节点服务器和量 Tte潮艮务器。节点管翻艮务器对所有节点进行管理和分组，为同组节点提供一个P2P连 接列表，实现方法是-1. 节点管翻艮务器根据终端内置的电子节目菜单(EPG)信息，确定用户 点播的视频节目，将所有相同时间区段请求点播或下载相同节目的相邻终端节 点分配至湘同的P2P分组中；2. 时间区段的计算方法是，所有相邻的终端节点中，缓存或存储相同量 子包数据的终端节点与当前点播或推播量子包数据的终端节点的时间段有重合 区域的即可分为一组。内容节点服务器、量子包封装服务器因缓存或存储了全 部时间段节目，被节点管理服务器始终选在同一分组中。2. 采用分层次决速搜索算法，根据终端可分配给P2P服务的缓存空间、 终端互联网接入带宽(上行和下行)、可容纳的P2P节点连接数等信息在同组普 通终端节点中搜索出一组具有最佳带宽和最大处理能力的超级节点；3. iW^短路径与最佳带宽匹配算法，在P2P网络中选择至少一台位于 最佳区域的内容节点服务器和至少一台位于最佳区域的量子^^装服务器加入 一个P2P分组中；内容节点服务器和量:^#装服务器的数量，根据同组终端节点的点播或下载的量数确定，节点管翻艮务器采取负,衡的原贝腿fi^取。4. 为所有同组的节点掛共P2P连接列表，连接列赴优先选用超级节点 与内容节点服务器或量子包封装服务器进行量子包数据交换，提高节点对量子 包繊的搜索性能，縮短节点之间传输的响应时间，加快节点之间相互连接的 瓶5. 同组的所有节点根据连接列表从一个或多个同组最佳相邻的P2P节点 上te^接并互相交换量，数据，并最终完成P2P网络中所有数据的交换过 程。同组的所有节点包括终端超级节点、普通节点、量子包封装服务器和内容 节点服务器等。当某区域的互联网络带宽资源有限的条件下，节点管理服务器根据P2P网 络上所有节点的接入带宽和连接数量等信息，优^ii接列表，使当前正在进行 点播或推播的终端节点获得有效和快速的连接，从而实现终端的最佳点播和推播效果，连接列表的优化方法如下1. 节点管理服务器首先保证足够的连接带宽给当前正在进行点播或推播 的终端节点，并确保一定百分比的连接余量，保证连接带宽的稳定性；2. 縮短节点之间的网络连接距离和响应时间，增强节点连接的稳定性和有 效性；3. 适当减少下fi^接数，增加上纟Tii接数，提高点播和推播系统的 ^效率；4. 节点管理服务器采用某些节点优先的原贝批{雄接列表，即首先保i顿 级节点和内容节点服务器进^*子包 交换，保证在互联网乡MS堵的状态下， 仍然可有效i顿处理能力最强的数量有限的P2P超级节点；5. 点播和推播并发流《1大的情况下，3IM^接列表超级节点搜索相邻的 内容节点服务器，尽快获取量，数据后，为其它终端节点上传量子包数据， 便于CPU资源有限的终端有效地完成P2P功能；6. 连接列表中的节点数可以根据P2P网络带宽和节目点播状 jya行自动调整，保i砂万有终端节点与内容节点服务器或量子^J寸劍艮务器之间的最有效 的连接和传输。相同分组的终端节点基本在相同时间区域处于等同速率的点播或推播，连 接列表相对比较稳定，生存时间较长，无须实时刷新列表内容，因此相同分组 的节点收至瞇接列表后，便与节点管理服务器断开连接，保证节点管理服务器 的效率。但在点播和推播系统中，出现以下状况时，节点管理服务器与终端节点再次^i接，更新连接列表，保证节点之间的正常连接不受影响1. 连接歹瞎中终端节点的成功连接数不断减少，并减少到一定质量阈值时，阈值可预先设定；2. 连接列表中对终端节点对内容节点服务器或量子包封装服务器的带宽 负载不断增加，并增加到一定质量阈值时，阈值可预先设定；3. 连接列表中内容节点服务器或量子包封装服务器与终端节点成功连接 数不断 >， 少到一定质量阈值时，阈值可预先设定；4. P2P点播系统中，终端节点进行暂停、快淑^I快进、快敏^3I快退 操作后恢复正常播放时。5. 终端的点播收看流程结束或推播下载流程结束之后，终端节点退出系统 和网络，或进行其他点播或推播操作时，之前缓存的量预聽被释放，不再 衛鄉共翻上传服务时。6. 有新节点加入分组，从同组其它节点获取数据，为其他节点^t共数据上 传服务时。在本发明的P2P点播和推播系统中，节点管理服务器与终端节点再次M5:连接时，节点管理服务器动态更新连接列表，保证节点之间的正常连接，作为本发明关键技术之一的动态更辛膽接列表，其实现方法为1. 由于所有节点采用的分布式连接，当某节点从系统中退出^B法在网络 上搜索时，并不会影响任何其它节点的网络搜索和连^(专输。节点管理服务器 自动从分组中删除已经退出的节点并且动劍參改同组节点的连接列表，所有节 点获得新的连接歹據，将不再与已退出的节点交换娜；2. 新的节点加入分组导致分组和连接列表发生变化时，节点管翻g务器也可动态的调整连接列表，分配和保持超级节点与普通节点之间的有效连接，保 持最佳相邻的内容节点服务器和量子包封装服务器与终端节点之间的有效连 接。3. 不同于P2P推播系统中视频文件量子包下载到内置的硬盘后实施本地 播放的特征，P2P点播系统的终端节点接受量子包节目数据的同时，实时解码 播放视频节目，实时播放的视频节目在终端上很难实现暂停、快进和快退等时 间瑕瞎操作。本发明的节点管劉艮务器可以实现以上所有的操作。(1)当终端用户实施较长时间的暂停操作时，该终端节点首先，暂停信息至节点管理服务器，并停止与其它节点的连接；节点管翻艮务器更将该 终端节点从相应的P2P分组和连接列表中退出，并记录下该节点在暂停 点的节目量子包的序列号和时间戳；当该终端用户实施继续播放操作时， 该终端节点向节点管翻艮务器要求重新加入P2P分组，节点管翻艮务器根据之前记录的量^&序列号和时间戳重新分配P2P分组和连接列表，并返回至终端节点，终端节点根据重新获得的连接列表，与新的节点进^ii接，搜索后续的量子包，完成暂停操作。 (2)当终端用户操作决进或快退时，该终端节点首先停止与其它节点的连接，根据快淑倍速快进或决iMM快退操作，终端自动计算量子^W列号和时间戳的增加或减少快激^1快 作对应的是量子包序列号和时间 戳的增加，快ii/倍速快ii^应的是量子包序列号和时间戳的减少；当终端用户停止快i^f^i快进或快ii/倍速快退的操作时，终端节点将计算出 的当前量子包序列号和时间戳，并送至节点管理服务器；节点管理服务 器为终端节点重新分配新的P2P分组和连接列表，并超终端节点；终 端节点根据重新获得的连接列表，与新的节点进，瑰接，搜索所需的量 子包，繊冬端快激繊决鹏夬ii/赚决退操作。 在P2P点播系统中进行快激f魏快进或快ii/f誠快退操作时，终端和节点 管理服务器需要大量时间进4话算和处理，终端节点需要较长时间恢复连接， 因此用户等待时间较长。针对此缺陷，本发明的量子包封装服务器和节点管理 服务器采用I帧管理方法可縮短快激倍速快进和快iM^I快退操作过程，使视 频图像的恢t3M加快，高效率和高质量的实现快进和快退操作。I帧是特技模式(快进或快退^^兆转)的图像序列随mitA的駄点。本发明的I帧管理方法作为点播系统中暂停、快激倍速快进、快ii/倍速快退操作的优化，可根据P2P点播系统的实际应用选择性的加入到系统中，I帧管理方法的 具体步骤是1. I帧分析量子^J寸装服务器对VOD月艮务器上的原始节目流信息进行 I帧分析，确定I帧；2. I帧量，处理量子^#劍艮务器根据原始节目流中的1帧 打包 成^T量子包，并附加I帧标志，称为I帧量，，*1帧量子包都|莉己序列号和时间戳，存放在量子^J寸劍艮务器中，也可MP2P网络分流到内容节点 服务器上；3. 在点播系统中，终端节点、量子^f劍艮务器和内容节点服务器之间互 相传送I帧量子包，当终《驢行快进或決退操作时，该终端节点停止连接，錢 跳转信息至节点管翻艮务器，跳转信息包括终端节点停止连接时收到的I帧量子包序列号和时间戳、快进或决退《誠(2倍、4倍、6倍、8倍等)；4. 节点管翻艮务器根据跳转信息，生成I帧f魏列表，I帧f餽列表包括:节目文件名标志、t皿或快退^i、在当前快进或决退^i下所有i帧量1^^列号及时间戳，如图4所示。5. 当用户停止决舰快退的操作时，终端只需发送齡操作的时间段(从终端响应十皿或快退操开始到快进或快退操作停止的时间间隔)至节点管理月艮务器；6. 节点管翻艮务器根据I帧f魏列表和时间段，可'腿的计算出t规或快 退操作停止后，终端需難收的I帧量子包序列号和时间戳，据此动态粒I 帧量子爐接列表；7. 此终端节点MI帧量子包连接列表，与相邻的节点^Z^接，获取所 需的I帧量賴，终端进行解码后可立即播放视频画面。 一个优化的'1 /和快 M/操作在短时间内便快速完成。通常一台节点管理服务器可以管理数万个P2P节点，多个节点管理服务器 可以同时使用，管理任意增多的P2P节点，本发明的节点管翻艮务器取代传统 的中央索引检索服务器可保证IPTV系统的连续性和稳定性，为系统规模的扩展提供了良好的接口。
图1是根据本发明结合P2P技术的IPTV点播和推播系统框图；图2是根据本发明部署的P2P分发网络框图；图3是根据本发明的P2P服务器端软件结构框图；图4是根据本发明的I帧倍速列表样例图；图5是根据本发明的P2P视频点播系统下KZ^接的流程图；图6是根据本发明的P2P视频点播系统的运行方式流程图；图7是根据本发明的P2P视频点播系统播放控制下快M:化操作流程图；具体实施方式
根据本发明可实现P2P视频点播系统和推播系统的各种具体应用，具体实 施方式不限于以下^i列。對列一本发明的视频点播系乡棘用的终端为^A^IPTV机顶盒，内置电 子节目菜单(EPG)，通过本发明可实现基于P2P分发网络的视频点播业务，并 支持快劍誠快进和快鹏速快退的操作。本发明点播系统的具体实现方法如下臓1. P2P点播系^""ffiz^i接(1) 本发明的P2P视频点播系统的连接方式，如图5所示，^A^终端^ IPTV机顶盒进行视频点播的操作是用户M^择IPTV机顶盒内置的 电子节目菜单(EPG)进行确认，IPTV机顶盒向VOD服务器提交点 播电子节目菜单(EPG)的信息；(2) VOD月艮务器将机顶盒终端信息和点播的EPG信息转交给授权管翻艮务 器，授权管理服务器首先对證机顶盒进行认证，鹏几顶盒终端ID和终端ifet止确认后，再统计EPTV机顶盒当前的资费状况，确认有足够的资费支付本次的点播费用；(3) 如果没有足够资费，授权管翻艮务器返回资费不足信息至IPTV机顶盒 从而传超合用户；如果可支付本次点播，授权管翻艮务器将用户的资费 信息和本次点播所需的费用信息返回至IPTV机顶盒，提交给用户确认;(4) 用户确认信息传回授权管理服务器，由授权管理服务器扣除本次点播费 用，更新用户的资费状况荆呆存在授权管翻艮务器中；(5) 通过用户认证和费用统计后，授权管理服务器认定此机顶盒的授权月艮 务，生成指令荆专送至数字版权管理前端和VOD服务器，数字版权管 理前端的授权中心根据指令生^[JB密密钥和许可证书；(6) 数字版权管理辦制勒卩密密钥传至VOD服务器，VOD服务器根据此 密钥加密原始节目文件后送至糧子^J寸劍艮务器，Ml帧分析后，进 tffi子包I帧处理将原始节目流中的I帧数据與虫打包成一个独立量 预，称为I帧量賴，并被附BI帧标志，存放在量子^J寸劉艮务器 中，送入P2P分发网络，并由同组的内容节点服务器进，请賴分流;(7) 同时数字版权管理前端的授权中心将许可证书传至经过认证后的IPTV 机顶盒，舰许可证书机顶盒可舰内置的解密算法还原解码密钥，以 便机顶盒接收到加密的量子包后，可以对其进t，密和解码，最终实现 节目内容的播放；(8) 经过认证、计费、授权和数字版权管理之后，P2P点播系统启动连接。 2. P2P点播系纟^~~^纟1M行本发明的P2P视频点播系统的运行方式，如图6所示，P2P点播系统的管理控制核心是节点管翻艮务器。(1) P2P点播系统^i接后，所有终端在P2P网络上成为终端节点，首先 与节点管理服务器建立连接；节点管理服务器向终端节点收集相关信息，包括终端类型、终端地址、电子节目菜单(EPG)信息、终端可 分配给P2P月艮务的缓存空间、终端互联网接入带宽(上行和下行)、可 容纳的P2P节点连接数^^言息；(2) 节点管翻艮务器根据电子节目菜单(EPG)信息，确定用户点播的视频节目内容，点播起始时间，根据当前点播相同节目的时间区段，寻找缓 存器中在相同时间区段点播相同节目的其他终端节点，全部分在相同的P2P分组中；(3) 根据终端可分酉^合P2P服务的缓存空间、终端互联网接入带宽(上行和 下行)、可容纳的P2P节点连接数^f言息，确定终端是否为P2P网络中 的超级节点；(4) 节点管翻艮务器根据最佳区域位置，分配同组的内容节点服务器和量子 ^#装服务器，由此确定相同P2P分组的所有节点，包括终端节点(超 级节点)、内容节点服务器和量^J寸劍艮务器。(5) 节点管綳艮务器为相同分组的所節点^§接列表，连接列牡优先 选用超级节点与内容节点服务器或量子包封装服务器进行量子包数据 交换，有效使用有限数量的处理能力最强的超级节点，縮短节点之间传 输的响应时间；所有节点根据连接列表互相连接，交换量子包数据；(6) 节点管翻艮务器根据网络状况和节点数量，优^i接列表，力口快节点之 间相互连接的速度。(7) 节点管翻艮务器根据终端节点连接的变化，女口终端点播结棘出连接 系统或新终端节点请求点播加A^接系统，随时Mf雄接列表。(8) 经过节点管理服务器的节点分组、优先超级节点连接、确定连接列^t 后，P2P点播系统可保持正常有效的运行。3. P2P点播系乡JS~~ 爐制本发明的P2P视频点播系统的播方Jd^制，可实现暂停、快激fM快进、快iM謎快退等时间瑕瞎操作，另外可在系统中加入I帧管理方法，实现快激倍 速决进和快11/{舗快退的优化，縮短终^4行快激倍速快进和快敏{誠快退操 作后，节目图形M恢复。具体实施如下(1) 暂停操作■终端点播暂停时，播放的画面静止，终端节点停止连接，保留缓存 内容；■如暂停时间较短，没有超出目前所在节目的时间区段，则不更新当肺点列表，终端节点在恢复点播后，播放之前的缓存内容，继续连接获取后续内容； ■如暂停时间较长，超出当前所在节目的时间区段，终端节点皿暂 停信息至节点管理服务器，节点管理服务器记录终端节点在暂停点 的节目量子包的序列号和时间戳后，在连接列表中删除该终端节 点，停止暂停、恢复点播时，终端节点向节点管翻艮务驟求重新 力口入P2P分组，节点管翻艮务器根据之前记录的量子包序列号和时 间戳为节点重新分配P2P分组和连接列表，终端节点根据翻获得 的连接列表，获取新的连接列表，与新节点^ii接，获取后续内 容，终端继续播放；(2) 快謝娜辭操作优化■量子^i寸装服务器封装量子包时，采用I帧管理方法，将原始节目 源打包淑射己序列号和时间戳的I帧量TO，存放在量:？^#装服 务器上，并分》魅内容节点服务器；■用户进行快进操作时，终端节点停止连接，IPTV机顶盒停止播出 的画面，^t^转信息至节点管理服务器，跳转信息包括终端节 点停止连接时接收到I帧量子包的序列号禾埘间戳、快鹏快退倍 速(2倍、4倍、6倍、8倍等)；■节点管翻艮务器根据跳转信息，Ml帧倍速列表。■当用户停止快进或快退的操作时，IFTV机顶盒将快进操作的时间段，送至节点管理服务器； ■节点管理服务器根据I帧倍速列表和快进时间段，计算出IPTV机顶盒当前应该接收i帧量子包的序列号和时间戳，并动态te: I帧量子包连接列表至该终端节点；■终端节点M I帧量子包连接歹懷，与相邻的节点粒连接，获取 后续的i帧量子包，t魏完成一个优化的'l^M魏快进和快iM誠快退操作，如图7所示。 (3)快鹏速快退的操作优化■快ii/倍速快退的优^^作，与快淑倍速快进的实现方法相同。 對列二根据本发明实现P2P视频推播系统的具体应用，与点播系统类似。本发明的视频推播系乡M用个人视频录制终端(PVR)，内置存储石I^:和电子节目菜单(EPG)，可实现基于P2P分发网络的视频推播业务。由于推播系统的终 端内置存储硬盘，视频节目的量子包全部下载至存储硬盘，通过个人视频录制 终端的解码和解密后，恢复视频节目流，并采取本地播放，因此不涉及推播系 统的播放控制，推播系统具体实施方法与上述点播系统的建，接和系^S行 相同。本领域的熟练技术人员会明白，尽管这里为了说明的目的而描述了相似性 系统的特定实施例，但是在不脱离本发明精神和范围的情况下可以作各种修改。 因此，除了附加的权禾腰^tt外，对本发明不作限制。
权利要求
1. 一种利用可管理的P2P技术的实现视频节目传送的系统，包括-业务管理前端，进一步包括以连续的流媒体文件形式缓存原始节目源的服务器和量子包封装服务器，所述量子包服务器用于将原始节目源封装成量子包，并存储、发送量子包数据。-P2P管理前端，进一步包括内容节点服务器和节点管理服务器；其中节点管理服务器提供P2P节点搜索，用户信息存储与管理，对所有节点进行管理和分组，为同组节点提供一个P2P连接列表，内容节点服务器从节点管理服务器获得P2P连接列表，从量子包封装服务器或其它内容节点服务器中下载量子包数据，同时为其他P2P节点上传量子包数据；-P2P终端节点，具有P2P功能，流媒体内容处理和存储功能，可作为一个P2P节点，可用于供用户直接操作和控制以便实现视频点播和推播的功能。
2. 如权利要求1所述的利用可管理的P2P技术实现视频节目传送的系统， 其中P2P终端节点可以分为普通终端节点和超级终端节点，其中，超级终端节点是具有大的存储和计算能力，具有最大带宽和最大处理能力的终端。
3. 如权利要求2戶腿的利用可管理的P2P技术的实现视频节目传送的系统，其中节点管理服务器优先选用连接列表上的超级终端节点与内容节点服务器或量子^i寸装服务器进fi^，i^交换，然后选用普通终端节点。
4. 如权利要求1戶脱的利用可管理的P2P技术的实现视频节目传送的系统， 其中缓存原始节目源的服务器包括PushVOD服务器、VOD服务器、直播服务 器，Push VOD服务器用于缓存推播业务中的原始节目源，掛共P2P推播系统 中的音视频节目原始处理与发布；VOD服务器用于缓存点播业务中的原始节目 源，掛共P2P点播系统中的音视频节目原始处理与发布；直播服务器用于缓存 直播业务中的原始节目源，衛共P2P直播系统中的音视频节目原始处理与发布。
5. 如权利要求1戶脱的禾,可管理的P2P技术的实现视频节目传送的系统，其中，P2P管理前$驢一步包括授权管翻艮务器，用于对P2P终端节点进行认 证和计费。
6. —种在权利要求1戶做的视频节目传送系统中利用P2P技术的实现视频节目传送的方法，包括(1) P2P系统^5^接后，所有终端在P2P网络上成为终端节点，首先节 点管理服务器向终端节点收集终端节点的相刘言息；(2) 节点管理服务M定用户想要接收的视频节目信息，将用户信息 库中在相同时间区段想要接收相同节目的终端节点，全部分在相同的P2P分组 中；(3) 节点管翻艮务器根据最佳区域健，最短距离，最佳带宽资源，分配 同组的内容节点服务器和量子^J寸翻艮务器，由此确定相同P2P分组的所有节 点，这些节点包括终端节点、内容节点服务器和量子^J寸装服务器；(4) 量子包服务器用于将原始节目源封驗量雅麵，并存储、縦量(5) 节点管鄉艮务器为相同分组的所有节点^^接列表，所有节点根据 连接列表互相连接，交换量賴数据；(6) 旨终端节点收到量， ，恢E^户收到想要的柳频节目。
7. 如权利要求6戶，的利用P2P技术的实现视频节目传送的方法，用户可 以任意点播视频节目，接受用掛番方式提供的视频节目，收看戶，择的实时的 流媒体视频节目。
8. 如权利要求6所述的利用P2P技术的实现视频节目传送的方法，其中终 端节点中包括了在所有终端节点中搜索出的具有最佳带宽和最大处理能力并且 所处最短路径的P2P超级终端节点，在连接列針优先选用超级终端节点、内 容节点服务器或量子^J寸装服务器进行量子包数据交换，最后选择普通终端节 点。
9. 如权利要求6戶腿的利用P2P技术的实现视频节目传送的方法，其中节 点管翻艮务器根据终端节点连接的变化，用户的加入，退出，暂停等，随时搜 索和Mf ^接列表。
10. 如权利要求7所述的利用P2P技术的实现视频节目传送的方法，点播方式还包括对用户终^S行授权管理的步骤，具体步骤如下(1) 用户M^择用户终端内置的电子节目菜单向缓存点播业务中的原始节目源的VOD月艮务器提交点衞言息；(2) VOD服务器将用户终端信息和点播信息转交给授权管翻艮务器，授 权管理服务器进行认证和计费后，授权管理服务器认定此用户终端的授丰划艮务， 生成指令荆专送至数字版权管理前端和VOD服务器，数字版权管理前端的授权 中心根据指令娜嘧密钥和许可证书；(3 )数字版权管理前端将加密密钥传至VOD月艮务器，VOD月艮务器根据此 密钥加密原始节目文件后送到量子包封劍S务器，量子包封劉S务器进行量子 包处理，将量^i^入P2P分发网络，并由同组的内容节点服务器进^1:子包 分流；(4)同时数字版权管理前端的授权中心将许可证书传至经过认证后的用户 终端，通过许可证书用户终端对接收到的加密量子包解密和解码，最终实现节 目内容的播放。
11. 如权利要求7所述的利用P2P技术的实现视频节目传送的方法，其中视 频推播方式中，用户终端采用个人视频录制终端，内置存储石 !和电子节目菜 单，实现基于P2P分发网络的视频推播业务；视频节目的量刊顿下载至存 储硬盘，M个人视频录制终端的解码和解密后，恢复视频节目流，并采取本 地播放。
12. 如权利要求6所述的利用P2P技术的实现视频节目传送的方法，其中量 子包封装S艮务器将连续的节目流和文件封装成具有序列号标记和时间戳的量子数据包，封装量子包的步骤如下(1) I帧分析量^J寸装服务器对VOD服务器上的原始节目流信IJJ 行I帧分析，确定I帧；(2) I帧量子包处理量^tef装服务器根据原始节目流中的I帧数据打 包成若干量子包，并附加I帧标志，称为I帧量子包，旨I帧量子包者財gi己序 列号和时间戳，存放在量T^i寸劍艮务器中，也可通过P2P网络分流至呐容节 点服务器上。(3) 其它量子包处理节目流中的其它帧被打成普通量，，量子包都标 记序列号和时间戳，存放在量子^J寸装服务器中，也可鹏P2P网络分流到内 容节点服务器上。
13. 如权利要求6所述的利用P2P技术的实现视频节目传送的方法，其中采用I帧管理方式为用户终端提供时间跳转操作的步骤如下(1) 在点播系统中，终端节点、量^it劉艮务器和内容节点服务器之间互相传送I帧量子包，节点管翻艮务器根据跳转信息，生成I術魏歹拨，I帧繊列表包括节目文件名标志、快进或快退倍速、在当前快进或快退f誠下 所有I帧量预序列号及时间戳；(2) 当用户停止快进或快退的操作时，终端只需錢^h操作的时间l超节点管翻艮务器；(3) 节点管理服务器根据I帧f誠列表和时间段，可快速的计算出快进或 快退操作停止后，终端需魏收的I帧量预序列号和时间戳，据此动态粒I 帧量子鹏接列表；(4) 此终端节点MI帧量子包连接歹接，与相邻的节点粒连接，获取 所需的I帧量子包，终端进fi^码后可立即播放视频画面。
14. 如权利要求6所述的利用P2P技术的实现视频节目传送的方法，其中相 同分组的终端节点收到连接列表后，便与节点管翻艮务器断开连接；但在点播和推播系统中，出现以下状况时，节点管理服务器与终端节点再次建立连接， 更,接列表(1) 连接歹據中终端节点的成功连接数不断M^，并M^到预定阈值时；(2) 连接列表中对终端节点对内容节点服务器或量子^J寸装服务器的带宽负载不断增加，并增加到预定阈值时。
全文摘要
本发明由一组终端节点和数字版权管理(DRM)前端、业务管理前端、P2P管理前端组成，共同构成一个分布式的P2P分发网络，通过网络中所有P2P管理前端、业务管理前端与终端节点之间的交互与通讯和所有网络节点之间的传输与共享，实现P2P视频点播和推播业务的应用，其中，P2P终端节点包括一组普通终端节点和一组超级终端节点；业务管理前端包括Push VOD服务器、VOD服务器、直播服务器和量子包封装服务器；P2P管理前端包括授权管理服务器、内容节点服务器和节点管理服务器；P2P网络节点包括P2P终端节点、量子包封装服务器和内容节点服务器。
文档编号H04N21/60GK101287099SQ20071006528
公开日2008年10月15日 申请日期2007年4月10日 优先权日2007年4月10日
发明者菲 何, 琦 周, 张大震, 秦绮玲 申请人:北京汉辰科技有限公司