專利名稱：一種支持大容量用戶的多路實(shí)時(shí)視頻網(wǎng)關(guān)及其應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及視頻網(wǎng)關(guān)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)。
背景技術(shù)：
數(shù)字視頻技術(shù)在過去十年中獲得了廣泛應(yīng)用，數(shù)字視頻廣播(DVB)、數(shù)字視頻光盤(DVD)、數(shù)碼攝像機(jī)、遠(yuǎn)程教學(xué)、在線點(diǎn)播和視頻會(huì)議等就是一些典型的例子。這些應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵就是數(shù)字視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的制定，它使得視頻在獲得了極高壓縮比的同時(shí)又滿足了人們對(duì)視頻質(zhì)量的要求。目前，為了適應(yīng)不同的應(yīng)用場合，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了多種視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。例如，H263用于可視電話和視頻會(huì)議等場合；MPEG-2用于數(shù)字視頻廣播、高清晰度數(shù)字電視(HDTV)和DVD等場合；MPEG-4用于互聯(lián)網(wǎng)的流式視頻應(yīng)用。隨著數(shù)字視頻應(yīng)用的普及，對(duì)視頻數(shù)據(jù)格式隨應(yīng)用環(huán)境不同而采用不同編碼標(biāo)準(zhǔn)的要求變得越來越迫切。對(duì)于許多實(shí)時(shí)應(yīng)用，通常要求視頻數(shù)據(jù)在各種編碼格式之問實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換。將視頻信息由一種編碼格式轉(zhuǎn)換成另一種編碼格式的過程就叫做視頻轉(zhuǎn)碼，執(zhí)行視頻轉(zhuǎn)碼操作的設(shè)備叫做視頻網(wǎng)關(guān)。視頻轉(zhuǎn)碼包含兩方面含義①在同一視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中轉(zhuǎn)換，例如將視頻數(shù)據(jù)由一種編碼速率轉(zhuǎn)換成另一種編碼速率。②在不同視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中轉(zhuǎn)換，將由一種標(biāo)準(zhǔn)壓縮的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成由另一種標(biāo)準(zhǔn)壓縮的視頻數(shù)據(jù)。
視頻網(wǎng)關(guān)在轉(zhuǎn)碼過程中要完成解碼和再編碼的兩步操作，由于每種視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)之間都有其特定的轉(zhuǎn)碼算法，其運(yùn)算的復(fù)雜程度是可想而知的，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)對(duì)機(jī)器的性能要求較高?，F(xiàn)在一種典型的視頻網(wǎng)關(guān)是由單臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器構(gòu)成，這種視頻網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用如圖1所示，這是一種基于視頻服務(wù)器一轉(zhuǎn)碼服務(wù)器-客戶端結(jié)構(gòu)的服務(wù)模式，其工作原理為視頻服務(wù)器將原始碼流下發(fā)給轉(zhuǎn)碼服務(wù)器，轉(zhuǎn)碼服務(wù)器將其轉(zhuǎn)換為另一種速率或編碼方式的碼流，然后再轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端。這種由單臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器構(gòu)成的視頻網(wǎng)關(guān)在實(shí)際應(yīng)用中存在許多的局限性，首先，一臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器實(shí)其轉(zhuǎn)碼能力是有限的，以現(xiàn)有的硬件水平一般單臺(tái)服務(wù)器只能處理2～3路的實(shí)時(shí)碼流，所以無法為用戶提供更豐富的碼流選擇；其次，轉(zhuǎn)碼服務(wù)器本身不但承擔(dān)轉(zhuǎn)碼的工作，還要負(fù)責(zé)將視頻流發(fā)送給終端客戶，這極大的限制了系統(tǒng)的服務(wù)能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前典型視頻網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)簡單，其應(yīng)用的服務(wù)能力弱，支持用戶少的缺點(diǎn)，提出了一種支持大容量用戶的多路實(shí)時(shí)視頻網(wǎng)關(guān)及其應(yīng)用方法。本發(fā)明的視頻網(wǎng)關(guān)擴(kuò)展性好，分布靈活；可提高了應(yīng)用服務(wù)的可用性和穩(wěn)定性，保證服務(wù)質(zhì)量，并可消除用戶對(duì)碼流需求不平衡而可能造成的轉(zhuǎn)碼器過載的問題。
本發(fā)明提出的一種支持大容量用戶的多路實(shí)時(shí)視頻網(wǎng)關(guān)，其特征在于，包括一臺(tái)接收原始碼流的接收服務(wù)器，N臺(tái)進(jìn)行碼流轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)碼服務(wù)器、M臺(tái)響應(yīng)用戶的點(diǎn)播請(qǐng)求的播放服務(wù)器和一臺(tái)接收用戶的點(diǎn)播請(qǐng)求的調(diào)度服務(wù)器；其中，N、M均為大于1的整數(shù)；所說的N臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器中的每一臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器的輸入端均與所說的接收服務(wù)器輸出端相連，每一臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器的輸出端均與所說的M臺(tái)播放服務(wù)器中的每一臺(tái)播放服務(wù)器的輸入端相連，所說的每一臺(tái)播放服務(wù)器均與所說的一臺(tái)調(diào)度服務(wù)器相連。
本發(fā)明的工作原理；原始碼流通過接收服務(wù)器進(jìn)入視頻網(wǎng)關(guān)，接收服務(wù)器將收到的碼流傳給多臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器，每臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器將轉(zhuǎn)換后的碼流分發(fā)給每臺(tái)播放服務(wù)器，播放服務(wù)器再根據(jù)用戶的需求通過調(diào)度服務(wù)器，選擇合適的碼流下發(fā)給終端用戶。
本發(fā)明提出了一種基于多路轉(zhuǎn)發(fā)的實(shí)時(shí)視頻網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用方法，其特征在于，包括由一臺(tái)接收服務(wù)器、N臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器、M臺(tái)播放服務(wù)器和一臺(tái)調(diào)度器組成多路轉(zhuǎn)發(fā)的實(shí)時(shí)視頻網(wǎng)關(guān)，其中所說的M臺(tái)播放服務(wù)器和一個(gè)前臺(tái)調(diào)度器組成播放服務(wù)集群；所說的接收服務(wù)器位于網(wǎng)關(guān)的入口處，負(fù)責(zé)接收原始碼流；緊跟其后的是N臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器，負(fù)責(zé)碼流的轉(zhuǎn)換；所說的轉(zhuǎn)碼服務(wù)器的后面是M臺(tái)播放服務(wù)器，負(fù)責(zé)響應(yīng)用戶的點(diǎn)播請(qǐng)求；視頻網(wǎng)關(guān)對(duì)用戶端的接口則是一臺(tái)調(diào)度器，它負(fù)責(zé)接收用戶的點(diǎn)播請(qǐng)求，根據(jù)播放服務(wù)器的負(fù)載和分布情況將接收到的點(diǎn)播請(qǐng)求分發(fā)給播放服務(wù)器；具體包括以下步驟1)事先對(duì)網(wǎng)關(guān)內(nèi)的N臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器的轉(zhuǎn)碼任務(wù)做配置，指定每臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器的輸出碼流類型，碼流大小，以及碼流的路數(shù)；N臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器的轉(zhuǎn)碼任務(wù)做配置，指定每臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器的輸出碼流類型，碼流大小，以及碼流的路數(shù)；2)接收服務(wù)器接收需要轉(zhuǎn)碼的視頻碼流；3)接收服務(wù)器根據(jù)事先設(shè)置的視頻網(wǎng)關(guān)內(nèi)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器列表，將收到的原始碼流原樣轉(zhuǎn)發(fā)給N臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器中的每一臺(tái)；4)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器再通過查詢調(diào)度器的服務(wù)器列表，分別將各自轉(zhuǎn)換好的碼流分發(fā)給后臺(tái)的播放服務(wù)集群；5)播放服務(wù)集群的調(diào)度器負(fù)責(zé)接收用戶的服務(wù)請(qǐng)求，在收到用戶的服務(wù)請(qǐng)求后首先根據(jù)地域路由的路由信息，找到離用戶最近的一臺(tái)播放服務(wù)器，如果該服務(wù)器還沒有過載，就由它來響應(yīng)用戶的服務(wù)請(qǐng)求，否則，調(diào)度器繼續(xù)搜索，找距離次近的服務(wù)器，若服務(wù)器沒有過載就響應(yīng)該用戶的請(qǐng)求，以此類推，直到找到可用的服務(wù)器或遍歷完所有服務(wù)器為止；6)播放服務(wù)器收到用戶的服務(wù)請(qǐng)求后，根據(jù)用戶的請(qǐng)求類型和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況與用戶進(jìn)行協(xié)商，從而選擇合適的視音頻碼流下發(fā)給終端客戶(此時(shí)無需再經(jīng)過調(diào)度器)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1.將轉(zhuǎn)碼工作和播放工作分別放在不同的多臺(tái)服務(wù)器上進(jìn)行，保證了服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的可用性和穩(wěn)定性。
2.擴(kuò)展性好，可以根據(jù)服務(wù)需要添加新的轉(zhuǎn)碼服務(wù)器和播放服務(wù)器。
3.分布靈活，播放服務(wù)器的分布不受地域和網(wǎng)段的限制，可以根據(jù)實(shí)際服務(wù)需要就近安放。
4.服務(wù)類型完備統(tǒng)一，每臺(tái)播放服務(wù)器都可以提供各種類型和大小的碼流，消除了用戶對(duì)碼流需求不平衡而可能造成的轉(zhuǎn)碼器過載的問題。


圖1已有的典型視頻網(wǎng)關(guān)服務(wù)系統(tǒng)示意圖。
圖2本發(fā)明的視頻網(wǎng)關(guān)及其服務(wù)系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的一種基于多路轉(zhuǎn)發(fā)的實(shí)時(shí)視頻網(wǎng)及其使用方法實(shí)施例，結(jié)合附圖詳細(xì)說明如下本實(shí)施例的多路實(shí)時(shí)視頻網(wǎng)關(guān)如圖2所示，其配置包括接收服務(wù)器1臺(tái)、轉(zhuǎn)碼服務(wù)器3臺(tái)(分別記為T1、T2、T3)、播放服務(wù)器4臺(tái)(分別記為V1、V2、V3、V4)、調(diào)度器1臺(tái)，使用的操作系統(tǒng)均為Linux Redhat8.0。接收服務(wù)器采用LSMP Receiver，轉(zhuǎn)碼服務(wù)器采用LSMP Transcoder Server，播放服務(wù)器采用LSMP Media Server，調(diào)度器采用LVS Director。
采用本實(shí)施例的多路實(shí)時(shí)視頻網(wǎng)關(guān)對(duì)某節(jié)目進(jìn)行網(wǎng)上直播的應(yīng)用方法，包括以下步驟1.視頻采集服務(wù)器將現(xiàn)場采集到的視音頻信號(hào)壓縮為MPEG-2格式，碼流大小1.5Mbps，傳給位于ISP公司總部的接收服務(wù)器(在接收服務(wù)器中的轉(zhuǎn)碼服務(wù)器列表包括T1、T2、T3三臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器)；2.接收服務(wù)器將收到的MPEG-2碼流原樣轉(zhuǎn)發(fā)給T1、T2、T3三臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器，該三臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器分別設(shè)置如下T1輸出兩路MPEG-4碼流，大小分別為600Kbps、450Kbps；T2輸出兩路MPEG-4碼流，大小分別為300Kbps、150Kbps；T3輸出兩路H.263碼流，大小分別為220Kbps、150Kbps；3.每臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器通過查詢調(diào)度器的服務(wù)器列表獲取播放服務(wù)器的地址，將轉(zhuǎn)換好的碼流下發(fā)給各臺(tái)播放服務(wù)器(這樣，每臺(tái)播放服務(wù)器都可以提供六種不同格式或帶寬的碼流，以適應(yīng)不同類型用戶的需求)；4.四臺(tái)播放服務(wù)器V1、V2、V3、V4分別位于北京、上海、深圳、成都，每臺(tái)播放服務(wù)器的最大接入用戶數(shù)為1000。用戶從南京通過ADSL接入觀看網(wǎng)上直播，接入帶寬512Kbps；5.用戶向位于北京ISP總部的調(diào)度器發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求，調(diào)度器根據(jù)就近原則，首先判斷與請(qǐng)求來源地址最近的、位于上海的播放服務(wù)器V2是否過載，若發(fā)現(xiàn)當(dāng)前接入用戶數(shù)已滿，接著再查看與請(qǐng)求地址距離次近的、位于深圳的播放服務(wù)器V3當(dāng)前的負(fù)載狀況，V3當(dāng)前的接入用戶數(shù)為620，用戶數(shù)未滿，則調(diào)度器將該請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給V3，由V3為該用戶提供服務(wù)；6.V3收到服務(wù)請(qǐng)求后，根據(jù)用戶的請(qǐng)求類型和帶寬與用戶進(jìn)行協(xié)商，最后將大小為450Kbps的MPEG-4碼流下發(fā)給終端用戶。
權(quán)利要求
1.一種支持大容量用戶的多路實(shí)時(shí)視頻網(wǎng)關(guān)，其特征在于，包括一臺(tái)接收原始碼流的接收服務(wù)器，N臺(tái)進(jìn)行碼流轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)碼服務(wù)器、M臺(tái)響應(yīng)用戶的點(diǎn)播請(qǐng)求的播放服務(wù)器和一臺(tái)接收用戶的點(diǎn)播請(qǐng)求的調(diào)度服務(wù)器；其中，N、M均為大于1的整數(shù)；所說的N臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器中的每一臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器的輸入端均與所說的接收服務(wù)器輸出端相連，每一臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器的輸出端均與所說的M臺(tái)播放服務(wù)器中的每一臺(tái)播放服務(wù)器的輸入端相連，所說的每一臺(tái)播放服務(wù)器均與所說的一臺(tái)調(diào)度服務(wù)器相連。
2.一種基于多路轉(zhuǎn)發(fā)的實(shí)時(shí)視頻網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用方法，其特征在于，包括由一臺(tái)接收服務(wù)器、N臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器、M臺(tái)播放服務(wù)器和一臺(tái)調(diào)度器組成多路轉(zhuǎn)發(fā)的實(shí)時(shí)視頻網(wǎng)關(guān)，其中所說的M臺(tái)播放服務(wù)器和一個(gè)前臺(tái)調(diào)度器組成播放服務(wù)集群；所說的接收服務(wù)器位于網(wǎng)關(guān)的入口處，負(fù)責(zé)接收原始碼流；緊跟其后的是N臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器，負(fù)責(zé)碼流的轉(zhuǎn)換；所說的轉(zhuǎn)碼服務(wù)器的后面是M臺(tái)播放服務(wù)器，負(fù)責(zé)響應(yīng)用戶的點(diǎn)播請(qǐng)求；視頻網(wǎng)關(guān)對(duì)用戶端的接口則是一臺(tái)調(diào)度器，它負(fù)責(zé)接收用戶的點(diǎn)播請(qǐng)求，根據(jù)播放服務(wù)器的負(fù)載和分布情況將接收到的點(diǎn)播請(qǐng)求分發(fā)給播放服務(wù)器；具體包括以下步驟1)事先對(duì)網(wǎng)關(guān)內(nèi)的N臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器的轉(zhuǎn)碼任務(wù)做配置，指定每臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器的輸出碼流類型，碼流大小，以及碼流的路數(shù)；N臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器的轉(zhuǎn)碼任務(wù)做配置，指定每臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器的輸出碼流類型，碼流大小，以及碼流的路數(shù)；2)接收服務(wù)器接收需要轉(zhuǎn)碼的視頻碼流；3)接收服務(wù)器根據(jù)事先設(shè)置的視頻網(wǎng)關(guān)內(nèi)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器列表，將收到的原始碼流原樣轉(zhuǎn)發(fā)給N臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器中的每一臺(tái)；4)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器再通過查詢調(diào)度器的服務(wù)器列表，分別將各自轉(zhuǎn)換好的碼流分發(fā)給后臺(tái)的播放服務(wù)集群；5)播放服務(wù)集群的調(diào)度器負(fù)責(zé)接收用戶的服務(wù)請(qǐng)求，在收到用戶的服務(wù)請(qǐng)求后首先根據(jù)地域路由的路由信息，找到離用戶最近的一臺(tái)播放服務(wù)器，如果該服務(wù)器還沒有過載，就由它來響應(yīng)用戶的服務(wù)請(qǐng)求，否則，調(diào)度器繼續(xù)搜索，找距離次近的服務(wù)器，若服務(wù)器沒有過載就響應(yīng)該用戶的請(qǐng)求，以此類推，直到找到可用的服務(wù)器或遍歷完所有服務(wù)器為止；6)播放服務(wù)器收到用戶的服務(wù)請(qǐng)求后，根據(jù)用戶的請(qǐng)求類型和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況與用戶進(jìn)行協(xié)商，從而選擇合適的視音頻碼流下發(fā)給終端客戶。
全文摘要
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種支持大容量用戶的多路實(shí)時(shí)視頻網(wǎng)關(guān)及其應(yīng)用方法。包括一臺(tái)接收原始碼流的接收服務(wù)器，N臺(tái)進(jìn)行碼流轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)碼服務(wù)器、M臺(tái)響應(yīng)用戶的點(diǎn)播請(qǐng)求的播放服務(wù)器和一臺(tái)接收用戶的點(diǎn)播請(qǐng)求的調(diào)度服務(wù)器；所說的N臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器中的每一臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器的輸入端均與所說的接收服務(wù)器輸出端相連，每一臺(tái)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器的輸出端均與所說的M臺(tái)播放服務(wù)器中的每一臺(tái)播放服務(wù)器的輸入端相連，所說的每一臺(tái)播放服務(wù)器均與所說的一臺(tái)調(diào)度服務(wù)器相連。本發(fā)明的視頻網(wǎng)關(guān)擴(kuò)展性好，分布靈活；可提高了應(yīng)用服務(wù)的可用性和穩(wěn)定性，保證服務(wù)質(zhì)量，并可消除用戶對(duì)碼流需求不平衡而可能造成的轉(zhuǎn)碼器過載的問題。
文檔編號(hào)H04L12/66GK1538696SQ20031010166
公開日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2003年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月24日
發(fā)明者戴瓊海, 林光國, 丁嶸 申請(qǐng)人:清華大學(xué)