专利名称：一种用p2p机顶盒实现的流媒体传输系统及其方法
技术领域：
本发明涉及多媒体技术与互联网领域，涉及的技术有对等节点(P2P)技术，数字视频压缩技术、嵌入式系统与软件技术等。
背景技术：
嵌入式IPTV机顶盒作为网络多媒体终端在网络电视(IPTV)系统中已经获得广泛的应用。但是，IPTV机顶盒在保证业务质量和宽带应用时，需要带宽保证，运营商需要大规模地改造现有网络，直接在互联网上使用IPTV机顶盒几乎是不可能的。但是，采用P2P技术，可以网络资源和存储资源的共享，克服带宽和网络距离的限制，通过计算机实现的P2P 技术在流媒体传输方面已经成功广泛的运用，用户可以通过嵌入在PC中的P2P软件实现网络资源和存储资源的共享，克服带宽和网络距离的限制，成功地收看网络电视直播和流媒体，文件下载业务，著名的P2P应用有BT、电驴、PPlive等。将P2P客户端软件直接嵌入到嵌入式机顶盒中实现高质量服务，有一定的技术难度。由于嵌入P2P终端机顶盒成本低，工作性能稳定可靠，在互联网的应用时，可以摆脱现有网络带宽的瓶颈，实现大范围的多媒体服务与应用，具有很高的商业价值。
发明内容
本发明一种用P2P机顶盒实现的流媒体传输系统及其方法是采用嵌入式P2P机顶盒实现流媒体传输的技术与及其具体实现方法，通过本发明的技术与方法，嵌入式P2P机顶盒可以在互联网上实现网络流媒体直播、点播(VOD)和推播(Push V0D)服务。首先通过量子包封装服务器将连续的传输流格式(化)的流媒体文件封装成若干量子TS流媒体文件包(量子包)；通过P2P管理系统的认证与管理，接收嵌入式P2P机顶盒的传输和分组请求，自动搜索和匹配所有的P2P网络节点并进行分组；组成相邻的P2P网络节点，每一个P2P网络节点可以从量子包封装服务器中下载量子包；同时通过P2P管理系统采用最短路径和最快传输速度的原则进行搜索和匹配，为此组的P2P网络节点提供连接列表；同组相邻的P2P网络节点根据连接列表互相传递量子包，实现所有节点共享下载具有同样序列标记的量子包；通过嵌入式P2P机顶盒内置的媒体处理器的解码，将下载的量子包根据连续标签和时间戳标记恢复成连续的流媒体文件，实现对等节点(P2P)技术在机顶盒中的应用。本发明采用量子TS流媒体包(量子包)作为P2P载体，本发明的量子包是指连续的TS流媒体文件或普通文件被量子包封装服务器分割成几十IAps到几百Kbps不等的一段段小码流的TS流或文件分段。每个量子包上都标有序列标签和时间戳标心，使量子包以文件的方式在所有嵌入式P2P机顶盒之间互相传送时不被丢失，也便于量子包还原成连续的TS流媒体文件。本发明中量子包之间相互传递和共享的实现过程是首先在互联网上的嵌入式 P2P机顶盒从P2P管理系统中获得最短路径和最佳带宽的相邻P2P附络节点分组和P2P连接列表；P2P管理系统采用hternet网络协议(TCP/IP)，利用动态搜索技术，匹配连接列表中具有最短路径和最快传输速度的P2P网络节点，并与之建立连接，使同组所有P2P网络节点中的每一个嵌入式P2P机顶盒互相之间建立连接，互相传递和共享量子包；最后在嵌入式P2P机顶盒中将所有量子包按照序列标签和时间戳标记被重组成连续的TS流媒体文件，使其可以在用户显示终端(电视机)上播出。本发明的系统包括四个主要部分P2P量子包封装服务器、嵌入式P2P机顶盒、P2P 管理系统和互联网络。本发明的P2P量子包封装服务器是用来将连续的TS流媒体文件或其他文件分割和封装成若干的量子包(几十IAps到几百Kbps的一段段小码流的TS流或文件分段)并按照分段的顺序给这些量子包分别标上具有连续标签的序列号，以及按照同一时间段或文件播放时间给量子包标记时间戳。封装好的量子包通过互联网协议从量子包封装服务器上下载至P2P网络节点上的嵌入式P2P机顶盒；也可在P2P网络节点上的所有嵌入式P2P机顶盒之间相互传输和共享。当量子包下载至机顶盒，通过内置的媒体处理器的解码，将量子包根据连续标签按序号恢复成连续的TS流媒体文件，通过时间戳标记控制不同解码器的解码速度和能力，从而控制数据流量，实现平滑解码，防止由于送入的突发数据量过大造成解码器阻塞或瘫痪。通过连续标签和时间戳控制技术，可以减少缓存区，降低机顶盒的成本， 使P2P客户端软件能够装在普通IPTV机顶盒上，不需要硬盘即可获得P2P电视直播接收， 视频点播(VOD)，电视推播(Push V0D)等服务。本发明的互联网是指连接各个P2P节点的网络，是组成P2P网络节点的媒介。采用互联网作为P2P的传输媒介，可将内容直播、点播和推播业务部署在世界上任何地方，跨越网络和时空的限制。本发明的嵌入式P2P机顶盒在互联网上发送请求信息，通过P2P管理系统的认证后便可视为一个P2P网络节点。量子包在P2P网络节点之间的传输前提是互联网上的嵌入式P2P机顶盒从P2P管理系统中获得最短路径和最佳带宽的相邻P2P网络节点分组和 P2P连接列表。实现过程是嵌入式P2P机顶盒将内置的电子节目菜单(EPG)信息、自身的地址信息和传输分组请求，发送给P2P管理系统；该系统采取最佳原则自动搜索和匹配，将互联网上相邻的所有P2P网络节点进行分组并建立P2P连接列表；机顶盒根据返回的连接列表，便可自动搜索到具有最短路径和最快传输速度的同组相邻的P2P网络节点；通过互联网TCP/IP协议方式各节点之间互相建立连接，传递和接收所需的量子包，实现与同组的 P2P网络节点共享下载量子包；接收的量子包可以暂存在机顶盒的缓存器或内置或外置的存储器(硬盘)中。视频播放时，嵌入式P2P机顶盒将量子包按照连续标签顺序恢复成连续的TS流媒体文件，通过时间戳控制解码速度和数据流量，恢复的TS流媒体文件通过机顶盒内置的媒体处理器进行解码后便可输出到用户的电视机屏幕上。所述嵌入式P2P机顶盒包括(1)网卡，与互联网连接，用于从互联网收发数据信息，其中包括量子包数据；(2)存储装置，用于存储来自互联网的量子包及数据；(3)USB接口，用于提供扩展存储器的接口 ； (4) CPU，分别与媒体处理器、网卡、USB接口和外部控制输入装置相连接，通过运行嵌入式软件系统实现对与其相连的各个部件的控制，并实现所述录制终端的多种处理功能，其中主要包括从网络接收和发送量子包，将被分割成量子包的流媒体TS续接成连续的TS流，及根据P2P节点信息表自动搜索最短路径和最佳带宽的服务器，并从其获取量子包，接收电子节目菜单(EPG)并将点播数据送到前端；( 媒体处理器，负责对流媒体数据进行解码处理；(6)音视频输出装置，并将解码后的视频和音频输出到电视机上；(7)外部控制输入装置，用于提供外部对该终端的控制输入。本发明的P2P管理系统采用节点集中管理与节点自动搜索相结合的综合技术。该系统对接入网络的嵌入式P2P机顶盒进行注册、授权和认证管理，在该管理系统的平台中， 经过认证后的嵌入式P2P机顶盒将被视作一个P2P网络节点。P2P管理系统对所有加入P2P网络的节点进行分组，其实现过程是首先嵌入式 P2P机顶盒内置的电子节目菜单(EPG)记录用户已选择的节目或频道信息，嵌入式P2P机顶盒发出传输分组请求的同时将EPG信息也发送给P2P管理系统，系统经过认证后，采用自动搜索算法，寻找正在传输或下载同一个节目或频道的所有P2P网络节点；然后把发出请求的机顶盒作为其中一个相邻的P2P网络节点，与它们分在一个组内，形成分组数据，将分组数据存储在数据库中，分组便通过数据库自动完成；然后P2P管理系统根据最短路径和最佳带宽原则，为同组P2P网络节点选择P2P连接列表，同组每个P2P网络节点根据返回的连接列表自动搜索，选择具有最短路径和最快传输速度的同组某一个或多个P2P网络节点并从中获得所需要的量子包。因此嵌入式P2P机顶盒可以同时向多个P2P连接节点获取量子包，提高传输速度；同时P2P连接列表也可以只给出有限数量的P2P节点，节点数可以根据 P2P网络带宽和节目状况进行控制和调整，便于集中管理，在有限数量的P2P网络节点中自动搜索和相互连接传输，便于CPU资源有限的IPTV机顶盒也能够有效的完成P2P功能。每个P2P网络节点可随时要求加入某个分组，一旦通过嵌入式P2P机顶盒把EPG 信总和请求信息发送给P2P管理系统，实现过程如上所述。因此当用户更换收看或下载的节目频道时，P2P管理系统可用最快的速度重新寻找一组具有最短路径和最佳带宽的相邻 P2P网络节点分组和连接列表，实现量子包的传递和共享。通过上述方法，所有的在互联网上的P2P网络节点都可在最短路径和最快传输速度的条件下，收到P2P连接列表，实行互相共享数据和传递数据。一个P2P管理系统可以管理数万个P2P网络节点，多个P2P管理系统可以同时使用，管理任意增多的P2P网络节点。在本发明的系统中，到少有一个量子包封装服务器连接到互联网上，作为P2P频道的数据源和种子服务器，为用户提供转换成量子包的流媒体原文件。至少有一个P2P管理系统(服务器)在互联网上管理要求接入、发送请求信息或正在传输数据的所有嵌入式 P2P机顶盒，为其提供注册、认证和授权；并对所有P2P网络节点进行分组，为其提供连接列表，实现数据连接和传送。至少一组嵌入式P2P机顶盒，连接在互联网和电视机之间，将用户点播信号或EPG信息传送至P2P管理系统，互相接收和发送量子包，将量子包续接成连续的TS流媒体，通过视频解码输出到电视机；至少一个电视机，用于作为音视频输出单元，播放多媒体信息。
图1是根据本发明实现P2P系统原理图；图2是根据本发明节目流量子包切割与标记原理图；图3是根据本发明通过量子包封装服务器工作流程图；图4是根据本发明通过量子包封装服务器实现电视直播的原理图5是根据本发明P2P网络原理图；图6是根据本发明的嵌入式P2P机顶盒硬件结构原理图；图7是根据本发明的嵌入式P2P机顶盒软件结构原理图；图8是根据本发明的嵌入式P2P机顶盒工作流程图。
具体实施例方式本发明的整个P2P传输与播出的系统，如图1所示，系统由四个主要部分组成P2P 量子包封装服务器、嵌入式P2P机顶盒、P2P管理系统和互联网络。P2P量子包封装服务器将连续的TS流媒体或文件分割和封装成若干的量子包，按照连续的顺序给所有量子包标上连续标签，按照时间点给量子包标上时间戳。封装好的量子包储存在量子包封装服务器，作为P2P界面内容或电视频道的数据源或种子量子包，供通过认证后的嵌入式P2P机顶盒下载。当某个嵌入式P2P机顶盒在互联网上成为一个P2P 网络节点时，向P2P管理系统发送请求信息并获得认证后，建立与量子包封装服务器或其它P2P节点的通讯联系，根据请求信息从量子包封装服务器或其它P2P节点中取走所需的量子包。P2P管理系统分析从每个P2P网络节点得到的EPG请求和地址信息，采用自动搜索算法、最短路径和最佳带宽原则，对相邻的所有P2P网络节点进行分组，被分配在同组中的嵌入式P2P机顶盒按照从P2P管理系统发来的连接列表进行搜索与匹配，选择具有最短路径和最快传输速度的相邻P2P网络节点，通过互联网TCP/IP协议方式互相建立连接，实现量子包的互相传递并与相邻P2P网络节点共享量子包。同组中某个嵌入式P2P机顶盒作为P2P网络节点从量子包封装服务器获得种子量子包，同时又将种子量子包传送给另一个嵌入式P2P机顶盒，另一个嵌入式P2P机顶盒再作为一个P2P网络节点，如此反复循环便实现整组P2P网络的传递，实现同组嵌入式P2P机顶盒之间的数据相互传输和共享。接收的量子包可以暂存在机顶盒的缓存器或存储器(硬盘)中，视频播放时，量子包根据连续标签，按顺序恢复成连续的TS流媒体文件以及通过时间戳控制解码速度和数据流量，通过嵌入式P2P机顶盒内置的媒体处理器解码后，输出到用户的电视机屏幕上P2P管理系统对接入网络的嵌入式P2P机顶盒进行注册、授权和认证管理，所有在互联网上经过认证的嵌入式P2P机顶盒将被视作一个P2P网络节点。P2P管理系统的主要的任务是对请求加入P2P网络的节点进行分组，其实现过程是嵌入式P2P机顶盒通过内置的电子节目菜单(EPG)记录，当用户选择某个节目时，用户选择收看或下载的节目或频道信息，嵌入式P2P机顶盒的地址信息将一并传送给P2P管理系统。经过P2P管理系统认证后，按照嵌入式P2P机顶盒提供的所有信息进行分组，即将所有正在收看同一个节目或频道的相邻P2P网络节点分在一个组内，形成分组数据，分组数据存储在数据库中，分组通过数据库便自动完成。P2P管理系统的分组管理可以用分类方法完成，首先将收看同样节目或频道的 P2P用户分为一个大组，在将大组内某个时段收看同样节目或频道的P2P用户进行第二次分组，最后在第二次分组中找出最佳相邻P2P节点分组。在进行最佳相邻P2P节点分组时， 采用最短路径和最佳带宽原则进行搜索与匹配，为同一分组中的P2P网络节点选择最佳P2P连接列表，并将连接列表发送给嵌入式P2P机顶盒，机顶盒按照连接列表自动搜索、采用不同算法，选择具有最短路径和最快传输速度的同组某一个或多个P2P网络节点并从中获得所需要的量子包。由于嵌入式P2P机顶盒可以同时向多个P2P连接节点获取量子包， 在满带宽负荷条件下也可同时从任何其它多个P2P节点下载量子包，从而解决了上行带宽小于下行带宽的不对称数据传输问题，提高了传输速度。同时P2P连接列表也可以只给出最佳的有限数量的P2P节点，节点数可以根据P2P网络带宽和节目状况情况进行调整，在有限数量P2P节点中自动搜索最佳相邻P2P网络节点，便于CPU资源有限的IPTV机顶盒有效地完成P2P功能。通过上述方法，所有的在互联网上的P2P网络节点都可在最短路径和最快传输速度的条件下，收到P2P连接列表，实现互相共享数据和传递数据。一个P2P管理系统可以管理数万个P2P网络节点，多个P2P管理系统可以同时使用，管理任意增多的P2P网络节点。根据本发明TS流媒体或文件被量子包封装服务器封装成量子包，量子包作为P2P 的载体文件，其封装过程中的切割与标记如图2所示。正常的节目TS流媒体是一个连续的节目流，对正常节目TS流进行量子包封装的过程是首先把连续节目流按照一定的数据大小(几十IAps到几百Kbps)，切成一段段的小码流的TS流或文件分段，即量子包。对每个量子包按照切割的顺序标记具有连续标签的序列号，如图所示的Ql，Q2... Qn，一直标记到节目文件终止；同时按照同一时间段或文件播放时间为每个量子包打上相应的时间戳，如图所示的T1，T2. . . Τη，直到节目时间终止。所有标有连续标签序号和时间戳标记的量子包在量子包封装服务器中作为Ρ2Ρ节目或文件的数据源或量子包种子，被嵌入式Ρ2Ρ机顶盒下载到内置的缓存器或存储器(硬盘)之后，在网络中从一个节点传向另一个节点，将正常的连续节目流封装成若干个小量子包，可以提高传输速度，量子包大小还可以根据网络带宽和传输速度进行调整，最大化利用网络带宽，通过时间戳控制不同解码器的解码速度和能力从而控制数据流量，实现平滑解码，减少缓存区，降低机顶盒的成本，使Ρ2Ρ客户端软件能够装在普通IPTV机顶盒上而不需要硬盘即可实现Ρ2Ρ电视直播接收，视频点播(VOD)。 当给IPTV机顶盒配上硬盘后，可以实现电视推播(Push V0D)或多媒体推播(Push MOD)等。本发明的量子包封装服务器工作流程，如图3所示。首先量子包封装服务器对连续的流媒体文件或普通文件，进行切割与标记，流媒体文件或普通文件被分割和封装成若干的量子包(几十IAps到几百Kbps的一段段小码流的TS流或文件分段)，量子包的大小根据支持P2P网络的带宽大小和嵌入式P2P机顶盒的处理能力以及存储器的大小确定；被切割的量子包按照序号标记连续标签并按照同一时间段或文件播放时间进行时间戳标记； 被标记好的量子包封装到量子包封装服务器的存储器中，当一个P2P网络节点与量子包封装服务器建立连接后，取走所需量子包；同时同组的每个P2P网络节点可互相建立连接，每个量子包在各节点中互相共享传输；当所有的量子包被连续下载后，通过嵌入式P2P机顶盒内置的解码器将所有的量子包按照连续标签的顺序恢复成连续的TS流媒体文件，通过时间戳控制不同解码器的解码速度和能力从而控制数据流量，实现平滑解码。由于量子包封装服务器的输出带宽采用千兆网卡，可以同时对多个节目，频道和文件进行量子包封装， 所以，可同时与很多P2P节点连接，同时支持各个P2P网络节点分组所需的各种流媒体文件，每一个流媒体切割与封装的过程与上述描述过程相同。根据本发明的量子包封装服务器可实现P2P电视直播，如图4所示。与普通方式播出的流媒体文件不同的是，采用P2P技术转播、直播电视频道时，需要增加视频编码器， 该视频编码器采集转播或直播的视音频信号，并按照MPEG4、H. 264或其他先进视频编码格式压缩成TS流媒体文件，此文件可封装在IP上通过互联网络送给量子包封装服务器，再由服务器分割成P2P量子包，量子包的传输过程如上所述，当量子包通过P2P网络传送到P2P 机顶盒上后，按照如上所述的方法把量子包续接成连续的节目TS流，通过机顶盒可以将连续的TS流播放到电视屏幕上，从而完成了整个直播与收视过程。本发明涉及的P2P网络原理，如图5所示。量子包封装服务器将流媒体文件服或数据按顺序切割，封装成具有序列标签和时间戳的量子包，并放在量子封装服务器的存储器中，作为该P2P频道的数据源或量子包种子，供其它的P2P网络节点下载。当嵌入式P2P机顶盒A要收看或下载节目或频道时，它首先向P2P管理系统发出传输和分组的请求，并将用户选择电子菜单(EPG)中的节目或频道信息，以及机顶盒A的地址信息同时发送给P2P管理系统；该系统对机顶盒A的请求及其A的网络地址进行认证，通过认证后，机顶盒成为一个相邻P2P网络节点A ；P2P管理系统根据相应搜索算法，寻找一组正在传输相同节目或频道的具有最短路径和最佳带宽的相邻P2P网络节点(A、B、C、D、E、 F)，并把它们分组成同一组；P2P管理系统自动为节点A匹配和选择最佳的P2P连接列表， 并把该P2P连接列表信息发给节点A ；P2P网络节点A收到该信息后，根据网络延迟情况和相邻同组节点下载速度，选择已经加入同一分组的相邻P2P网络节点(A、B、C、D、E、F、。。。) 其中的最佳网络传输节点(D、E、F、。。。)，与它们建立连接，互相传递和下载量子包；节点 A也可以和量子包封装服务器建立连接，更新节目频道和量子包种子，并与各个节点交换和共享所有的数据。如果当节点A发现与之建立联系的节点(D、E、F)都没有所需的量子包η时，就会与同一分组中的其它网络节点建立连接，从中筛选出有量子包η的节点(B、C、。。。)；节点 A根据节点的负载情况和其网络延迟时间，挑选出最优的网络节点B，向其请求量子包η，节点B会根据其请求将量子包η发送给节点Α。从而使整个Ρ2Ρ网络的性能达到最优。如果当节点A需要结束播放，退出Ρ2Ρ分组的时候，就会向Ρ2Ρ管理系统发出退出节目或频道的请求；Ρ2Ρ管理系统会根据Ρ2Ρ网络节点A的退出请求将其从该Ρ2Ρ频道的连接列表中删除，在此后加入的节点便不会向Ρ2Ρ网络节点F请求数据。同时Ρ2Ρ网络节点A也会将其退出的消息告知其它正在与之建立连接的节点，节点A退出后，其他节点都不再与节点A交换数据。嵌入式Ρ2Ρ机顶盒硬件结构，如图6所示，由10/100Μ以太网卡或WiFi将流媒体文件送给CPU处理，经过CPU处理后的视频和音频数据流再送给媒体处理器解码，解码后通过音视频输出模块恢复成模拟或数字音视频信号可在电视机上显示。CPU负责运行操作系统、浏览器、通讯协议、管理软件等，完成嵌入式P2P机顶盒的大部分处理功能；媒体处理器可由硬件或DSP方式实现，负责对各种音视频格式的多媒体信号进行解码处理，还原成模拟或数字视频和音频并在电视机上显示；Memory和Flash作为系统及解码器的内存，可暂时存放少量的量子包；10/100M以太网卡或WiFi负责接收和发送网络数据流；HDD(内置硬盘)作为嵌入式P2P机顶盒可选的存储器，一部分存储P2P量子包，另一部分存储用量子包续接好的节目和文件；通过USB可以实现接入外置硬盘；音视频输出模块将CPU解码后的音视频文件恢复成模拟或数字音视频信号；红外遥控器上有返回键，菜单键，频道上下切换键和音量控制键等，实现用户操作。在本发明的硬件系统中，可实现标准清晰度电视输出，也可实现数字高清晰度电视输出；可处理不同的视频格式和音频格式。嵌入式P2P机顶盒中的存储器通过存储部分量子包完成P2P传输和下载功能，其所存储的量子包数量可以根据嵌入式P2P机顶盒在整个P2P网络中的作用和需要进行调整，当机顶盒内存可以支持所要求的存储量时，用内存作为P2P量子包存储空间，如果内存空间不够，可以将量子包存储在嵌入式P2P机顶盒的硬盘中。用户操作可通过红外遥控器实现，并在电视上通过EPG的界面呈现，移动光标到所选择的图标，按确认键完成所选的操作，可以翻页，上下滚动。EPG有两种，一种是本地 EPG(也称为TVPortal)，对本地硬盘存储的内容分类，通过遥控器选择和控制内容播放 ’另一种是由前端提供的EPG，供用户选择录制和下载，实时播放频道等，如果没有硬盘的机顶盒，只支持前端提供的EPG。实现本发明嵌入式P2P机顶盒的分层模块化嵌入式软件结构，如图7所示。最底层是硬件平台(Hardware Platform)，在硬件平台之上是硬件驱动层(Hardware Driver)，该层嵌入各种与硬件相关的驱动程序，如IDE驱动，USB驱动，各种解码器驱动，Timer驱动等； 在驱动层之上是Linux操作系统(OS)包括进程/线程的管理，文件系统，协议栈等；在操作系统之上是应用程序库(LIBrary)，包括了流媒体(Mreaming)处理，图形库(Graphics)， 加密包括CSS，AES等，解码器Decoder包括各种格式的音视频解码器等较为通用的程序库；应用程序层，包括浏览器(Browser)，播放器，系统配置管理，P2P功能模块，PVR模块， TVPortal模块，广告插播模块，DRM，游戏(Games)，终端管理引擎，软件升级管理(Software Update)等应用程序，这些应用程序分别完成其特定的功能，例如软件升级管理程序的功能是实现和管理软件的升级；最上层是应用管理层(Application Manager)，负责系统中各类应用程序的管理，以及应用程序间的通讯。采用本发明的软件分层结构，可以使软件与硬件分离，与硬件的关连通过硬件驱动软件模块解决，因此更换不同的硬件平台，软件部分只需要改写与硬件相关的部分，如硬件驱动器模块便可。网络管理引擎，可以提供对终端进行网路远程监控与管理的软件模块。P2P软件模块象其它应用模块一样嵌入到机顶盒的应用层，嵌入P2P软件模块后的机顶盒，即嵌入式 P2P机顶盒，可以作为P2P网络中的节点，实现P2P网络传输的功能。本发明嵌入式P2P机顶盒的软、硬件系统采用Linux操作系统，但并不仅限于 Linux操作系统。该软件系统装有支持HTML，JavaScript, Flash等功能的浏览器，可以直接上网浏览，显示菜单及信息。该系统还可以对hternet协议进行处理；接受前端P2P管理系统对嵌入式P2P终端的远程控制，实现P2P认证和管理；实现节目的分段存储和量子包续接成完整的流媒体文件；实现对节目的DRM(内容版权保护)解密，完成广告插播与控制等功能，这些都通过运行在CPU上的嵌入式软件完成。由于嵌入式P2P机顶盒的许多功能都是靠软件完成的，所以本发明强调了嵌入式P2P机顶盒远程软件升级的重要性，前端软件可以通过互联网络给嵌入式P2P终端远程升级。嵌入式P2P机顶盒也可以是一个带硬盘的网络多媒体终端，它可以实现三重播放，实现视频、音频多媒体组播、点播、本地播放，数据处理，VoIP方式的语音通讯。因此，具有连接家庭网络(PC，智能家电和其它多媒体终端)的以太网端口，也具有电话接口。该嵌入式P2P机顶盒还具有游戏功能，及更多地通过宽带互联网和电视提供互动信息服务的其它功能。为了更方便的检索和查找存储在嵌入式P2P机顶盒数百G的大硬盘上的各种信息，机顶盒内建本地EPG或TVPortal (本地电视门户)，对内容进行分类管理，该本地电视门户采用模块化结构，各种功能的加入，只需增加相应的功能模块，此外，还有内容检索功能。作为一个完整的服务系统，要求终端有可管理性，所以，本发明为嵌入式P2P机顶盒提供管理引擎，系统可以通过管理引擎获得所需机顶盒的资料，并对它进行控制与管理。嵌入式P2P机顶盒的认证管理功能的实现是通过用户端首次连接到互联网后，自动向远程P2P管理系统发出注册信息，包括终端的属性信息(如支持的视音频格式、浏览器类型等)。远程P2P管理系统对用户进行认证。认证不通过，远程管理系统拒绝注册；认证通过，远程P2P管理系统将下发与该终端相适配的媒体格式内容和增值服务。本发明的嵌入式P2P机顶盒的另一个重要点是，具有广告自动插播功能，由前端将节目和广告推送到用户的嵌入式P2P机顶盒硬盘中，由于采用的是分段节目推送，在播放时需要有节目续接处理，前端可以控制广告插播的间隔，选择广告内容，插播次数，在节目续接时将广告插入到播放的节目中。这种新的广告播出方式比传统的电视广告更加具有针对性，也称之为定向广告，可以根据人群的不同，推播不同的广告，也可根据付费情况的不同，设计插入广告的时间间隔和次数。本发明嵌入式P2P机顶盒工作流程，如图8所示。首先是嵌入式P2P机顶盒接入互联网，通过P2P管理系统的认证后作为一个P2P网络节点；一旦用户通过遥控器在EPG上点播或下载视频节目，嵌入式P2P机顶盒内置的EPG记录便获得用户选择收看或下载的节目或频道信息，并把该EPG信息、机顶盒的网络地址信息和请求分组信息共同传送给P2P管理系统；经过P2P管理系统认证，确定嵌入式P2P机顶盒的一个P2P网络节点的分组，即同一时间所有正在传输同一个节目或频道的相邻P2P网络节点分在一个组内，并从该分组中通过算法选出最佳相邻P2P节点分组和P2P连接表，所有的分组数据存储在数据库中，分组通过数据库便可自动完成。通过最短路径和最佳带宽匹配算法从P2P分组信息中选择最佳的相邻P2P连接列表，将连接列表发给该P2P节点，此P2P节点的机顶盒收到连接列表后，根据所需要的量子包，搜索连接列表中的所有相邻的P2P网络节点，通过最佳路径、最佳匹配带宽和最快传输速度的判别并与之建立联系，从建立联系的其他节点处获得所要的量子包，同时把下载的量子包存储到缓存器或存储器(硬盘)中，该节点也为其它节点也提供量子包下载，所有的 P2P网络节点在相互连接和传输中采用TCP/IP协议。在播放节目时嵌入式P2P机顶盒将量子包按照序列标签续接成连续的TS流媒体节目，通过机顶盒中的解码器解码，输出视频和音频，在用户的电视机上显示。当用户需要停止播放时，按下遥控器的停止播放键或者切换频道，嵌入式P2P机顶盒向P2P管理系统发送节点退出信号，系统收到该节点退出信号后，将其从P2P网络分组中删除，及时更新相邻 P2P网络节点中所有的连接列表，对所有相邻P2P网络节点发出退出信号，正在互相传输数据的P2P网络节点自动断开。当用户选择新的节目和频道时，嵌入式P2P机顶盒向P2P管理系统发送新的分组请求，获得新的连接列表，并加入新的相邻P2P网络节点，工作流程与上述过程相同。 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，除了附加的权利要求之外，对本发明不作限制。
权利要求
1.一种用P2P机顶盒实现的流媒体传输系统及其方法，包括以下几个部分-至少一个P2P量子包封装服务器，用于将连续的TS流媒体文件或其他文件分割和封装成多个量子包，并按照分段的顺序给这些量子包分别标上具有连续标签的序列号，以及按照同一时间段或文件播放时间给量子包标记时间戳，最后通过互联网络将上述量子包发送给用户端；-至少一个P2P管理系统，对接入互联网络的嵌入式P2P机顶盒进行注册、授权和认证管理；以及按照将传输或下载同一个节目或频道的所有P2P网络节点分为同一组的原则， 对所有加入P2P网络的节点进行分组；并根据最短路径和最佳带宽原则，为同组P2P网络节点选择P2P连接列表；使同组所有P2P网络节点中的每一个嵌入式P2P机顶盒互相之间建立连接，互相传递和共享量子包；-至少一个P2P机顶盒，位于用户端，用于通过互联网络向P2P管理系统发送请求认证信息，通过P2P管理系统的认证后成为一个P2P网络节点；所述P2P机顶盒从P2P管理系统中获得最短路径和最佳带宽的相邻P2P网络节点分组和P2P连接列表，并且基于该列表接收和缓存量子包；以及在P2P机顶盒中将所有量子包按照序列标签和时间戳标记被重组成连续的TS流媒体文件，使其可以在用户显示终端上显示；-至少一个音视频输出单元，连接到P2P机顶盒用于播放多媒体信息。
2.根据权利要求1的利用P2P机顶盒技术的流媒体传输系统，其中P2P机顶盒通过内置的媒体处理器的解码，将量子包根据连续标签按序号恢复成连续的TS流媒体文件，通过时间戳标记控制不同解码器的解码速度和能力，来控制数据流量，实现平滑解码。
3.根据权利要求1的利用P2P机顶盒技术的流媒体传输系统，其中所述嵌入式P2P 机顶盒包括(1)网卡，与互联网连接，用于从互联网收发数据信息，其中包括量子包数据； (2)存储装置，用于存储来自互联网的量子包及数据；(3)USB接口，用于提供扩展存储器的接口 ； (4) CPU，分别与媒体处理器、网卡、USB接口和外部控制输入装置相连接，通过运行嵌入式软件系统实现对与其相连的各个部件的控制，并实现所述录制终端的多种处理功能， 其中主要包括从网络接收和发送量子包，将被分割成量子包的流媒体TS续接成连续的TS 流，及根据P2P节点信息表自动搜索最短路径和最佳带宽的服务器，并从其获取量子包，接收电子节目菜单(EPG)并将点播数据送到前端；( 媒体处理器，负责对流媒体数据进行解码处理；(6)音视频输出装置，并将解码后的视频和音频输出到电视机上；(7)外部控制输入装置，用于提供外部对该终端的控制输入。
4.一种用P2P机顶盒实现的流媒体传输系统及其方法，包括通过量子包封装服务器将连续的TS流媒体等各种文件封装成量子TS流媒体包，通过P2P管理系统的认证与管理， 和对所有在互联网上传输的嵌入式P2P机顶盒进行匹配并分组，作为一组相邻的P2P网络节点，每一个P2P网络节点可以从其它节点下载并与其它节点共亨一组具有同样序列标记的量子包，在相同时间戳标记下通过解码器将量子包根据连续标签恢复成连续的流媒体文件。
5.根据权利要求4的利用P2P机顶盒技术的流媒体传输方法，具体包括以下步骤A)P2P量子包封装服务器将连续的TS流媒体文件或其他文件分割和封装成多个量子包，并按照分段的顺序给这些量子包分别标上具有连续标签的序列号，以及按照同一时间段或文件播放时间给量子包标记时间戳，最后通过互联网络将上述量子包发送给用户端；B)用户通过P2P机顶盒经由互联网络向P2P管理系统发出注册和认证请求；C)P2P机顶盒通过P2P管理系统认证后，成为P2P网络节点，用户选择节目或频道，并且该已选择的节目或频道信息在P2P机顶盒发出传输分组请求的同时将这些信息也发送给 P2P管理系统；D)P2P管理系统按照将传输或下载同一个节目或频道的所有P2P网络节点分为同一组的原则，对所有加入P2P网络的节点进行分组；并根据最短路径和最佳带宽原则，为同组 P2P网络节点选择P2P连接列表；并将该连接列表发送给同组中的每个P2P网络节点；同组所有P2P网络节点中的每一个P2P机顶盒；E)同组每个P2P网络节点根据返回的连接列表自动搜索，选择同组中具有最短路径和最快传输速度的一个或多个P2P网络节点，并且在互相之间建立连接，互相传递和共享量子包；F)最后P2P机顶盒缓存收到的量子包，以及将所有量子包按照序列标签和时间戳标记被重组成连续的TS流媒体文件，使其可以在用户显示终端上显示；G)利用连接到P2P机顶盒的音视频输出单元播放下载的多媒体信息。
6.根据权利要求4或5的一种用P2P机顶盒实现的流媒体传输系统及其方法，其中P2P 机顶盒为嵌入式P2P机顶盒，并且可以同时向多个P2P连接节点获取量子包。
7.根据权利要求4或5的一种用P2P机顶盒实现的流媒体传输系统及其方法，其中同时P2P连接列表也可以只给出有限数量的P2P节点，并且在有节点退出P2P系统时，自动添加和补足新的节点。
8.根据权利要求4或5的一种用P2P机顶盒实现的流媒体传输系统及其方法，其中当用户更换收看或下载的节目频道时，P2P管理系统可用最快的速度重新寻找一组具有最短路径和最佳带宽的相邻P2P网络节点分组和连接列表，实现P2P机顶盒量子包的传递和共享。
全文摘要
本发明一种用P2P机顶盒实现的流媒体传输系统及其方法是采用嵌入式P2P机顶盒实现流媒体传输的技术与及其具体实现方法，通过本发明的技术与方法，嵌入式P2P机顶盒可以在互联网上实现网络流媒体直播、点播(VOD)和推播(Push VOD)服务。
文档编号H04N21/438GK102196314SQ201110074969
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月28日 优先权日2011年3月28日
发明者刘亚平, 秦绮玲 申请人:苏州汉辰数字多媒体有限公司