[发明专利]一个基于云计算的视频会议的转码分发系统

摘要

本发明提供一个基于云计算的视频会议的转码分发系统，包括控制模块、调度模块、转码模块、数据收发模块以及资源监测模块。系统部署于云端的虚拟机中。调度模块将流水线中抽象节点部署到实际虚拟机当中。数据收发、转码模块在调度模块的控制下实现对视频流的实际转码、分发操作。与此同时，资源监测模块实时监测各虚拟机状态，供调度模块进行计算任务分配决策使用。本发明利用云计算服务有效解决了视频会议中多种类客户端导致的视频转码问题。

主权项

一个基于云计算的视频会议的转码分发系统，其特征在于：包括资源监测模块、数据收发模块、转码模块、控制模块和调度模块，其中，所述的资源监测模块负责对系统中的资源进行监测，其资源监测的层次分为两个，第一层为监测云计算平台中各虚拟机的整体资源使用情况，第二层为监测各个计算任务的资源使用情况；所需监测的资源包括CPU利用率、内存使用情况和网络带宽使用情况；资源监测模块周期性的将这些资源信息进行分析整理并汇报给调度模块；所描述的数据收发模块由若干个数据收发网关单元组成，每个网关单元负责接收和分发若干路视频流，所有网关单元均受控制模块的统一管理和控制；每个客户端在登陆时，控制模块根据调度模块的调度结果为该客户端指定一个网关单元；客户端与该网关单元成功连接后，通过该网关单元向其他客户端发送自身的视频流及接收其他客户端发送的视频流；所述的转码模块，负责对视频流参数进行修改；转码模块内部按功能分为如下基本转码单元，分别是：解码单元、编码单元、视频缩放单元、ROI提取单元、帧率变更单元、多路视频混合单元、传输协议打包单元、传输协议解包单元；所述的控制模块负责响应客户端发出的视频接收指令，根据视频流接收方客户端所在网关、视频流发送方客户端所在网关以及接收方对视频流的参数要求，生成一条转码分发流水线；该流水线的输入端为视频流发送方客户端所连接的网关单元即发送网关，输出端为视频流接收方客户端所连接的网关单元即接收网关，在输入端和输出端之间包括零个或多个基本转码单元；所述的接收方对视频流的参数要求，是指接收方对视频流的大小、帧率、布局、码率的要求；所述的调度模块负责将转码分发流水线上每一级任务单元分配到最合适的虚拟机中执行；所述的调度模块拥有一个资源预测模型，该模型包含三个阶段：学习阶段、调度阶段、聚合阶段；所述调度模块的学习阶段通过对预先准备好的学习数据集进行学习获取预测模型所需要的参数，该学习阶段进一步包含以下步骤：步骤1.对转码分发系统中提供的所有任务单元按照功能分类，并给出每类任务单元涉及的所有参数；步骤2.在虚拟机上运行每种任务单元(Ti)来处理学习数据集，同时资源监测模块需同步监测该任务单元占用的各项资源；步骤3.对步骤2中运行的任务单元枚举其参数的所有子集，并对每个参数子集Pi＝{p1,p2,…pk}计算多元线性回归，计算参数子集与资源监测模块监测到的资源项Resi的线性相关性，得到每个参数子集对应的回归系数集合Ai＝{a1,a2…，ak,b}及相关系数Ri；步骤4.从步骤3中得到的所有回归系数集合Ai和相关系数Ri中，选择相关系数Ri最大的一对，其对应的参数子集作为该任务单元的预测参数集合，回归系数作为线性预测公式的各项系数,即Ti类型任务单元对Resi资源的需求预测值为Pre(Resi,Ti)＝a1*p1+a2*p2+…+ak*pk+b；所述调度模块的调度阶段根据资源按需调度算法对任务单元进行调度，将任务单元按照其所需资源的多少分配到最适合的虚拟机上运行，该资源按需调度算法进一步包含如下步骤：步骤1.调度模块从控制模块获得需要调度的任务单元数量，以及每个任务单元的类型和参数值；步骤2.调度模块通过资源预测模型得到的预测公式对新增的任务单元所需的各项资源进行预测，得到该任务单元所需的资源集合Res＝{Pre(CPU),Pre(Memory),Pre(Network Bandwidth)}；步骤3.将现有的虚拟机按可用资源的多少降序排列形成列队Q；步骤4.比较新增任务的所需资源Res是否超出队首虚拟机Q(0)的可用资源；若未超过，则将新增的任务单元分配到该虚拟机中，转步骤6；否则，按步骤5将Q(0)上的任务进行迁移到队列Q的其他虚拟机中，直到Q(0)有足够的资源承担新增任务，并将新增任务分配到该虚拟机中，转步骤6；若其他虚拟机没有足够的资源承担迁移的任务，则向系统申请新的虚拟机资源，将新增任务分配到新的虚拟机中，转步骤6；步骤5.迁移时，每个待迁移的任务视为新增任务，将除Q(0)以外的所有虚拟机按步骤3重新排列形成队列Q’，并在该队列上执行步骤4；步骤6.调度完成后对所有结点进行检查，若可用资源最多的虚拟机与可用资源最少的虚拟机的资源差值超过了Threshold，则将可用资源最少的虚拟机上的任务按步骤5进行迁移，直到两者间可用资源的差值小于阈值；所述调度模块的聚合阶段负责在所有虚拟机均处于轻负载的状态下，将任务单元聚合到少数几台虚拟机中以降低能耗；该聚合阶段进一步包括如下步骤：步骤1.调度模块根据资源监测模块返回参数，得到当前资源最多及负载最轻的虚拟机；若满足聚合条件，则执行步骤2；步骤2.针对负载最轻的虚拟机即源虚拟机中的每一个任务单元，根据调度步骤寻找另一台合适的虚拟机即目标虚拟机接收该任务单元；步骤3.目标虚拟机启动该任务单元；步骤4.源虚拟机终止该任务单元；步骤5.关闭源虚拟机；步骤6.检查当前各虚拟机状态是否仍满足聚合条件，若是，则重复步骤1‑5。