史繼欣

摘 要：文章對(duì)流媒體進(jìn)行了概述，并針對(duì)P2P流媒體直播系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。希望通過文章的分析，能夠?qū)ο嚓P(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：流媒體；P2P；直播系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)多媒體服務(wù)在應(yīng)用范圍上不斷擴(kuò)大，其中P2P作為一種新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)流媒體直播模式進(jìn)行了改善，將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)所有計(jì)算機(jī)均作為服務(wù)器/客戶端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)上傳播。利用P2P網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，可以將網(wǎng)絡(luò)上任何一臺(tái)機(jī)器變?yōu)榱髅襟w段度武器，承擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，進(jìn)而解除了傳統(tǒng)流媒體直播系統(tǒng)中服務(wù)端網(wǎng)絡(luò)帶寬瓶頸的限制。在對(duì)P2P流媒體直播系統(tǒng)進(jìn)行研究時(shí)，需要確定其關(guān)鍵技術(shù)，并在現(xiàn)有基礎(chǔ)上做更進(jìn)一步的分析。

1 流媒體直播系統(tǒng)概述

流媒體即可以在Internet上實(shí)現(xiàn)音頻、視頻以及其他多媒體實(shí)時(shí)、無需下載等待的傳播技術(shù)，其文件格式支持使用流失傳輸與播放。本質(zhì)上流媒體技術(shù)將動(dòng)畫、視音頻等多媒體文件經(jīng)過特殊壓縮方式處理后，利用視頻服務(wù)器想用戶計(jì)算機(jī)連續(xù)、實(shí)時(shí)進(jìn)行傳輸。這樣可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶的共同使用，并且與非流式傳播方式相比，避免了數(shù)據(jù)下載中的等待時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了邊播放邊下載[1]。

2 P2P流媒體直播系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

2.1 縮短傳播時(shí)間

通過流媒體方式來獲取文件，用戶可以節(jié)省等待文件全部下載完成后才可瀏覽的時(shí)間，一般情況下，一個(gè)正常的音視頻壓縮軟件，選擇流媒體方式傳輸，在一分鐘以內(nèi)既可以顯示在用戶計(jì)算機(jī)上，并且多為連續(xù)播放。即便是選擇用全屏播放的模式，也不會(huì)對(duì)播放效果產(chǎn)生太大影響，只有在進(jìn)行快進(jìn)操作時(shí)需要等待一定時(shí)間。

2.2 存容量要求低

流媒體選擇用Internet包傳輸為基礎(chǔ)的斷續(xù)異步傳輸模式，傳輸文件中的數(shù)據(jù)將會(huì)被分解成多個(gè)包，動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)路會(huì)促使各包選擇不同的路由，進(jìn)而到達(dá)用戶計(jì)算機(jī)的時(shí)間延遲各不相同。這樣就決定了客戶端需要緩存系統(tǒng)來彌補(bǔ)延遲與抖動(dòng)的影響，提高數(shù)據(jù)包傳輸?shù)臏?zhǔn)確率，確保所有媒體數(shù)據(jù)均能夠連續(xù)輸出，降低網(wǎng)絡(luò)擁堵對(duì)數(shù)據(jù)傳輸與播放效果的影響[2]。

2.3 實(shí)時(shí)傳輸性高

流媒體傳輸實(shí)現(xiàn)了特性實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議，與其他數(shù)據(jù)傳輸模式相比，其可以更高程度上滿足動(dòng)畫、音視頻等數(shù)據(jù)信息在網(wǎng)上的實(shí)時(shí)傳輸。

3 P2P流媒體直播系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分析

3.1 系統(tǒng)框架圖

文章以P2P流媒體直播系統(tǒng)P2PSLTV為例子進(jìn)行分析，系統(tǒng)主要基于樹狀拓?fù)鋮f(xié)議與擴(kuò)展模型，其框架圖如圖1所示。包括兩個(gè)服務(wù)器，一個(gè)為媒體服務(wù)器，主要負(fù)責(zé)流媒體直播源的發(fā)布，建立新的頻道列表，并請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)索引服務(wù)器發(fā)布新的頻道列表。另一個(gè)為節(jié)點(diǎn)索引服務(wù)器，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)加入節(jié)點(diǎn)的索引，并記錄各項(xiàng)加入的信息，向節(jié)點(diǎn)提供發(fā)現(xiàn)其他節(jié)點(diǎn)的服務(wù)，同時(shí)可以周期性的連接PIS，以求獲得相應(yīng)節(jié)點(diǎn)各項(xiàng)信息。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保MS服務(wù)性能滿足實(shí)際應(yīng)用需求，能夠按照需求設(shè)置ES服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)與各節(jié)點(diǎn)之間流媒體數(shù)據(jù)的傳輸，對(duì)MS服務(wù)器存有的缺陷進(jìn)行完善。在系統(tǒng)傳輸流媒體數(shù)據(jù)時(shí)，由MS服務(wù)器向各個(gè)ES發(fā)送，然后ES存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)發(fā)給與其連接的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，由Peer再次轉(zhuǎn)發(fā)給其他Peer[3]。其中，ES與Peer、Peer與Peer之間網(wǎng)絡(luò)相對(duì)復(fù)雜，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)勢(shì)必會(huì)對(duì)多媒體數(shù)據(jù)的傳輸效果產(chǎn)生一定影響，因此設(shè)計(jì)時(shí)需要加強(qiáng)對(duì)此方面的研究。

3.2 工作流程

流媒體數(shù)據(jù)的傳輸從節(jié)點(diǎn)主機(jī)開始，對(duì)從直播源獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行各式調(diào)整與緩存處理，并將其與鄰居節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)交換。當(dāng)有直播需求時(shí)，數(shù)據(jù)提供者應(yīng)首先做好直播源服務(wù)器MS的配置，然后請(qǐng)求PIS發(fā)布與維護(hù)MS建立的頻道，最后MS服務(wù)器按照設(shè)定完成直播源的直播。另外，普通節(jié)點(diǎn)在獲取頻道數(shù)據(jù)后，會(huì)對(duì)其進(jìn)行重新劃分，確保其能夠在該流媒體直播系統(tǒng)中正常直播，并將其放入自身緩沖窗口內(nèi)。當(dāng)MS成功與直播源連接后，選擇周期性的方式向PIS報(bào)告正在直播的頻道信息，成為該頻道覆蓋網(wǎng)的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣其他節(jié)點(diǎn)就可以通過PIS發(fā)現(xiàn)覆蓋網(wǎng)中存在的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，并進(jìn)行連接[4]。在其余節(jié)點(diǎn)與MS服務(wù)器連接并加入到該頻道覆蓋網(wǎng)后，會(huì)向PIS服務(wù)器報(bào)告自己緩沖窗口內(nèi)數(shù)據(jù)狀態(tài)。而節(jié)點(diǎn)Peer需要訪問PIS服務(wù)器上頻道列表來獲得頻道所有信息，然后通知服務(wù)器加入到該頻道覆蓋網(wǎng)中并獲得所有信息。節(jié)點(diǎn)Peer與各節(jié)點(diǎn)連接，并獲取鄰居節(jié)點(diǎn)各項(xiàng)信息，這樣就可以交換緩沖窗口內(nèi)數(shù)據(jù)信息。最后，Peer向鄰居節(jié)點(diǎn)以及服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)塊請(qǐng)求，在其獲得一定數(shù)據(jù)信息后，即可以啟動(dòng)播放器從端點(diǎn)獲得連續(xù)音視頻流進(jìn)行播放。

3.3 節(jié)點(diǎn)軟件

與傳統(tǒng)媒體數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)性相比，P2P流媒體直播系統(tǒng)可以更好的滿足視頻直播傳輸系統(tǒng)對(duì)擴(kuò)展性、傳輸效果等多方面的要求。設(shè)計(jì)時(shí)可以將系統(tǒng)分為管理調(diào)度層、數(shù)據(jù)交換緩沖層、覆蓋網(wǎng)絡(luò)層以及網(wǎng)絡(luò)接口層，不同系統(tǒng)部分所負(fù)責(zé)的功能不同。例如網(wǎng)絡(luò)接口層，主要負(fù)責(zé)對(duì)流媒體數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝，并保證其可以在底層網(wǎng)絡(luò)上正常傳輸，是系統(tǒng)與外界的接口。通過其可以與各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，并滿足定時(shí)器設(shè)計(jì)要求，可以說是TCP/IP協(xié)議物理層與數(shù)據(jù)鏈路層功能的集合與擴(kuò)展。度高網(wǎng)絡(luò)層，其主要負(fù)責(zé)與PIS服務(wù)器進(jìn)行周期性的聯(lián)系，并實(shí)現(xiàn)交換數(shù)據(jù)的保存與管理。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，PIS服務(wù)器請(qǐng)求與服務(wù)器聯(lián)系，并對(duì)得到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)一保存管理，同時(shí)覆蓋網(wǎng)絡(luò)層會(huì)通過向PIS服務(wù)器請(qǐng)求來獲取其他各節(jié)點(diǎn)的信息，來完成P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)件。

3.4 功能模塊

第一，節(jié)點(diǎn)組織與管理模塊。主要負(fù)責(zé)各節(jié)點(diǎn)的組織管理，即系統(tǒng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)可以按照服務(wù)能力等級(jí)來自行組織成一棵屬性結(jié)構(gòu)，便于整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的管理與維護(hù)。第二，查詢與數(shù)據(jù)選擇模塊。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的查詢，并按照一定原則，從查詢得到的結(jié)果中挑選出合適的數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)來完成數(shù)據(jù)的傳輸。第三，質(zhì)量監(jiān)控模塊。完成各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸速度的監(jiān)控，一旦監(jiān)測(cè)到節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸失敗或者速度嚴(yán)重降低的情況，對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行更換，來確保數(shù)據(jù)文件總體下載速度大于媒體文件播放速度。第四，信譽(yù)機(jī)制模塊。主要負(fù)責(zé)確定信譽(yù)值，并且對(duì)節(jié)點(diǎn)信譽(yù)值以及節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行聯(lián)系，鼓勵(lì)各節(jié)點(diǎn)能夠通過積極分項(xiàng)數(shù)據(jù)來提高信譽(yù)值，爭(zhēng)取進(jìn)一步提高系統(tǒng)服務(wù)能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

P2P流媒體直播系統(tǒng)與傳統(tǒng)媒體播放模式相比，無論是傳輸效率還是播放質(zhì)量均具有更大的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)研究時(shí)，需要了解其所具有的特點(diǎn)，確定系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，確保整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)挠行裕瑺?zhēng)取不斷提高直播系統(tǒng)服務(wù)能力。

參考文獻(xiàn)

[1]唐展鋒.基于P2P的流媒體直播系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué)，2012.

[2]譚冠蘭.一種基于P2P流媒體直播系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].中南大學(xué)，2008.

[3]趙娟娟.基于P2P技術(shù)的流媒體直播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢理工大學(xué)，2009.