基于P2P的流媒體直播系統(tǒng)分析

史繼欣

摘 要：文章對流媒體進行了概述，并針對P2P流媒體直播系統(tǒng)進行了簡要分析。希望通過文章的分析，能夠對相關工作提供參考。

關鍵詞：流媒體；P2P；直播系統(tǒng)

網(wǎng)絡多媒體服務在應用范圍上不斷擴大，其中P2P作為一種新型網(wǎng)絡技術對傳統(tǒng)流媒體直播模式進行了改善，將網(wǎng)絡系統(tǒng)內所有計算機均作為服務器/客戶端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)上傳播。利用P2P網(wǎng)絡特點，可以將網(wǎng)絡上任何一臺機器變?yōu)榱髅襟w段度武器，承擔轉發(fā)任務，進而解除了傳統(tǒng)流媒體直播系統(tǒng)中服務端網(wǎng)絡帶寬瓶頸的限制。在對P2P流媒體直播系統(tǒng)進行研究時，需要確定其關鍵技術，并在現(xiàn)有基礎上做更進一步的分析。

1 流媒體直播系統(tǒng)概述

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

2 P2P流媒體直播系統(tǒng)優(yōu)點

2.1 縮短傳播時間

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間，一般情況下，一個正常的音視頻壓縮軟件，選擇流媒體方式傳輸，在一分鐘以內既可以顯示在用戶計算機上，并且多為連續(xù)播放。即便是選擇用全屏播放的模式，也不會對播放效果產生太大影響，只有在進行快進操作時需要等待一定時間。

2.2 存容量要求低

流媒體選擇用Internet包傳輸為基礎的斷續(xù)異步傳輸模式，傳輸文件中的數(shù)據(jù)將會被分解成多個包，動態(tài)變化的網(wǎng)路會促使各包選擇不同的路由，進而到達用戶計算機的時間延遲各不相同。這樣就決定了客戶端需要緩存系統(tǒng)來彌補延遲與抖動的影響，提高數(shù)據(jù)包傳輸?shù)臏蚀_率，確保所有媒體數(shù)據(jù)均能夠連續(xù)輸出，降低網(wǎng)絡擁堵對數(shù)據(jù)傳輸與播放效果的影響[2]。

2.3 實時傳輸性高

流媒體傳輸實現(xiàn)了特性實時傳輸協(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畫、音視頻等數(shù)據(jù)信息在網(wǎng)上的實時傳輸。

3 P2P流媒體直播系統(tǒng)總體設計分析

3.1 系統(tǒng)框架圖

文章以P2P流媒體直播系統(tǒng)P2PSLTV為例子進行分析，系統(tǒng)主要基于樹狀拓撲協(xié)議與擴展模型，其框架圖如圖1所示。包括兩個服務器，一個為媒體服務器，主要負責流媒體直播源的發(fā)布，建立新的頻道列表，并請求節(jié)點索引服務器發(fā)布新的頻道列表。另一個為節(jié)點索引服務器，主要負責系統(tǒng)內已經(jīng)加入節(jié)點的索引，并記錄各項加入的信息，向節(jié)點提供發(fā)現(xiàn)其他節(jié)點的服務，同時可以周期性的連接PIS，以求獲得相應節(jié)點各項信息。在對系統(tǒng)進行設計時，需要確保MS服務性能滿足實際應用需求，能夠按照需求設置ES服務器，實現(xiàn)與各節(jié)點之間流媒體數(shù)據(jù)的傳輸，對MS服務器存有的缺陷進行完善。在系統(tǒng)傳輸流媒體數(shù)據(jù)時，由MS服務器向各個ES發(fā)送，然后ES存儲并轉發(fā)給與其連接的各個節(jié)點，由Peer再次轉發(fā)給其他Peer[3]。其中，ES與Peer、Peer與Peer之間網(wǎng)絡相對復雜，如果設計不當勢必會對多媒體數(shù)據(jù)的傳輸效果產生一定影響，因此設計時需要加強對此方面的研究。

3.2 工作流程

流媒體數(shù)據(jù)的傳輸從節(jié)點主機開始，對從直播源獲得的數(shù)據(jù)進行各式調整與緩存處理，并將其與鄰居節(jié)點完成數(shù)據(jù)交換。當有直播需求時，數(shù)據(jù)提供者應首先做好直播源服務器MS的配置，然后請求PIS發(fā)布與維護MS建立的頻道，最后MS服務器按照設定完成直播源的直播。另外，普通節(jié)點在獲取頻道數(shù)據(jù)后，會對其進行重新劃分，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。當MS成功與直播源連接后，選擇周期性的方式向PIS報告正在直播的頻道信息，成為該頻道覆蓋網(wǎng)的第一個節(jié)點，這樣其他節(jié)點就可以通過PIS發(fā)現(xiàn)覆蓋網(wǎng)中存在的各個節(jié)點，并進行連接[4]。在其余節(jié)點與MS服務器連接并加入到該頻道覆蓋網(wǎng)后，會向PIS服務器報告自己緩沖窗口內數(shù)據(jù)狀態(tài)。而節(jié)點Peer需要訪問PIS服務器上頻道列表來獲得頻道所有信息，然后通知服務器加入到該頻道覆蓋網(wǎng)中并獲得所有信息。節(jié)點Peer與各節(jié)點連接，并獲取鄰居節(jié)點各項信息，這樣就可以交換緩沖窗口內數(shù)據(jù)信息。最后，Peer向鄰居節(jié)點以及服務器發(fā)出數(shù)據(jù)塊請求，在其獲得一定數(shù)據(jù)信息后，即可以啟動播放器從端點獲得連續(xù)音視頻流進行播放。

3.3 節(jié)點軟件

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)對擴展性、傳輸效果等多方面的要求。設計時可以將系統(tǒng)分為管理調度層、數(shù)據(jù)交換緩沖層、覆蓋網(wǎng)絡層以及網(wǎng)絡接口層，不同系統(tǒng)部分所負責的功能不同。例如網(wǎng)絡接口層，主要負責對流媒體數(shù)據(jù)包進行封裝，并保證其可以在底層網(wǎng)絡上正常傳輸，是系統(tǒng)與外界的接口。通過其可以與各個節(jié)點進行連接，并滿足定時器設計要求，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展。度高網(wǎng)絡層，其主要負責與PIS服務器進行周期性的聯(lián)系，并實現(xiàn)交換數(shù)據(jù)的保存與管理。系統(tǒng)運行時，PIS服務器請求與服務器聯(lián)系，并對得到的各項數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)一保存管理，同時覆蓋網(wǎng)絡層會通過向PIS服務器請求來獲取其他各節(jié)點的信息，來完成P2P覆蓋網(wǎng)絡的構件。

3.4 功能模塊

第一，節(jié)點組織與管理模塊。主要負責各節(jié)點的組織管理，即系統(tǒng)內各節(jié)點可以按照服務能力等級來自行組織成一棵屬性結構，便于整個系統(tǒng)運行的管理與維護。第二，查詢與數(shù)據(jù)選擇模塊。主要實現(xiàn)對系統(tǒng)內各項數(shù)據(jù)的查詢，并按照一定原則，從查詢得到的結果中挑選出合適的數(shù)據(jù)源節(jié)點來完成數(shù)據(jù)的傳輸。第三，質量監(jiān)控模塊。完成各節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸速度的監(jiān)控，一旦監(jiān)測到節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸失敗或者速度嚴重降低的情況，對節(jié)點進行更換，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，信譽機制模塊。主要負責確定信譽值，并且對節(jié)點信譽值以及節(jié)點系統(tǒng)服務進行聯(lián)系，鼓勵各節(jié)點能夠通過積極分項數(shù)據(jù)來提高信譽值，爭取進一步提高系統(tǒng)服務能力。

4 結束語

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量均具有更大的優(yōu)勢，現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛的應用。在對其進行設計研究時，需要了解其所具有的特點，確定系統(tǒng)框架結構，對各個環(huán)節(jié)進行分析，確保整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)挠行?，爭取不斷提高直播系統(tǒng)服務能力。

參考文獻

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

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

[3]趙娟娟.基于P2P技術的流媒體直播系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].武漢理工大學，2009.