CN107920072A - 一种基于数据特征的多媒体共享方法及*** - Google Patents

一种基于数据特征的多媒体共享方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于数据特征的多媒体共享方法及***，属于多媒体应用领域。本发明方法包括：种子节点向种子服务器注册；种子节点向提供直播服务的服务器拉流，并缓存多媒体数据流；解析并提取该关键帧的特征值，将特征值与关键帧的地址相关联；客户端向种子服务器获取最优种子节点列表，并向最优种子节点发起拉流请求；种子节点判断拉流请求中是否携带特征值，如果否，从第一个数据包开始发送，如果是，根据特征值查询缓存数据，如果存在该特征值，则发送数据，如果不存在，回复请求失败消息，客户端根据最优种子节点列表的优先顺序向次优种子节点发起拉流请求。本发明能够有效减少网络延迟，降低运营成本。

Description

一种基于数据特征的多媒体共享方法及***
技术领域
本发明涉及多媒体应用领域，尤其涉及一种基于数据特征的多媒体共享方法及***。
背景技术
随着互联网环境越来越成熟，互联网硬件的不断升级换代，人们用同样的成本获得了更高的网络带宽和更好的上网体验，网络电视也就应运而生。
网络电视提供直播服务。直播服务的规模随着用户数量的增长也迅速的增长，运营方必须投入更多的人力和物力，从而带来了更高的运营成本，这些成本势必会摊到用户身上。同时，实时性要求高的直播节目在整个分发过程和播放过程中一般不存盘，且直播节目流是连续不断的，不具备点播文件一样的文件偏移和大小的概念，因此并不能像点播一样通过类似P2P文件下载的方法使用数据分享。
目前直播P2P一般采用HLS(HTTP Live Streaming，是Apple的动态码率自适应技术)技术或者对直播数据进行各种切片并且编码为媒体数据包，这能比较好地解决数据分享的问题。但在实时性要求高的场所，那么这些技术就不适用了。
还有一些P2P技术采用对数据建立索引的方法在网络上传输，这个方法必然导致无法跟标准协议兼容，并且网络传输过程中需要额外的字节空间来存储索引的数据，这同时也降低了带宽的使用率。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提供一种基于数据特征的多媒体共享方法，还提供一种实现所述多媒体共享方法的***。可以有效地解决兼容性和带宽使用率问题，也能保证在低端的硬件设备上很好的表现。
本发明的方法包括如下步骤：
A：种子节点向种子服务器注册；
B：种子节点向提供直播服务的服务器拉流，并缓存多媒体数据流；
C：种子节点解析出多媒体数据流关键帧，提取该关键帧的特征值，并将特征值与对应的关键帧在内存中的地址相关联；
D：客户端向种子服务器获取最优种子节点列表，并向最优种子节点列表中的最优种子节点发起拉流请求；
E：种子节点判断拉流请求中是否携带特征值，如果否，从第一个数据包开始发送，如果是，根据特征值查询缓存数据，如果缓存数据中存在该特征值，则从该特征值对应的关键帧的下一帧开始发送数据，如果不存在，回复请求失败消息；
F：客户端接收种子节点发送的多媒体数据流，如果请求失败，则根据最优种子节点列表的优先顺序向次优种子节点发起拉流请求。
本发明作进一步改进，在步骤C中，多媒体数据流切片为GOP数据包存储，每个GOP数据包对应一个关联关系，每个关联关系还包括当前时间戳。
本发明作进一步改进，存储数据的时间能够根据需求配置，累积时间超过设定的阈值，则丢弃最早的GOP数据包。
本发明作进一步改进，在步骤D中，种子服务器根据种子节点的网络参数及距离客户端的距离计算获取最优种子列表。
本发明作进一步改进，在步骤E中，客户端第一次的拉流请求中，不携带特征值，从第一个数据包开始接收，如果客户端已经接收数据包，在第二次以上的拉流请求中，携带特征值。
本发明作进一步改进，在步骤F中，如果所有的种子节点全部请求失败，则向提供直播的服务器拉流。
本发明还提供一种实现所述多媒体共享方法的***，包括种子节点、客户端、种子服务器和直播服务器，其中，所述种子节点用于向直播服务器拉流，并缓存直播数据流；种子服务器用于注册种子节点，计算最优种子节点列表并发送给请求拉流的客户端；客户端用于向种子服务器获取最优种子节点及向最优种子节点获取多媒体数据流；所述直播服务器用于提供多媒体数据流。
本发明作进一步改进，所述直播服务器包括采集服务器、一个以上源站服务器、一个以上边缘服务器，其中，所述采集服务器向源站服务器推流，所述边缘服务器向源站服务器拉流。
本发明作进一步改进，所述种子节点包括机顶盒、PC端。
本发明作进一步改进，所述客户端包括网络电视、PC端、手机、平板。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：对设备的计算资源的消耗及内存占用极少；在发送数据时不需要定制化协议，网络带宽利用率高；通过这种共享机制，客户端可以拉取最近的节点直播数据，减少网络延迟，能明显提高用户体验，降低运营成本。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为种子节点拉流并缓存数据示意图；
图3为客户端、种子节点及种子服务器交互示意图；
图4为本发明***结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图4所示，本发明的多媒体共享***包括种子节点、客户端、种子服务器和直播服务器，其中，所述直播服务器包括采集服务器、一个以上源站服务器、一个以上边缘服务器，本例的源站服务器为3个，分别为源站服务器A、源站服务器B、源站服务器C，边缘服务器有四个，分别为边缘服务器A、边缘服务器B、边缘服务器C、边缘服务器D，其中，所述采集服务器向源站服务器推流，所述边缘服务器向源站服务器拉流。
所述种子节点根据选取的内容向对应的边缘服务器拉流播放，并缓存直播数据流，本例包括两个种子节点，即种子节点A和STB-B(STB的含义为机顶盒)；种子节点向外提供服务的同时也能进行其他正常的操作，种子服务作为一个后台服务运行于客户端***中。
种子服务器(也即是图4中的Tracker服务器)用于注册种子节点，计算最优种子节点列表并发送给请求拉流的客户端；客户端用于向种子服务器获取最优种子节点及向最优种子节点获取多媒体数据流。
其中，本例的种子节点包括机顶盒、PC端等，但不局限于这两种，也可以为网络电视等智能终端。本例的客户端可以为网络电视、PC端、手机、平板等智能终端。
如图1所示，本发明的方法基于上述***实现，具体包括如下步骤：
步骤A：种子节点向种子服务器注册。
本例架设一台Tracker服务器，用来支持防火墙后面的客户端进行通信和各个种子节点的注册。种子节点启动时向Tracker服务器发起注册请求，向外暴露自身的出口TP地址和端口，方便其他终端通过UDP协议向其发起拉流服务。种子节点注册后，各个客户端通过Tracker服务器才能够获取相应请求节目的共享种子节点信息。
步骤B：种子节点向提供直播服务的服务器拉流，并缓存多媒体数据流。
一般地，作为种子节点的客户端向边缘服务器发起拉流请求，并维持数个切片的数据，保证实时性。
步骤C：种子节点解析出多媒体数据流关键帧，提取该关键帧的特征值，并将特征值与对应的关键帧在内存中的地址相关联。
如图2所示，本例的种子节点从边缘服务器中获取GOP(Group of Pictures，画面组，一个GOP就是一组连续的画面)，然后对各个切片的GOP分别存储，并根据拉流协议解析出关键帧，并通过算法取得该关键帧的特征值，并将该特征值与关键帧在内存的地址相关联，每一个关联关系都带上当前时间戳，存储这些数据的时间可配置，超过这个阈值的数据可以被正常回收，比如丢弃最早的GOP。种子节点所收取的直播数据流在内存中保持顺序关系。
步骤D：客户端向种子服务器获取最优种子节点列表，并向最优种子节点列表中的最优种子节点发起拉流请求。
此时，如果客户端要观看直播节目，则与Tracker服务器通信，请求获取所要看节目的最优种子节点列表，Tracker服务器根据种子节点的网络参数及距离客户端的距离计算获取最优种子列表，发送给客户端，然后客户端根据最优种子节点列表的优先顺序首先向最优的种子节点发起拉流请求，拉流请求中只带有发起端最后一个GOP的特征值。客户端、种子节点及Tracker服务器的交互过程如图3所示。
步骤E：种子节点判断拉流请求中是否携带特征值，如果否，从第一个数据包开始发送，如果是，根据特征值查询缓存数据，如果缓存数据中存在该特征值，则从该特征值对应的关键帧的下一帧开始发送数据，如果不存在，回复请求失败消息。
具体地，当客户端向种子节点第一次发送拉流请求时，因客户端缓存中没有任何数据，则此时的拉流请求不携带特征值，种子节点接收到客户端的拉流情况后，从第一个数据包开始发送。如果因某种原因发送中断，客户端再次向种子节点发送拉流请求时，因客户端缓存中已经存在有数据包，因此，此时的拉流请求中会携带所请求关键帧的特征值，由于数据源是相同的，所以不管在任何客户端，关键帧的数据总是不变的，特征值也就是一样的。
种子节点接收到携带特征值的拉流请求后，会针对特征值与自身内存中的缓存数据进行匹配，如果匹配得上，说明该关键帧在缓存中存在，则直接从该关键帧的下一帧开始发送数据，如果没有在内存中缓存，则回复请求失败消息，此时请求端可以根据回应消息采用合适的操作。
步骤F：客户端接收种子节点发送的多媒体数据流，如果请求失败，则根据最优种子节点列表的优先顺序向次优种子节点发起拉流请求。
本例中，如果最优种子节点列表中的最优种子列表不存在请求的关键帧，则会将该最优种子列表删除，客户端会向第二优的种子节点发送拉流请求，如果第二优的种子节点依然不存在，则将第二优种子节点删除，向第三优的种子节点发送拉流请求，依次类推。如果所有的种子节点全部请求失败，则直接向提供该节目的边缘服务器拉流。
通过以上方法可以看出，本发明除了在客户端设备上缓存直播数据外只占用极少的内存来保存这些数据的映射关系，并且对设备的计算资源的消耗也是极少的。在发送数据时不需要定制化协议，网络带宽利用率高；减少不必要的网络宽带浪费。通过这种共享机制，客户端可以拉取最近的节点直播数据，减少网络延迟，能明显提高用户体验，降低运营成本。
以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于数据特征的多媒体共享方法，其特征在于包括如下步骤：
A：种子节点向种子服务器注册；
B：种子节点向提供直播服务的服务器拉流，并缓存多媒体数据流；
C：种子节点解析出多媒体数据流关键帧，提取该关键帧的特征值，并将特征值与对应的关键帧在内存中的地址相关联；
D：客户端向种子服务器获取最优种子节点列表，并向最优种子节点列表中的最优种子节点发起拉流请求；
E：种子节点判断拉流请求中是否携带特征值，如果否，从第一个数据包开始发送，如果是，根据特征值查询缓存数据，如果缓存数据中存在该特征值，则从该特征值对应的关键帧的下一帧开始发送数据，如果不存在，回复请求失败消息；
F：客户端接收种子节点发送的多媒体数据流，如果请求失败，则根据最优种子节点列表的优先顺序向次优种子节点发起拉流请求。
2.根据权利要求1所述的多媒体共享方法，其特征在于：在步骤C中，多媒体数据流切片为GOP数据包存储，每个GOP数据包对应一个关联关系，每个关联关系还包括当前时间戳。
3.根据权利要求3所述的多媒体共享方法，其特征在于：存储数据的时间能够根据需求配置，累积时间超过设定的阈值，则丢弃最早的GOP数据包。
4.根据权利要求1所述的多媒体共享方法，其特征在于：在步骤D中，种子服务器根据种子节点的网络参数及距离客户端的距离计算获取最优种子列表。
5.根据权利要求1所述的多媒体共享方法，其特征在于：在步骤E中，客户端第一次的拉流请求中，不携带特征值，从第一个数据包开始接收，如果客户端已经接收数据包，在第二次以上的拉流请求中，携带特征值。
6.根据权利要求1所述的多媒体共享方法，其特征在于：在步骤F中，如果所有的种子节点全部请求失败，则向提供直播的服务器拉流。
7.一种实现权利要求1-6任一项所述的多媒体共享方法的***，其特征在于包括：种子节点、客户端、种子服务器和直播服务器，其中，所述种子节点用于向直播服务器拉流，并缓存直播数据流；种子服务器用于注册种子节点，计算最优种子节点列表并发送给请求拉流的客户端；客户端用于向种子服务器获取最优种子节点及向最优种子节点获取多媒体数据流；所述直播服务器用于提供多媒体数据流。
8.根据权利要求7所述的多媒体共享方法，其特征在于：所述直播服务器包括采集服务器、一个以上源站服务器、一个以上边缘服务器，其中，所述采集服务器向源站服务器推流，所述边缘服务器向源站服务器拉流。
9.根据权利要求8所述的多媒体共享方法，其特征在于：所述种子节点包括机顶盒、PC端，所述种子节点向边缘服务器拉流。
10.根据权利要求7所述的多媒体共享方法，其特征在于：所述客户端包括网络电视、PC端、手机、平板。
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