一种智能流媒体服务系统及其视频流调度方法与流程

1.本发明涉及流媒体直播技术领域，具体涉及一种智能流媒体服务系统及其视频流调度方法。


背景技术：

2.随着互联网的飞速发展，流媒体技术的应用越来越广泛，从网上广播、电影播放到远程教学以及在线的新闻网站等都用到了流媒体技术。但现有公开文献所报道的大多是利用现有的流媒体服务器来搭建一个流媒体服务系统，或者是针对流媒体数据的编码方式所进行的研究。流媒体服务系统包括采集、处理、编码、封包、推流、传输、转码、分发、解码、播放等过程。现有流媒体服务系统大规模视频流传输资源调度不合理等情况。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种智能流媒体服务系统及其视频流调度方法解决了现有流媒体服务系统大规模视频流传输资源调度不合理的问题。
4.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种智能流媒体服务系统，包括：转码集群、直播集群、平衡集群和边缘集群；
5.所述转码集群用于获取直播用的视频流，并进行转码，得到统一编码的视频流；
6.所述直播集群接收或调取统一编码的视频流，得到视频数据；所述边缘集群用于向平衡集群提供边缘节点服务器的资源数据；所述平衡集群用于调度视频播放请求，并基于边缘节点服务器的资源数据和视频播放请求，发送指定信息；所述边缘集群用于接收指定信息，并调取视频数据，并发送视频数据至播放终端。
7.进一步地，所述转码集群包括：转码中心服务器和转码节点服务器；
8.所述转码中心服务器用于获取直播用的视频流，并分配直播用的视频流给转码节点服务器；所述转码节点服务器将直播用的视频流存入任务队列后，对直播用的视频流进行转码，得到统一编码的视频流。
9.进一步地，所述直播集群包括：直播中心服务器和直播节点服务器；所述直播中心服务器用于接收或调取统一编码的视频流，并分发到直播节点服务器进行流分发，得到视频数据。
10.进一步地，所述边缘集群包括：边缘中心服务器和边缘节点服务器；所述边缘节点服务器用于向边缘中心服务器发送资源数据；所述边缘中心服务器用于获取所有边缘节点服务器的资源数据，将所有边缘节点服务器的资源数据发送至平衡集群；所述平衡集群用于根据所有边缘节点服务器的资源数据和视频播放请求，向边缘中心服务器发送指定信息；所述边缘中心服务器用于根据指定信息指定边缘节点服务器；所述指定的边缘节点服务器用于调取视频数据，并发送视频数据至播放终端。
11.一种智能流媒体服务系统的视频流调度方法，包括以下步骤：
12.s1、通过转码集群和直播集群获取视频数据；
13.s2、通过平衡集群获取播放终端的ip地址、边缘集群的资源数据和传输信息；
14.s3、根据平衡集群获取播放终端的ip地址和边缘集群的资源数据，筛选出指定边缘集群；
15.s4、根据指定边缘集群的传输信息，将指定边缘集群与播放终端建立连接，通过指定边缘集群调取视频数据，并发送至播放终端进行播放，完成视频流的调度。
16.进一步地，所述步骤s1包括以下步骤：
17.s11、通过转码集群获取直播用的视频流，并进行转码，得到统一编码的视频流；
18.s12、通过直播集群接收或调取统一编码的视频流，得到视频数据。
19.进一步地，所述步骤s2包括以下分步骤：
20.s21、通过平衡集群的内部定时器定时扫描注册到平衡集群中的边缘集群状态，得到边缘集群的资源数据和传输信息；
21.s22、在播放终端播放视频前，与平衡集群建立连接，通过平衡集群获取播放终端的ip地址。
22.进一步地，所述步骤s2中边缘集群的资源数据包括：带宽负载和磁盘负载；
23.所述边缘集群的传输信息包括：边缘集群的地址、协议、ip和端口。
24.进一步地，所述步骤s3包括以下分步骤：
25.s31、根据不同的播放终端的ip地址，将不同的播放终端划分到不同区域，得到不同区域的播放终端；
26.s32、将不同区域的播放终端与不同优先顺序的边缘集群关联；
27.s33、根据平衡集群获取播放终端的ip地址，得到该区域的播放终端关联的边缘集群；
28.s34、根据边缘集群的资源数据，按照优先顺序依次筛选出该区域未宕机、带宽使用率和磁盘繁忙度均小于80％的播放终端关联的边缘集群，作为空闲边缘集群；
29.s35、将最高优先级的空闲边缘集群组织成列表，得到最高优先级的边缘集群列表；
30.s36、从最高优先级的边缘集群列表任意挑选一个边缘集群，作为指定边缘集群。
31.上述进一步方案的有益效果为：
32.(1)、上述根据边缘集群提供的边缘集群节点服务器资源情况分配任务给指定边缘集群节点，使资源利用率达到最大化。
33.(2)、调度服务运行时进行了ip匹配，通过定义ip匹配和边缘集群，可以实现播放终端就近访问边缘集群，提高播放终端的响应速度；通过定义ip地址段，但不分配边缘集群，则可以实现屏蔽这些ip地址段观看视频，实现基于ip地址的视频播放安全控制。
34.(3)、调度服务执行时由于考虑了边缘中心服务器的带宽负荷和磁盘繁忙度，并且在优先级相同，负荷不超出阀值的节点上随机调度，实现了具备优先级的负载均衡调度；由于调度时考虑了边缘中心服务器是否宕机，因此也实现了灾难屏蔽，当有边缘中心服务器宕机时，不再将观看终端调度到这些节点上。
35.综上，本发明的有益效果为：
36.(1)、本系统可以通过横向扩展流媒体服务，即根据需求扩展转码集群、直播集群、平衡集群和边缘集群中的服务器，从而提供更高的并发访问量。
37.(2)、本技术选择离用户最近的边缘中心服务器为播放终端服务，从而降低整个系统的资源消耗，均衡的分配了播放任务，达到对播放终端服务的高速服务。
附图说明
38.图1为一种智能流媒体服务系统的系统框图；
39.图2为一种智能流媒体服务系统的视频流调度方法的流程图。
具体实施方式
40.下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
41.如图1所示，一种智能流媒体服务系统，包括：转码集群、直播集群、平衡集群和边缘集群；
42.所述转码集群用于获取直播用的视频流，并进行转码，得到统一编码的视频流；所述直播集群接收或调取统一编码的视频流，得到视频数据；所述边缘集群用于向平衡集群提供边缘节点服务器的资源数据；所述平衡集群用于调度视频播放请求，并基于边缘节点服务器的资源数据和视频播放请求，发送指定信息；所述边缘集群用于接收指定信息，并调取视频数据，并发送视频数据至播放终端。
43.所述转码包括：解码、加密和封装。
44.转码集群包括：转码中心服务器和转码节点服务器；
45.所述转码中心服务器用于获取直播用的视频流，并分配直播用的视频流给转码节点服务器；所述转码节点服务器将直播用的视频流存入任务队列后，对直播用的视频流进行转码，得到统一编码的视频流。
46.直播集群包括：直播中心服务器和直播节点服务器；
47.所述直播中心服务器用于接收或调取统一编码的视频流，并分发到直播节点服务器进行流分发，得到视频数据。
48.边缘集群包括：边缘中心服务器和边缘节点服务器；
49.所述边缘节点服务器用于向边缘中心服务器发送资源数据；所述边缘中心服务器用于获取所有边缘节点服务器的资源数据，将所有边缘节点服务器的资源数据发送至平衡集群；所述平衡集群用于根据所有边缘节点服务器的资源数据和视频播放请求，向边缘中心服务器发送指定信息；所述边缘中心服务器用于根据指定信息指定边缘节点服务器；所述指定的边缘节点服务器用于调取视频数据，并发送视频数据至播放终端。
50.转码集群、直播集群、平衡集群和边缘集群间的通信协议包括：rtmp、rtsp、webrtc、ts、rtp、rtcp、udp和tcp。
51.边缘集群与播放终端间的通信协议包括：rtmp、rtsp、hls、http
‑
hlv、udp和tcp。
52.用户可根据需求选择不同协议来实现可靠传输(rtmp，rtsp，webrtc，ts)与不可靠传输方式(rtp，rtcp)，并且不可靠传输与udp协议同步，具有高传输效率；而可靠传输与tcp协议同步，一定程度上效率低于udp。
53.此外，本系统还可以包括存储集群，存储传输过程的视频数据，存储集群和直播集群中存储的内容大小远大于一个特定地域的边缘集群的存储空间，单一边缘集群不能也不必要缓存全部内容，而是按需地缓存观众需要观看的内容；视频内容按照一定的规则均匀缓存在边缘集群的各个边缘节点上(即边缘节点服务器)。
54.如图2所示，一种智能流媒体服务系统的视频流调度方法，包括以下步骤：
55.s1、通过转码集群和直播集群获取视频数据；
56.所述步骤s1包括以下步骤：
57.s11、通过转码集群获取直播用的视频流，并进行转码，得到统一编码的视频流；
58.s12、通过直播集群接收或调取统一编码的视频流，得到视频数据。
59.视频的编码格式包括：h264和h265，音频编码格式包括aac
‑
lc、aac
‑
he和aac
‑
hev2。
60.s2、通过平衡集群获取播放终端的ip地址、边缘集群的资源数据和传输信息；
61.步骤s2包括以下分步骤：
62.s21、通过平衡集群的内部定时器定时扫描注册到平衡集群中的边缘集群状态，得到边缘集群的资源数据和传输信息；
63.s22、在播放终端播放视频前，与平衡集群建立连接，通过平衡集群获取播放终端的ip地址。
64.步骤s2中边缘集群的资源数据包括：带宽负载和磁盘负载；
65.所述边缘集群的传输信息包括：边缘集群的地址、协议、ip和端口。
66.s3、根据平衡集群获取播放终端的ip地址和边缘集群的资源数据，筛选出指定边缘集群；
67.步骤s3包括以下分步骤：
68.s31、根据不同的播放终端的ip地址，将不同的播放终端划分到不同区域，得到不同区域的播放终端；
69.s32、将不同区域的播放终端与不同优先顺序的边缘集群关联；
70.s33、根据平衡集群获取播放终端的ip地址，得到该区域的播放终端关联的边缘集群；
71.在具体实施过程中，可以先设置一个ip匹配表，并在ip匹配表中定义一个ip范围为0.0.0.0
–
255.255.255.255即全匹配的区域用于调度没有匹配到的播放终端，根据播放终端的ip地址，查找ip匹配表，得到该区域的播放终端关联的边缘集群。
72.s34、根据边缘集群的资源数据，按照优先顺序依次筛选出该区域未宕机、带宽使用率和磁盘繁忙度均小于80％的播放终端关联的边缘集群，作为空闲边缘集群；
73.一旦没有适配到合适的边缘集群则把没有宕机的，但是资源超出负荷的节边缘集群组织成列表，随机挑选。
74.s35、将最高优先级的空闲边缘集群组织成列表，得到最高优先级的边缘集群列表；
75.s36、从最高优先级的边缘集群列表任意挑选一个边缘集群，作为指定边缘集群。
76.s4、根据指定边缘集群的传输信息，将指定边缘集群与播放终端建立连接，通过指定边缘集群调取视频数据，并发送至播放终端进行播放，完成视频流的调度。