基于P2P的流媒體直播系統分析

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

網絡多媒體服務在應用范圍上不斷擴大，其中P2P作為一種新型網絡技術對傳統流媒體直播模式進行了改善，將網絡系統內所有計算機均作為服務器/客戶端，實現數據的網上傳播。利用P2P網絡特點，可以將網絡上任何一臺機器變為流媒體段度武器，承擔轉發任務，進而解除了傳統流媒體直播系統中服務端網絡帶寬瓶頸的限制。在對P2P流媒體直播系統進行研究時，需要確定其關鍵技術，并在現有基礎上做更進一步的分析。

1 流媒體直播系統概述

流媒體即可以在Internet上實現音頻、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、實時進行傳輸。這樣可以實現多個用戶的共同使用，并且與非流式傳播方式相比，避免了數據下載中的等待時間，實現了邊播放邊下載[1]。

2 P2P流媒體直播系統優點

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異步傳輸模式，傳輸文件中的數據將會被分解成多個包，動態變化的網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來彌補延遲與抖動的影響，提高數據包傳輸的準確率，確保所有媒體數據均能夠連續輸出，降低網絡擁堵對數據傳輸與播放效果的影響[2]。

2.3 實時傳輸性高

流媒體傳輸實現了特性實時傳輸協議，與其他數據傳輸模式相比，其可以更高程度上滿足動畫、音視頻等數據信息在網上的實時傳輸。

3 P2P流媒體直播系統總體設計分析

3.1 系統框架圖

文章以P2P流媒體直播系統P2PSLTV為例子進行分析，系統主要基于樹狀拓撲協議與擴展模型，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布，建立新的頻道列表，并請求節點索引服務器發布新的頻道列表。另一個為節點索引服務器，主要負責系統內已經加入節點的索引，并記錄各項加入的信息，向節點提供發現其他節點的服務，同時可以周期性的連接PIS，以求獲得相應節點各項信息。在對系統進行設計時，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，實現與各節點之間流媒體數據的傳輸，對MS服務器存有的缺陷進行完善。在系統傳輸流媒體數據時，由MS服務器向各個ES發送，然后ES存儲并轉發給與其連接的各個節點，由Peer再次轉發給其他Peer[3]。其中，ES與Peer、Peer與Peer之間網絡相對復雜，如果設計不當勢必會對多媒體數據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

流媒體數據的傳輸從節點主機開始，對從直播源獲得的數據進行各式調整與緩存處理，并將其與鄰居節點完成數據交換。當有直播需求時，數據提供者應首先做好直播源服務器MS的配置，然后請求PIS發布與維護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，普通節點在獲取頻道數據后，會對其進行重新劃分，確保其能夠在該流媒體直播系統中正常直播，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，成為該頻道覆蓋網的第一個節點，這樣其他節點就可以通過PIS發現覆蓋網中存在的各個節點，并進行連接[4]。在其余節點與MS服務器連接并加入到該頻道覆蓋網后，會向PIS服務器報告自己緩沖窗口內數據狀態。而節點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中并獲得所有信息。節點Peer與各節點連接，并獲取鄰居節點各項信息，這樣就可以交換緩沖窗口內數據信息。最后，Peer向鄰居節點以及服務器發出數據塊請求，在其獲得一定數據信息后，即可以啟動播放器從端點獲得連續音視頻流進行播放。

3.3 節點軟件

與傳統媒體數據傳輸系統性相比，P2P流媒體直播系統可以更好的滿足視頻直播傳輸系統對擴展性、傳輸效果等多方面的要求。設計時可以將系統分為管理調度層、數據交換緩沖層、覆蓋網絡層以及網絡接口層，不同系統部分所負責的功能不同。例如網絡接口層，主要負責對流媒體數據包進行封裝，并保證其可以在底層網絡上正常傳輸，是系統與外界的接口。通過其可以與各個節點進行連接，并滿足定時器設計要求，可以說是TCP/IP協議物理層與數據鏈路層功能的集合與擴展。度高網絡層，其主要負責與PIS服務器進行周期性的聯系，并實現交換數據的保存與管理。系統運行時，PIS服務器請求與服務器聯系，并對得到的各項數據信息進行統一保存管理，同時覆蓋網絡層會通過向PIS服務器請求來獲取其他各節點的信息，來完成P2P覆蓋網絡的構件。

3.4 功能模塊

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

4 結束語

P2P流媒體直播系統與傳統媒體播放模式相比，無論是傳輸效率還是播放質量均具有更大的優勢，現在已經得到了廣泛的應用。在對其進行設計研究時，需要了解其所具有的特點，確定系統框架結構，對各個環節進行分析，確保整個系統數據信息傳輸的有效性，爭取不斷提高直播系統服務能力。

參考文獻

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

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

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