CN102196298A - 一种分布式视频点播系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了分布式视频点播系统，包括：至少两个以上的视频服务器，用于存储视频文件；网络服务器，用于接收用户发送的视频播放请求，并向调度服务器发送视频信息检索请求，并将获取的检索信息发送给用户端；调度服务器，用于根据用户发送的视频播放请求基于视频服务器中的负载参数确立至少两个以上的视频服务器中的一个视频服务器与用户所在的客户端建立视频点播通道。本发明实施例还公开了一种分布式视频点播方法，通过实施本发明实施例，通过高吞吐量使得服务能够更快的为用户提供服务，明显改善用户体验。

Description

一种分布式视频点播系统与方法

技术领域

本发明涉及数字家庭技术领域，具体涉及一种分布式视频点播系统与方法。

背景技术

随着社会信息化的快速发展，交互电视与多媒体技术早已成为人们关注的热点。传统的电视系统信息单向传送，用户只能被动接收。而视频点播是以“选择控制权在用户”的崭新概念为基础的双向视音频信息系统，实现了按用户需要播放视音频节目的理想。视频点播是二十世纪90年代在美国发展起来的，英文称为VOD(Video on Demand)，也称为交互式电视点播系统。与现有的有线电视不同，点播电视可以让用户自由地选择播放的节目，并且立即得到响应，它是一种新型的非对称全双工通信模式的电视业务。系统用户可以坐在家里的电视机前，通过遥控器和菜单，在可能的条件下选择喜爱的电视、电影和新闻节目。

VOD即视频点播是利用视频服务器存储视频节目和其他多媒体信息，通过传输网络和客户端设备向用户提供交互式视频服务的系统。其中视频服务器是VOD系统的核心，它的稳定程度和性能，关系到整个系统的性能。负载均衡是由多台服务器以对称的方式组成一个服务器集合，每台服务器都具有等价的地位，都可以单独对外提供服务而无须其他服务器的辅助。通过某种负载分担技术，将外部发送来的请求均匀分配到对称结构中的某一台服务器上，而接收到请求的服务器独立地回应客户的请求。当前的视频点播服务器普遍存在缺乏良好负载均衡的能力。因而需要设计适合的存储系统来提高负载能力以及I/O吞吐量。

现有通用的视频存储方式就是以文件为单位按连续的方式存储。文件的存储可以从逻辑和物理两个角度来看。文件的逻辑组织通常分为两种形式，即有结构文件（记录文件）和无结构文件（字符流文件）。文件的物理组织有以下几种方式：连续文件、串联文件和索引文件。这里所说的以文件为单位按连续的方式存储不是指上面的逻辑或物理组织形式。这种方式具体来说就是将同一个文件放在同一存储设备上。一个文件只能在同一时刻只能接受一个请求。

连续媒体流的存储有自己的特点，当几个用户请求同时读同一媒体文件的不同位置时，磁头必须来回移动(有10毫秒级的寻道时间)读取不同的位置，引起磁头抖动，这会严重影响磁盘的读出效率。同时，不同的存储介质，有不同的读出速率和寻道延迟，也会影响服务器的响应时间，对于大规模访问这就成为一个提高吞吐量的瓶颈。

发明内容

针对现有的视频点播的吞吐量的问题，解决现有视频点播系统支持更大的吞吐率、更大的并发流读取以及更小的客户延迟，本发明实施例通过在分布式视频服务器中，提供分布式视频系统以及相应的方法，来实现更好的负载平衡与更高吞吐量和更小的延迟。

为了实现发明目的，本发明实施例公开了一种分布式视频点播系统，包括：

至少两个以上的视频服务器，用于存储视频文件，在收到用户所请求的视频点播请求之后，计算每一个视频服务器中的负载参数和根据负载参数与客户端建立视频点播通道的规则，所述至少两个以上的视频服务器中的一个视频服务器将视频文件按照策略播放给用户；

网络服务器，用于接收用户发送的视频播放请求，并向调度服务器发送视频信息检索请求，并将获取的检索信息发送给用户端；

调度服务器，用于根据用户发送的视频播放请求基于视频服务器中的负载参数确立至少两个以上的视频服务器中的一个视频服务器与用户所在的客户端建立视频点播通道。

所述两个以上的视频服务器将一个整体视频文件分为至少两个以上的子视频文件分片存储，所述整体视频文件按照策略分成至少两个以上的子视频文件分别存储在至少两个以上的视频服务器中；所述至少两个以上的视频服务器中约束了子视频文件中的存储容量规格、子视频文件在两个以上的视频服务器中的存储先后顺序、对整体视频文件删除与管理办法、以及统计两个以上的视频服务器中每一视频服务器的负载参数和根据负载参数与客户端建立视频点播通道的规则，所述负载参数包括CPU使用率、线程数量、磁盘使用率，所述视频点播通道的规则为将至少两个以上的视频服务器中的负载小以及存储有用户所请求的子视频文件。

所述系统还包括一中央服务器，所述中央服务器与至少两个以上的视频服务器建立通信，在两个以上的视频服务器没有用户所请求的视频文件时，两个以上的视频服务器根据计算的负载参数，负载小的视频服务器通过中央服务器获取视频文件，并为用户所在的客户端提供视频文件。

相应的，本发明实施例还公开了一种分布式视频点播方法，包括：

网络服务器接收用户发送的视频点播请求之后，将视频点播请求发送给调度服务器；

调度服务器根据视频点播请求检索视频文件信息，根据至少两个以上的视频服务器的负载参数确立一个视频服务器为用户所在的客户端提供视频点播服务；

在收到用于调度服务器返回的检索视频文件信息之后，与确立的视频服务器建立视频点播通道获取视频文件。

所述两个以上的视频服务器将一个整体视频文件分为至少两个以上的子视频文件分片存储，所述整体视频文件按照策略分成至少两个以上的子视频文件分别存储在至少两个以上的视频服务器中；

所述调度服务器根据视频点播请求检索视频文件信息，根据至少两个以上的视频服务器的负载参数确立一个视频服务器为用户所在的客户端提供视频点播服务包括：

所述至少两个以上的视频服务器中存储了子视频文件的视频服务器计算自己的负载参数；

根据负载参数确立存储了子视频文件的视频服务器中的一个视频服务器为用户所在的客户端提供视频点播服务；

所述确立的视频服务器根据子视频文件排布规则缓冲成一个完整的视频文件；

在与用户所在的客户端建立视频点播通道后，将所述完整的视频文件基于点播通道播放给用户所在的客户端观看。

所述至少两个以上的视频服务器中约束了子视频文件中的存储容量规格、子视频文件在两个以上的视频服务器中的存储先后顺序、对整体视频文件删除与管理办法、以及统计两个以上的视频服务器中每一视频服务器的负载参数和根据负载参数与客户端建立视频点播通道的规则，所述负载参数包括CPU使用率、线程数量、磁盘使用率，所述视频点播通道的规则为将至少两个以上的视频服务器中的负载小以及存储有用户所请求的子视频文件。

在调度服务器根据视频点播请求检索到至少两个以上的视频服务器中没有存储的视频文件时 ，所述调度服务器根据视频点播请求检索视频文件信息，根据至少两个以上的视频服务器的负载参数确立一个视频服务器为用户所在的客户端提供视频点播服务包括：

所述至少两个以上的视频服务器中的视频服务器计算自己的负载参数；

根据负载参数确立视频服务器中的一个视频服务器为用户所在的客户端提供视频点播服务；

所述确立的视频服务器根据视频点播请求与中央处理器建立通信，基于中央处理器获取缓存的视频文件；

在与用户所在的客户端建立视频点播通道后，将所述缓存的视频文件基于点播通道播放给用户所在的客户端观看。

所述根据负载参数确立视频服务器中的一个视频服务器为用户所在的客户端提供视频点播服务包括：

两个以上的视频服务器根据计算的负载参数，负载小的视频服务器通过中央服务器获取视频文件，并为用户所在的客户端提供视频文件。

本发明具有以下优点：本发明的通过提供一种分布式点播系统及方法，基于视频点播服务系统，计算分布式系统中每一视频服务器中的负载参数，基于负载低的视频服务器为用户提供视频点播服务，更好的实现负载平衡与更高吞吐量。通过高吞吐量使得服务能够更快的为用户提供服务，明显改善用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的视频文件基于分布式视频点播系统中分片存储结构示意图；

图2为本发明实施例中的分布式视频点播系统组成结构示意图；

图3为本发明实施例中的分布式视频点播系统架构图；

图4为本发明实施例中的分布式系统点播方法流程图；

图5为本发明实施例中的分布式系统点播方法另一流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中的一种分布式视频点播系统，包括了两个或者以上的视频服务器，用于存储视频文件，在收到用户所请求的视频点播请求之后，计算每一个视频服务器中的负载参数和根据负载参数与客户端建立视频点播通道的规则，这里的至少两个以上的视频服务器中的一个视频服务器将视频文件按照策略播放给用户；网络服务器，用于接收用户发送的视频播放请求，并向调度服务器发送视频信息检索请求，并将获取的检索信息发送给用户端；调度服务器，用于根据用户发送的视频播放请求基于视频服务器中的负载参数确立至少两个以上的视频服务器中的一个视频服务器与用户所在的客户端建立视频点播通道。

这里的视频服务器群可以将一个整体视频文件分为至少两个以上的子视频文件分片存储，该整体视频文件按照策略分成至少两个以上的子视频文件分别存储在至少两个以上的视频服务器中；该至少两个以上的视频服务器中约束了子视频文件中的存储容量规格、子视频文件在两个以上的视频服务器中的存储先后顺序、对整体视频文件删除与管理办法、以及统计两个以上的视频服务器中每一视频服务器的负载参数和根据负载参数与客户端建立视频点播通道的规则，该负载参数包括CPU使用率、线程数量、磁盘使用率，该视频点播通道的规则为将至少两个以上的视频服务器中的负载小以及存储有用户所请求的子视频文件。

该系统还可以包括一中央服务器，中央服务器与视频服务器群建立通信，在两个以上的视频服务器没有用户所请求的视频文件时，两个以上的视频服务器根据计算的负载参数，负载小的视频服务器通过中央服务器获取视频文件，并为用户所在的客户端提供视频文件。

基于上述系统架构，本发明的一种分布式视频点播方法包括：

网络服务器接收用户发送的视频点播请求之后，将视频点播请求发送给调度服务器；

调度服务器根据视频点播请求检索视频文件信息，根据至少两个以上的视频服务器的负载参数确立一个视频服务器为用户所在的客户端提供视频点播服务；

在收到用于调度服务器返回的检索视频文件信息之后，与确立的视频服务器建立视频点播通道获取视频文件。

该方法中两个以上的视频服务器将一个整体视频文件分为至少两个以上的子视频文件分片存储，所述整体视频文件按照策略分成至少两个以上的子视频文件分别存储在至少两个以上的视频服务器中；

这里的调度服务器根据视频点播请求检索视频文件信息，根据至少两个以上的视频服务器的负载参数确立一个视频服务器为用户所在的客户端提供视频点播服务包括：

至少两个以上的视频服务器中存储了子视频文件的视频服务器计算自己的负载参数；

根据负载参数确立存储了子视频文件的视频服务器中的一个视频服务器为用户所在的客户端提供视频点播服务；

该确立的视频服务器根据子视频文件排布规则缓冲成一个完整的视频文件；

在与用户所在的客户端建立视频点播通道后，将所述完整的视频文件基于点播通道播放给用户所在的客户端观看。

至少两个以上的视频服务器中约束了子视频文件中的存储容量规格、子视频文件在两个以上的视频服务器中的存储先后顺序、对整体视频文件删除与管理办法、以及统计两个以上的视频服务器中每一视频服务器的负载参数和根据负载参数与客户端建立视频点播通道的规则，所述负载参数包括CPU使用率、线程数量、磁盘使用率，所述视频点播通道的规则为将至少两个以上的视频服务器中的负载小以及存储有用户所请求的子视频文件。

在调度服务器根据视频点播请求检索到至少两个以上的视频服务器中没有存储的视频文件时 ，所述调度服务器根据视频点播请求检索视频文件信息，根据至少两个以上的视频服务器的负载参数确立一个视频服务器为用户所在的客户端提供视频点播服务包括：

所述至少两个以上的视频服务器中的视频服务器计算自己的负载参数；

根据负载参数确立视频服务器中的一个视频服务器为用户所在的客户端提供视频点播服务；

所述确立的视频服务器根据视频点播请求与中央处理器建立通信，基于中央处理器获取缓存的视频文件；

在与用户所在的客户端建立视频点播通道后，将所述缓存的视频文件基于点播通道播放给用户所在的客户端观看。

所述根据负载参数确立视频服务器中的一个视频服务器为用户所在的客户端提供视频点播服务包括：

两个以上的视频服务器根据计算的负载参数，负载小的视频服务器通过中央服务器获取视频文件，并为用户所在的客户端提供视频文件。

基于上述思维，以下根据图例详细说本发明实施例中的实现过程。

本发明提供了一种基于视频分片的分布式存储系统，与以往的连续存储方式不同的是，该方法把一个视频文件按照一定的策略分成很多块分别存储在不同的视频服务器上。这可以避免当几个用户请求同时读同一媒体文件的不同位置时，磁头必须来回移动读取不同的位置，因为他们存储在不同的视频服务器上，这同时也实现了负载平衡。这种存储方式如图1所示，video1被平均的分成了八片，一共有五台服务器，这八片在视频服务器的分布如图所示。同时没分片还保存了下一分片所在的位置信息。无论是在中央服务器还是视频服务器都采用这样的存储方式。

在这种存储方式的基础上构建一种分布式存储系统，他能够有效的提高I/O吞吐量与负载平衡。这种分布式存储系统的视频点播请求流程如图2所示，对应的视频点播分布式集群体系结构如3所示。

下面结合图2对系统的组成进行说明：本系统由web服务器，调度服务器，视频服务器群和中央服务器。各部分的功能如下：

Web服务器主要负责客户端请求，向客调度服务器发出视频信息检索请求已经将获得的检索信息返回给客户端。

调度服务器主要负责各视频服务器视频信息，分块信息的管理以供web服务器查询，根据各服务器的负载调度服务器。

视频服务器主要负责分片保存视频，从中央服务器下载视频，当存储空间不够时按播放热度将没有那么热播的视频删除。以及相应片段的存储容量设置，比如每片的大小为20M，若小于20M则按实际大小存储，当然也可以设置为其他容量等等。

中央服务器主要负责所有视频的保存和视频服务器的视频请求。

下面结合图2说明视频点播流程（虚线部分是当本地视频服务器没有客户端请求的视频时所要执行的部分）：

第一步：客户端向web服务器发出视频播放请求；

第二步：web服务器将接收到的客户端请求提交给调度服务器；

第三步：调度服务器检索客户端请求的视频信息，若本地服务器存有该视频，那么根据视频服务器目前的cpu使用率，线程数目，磁盘使用率确定使用那台服务器为客户端服务，转第四步；若没有转第七步；

第四步：将检索到的视频信息返回给web服务器，web服务器再返回给客户端；

第五步：客户端根据检索系统向视频服务器发起连接；

第六步：视频服务器将视频分片返回给客户端，当一个分片传输完时重定位到下一个分片直到传输完成；

第七步：调度服务器根据负载通知视频服务器去中央服务器下载所需视频分片；

第八步：视频服务器向中央服务器获取视频分片，同时在调度服务器端更新视频信息，接着转第四步，在转第四步的同时视频服务器继续从中央服务器获取这个视频的其他分片。

下面结合图功能部件交互图4进一步说明基于分片基础上的分布式点播系统（这是针对本地视频服务器存有请求视频的情况）：

S11，客户端向web服务器发送播放请求；

S12，web服务器发出请求调度；

S13，检索看是否有所请求的视频分片，若有则转S14；

S14，按视频服务器的cpu使用率，磁盘利用率，进程数量计算负载，选择负载最小并且存有这个分片的视频为客户端服务；

S15, 将检索的播放信息返回给web服务器，信息主要包括要连接的视频服务器的地址，请求视频名，视频分片ID；

S16，将检索的播放信息返回给web客户端；

S17，客户端根据返回的检索信息向服务器发起连接请求；

S18， 视频服务器返回视频分片，当一个分片传输完时重定位到下一个分片直到传输完成。

下面结合图功能部件交互图5进一步说明基于分片基础上的分布式点播系统（这是针对本地视频服务器没有存有请求视频的情况）：

S21，S22， 这两步与S11，S12是一样的；

S23，检索视频信息，发现视频服务器上没有改视频信息；

S24，通知负载最低的视频去中央服务器下载视频；

S25，视频服务器向中央服务器发出视频请求；

S26，中央服务器返回视频分片；

S27，视频服务器获得视频分片后通知调度服务器更新视频分片信息，同时通知web服务器，另外，视频服务器还不断的请求这个视频的其他所有分片做为缓冲；

之后的所有步骤 S28，S 29，S 30，S 31 与S 16，S 17，S 18，S19是一样的。

本发明的通过提供一种分布式点播系统及方法，基于视频点播服务系统，计算分布式系统中每一视频服务器中的负载参数，基于负载低的视频服务器为用户提供视频点播服务，更好的实现负载平衡与更高吞吐量。通过高吞吐量使得服务能够更快的为用户提供服务，明显改善用户体验。

以上对本发明实施例所提供的一种分布式视频点播系统与方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种分布式视频点播系统，其特征在于，包括：

至少两个以上的视频服务器，用于存储视频文件，在收到用户所请求的视频点播请求之后，计算每一个视频服务器中的负载参数和根据负载参数与客户端建立视频点播通道的规则，所述至少两个以上的视频服务器中的一个视频服务器将视频文件按照策略播放给用户；

网络服务器，用于接收用户发送的视频播放请求，并向调度服务器发送视频信息检索请求，并将获取的检索信息发送给用户端；

调度服务器，用于根据用户发送的视频播放请求基于视频服务器中的负载参数确立至少两个以上的视频服务器中的一个视频服务器与用户所在的客户端建立视频点播通道。

2.如权利要求1所述的分布式视频点播系统，其特征在于，所述两个以上的视频服务器将一个整体视频文件分为至少两个以上的子视频文件分片存储，所述整体视频文件按照策略分成至少两个以上的子视频文件分别存储在至少两个以上的视频服务器中；所述至少两个以上的视频服务器中约束了子视频文件中的存储容量规格、子视频文件在两个以上的视频服务器中的存储先后顺序、对整体视频文件删除与管理办法、以及统计两个以上的视频服务器中每一视频服务器的负载参数和根据负载参数与客户端建立视频点播通道的规则，所述负载参数包括CPU使用率、线程数量、磁盘使用率，所述视频点播通道的规则为将至少两个以上的视频服务器中的负载小以及存储有用户所请求的子视频文件。

3.如权利要求1所述的分布式视频点播系统，其特征在于，所述系统还包括一中央服务器，所述中央服务器与至少两个以上的视频服务器建立通信，在两个以上的视频服务器没有用户所请求的视频文件时，两个以上的视频服务器根据计算的负载参数，负载小的视频服务器通过中央服务器获取视频文件，并为用户所在的客户端提供视频文件。

4.一种分布式视频点播方法，其特征在于，包括：

网络服务器接收用户发送的视频点播请求之后，将视频点播请求发送给调度服务器；

调度服务器根据视频点播请求检索视频文件信息，根据至少两个以上的视频服务器的负载参数确立一个视频服务器为用户所在的客户端提供视频点播服务；

在收到用于调度服务器返回的检索视频文件信息之后，与确立的视频服务器建立视频点播通道获取视频文件。

5.如权利要求4所述的分布式视频点播方法，其特征在于，所述两个以上的视频服务器将一个整体视频文件分为至少两个以上的子视频文件分片存储，所述整体视频文件按照策略分成至少两个以上的子视频文件分别存储在至少两个以上的视频服务器中；

所述调度服务器根据视频点播请求检索视频文件信息，根据至少两个以上的视频服务器的负载参数确立一个视频服务器为用户所在的客户端提供视频点播服务包括：

所述至少两个以上的视频服务器中存储了子视频文件的视频服务器计算自己的负载参数；

根据负载参数确立存储了子视频文件的视频服务器中的一个视频服务器为用户所在的客户端提供视频点播服务；

所述确立的视频服务器根据子视频文件排布规则缓冲成一个完整的视频文件；

在与用户所在的客户端建立视频点播通道后，将所述完整的视频文件基于点播通道播放给用户所在的客户端观看。

6.如权利要求5所述的分布式视频点播方法，其特征在于，所述至少两个以上的视频服务器中约束了子视频文件中的存储容量规格、子视频文件在两个以上的视频服务器中的存储先后顺序、对整体视频文件删除与管理办法、以及统计两个以上的视频服务器中每一视频服务器的负载参数和根据负载参数与客户端建立视频点播通道的规则，所述负载参数包括CPU使用率、线程数量、磁盘使用率，所述视频点播通道的规则为将至少两个以上的视频服务器中的负载小以及存储有用户所请求的子视频文件。

7.如权利要求4所述的分布式视频点播方法，其特征在于，在调度服务器根据视频点播请求检索到至少两个以上的视频服务器中没有存储的视频文件时 ，所述调度服务器根据视频点播请求检索视频文件信息，根据至少两个以上的视频服务器的负载参数确立一个视频服务器为用户所在的客户端提供视频点播服务包括：

所述至少两个以上的视频服务器中的视频服务器计算自己的负载参数；

根据负载参数确立视频服务器中的一个视频服务器为用户所在的客户端提供视频点播服务；

所述确立的视频服务器根据视频点播请求与中央处理器建立通信，基于中央处理器获取缓存的视频文件；

在与用户所在的客户端建立视频点播通道后，将所述缓存的视频文件基于点播通道播放给用户所在的客户端观看。

8.如权利要求7所述的分布式视频点播系统，其特征在于，所述根据负载参数确立视频服务器中的一个视频服务器为用户所在的客户端提供视频点播服务包括：

两个以上的视频服务器根据计算的负载参数，负载小的视频服务器通过中央服务器获取视频文件，并为用户所在的客户端提供视频文件。

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