陳 晶

（江蘇城鄉(xiāng)建設(shè)職業(yè)學(xué)院，江蘇 常州 213000）

一、流媒體技術(shù)概念

流媒體是一項由多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)整合而成的新技術(shù)，其包括數(shù)據(jù)的采集、傳輸、壓縮、存儲等基礎(chǔ)技術(shù)。

流媒體是可以使其他的多媒體、音頻和視頻文件能夠在互聯(lián)網(wǎng)上可以直接下載，不需要過多的等待、實時的進行自由播放。簡而言之，把相互連續(xù)的聲音和影像信息經(jīng)過壓縮而分化成不同的壓縮包，然后儲存在服務(wù)器上，讓用戶能一邊觀看一邊下載，而且不需等整個的壓縮文件都下載到自己機器后才能收看。為了消除網(wǎng)絡(luò)的連接速率的抖動，而一般會先在使用端電腦上創(chuàng)建一個緩沖區(qū)，然后在播放之前預(yù)先下載一段，播放程序取這一段緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)進行播放。在播放時，多媒體文件的剩余部分則在后臺繼續(xù)下載，之后在緩沖區(qū)內(nèi)進行填充。流媒體是很多網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在經(jīng)過整合以后所產(chǎn)生的新技術(shù)。它涉及流媒體的數(shù)據(jù)采集、傳輸、壓縮、存儲等。

二、P2P在流媒體中的應(yīng)用

對等網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)階段的非常熱門應(yīng)用，它在不同的計算機的用戶之間，數(shù)據(jù)可以直接進行交換。這種方式改變了以往的客戶/服務(wù)器的模式。在P2P流媒體的網(wǎng)絡(luò)里面，每一個節(jié)點地位是相同的，可作服務(wù)的使用者，同時也可作服務(wù)的提供者。P2P Streaming(Peer to Peer Streaming Media)也就是“點對點的流媒體的技術(shù)”。從技術(shù)的角度看，P2P流媒體是流媒體技術(shù)和P2P技術(shù)結(jié)合。

三、視頻點播系統(tǒng)技術(shù)難點

（一）流媒體數(shù)據(jù)存儲和內(nèi)容分發(fā)

1.流媒體的數(shù)據(jù)存儲在點播視頻的技術(shù)中，數(shù)據(jù)存儲是其中的一個主要的技術(shù)，在點播系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲設(shè)計主要是從存儲空間和數(shù)據(jù)的讀取速度兩個方面進行考慮。而現(xiàn)在對于數(shù)據(jù)讀取方式結(jié)構(gòu)可以分為三種：分布式、集中式和分段協(xié)作存儲。

（1）集中式的存儲方式。也稱完全共享的存儲方式，是典型集群式視頻點播系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)存儲方式，這種數(shù)據(jù)存儲方式的每一個視頻服務(wù)器節(jié)點可通過網(wǎng)絡(luò)的直接訪問，所有數(shù)據(jù)不經(jīng)過其他節(jié)點，這種方式最大的特點在于視頻服務(wù)的任務(wù)的遷移和調(diào)度比較容易實現(xiàn)；可以把節(jié)點從數(shù)據(jù)存儲管理中釋放出來，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲相互分離，與此同時對于節(jié)點之間的內(nèi)部通信的寬帶不能夠占用。

（2）分布式的存儲方式。關(guān)于分布式的存儲方式一共有兩種，一種是完整的存儲方式，這種方式主要是把數(shù)據(jù)獨立完整的存儲在某臺視頻的服務(wù)器上，但是同樣的一個節(jié)目可能在不同的服務(wù)器中，但是這樣一個服務(wù)器上的同一個節(jié)目的信息也不會互相影響。另一種是分段協(xié)作的存儲方式，主要采用了條紋化的技術(shù)把視頻上的數(shù)據(jù)分布在各個不同視頻的服務(wù)器上，這樣所有的服務(wù)器都能夠參與到服務(wù)中。

（3）分段協(xié)作的存儲方式。采用分段協(xié)作的存儲方式是常用的存儲方式，有很多的服務(wù)策略是把視頻的文件分成不同的階段進行服務(wù)的。對于這種方式而言，存在著兩個方面的問題。分段協(xié)作的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)目數(shù)據(jù)的簡單化，并且使用服務(wù)策略能夠使服務(wù)器的荷載均衡，在這種情況下，存在一定的缺點，因為節(jié)目分片存儲在不同的服務(wù)器里面，如果任何服務(wù)器不能工作，將會影響系統(tǒng)。在服務(wù)器的數(shù)量不斷增多的情況下，系統(tǒng)可能存在的故障將會不斷增加。要想實現(xiàn)節(jié)目數(shù)據(jù)的分段管理和分段存儲都需要新的文件系統(tǒng)系統(tǒng)進行支撐，而且這種方式的服務(wù)策略非常的復(fù)雜，實現(xiàn)這些工作量是非常大的。

2.流媒體數(shù)據(jù)分發(fā)在P2P流媒體的系統(tǒng)中，媒體流可以分成不同的數(shù)據(jù)階段。隨著播放進度的前移，請求節(jié)點鄰居節(jié)點可能不能提供它需要媒體的數(shù)據(jù)段，這是由于可供服務(wù)的Peer節(jié)點服務(wù)能力不足，不同的Peer節(jié)點服務(wù)能力也不相同，Peer節(jié)點還能隨時的退出系統(tǒng)，而造成其它的部分的節(jié)點流的傳輸中斷。從而導(dǎo)致了請求的節(jié)點播放暫停，也就影響了用戶的播放體驗。另外P2P流媒體技術(shù)本身也是特別的，如果有媒體的數(shù)據(jù)傳輸持續(xù)時間長，帶寬占用的資源就高。所以在內(nèi)容分發(fā)的研究過程里，面臨著非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

（二）流媒體數(shù)據(jù)緩存

P2P流媒體分發(fā)系統(tǒng)中，每一個Peer節(jié)點將收到媒體的數(shù)據(jù)所擁有的緩存供其鄰居節(jié)點取得。對直播的系統(tǒng)來說Peer節(jié)點播放的時候通常采用的是視頻源播出的時序決定的。雖在某個時刻，收到視頻的數(shù)據(jù)相對于視頻源已經(jīng)落后了，但是在后續(xù)的播放里和相鄰Peer節(jié)點播放的時間比較相近，而緩存分片的內(nèi)容相似度較高，緩存的處理比較簡單。而對點播的系統(tǒng)，針對某視頻文件的初始播放時間和順序，由每一個節(jié)點的加入系統(tǒng)時進行確定。在Peer的節(jié)點加入到系統(tǒng)時間點的離散情況下時，系統(tǒng)存儲的數(shù)量是非常大的，進行視頻的點播系統(tǒng)設(shè)計時，不僅是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、服務(wù)策略選擇非常重要，系統(tǒng)數(shù)據(jù)的緩存策略同樣非常重要，數(shù)據(jù)布局不能影響系統(tǒng)服務(wù)的性能，同時和服務(wù)策略也緊密相關(guān)。各節(jié)點的播放是不同時間點上面的視頻內(nèi)容，造成節(jié)點間的緩存數(shù)據(jù)段的重合度比較低。若系統(tǒng)里媒體數(shù)據(jù)的緩存機制性能低，節(jié)點從系統(tǒng)里其他的Peer節(jié)點中下載得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)是比較困難的。而且會不斷的向服務(wù)器發(fā)送請求，從而加重了服務(wù)器的承載量，因此對高效媒體的數(shù)據(jù)段的緩存機制是必須的，通過增加Peer節(jié)點本身的緩存服務(wù)能力，降低了服務(wù)器負(fù)載壓力。

緩存策略是確定媒體的對象如何在緩存節(jié)點里，使每一個節(jié)點都可高效訪問媒體對象。這“高效”往往用指標(biāo)描述，例如訪問的時間和訪問的安全性。但是優(yōu)化和目標(biāo)往往是互相沖突的，若將網(wǎng)絡(luò)看為整體，在網(wǎng)絡(luò)上使用一種緩存策略是很難滿足相互沖突的各種需求的，如訪問的延時和訪問的可靠性彼此沖突。所以人們把對等的網(wǎng)層次化，不同層次也有不相同的需求起主導(dǎo)作用，并且根據(jù)需要對相關(guān)的緩存算法進行設(shè)計。對網(wǎng)絡(luò)里面的節(jié)點分層是P2P系統(tǒng)節(jié)點有效的分組思想，將整個對等網(wǎng)分為兩層：由若干個相鄰節(jié)點構(gòu)成的組；由所有的組構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，并且分別設(shè)計了用于各組之間的緩存技術(shù)。具體來說把彼此的訪問時間要小于某閾值節(jié)點為一個組，這樣組內(nèi)的媒體分發(fā)關(guān)鍵是大幅度提高了訪問的可操作性，相應(yīng)組內(nèi)緩存策略是優(yōu)化這指標(biāo)；組間媒體的分發(fā)關(guān)鍵是降低訪問的時間，相鄰組間的緩存策略的目標(biāo)是對指標(biāo)進行優(yōu)化。

四、緩存替換策略

在本文策略里，任何請求相同節(jié)目頻道節(jié)點都處在一個會話的過程里。整個緩存策略分兩部分：正在播放緩存和基于分段的緊迫度和供需差的硬盤預(yù)測緩存。

服務(wù)概率的大小決定了一個段價值的高低，為其它節(jié)點提供服務(wù)的概率大價值就高，提高了P2P的利用率，就是降低了邊緣服務(wù)器的壓力。作者通過分段的緊迫度和供需差的計算，優(yōu)先緩存供需差和緊迫度高的流行度分段，第一可以減少服務(wù)器的壓力，第二能提前將用戶需要的的文件緩存到硬盤中，這樣播放的緩沖區(qū)需這個分段的時候，可以直接放到緩沖區(qū)當(dāng)中，最大限度的降低視頻播放的延時。如圖1所示。

圖1 播放緩存置換策略流程圖

五、對緩存策略的影響

在緩存策略里面，系統(tǒng)的性能由客戶端采用的大空間所影響，在以往傳統(tǒng)的緩存策略里面，存儲的空間設(shè)置一般較小。例如：按照數(shù)據(jù)分段30M的大小來計算，通常可以播放5分鐘，但是這個方案存在的問題是，緩存的空間不那么充分的時侯，在緩存空間頻繁的調(diào)入調(diào)出，就發(fā)生“顛簸”現(xiàn)象，觀眾的直觀視覺就是卡頓。但是如果開辟的存儲空間過大，雖然命中率相對的增加了，但是內(nèi)存的空間就相對的減少了，從而使得存儲數(shù)據(jù)不完整和空間的浪費；另一個方面，緩存數(shù)據(jù)會由于文件不完整而不能提供服務(wù)，降低系統(tǒng)里能服務(wù)的節(jié)點數(shù)，仍然將影響到系統(tǒng)的性能。本文根據(jù)路由搜索算法及節(jié)點的性能決定了具體存儲的空間設(shè)置方案，在滿足節(jié)點需求的同時也能夠最優(yōu)性能上的要求。

六、結(jié)語

緩存技術(shù)是流媒體系統(tǒng)里面的關(guān)鍵技術(shù)，緩存技術(shù)能夠有效降低服務(wù)器的壓力，提高系統(tǒng)的性能，以往緩存策略采取的是客戶端的緩存策略和代理的緩存策略，通過利用客戶端強大的存儲能力，根據(jù)影片熱度的分布特點，把流媒體的分段緩存在客戶端節(jié)點里，從而會大大的提高系統(tǒng)服務(wù)能力、明顯提高用戶體驗、能有效減輕服務(wù)器負(fù)載。

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