[发明专利]用于网状点对点串流系统的播放延迟时间调整方法及装置

说明书

技术领域

本发明是关于一种应用于网状点对点串流系统(mesh-based P2P streaming system)的播放延迟时间的调整方法及装置。

背景技术

过去使用者欲观看网络上所提供的视频内容时，需先储存所述视频内容 于计算机上，因而需耗费动辄数小时的下载时间。然而随着网际网络的蓬勃 发展以及网络带宽的不断增加，一种新的串流服务便应运而生。视频串流服 务能让使用者同时观看及下载视频内容，其中从下载至观看时间差距仅数十 秒至数分钟，真正达到实时观看(real time)的目的。此外，由于串流服务不 需完全下载便能观看内容，故其所需的储存空间大幅降低，且其实时观看的 特性能让使用者如同电视般可自行选择欲观看的频道。

最初网络串流系统多采用客户端/服务器(client/server)的架构。如图1 所示，在所述架构下，网络封包是由一串流服务器11单向传输至多个客户端 节点12-15。然而所述架构的缺点在于所有客户端节点的封包数据皆是从单一 或单一群串流服务器11下载而来，故所述串流服务器11至负载能力和网络 带宽将会影响所述网络串流服务的品质。换言之，在主从式架构下，所述串 流系统所能提供的服务能力是固定的。一旦使用者的数目超过所述串流系统 所能提供的服务能力时，轻则某些使用者无法取得服务，重则所述串流服务 器11会当机而造成整个串流服务的瘫痪。

为克服主从式架构的问题，一种点对点架构(pear-to-pear，或简称P2P) 便应运而生。如图2所示，在所述架构下，每一网络节点会同时担任服务器 21和客户端22-25的角色，亦即每一网络节点不只从其他网络节点取得所需 服务，其亦提供服务给其他网络节点。因此，在点对点架构下，所述串流系 统所能提供的服务能力将不再局限于特定网络节点的负载能力或网络带宽。 故，此一特性使点对点架构相当适合用以提供串流服务。

一般点对点串流系统可分为三种架构：树型(tree)、森林型(forest)和 网状型(mesh)。然而由于网状型架构的点对点串流系统在错误容忍率和实作 上皆较其他两者具有优势，故目前常见的点对点串流系统皆采用网状型架构。 在网状型架构下，每一网络节点皆会分配一缓冲区，称之为数据交换缓冲区 (exchanging buffer)32，以储存来自其他网络节点的封包和提供其他网络节 点所需的封包。此外，每一网络节点另包括一位图(bitmap)31和一播放缓 冲器(playout buffer)41。所述位图31是用以表示对应的数据交换缓冲区32 是否有储存封包。如图3和图4所示，所述位图31的其中一位为1时，表示 其对应的数据交换缓冲区32在对应的位置上有储存封包，反之亦然。此外， 各网络节点会定时互相交换彼此位图31的信息以得知应从何网络节点撷取所 需的封包。所述播放缓冲器41是用以储存欲播放的封包。当一封包储存至一 播放缓冲器41时，需延迟一段时间才会播出，此延迟时间即为播放延迟时间 (playout delay)。图4显示播放缓冲器41和数据交换缓冲区32的关系。如 图4所示，封包通常并非依照其播放次序到达数据交换缓冲区32，故数据交 换缓冲区32所存的封包会有不连续的现象。待数据交换缓冲区32收集一定 数量且符合播放次序的封包后，即将其存入所述播放缓冲器41。因此，播放 缓冲器41的封包皆依照其播放次序储存。在目前设计中，数据交换缓冲区32 的容量通常远大于播放缓冲器41的容量。

然而，点对点串流系统会有频道切换时间过长(约为40秒)以及实时播 放延迟时间过长的问题(约为60-120秒)。此两者发生的主因皆为播放延迟时 间过长。一般而言，播放延迟时间代表当播放缓冲器41全满时，播放缓冲器 41播放所有储存封包所需的时间。因此，播放缓冲器41的容量会正比于播放 延迟时间的长短。由于点对点网络架构相较于主从式网络架构更难预测网络 状况，而网状点对点网络架构又是点对点网络架构中最难预测其网络状况的 架构。换言之，在网状点对点网络架构下，一网络节点的加入和离开是相当 频繁而不可预期的，故也难以预测所需的封包何时到达及来自何方。因此， 一般网状点对点网络架构多会安排一较大的播放缓冲器41或是较长的播放延 迟时间以避免封包遗失而造成视频影音中断。然而，较大的播放缓冲器41却 又产生上述两种问题。

据此，实有必要设计一应用于网状点对点串流系统的播放延迟时间的调 整方法，其可根据网络状况动态调整所需的播放延迟时间，进而达到缩短频 道切换时间及实时播放的目的。