P2P技术的时移电视系统方案
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2020-11-22
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P2P技术的时移电视系统方案技术的时移电视系统方案
1、引言 随着视频和宽带接入技术的迅速发展和成熟，通过IP宽带网络收看各种直播和点播节目已经成为现
实。时移电视业务结合了视频直播、视频点播及视频录制等技术特点，使用户在看电视直播时可以进行暂停、
回跳延时观看以及从延时观看切换回直播状态等操作，还可以让用户回看已播的电视节目。时移电视使用户彻
底从“你播我看”的传统被动收看电视这一模式中解放出来，目前已被CCSA IPTV标准列为基本业务之一。目前
在宽带网络上实现时移电视业务主要有两种思路，即基于C/S模式的IPTV建设方案和基于P2P技术的P2P叠加网
络方案。 在IPTV中，时移电视是通过直播和点播相结合实现的，其难点类似于视频点播。在传
1、引言
随着视频和宽带接入技术的迅速发展和成熟，通过IP宽带网络收看各种直播和点播节目已经成为现实。时移电视业务结合
了视频直播、视频点播及视频录制等技术特点，使用户在看电视直播时可以进行暂停、回跳延时观看以及从延时观看切换回直
播状态等操作，还可以让用户回看已播的电视节目。时移电视使用户彻底从“你播我看”的传统被动收看电视这一模式中解放出
来，目前已被CCSA IPTV标准列为基本业务之一。目前在宽带网络上实现时移电视业务主要有两种思路，即基于C/S模式的
IPTV建设方案和基于P2P技术的P2P叠加网络方案。
在IPTV中，时移电视是通过直播和点播相结合实现的，其难点类似于视频点播。在传统的视频点播模式下。每个用户与
视频服务器之间需要建立一个连接，因此即使是有限个用户也会很快耗尽服务器的资源。这样，如何减小服务器的压力就成为
系统设计的关键。对此业界已经提出了许多流调度算法，如金字塔算法(Pyramid)[1，2]、摩天大楼(Skyscraper)算法[3]、批处
理(Batching)技术[4]、补丁(Patching)技术[5～7]及层次组播流合并(hierarchICal multicast stream merging，HMSM)[8]技术
等，已提出的大多数算法的基本出发点是采用组播方式，将同一文件的多个点播合并为一个组播信道服务。但这些策略在实际
商业运营中却难以得到实际使用，其原因为，目前整个网络并不支持全网IP组播，且这种节省资源的策略是以延时用户响应为
代价的，在商业运营中得不偿失。参考文献[3]中提出了采用P2P办法实现时移电视的传输策略，但也是基于直播流采用IP组播
传输的前提，并且要求客户端能够同时接收组播流和补丁流。该传输策略能够适用于小型的局域网系统，但不适合现有的广域
网络。其原因是现有广域网络并不支持全网IP组播，且目前使用最广泛的ADSL线路带宽不足以支撑同时传输两个流。
另一方面，在P2P视频系统中，视频直播业务应用比较广泛，如Cool Streaming、PPlive等，而规模应用的P2P视频点播
系统却很少见，具备时移电视功能的P2P系统则基本上没有见到。但从用户角度看，真正吸引用户使用P2P视频系统的是比赛
类节目，如体育比赛、超女比赛等，而且，用户对这类节目的时移需求很强烈。比如观看中突然有事，需要暂停，希望回来后
能不间断地继续观看，或者某个精彩镜头没看清，希望跳回观看，或者由于有事错过了已播节目，希望能够重新点播观看等，
因此，如果能够在已有的P2P直播基础上加入时移功能，必将受到用户的极大欢迎。
以前，IPTV与P2P基本是相互独立发展的，有关IPTV与P2P结合的研究文献不多见。最近，出现了部分有关IPTV与P2P
结合的研究文献[8～11]，强调两者的优势互补，并就如何在技术层面融合进行了探讨。
本文将提出一种采用P2P技术实现的时移电视系统，这个系统不仅利用了P2P技术分散录制和存储直播节目，而且不需要
依赖IP组播技术进行直播，因此能够解决IPTV系统中时移电视业务建设成本高、扩展性差的问题。此外，每个客户端在播放
节目的同时，只须录制和存储部分节目片段，并能为其他客户端提供正在播放的视频服务和已存储的节目服务，因此本文所提
出的系统不仅减少了每个客户端的开销，而且可达到参与者越多，可供资源越多，服务质量也就越好的规模扩展效果。
2、系统方案
2.1 系统架构
图1是基于P2P的时移电视系统架构，由图1可见，系统包括一个分片处理器、一个媒体定位器以及若干对等节点(Peer)。
分片处理器对输入的直播流进行分块和分段处理，形成媒体分块和分段。一个媒体分段包括固定数量顺序编号的媒体分块，段
的起始和结束由块头中标志位标识。媒体分段是系统定位和存储媒体的基本单位，媒体分块是系统传输媒体的基本单位。对等
节点可从多个其他节点取得分块数据进行解码和播放。为了叙述方便，把播放点附近不断滚动的若干媒体分块定义为一个逻辑
上的特殊分段——直播分段。
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