CN1855909B - 多媒体内容传递*** - Google Patents

Abstract

多媒体内容传递***是可用于很多基于MPEG的应用的低成本使能器，基于MPEG的应用使得用户能播放多播MPEG流。具有MEPG编码的多媒体内容的多个文件存储在服务器上并且使用多线程处理***(或MPEG发送器)流式传输到用户。发送器在探听模式或者开环模式下操作。在探听模式下，主线程执行查找成员报告(离开、加入、信道转换)的IGMP探听，并且基于这些报告配置多个发送器线程。每个发送器线程将具有编码的多媒体内容的多播数据流从相应文件发送到相应的多播地址。在开环模式下，发送器将多播数据流连续地发送到所有的多播地址。

Description

多媒体内容传递***

技术领域

本发明涉及通信网络，并且具体涉及一种用于将流式多媒体内容广播到多个视频终端和平台的多媒体分发***。

背景技术

媒体文件一般很大并且下载的持续时间会很长，因此视频媒体的传输或存储使用视频流。通过将编码的视频、音频和有关信息多路复用并同步到单个比特流或多个比特流中即可实现视频流式传输。流式传输使得内容的实时传递成为可能，因为在整个流传递以前，就能够播放流的开始部分。为了观看内容，用户终端向流的源提出请求，流的源便以谨慎控制的速率开始传递该流。用户终端在短时间内缓存内容文件然后在文件到达后播放。

在流式传输之前，必须对内容进行编码，处理要完成以下步骤：a)如果需要，将内容从模拟转换成数字形式；b)以可被流媒体服务器和播放器识别的格式创建内容文件；c)压缩内容文件以将从服务器到客户的传输所需要的带宽最小化；同时d)选定传递内容的比特率。服务提供商典型地根据用户设备的性能选择以多种速率对内容编码以实现对不同用户的接入。

当前视频传递***的首端通常具有复杂的结构，例如在2002年6月4日发布的美国专利6,401,243(索尼公司)中所显示的。首端设备通常包括多个多媒体源和用于将来自源的数据编码成流的装置。在很多情况下，首端同时包括模拟和数字源。数字源需要代码转换器，用于将源数据视频编码为多播或单播流。模拟源需要编码器，用于将模拟信号(诸如电视信号)转换成数字信号并根据流的传输格式来对其编码。源可以是模拟视频数据的实时源，例如电视天线，或诸如用于存储压缩多媒体数据的服务器的视频点播源，或视频磁带库等。这种情况下，就需要附加设备以执行对相应数据的记录和读取。

对于要分发到大量用户的大量数据，IP多播比通常的因特网传输更加有效，因为服务器能够同时将数据/消息广播到许多接收方。与每个源端-目的端对需要单独连接的传统因特网业务不同，IP多播允许多个接收方共享同一个源。这意味着对所有目的端只要发送一组数据包。为了接收多播，用户在允许多播的网络上监听指定的IP地址，就像将电视调谐到特定的频道一样。

因特网组管理协议(IGMP)在RFC 1112，2236，3376中被定义为IP多播的因特网标准。IGMP在单独的网络上建立主机成员特别是多播组，并且允许主机通知其本地路由器其需要接收发往特定多播组的数据。多播广播特别适用于多媒体(视频、音频、数据)内容的分发。

IGMP协议使用“探听机制”来防止淹没。淹没是指将多播业务广播到路由器/交换机的所有端口，这通常在缺少上述机制的情况下发生。适于执行IGMP的探听功能的2层交换机或者路由器检查主机和路由器之间发生的包括请求和响应的对话，以得知多播业务要发往的端口。

换句话说，路由器/交换机使用IGMP来询问主机想要接收的多播。主机使用IGMP来通知路由器其想要接收的多播。当交换机位于主机和路由器之间时，其能了解到路由器所连接到的端口，以及哪些端口具有连接到想要接收多播业务的主机的装置。利用这个信息，交换机能配置其转发数据库以将多播业务发送到连接到想要接收多播业务的主机的端口。多播业务不发往到那些没有任何想要接收多播数据的连接设备的端口。

支持IGMP探听的路由器定期地发送消息以询问哪些主机想要接收多播业务。由主机产生的消息被称为成员报告或请求，其为特定的多播提供请求。IGMP探听检查报告，并且要么启用要么停用该特定多播的转发。检查由主机发送的地址使得IGMP探听可提供自动精确调谐控制，所述控制只将请求的多播业务而不是所有多播业务发送到主机。

来自主机的回复或成员报告的停止通常是相应的主机不希望继续接收多播业务的指示。主机也能使用明确的离开消息来指示它们不希望监听多播组。如果在特定端口上的所有主机都不希望接收特定的多播业务，那么该端口将从该特定多播业务要转发到的一组端口中除去。

MPEG(活动图像专家组)是负责数字音频和视频标准发展的ISO/IEC的工作组；该术语也用于指定相应的标准。例如，基于MPEG2的数字电视标准定义了有线、卫星和地面视频广播的格式。MPEG实现了数字视频和音频信号的压缩变换以便于内容文件在网络上的分发。从技术角度来说，为了获得MPEG流，流中的离散取样被转换成标志比特流(bitstream oftokens)，其比相应的原始流要小得多，这是由于在MPEG流中只捕获取随时变化的数据而不是捕获原始流中的所有信息。MPEG告知解码器怎样将被压缩的流逆向地表示回类似于未变换数据的原始流的数据，从而能以正常的形式听到和观看数据。

由于MPEG格式广泛用于数字音频和视频的编码表示，所以希望提供分发使用MPEG格式的多媒体内容的***和方法。

当前，MPEG多播使得产品需要昂贵的首端和网络组件。当前使用的MPEG软件需要多个实时MPEG编码器装置来将现场音频/视频服务以流的形式直接发送到路由器或传输网络。在客户端，应用IGMP来请求单独的MPEG服务，然后由上行路由器使得所述服务可用。这确保网络和客户不会被不想要的数据淹没。

需要提供分发多媒体内容的***和方法，所述***和方法不需要高成本的支持IGMP功能的网络和首端组件(诸如代码转换器和编码器/解码器)。还需要提供能够将MPEG流的多媒体内容多播传送到多个终端用户的***和方法，所述用户例如计算机和平台(即Unix、PC、服务器，Windows)。此外，需要提供在具有限制带宽的基础环境中对多媒体流进行管理的***和方法。

发明内容

本发明的目的是提供将流式传输的多媒体内容多播到终端用户的方法和设备，其全部或部分减轻了现有技术的***和方法的缺陷。

因此，本发明提供在多个用户终端之间共享多媒体内容文件的方法，该方法包括下列步骤：a)在服务器上存储多个多媒体内容文件，每个文件包含编码的多媒体内容；b)在该服务器上提供多线程处理***，用于对每个文件分配显式线程处理；以及c)对具有编码的多媒体内容的任何多播数据流从多线程处理***广播到一个或多个用户终端进行监控；其中用户终端通过发布成员报告来从服务器请求指定服务，所述成员报告提供了用户终端相应的多播地址。

一种多媒体内容传递***，用于实现在多个用户终端之间共享度媒体内容文件，该***包含：存储多个文件的装置，每个文件包含编码的多媒体内容；以及数据流发送器，用于在探听模式和开环模式下工作，在探听模式下，数据流发送器一经要求，就将具有编码的多媒体内容的多播数据流从相应文件传送到相应的多播地址，在开环模式下数据流发送器向相应多播地址连续地发送多播数据流。

通过排除对昂贵的、执行MPEG多播的首端设备的需要，本发明是用于许多MPEG应用的低成本使能器(enabler)，所述MPEG应用例如以应用为目标的广告、培训、虚拟旅行、游戏、按次计费内容、网络边缘的流内容的流式传输等。

本发明的另一个优点在于通过在本地子网上仿真允许多播的网络来管理带宽的能力，同时，作为更快、更有效的方式将包含音频和视频信息的数据包发送到用户。

本发明还提供一种安全方法来阻止对数据流进行盗版。在一个实施例中，这个机制接受来自一个多播的实时输入，对其应用变换，所述变换例如时间偏移、检测流的重要事件(用于例如改善与观看的同步来优化信道转换)、提取流数据和/或安全访问控制，并且一经授权客户请求就将流作为新的流转发。

***分类似于共同未决的美国专利申请序列号10/208562中所描述的部分，所述申请于2002年7月30日提交，题为“Secure multicast flow”，在此将其引入作为参考。一旦接收到来自客户的IGMP成员报告(加入)请求，该机制作出关于该客户是否有权观看请求的流的决定，并且采取相应动作，可能是继续进行加入或者忽略所述请求。

附图说明

通过对附图中所示出的以下优选实施例的具体描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得清楚，其中：

图1说明多媒体分发***的典型首端的框图；

图2A说明根据本发明的实施例在探听模式下操作的多媒体分发***；

图2B说明根据本发明另一个实施例在开环模式下操作的多媒体分发***；

图3显示图2A的***在空闲状态下的操作；

图4显示图2A的***响应于“信道加入”请求的操作；

图5显示图2A的***响应于“信道转换”请求的操作；以及

图6说明图2B的***的操作。

具体实施方式

图1说明从首端1多播多媒体内容到多个客户装置7的视频传递***。通常，首端设备包括相应的视频源，所述视频源可以是多个模拟源2和/或多个数字源2’。在模拟源的情况下，相应的内容使用例如MPEG编码器3进行编码(压缩)，在数字源的情况下，则使用例如MPEG代码转换器4。

MPEG流通过多播网络5发送到用户终端7(也称为“用户”或“客户”)。网络5必须支持IP多播，使大量用户可观看相同的信道。在当前配置中，首端1通过大型网络5服务分布在广阔的地理区域内的客户终端7。公知的，客户装置7可以是具备视频播放能力的PC，或者具有机顶盒(STB)的电视机。

现有的如图1所示类型的电视***被设计成具有电视提供商同时向每个机顶盒提供流的每个频道，准备供观看者选择其一。但是由于所有节目都通过电缆接入家中，有线电视运营商只能提供有限数量的信道。

本发明的***不需要那种设计。一次只有一个信道(节目)发射到机顶盒。当观看者点击新信道时，机顶盒通知在IPTV运营商设备上的服务器10立即发送新的节目流。这种有效的设计给了观看者无数的选择。

图2B和2A显示根据本发明的视频传递***操作的两种不同情况。在这个实施例中，服务器10保持多个MPEG文件12；为了简化，存储文件的装置与文件本身采用相同的附图标记。文件12可以是例如存储压缩的多媒体数据的视频点播源，或者视频磁带库。本发明优选地使用MPEG文件格式。

服务器15发送具有由请求相应的文件12的客户终端8所选择的内容的数据串。由于文件优选地以MPEG格式存储，服务器15在以下被称为MPEG发送器15。例如，MPEG发送器15接收并传递MPEG2传输流，但是该机制并不需要限制于这种格式。MPEG发送器15如图2A所示在“探听模式”下操作，或如图2B所示在“开环模式”下操作。

在图2A所示的探听模式下，MPEG发送器15“探听”来自客户装置8的识别请求。一旦识别了对某个文件的请求，该文件就作为多播流通过网络6传送到相应的客户终端。希望观看同一文件的任何客户终端将加入或离开已经正在进行的多播流。

在图2B所示的开环模式下，MPEG发送器15不依赖于客户请求；它只连续地将所有文件12作为多播串来进行多播。如果需要，客户终端加入或离开相应的多播流。

假设请求的内容是可以得到，那么MPEG发送器软件的轻量性允许其靠近网络边缘使用来减短等待时间、数据包丢失和网络主干上的带宽。因此，基础环境可用于分发视频业务。网络6可以是LAN，在图2B的实施例的情况下执行IP多播或者在图2A的实施例的情况下执行单播或多播。***10的可用“信道”数量实际上是无限的，也就是说仅由文件12提供的选择所限制。同样明显的是，图2B和2A的***不需要图1A中的MPEG编码器3部署和配置就可产生MPEG传输流。

客户装置8可以是具有视频播放能力的PC，或者是具有机顶盒(STB)的电视机。大多STB提供对于通过多播IP摄取的MPEG2TS流的支持。开放源软件在PC客户机和能播放多播MPEG2TS流的LINUX中可用(www.videolan.org)。

图3说明空闲状态的MPEG发送器15在“探听模式”下的操作。如结合图2A所描述的，多媒体内容文件12以相应的压缩格式存储在服务器15上。MPEG发送器15可以以硬件(HW)或者软件(SW)实现。例如，如果以软件实现时，Java由于可移植性和易于修改和升级而可被采用。其用作对每个流分配线程的多线程处理***进行操作，并且每个多媒体内容文件具有单独的处理线程。线程典型地包含计算机可执行指令来控制一个或多个包括在执行中的电子和机械媒介装置，这里的存储装置保持文件12。每个线程配置为关联到哪个数据文件，以及使用什么多播地址。

以C语言编写IGMP探听来提供上述机制。应当注意的是，由于执行的原因整个发送器SW都可以由C编写；很显然，也可以使用为这个应用开发或改编的其它程序设计语言。

通过将IGMP探听与MPEG流式传输相结合，本发明的***创造了IGMP控制的多播视频服务器，该服务器能仿真多播视频首端或者用作多播VOD(视频点播)源。本发明还能仿真视频泵，精确地流式传输恒定比特率(CBR)的MPEG流。

在图3所示的空闲状态下，发送器15截止，通过定期地发送消息来等待IGMP成员报告(或请求)，如S10所示。探听消息询问哪些客户终端需要接收多播业务。一旦接收了这样的请求，IGMP探听21检查所请求的多播并且启动主线程23，如步骤S11所示。

MPEG发送器被配置为启动时与具有特定多播地址的文件名相关联。IGMP成员报告消息指定多播地址(包括位于访问路由器上的端口)来向其发送文件。

然后主线程23通过指示诸如用25所标记的发送器线程启动来实现特定多播流的转发。这个步骤由S12表示。诸如25’的其它发送器线程，也可对不同的流经来自主机8的请求而启动，如步骤S12’。发送器线程的数量是基于文件多少而定，匹配多播地址针对相应的MPEG发送器15指定。因为数据是多播的，一个线程能服务于许多个客户终端。

一旦接收启动请求，如步骤S13、13’所示，线程25、25’分析相应文件12的第一部分(例如大约1兆字节)，以确定该流的比特率。服务器10确定接口以将文件从客户终端的多播地址发送，并且设置流参数，所述诸如流中的数据块大小、数据包延时、TTL(存在时间)以及关于传输模式的信息，在这种情况下所述传输模式是探听模式。如步骤S14所示，当通过客户终端激活例如“播放”控制来启动发送器线程时，则如步骤S15所示，相应文件流入相关的多播地址用于传递到客户终端。发送器线程基于假设为恒定的发送比特率来保持数据包的流量，所述数据包的流量与经过的时间相一致。

本发明的视频传递***的客户端包括机顶盒或个人电脑(PC)33、视频播放器32和视频显示器31，视频显示器31可以使得用户观看和收听从服务器10流式传输的多媒体内容。客户终端8还包括IGMP客户机34，其通知相应的路由器(未示出)客户终端8希望接收哪些文件12；以下将了解到，其还发布加入和离开请求。如上所述的，服务器10的主线程23检查(探听线程)由IGMP客户机34发布的成员报告(加入、离开和信道转换)。

图4显示图2A的***响应于“信道加入”请求的操作。假设主线程23启动发送器线程25来将内容文件12(数据1)流式传输到客户终端8A。还假设客户终端8希望加入数据1流。STB/PC客户机33如步骤S20所示控制视频播放器，以调谐到传递数据1流的信道，如步骤S21所示。探听线程继续如前的步骤S10所示，监听成员报告，如步骤S22接收加入请求，并且如步骤S23所示用信号通知主线程25接收了到加入请求。

主线程检查加入请求并且用信号通知适当的发送器线程执行，如步骤S24所示。在步骤S25，发送器线程以预定速率读取和发送数据。此时IGMP客户34机接收流数据1，如步骤S26所示。发送器线程还等待停止命令，并且一旦停止，就等待启动。当IGMP探听21检测到离开报告时，主线程就指示相应的发送器线程25、25’停止。

图5显示图2A的***响应于“信道转换”请求的操作。如上所述，假设主线程23启动发送器线程25以将内容文件12(数据1)流式传输到客户终端8。还假设客户终端8希望离开数据1流并加入其它流，即数据2流。STB/PC客户机33如步骤S30所示控制视频播放器，将视频播放器32调谐到传递数据2流的信道，如步骤S31所示，这就自动表明客户终端希望离开流数据1。在步骤S10中继续监听成员报告的探听线程，接收到离开请求，如步骤S32，并且在步骤S23用信号通知主线程25接收到了离开请求，如步骤S33。

主线程检查离开请求并且用信号通知适当的发送器线程停止，在这里是线程25，如步骤S34所示。发送器线程停止向客户终端8流式传输数据1。在步骤S35中由“加入2”所示的接收的加入请求像图4中那样进行处理，并且如步骤S36和S37所示。此时IGMP客户机34接收流数据2，如步骤S38所示。

图6说明MPEG发送器15在“开环模式”下的操作。如结合图2B所描述的，多媒体内容文件12以相应的压缩格式存储在服务器15上。在操作中，***保持支持一个或多个发送器线程25、25’的主线程23，每个发送器线程用于相应的文件12。启动时如启动．执行(start.go)步骤S1、S1’所示，每个线程25、25’分析其文件来确定相应流的最佳的视频传递数据速率，如步骤S2、S2’所示。这在文件中的MPEG完整节目传输流(SPTS)格式上强加了相关性。有可能在MPEG发送器启动时指定通用数据包间延迟时间来避免这一步骤。

所有的流都是不间断传输的，如步骤S3、S3’所示；无论何时线程到达相应文件的终点，其立即从该文件的起始位置重新开始。在这种情况中需要具有多播功能的交换机(未示出)以将合适的多播转发到合适的目的端。

应当注意的是对于这种模式的操作，客户终端在该图中并未示出。因为发送器15不依赖于客户终端，其不断地启动所有线程并告知它们全部不间断地发送。

Claims (16)

1.一种在多个用户终端之间共享多媒体内容文件的方法，该方法包括以下步骤：

a)在服务器上存储多个多媒体内容文件，每个文件包含编码的多媒体内容；

b)在所述服务器上提供多线程处理***，用于对每个所述文件分配显式线程处理；

c)对具有编码的多媒体内容的任何多播数据流从所述多线程处理***广播到一个或多个用户终端进行监控；

其中用户终端通过发布成员报告从所述服务器请求指定服务，所述成员报告提供所述用户终端相应的多播地址，

其中所述多线程处理***在探听模式下操作，用于一经请求在所述相应的多播地址上发送所述多播数据流，并且该***在开环模式下操作，用于在所述相应的多播地址上连续发送所有的所述多播数据流，并且

其中，在所述探听模式下，步骤b)包括：

从主线程启动探听线程来检测由所述多个用户终端发布的任何成员报告；

在所述探听线程，检查每个所述成员报告并且由此决定是启动还是停止对特定多播数据流的转发。

2.如权利要求1所述的方法，其中第一成员报告显示第一用户终端在第一多播地址上请求指定的编码的多媒体内容。

3.如权利要求2所述的方法，其中步骤c)包括：

c1)接收到所述第一成员报告时，从所述主线程配置第一发送器线程，所述第一发送器线程与第一文件相关，所述第一文件存储所述第一成员报告中指定的编码的多媒体内容；

c2)启动所述第一发送器线程用于将具有编码的多媒体内容的第一多播数据流从所述第一文件流式传输到所述第一多播地址。

4.如权利要求3所述的方法，其中步骤c1)包括：

分析所述第一文件的一部分并且相应地为所述第一多播数据流设置流参数；以及

在所述服务器上确认接口以使用所述第一多播地址从该接口发送所述第一多播数据流。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述流参数包括用于使得所述第一发送器线程能保持所述第一多播数据流中的数据包流量的流比特率，所述第一多播数据流与经过的时间相一致。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述流参数还包括所述流中的数据块大小、数据包延时和存在时间。

7.如权利要求2所述的方法，其中第二成员报告是加入请求，用于指示所述服务器使第二用户终端能接收所述第一多播数据流。

8.如权利要求7所述的方法，其中步骤c)包括：

从所述探听线程用信号通知所述主线程接收到了所述加入请求；

在所述主线程，检查所述加入请求并且确认第一发送器线程已经发送所述第一多播数据流；

用信号通知所述第一发送器线程，所述第二用户终端请求加入在进行中的所述第一多播数据流；并且

在所述第一发送器线程，将所述第二用户终端加入所述第一多播地址以接收所述第一多播数据流。

9.如权利要求3所述的方法，其中所述第一成员报告是离开请求，用于指示所述服务器将第二用户终端从接收所述第一多播数据流中断开。

10.如权利要求9所述的方法，其中步骤c)包括：

从所述探听线程用信号通知所述主线程，接收到了所述离开请求；

在所述主线程，检查所述离开请求并且确认所述第一发送器线程向所述第二用户终端发送所述第一多播数据流；

用信号通知所述第一发送器线程，所述第二用户终端请求离开在进行中的所述第一多播数据流；并且

在所述第一发送器线程，将所述第二用户终端从所述特定多播地址断开，用于停止对所述多播数据流的接收。

11.如权利要求3所述的方法，其中所述第一成员报告包括信道转换请求，用于指示所述服务器将所述第一用户终端从接收所述第一多播数据流中断开，并且使所述第一用户终端加入已经在进行中的第二多播数据流。

12.如权利要求11所述的方法，其中步骤c)包括：

从所述探听线程用信号通知所述主线程，接收到所述信道转换请求；

在所述主线程，检查所述信道转换请求并且确认发送所述第一多播数据流的所述第一发送器线程，并且还确认发送所述第二多播数据流的第二发送器线程；

用信号通知所述第一发送器线程，所述用户终端请求离开所述第一多播数据流并且将所述用户终端从所述第一多播地址断开以停止对所述第一多播数据流的接收；并且

用信号通知所述第二发送器线程第二用户终端请求加入所述第二多播数据流，并且将所述第二用户终端加入第二多播地址来接收所述第二多播数据流。

13.一种用于在多个用户终端之间实现多媒体内容文件共享的多媒体内容传递***，该***包括：

用于存储多个文件的装置，每个文件包括编码的多媒体内容，并且每个文件与相应的多播地址相关联；以及

数据流发送器，用于将具有编码的多媒体内容的相应多播数据流从相应的文件向各个多播地址流式传输，

其中在探听模式操作时，所述数据流发送器一经请求将所述多播数据流发送到所述相应的多播地址；在开环模式下操作时，所述数据流发送器向所述相应多播地址连续发送所述多播数据流，

其中所述数据流发送器是多线程处理***，所述***包括：

主线程，用于在所述探听模式期间激活探听线程，用于检测来自用户终端的成员报告；

多个发送器线程，所述发送器线程用于从所述成员报告中指定的文件中的编码的多媒体内容配置相应的多播数据流，并且在所述主线程的控制下将所述相应多播数据流从所述文件流式传输到所述相应多播地址，

其中所述主线程基于所述成员报告指示所述发送器线程启动或停止流式传输所述多播数据流。

14.如权利要求13所述的***，其中所述多播数据流是活动图像专家组流并且所述探听线程使用因特网组管理协议。

15.如权利要求13所述的***，其中所述***还包括在所述数据流发送器上的探听服务器，所述数据流发送器受每个用户终端上的探听客户机控制。

16.如权利要求13所述的***，其中所述成员报告包括加入请求、离开请求和信道转换请求中的一个。

Images