具有數字版權管理的p2p流媒體網絡傳輸結構設計方法

2023-04-28 03:48:26

專利名稱：具有數字版權管理的p2p流媒體網絡傳輸結構設計方法
技術領域：
本發明屬於視頻編碼及網絡傳輸領域。具體涉及到具有數字版權管理 的流媒體在異構IP網絡的P2P (Peer-to-Peer)實時傳輸的體系結構設計方法。
背景技術：
P2P分布式網絡傳輸結構改變了傳統流媒體傳輸播放方式 -Client/Server集中式網絡模式，充分利用了客戶端之間的閒置存儲資源， 平衡了流媒體網絡媒體伺服器的負載，增加了所支持客戶數目，實時性和 整個流媒體直播或點播傳輸網絡負載均衡性。但是採用純粹的P2P分布式 網絡傳輸結構，其用戶Peer的管理及數字媒體內容版權管理方面，是目前 流媒體P2P直播或點播中所面臨的主要問題，也因此限制了 P2P流媒體的 應用和發展。

發明內容
根據上述背景技術中存在的不足，本發明的目的在於，提供具有數字 版權管理的，能自適應異構IP傳輸網絡下實時流媒體傳輸的 Peer-t&Peer(P2P)體系結構設計方法。
為了實現上述任務，本發明採用的技術解決方案是
一種具有數字版權管理的流媒體在異構IP網絡下實時傳輸的
Peer-tO"Peer體系結構設計方法，其特徵在於，具體包括下列步驟 採用加密技術對流媒體進行實時加密，實現數字內容版權保護； 採用認證伺服器作為Peer用戶首次登陸流媒體傳輸網絡的伺服器，用
於實現用戶的管理和認證，得到認證和授權的用戶，可以從認證伺服器上獲得分布式索引伺服器的地址，以及所要點播內容的密鑰。
採用分布式索引伺服器作為用戶獲得密鑰後登陸流媒體傳輸網絡的服
務器；獲得密鑰的用戶連接一個索引伺服器，獲得Peer群，下載相應的流 媒體內容，經解密後播放。每一個Peer保持與一個索引伺服器穩定連接。 索引伺服器存儲Peer端的信息包括IP位址，Port以及Buffer的內容信息。 每個Peer都會周期性的獲得相關節目信息和Peer的Buffer信息；
索引伺服器把得到授權和認證的用戶根據節目進行聚類，使得播放同 一流媒體節目源的用戶成為一類，以使得屬於一類的用戶之間實現最大的 共享服務；用戶端既可以作為伺服器又可以作為客戶端，彼此服務。
將屬於流媒體碼流先分成Part,並進而經二叉樹分成block塊，並對塊 進行HASH,以便網絡傳輸、査詢和糾錯，下載完的Part首先驗證Part的 Hash值，如果一旦有錯誤信息，再進一步根據二叉樹結構進行査找所缺少 或有錯誤的Block塊；
採用分布式的超級結點(SuperNode)服務模式，提供給用戶Peer端 觀看的流媒體節目源，相當於一個特殊的Peer,只提供上傳服務，不需要 下載服務；
將下載的碼流按Part-Block模式組織，存放在Buffer中，只有在Buffer 中的Part完整時才可以提供上傳服務，以實現用戶Peer之間下載和共享服 務，即Peer既可以作為客戶端享有下載服務，也可以作為伺服器提供上傳 服務，Peer Buffer中的信息及時與分布式索引伺服器更新，以便其它Peer 獲得。
客戶端Peer根據調度算法，從伺服器提供的下載Peer夥伴中，根據客 戶端當前帶寬選擇能滿足直播時間限制的下載夥伴並行下載。
本發明是一種具有數字版權管理的流媒體在異構IP網絡下Peer-to-Peer 實時傳輸體系結構的設計方案。通過流媒體碼流分塊，在認證伺服器上進行認證、授權，分布式索引伺服器實現聚類，選擇Peer群提供下載服務， 客戶端經過下載解密後播放，可以實現P2P的異構網絡的流媒體實時分布 式傳輸需求，從而減少伺服器的負載，提高碼流傳輸質量，滿足用戶的需 求的同時加強了數字媒體內容的版權保護。


圖1是本發明的第一實施例具有數字版權管理的P2P實時流媒體系 結構示意圖。
圖2是本發明的第二實施例具有數字版權管理的P2P實時流媒體網 絡傳輸體系結構示意圖。其中，Register Server表示認證伺服器，Super Node 表示超級節點，Index Server表示索引伺服器，Peer表示客戶端。 圖3是本發明的第三實施例Peer節點的服務控制模型示意圖。 圖4是本發明的第四實施例流媒體碼流文件劃分結構示意圖。 圖5是本發明的第五實施例Buffer管理示意圖。 圖6是本發明的第六實施例Peer並行下載結構示意圖。 圖7是本發明的第七實施例調度算法偽代碼示意圖。 下面結合附圖和發明人給出的實施例對本發明進一步詳細說明。
具體實施例方式
本發明提供的具有數字版權管理的流媒體在異構IP網絡下實時傳輸的 Peer-toPeer體系結構設計方法，可以實現流媒體在P2P異構網絡實時傳輸, 滿足流媒體傳輸網絡服務和用戶的需求。具體包括.-
1) 通過"加密"技術實現流媒體內容的加密操作；
2) 通過"認證伺服器的P2P架構"技術實現流媒體內容的數字版權管 理和Peer認證和分發密鑰等操作；
3) 通過"分布式索引伺服器的P2P架構"技術實現流媒體的Peer信 息管理和Peer Buffer共享信息等操作；4) 通過"Peer節目聚類"技術，實現播放同一節目源的用戶管理和共
享；
5) 通過"流媒體碼流分塊"技術，實現流媒體內容的共享和糾錯。
6) 通過"分布式SuperNode"技術，提供穩定的流媒體節目源。
7) 通過"PeerBuffer緩存"技術，實現用戶Peer間之間的下載和上傳 服務。
8) 通過"調度算法"技術，實現選擇滿足時間約束的Peer並行下載
上述"加密"技術是，採用實時加密算法實現對流媒體實時加密，經 過加密的流媒體如果沒有正確密鑰，則不能正確播放。不同流媒體具有不 同的密鑰。
上述"認證伺服器的P2P架構"技術是，採用認證伺服器作為Peer用 戶首次登陸流媒體傳輸網絡的伺服器，來獲得相應流媒體的密鑰，實現用 戶的管理和認證。得到認證和授權的用戶之間可以同時作為伺服器和客戶 端彼此服務。認證伺服器同時存儲相應流媒體密鑰和分布式索引伺服器的 地址。
所述"分布式索引伺服器的P2P架構"技術是，採用分布式索引服務 器作為用戶獲得密鑰後登陸流媒體傳輸網絡的伺服器；索引伺服器同時存 儲Peer端的信息，其中包括Buffer的內容信息。每個新加入的Peer都會周 期性的獲得相關節目信息和Peer的buffer信息。
所述"Peer節目聚類"技術是，把得到認證和授權的用戶根據節目進 行聚類，使得播放同一流媒體節目源的用戶成為一類，以使得屬於一類的 用戶之間實現最大的共享服務。
所述"流媒體碼流分塊"技術是，將屬於流媒體碼流先分成Part，並 進而經二叉樹分成塊(block)，並對塊進行HASH,以便網絡傳輸、査詢和糾錯。下載完的Part首先驗證Part的Hash值，如果一旦有錯誤信息，再 進一步根據二叉樹結構進行査找所缺少或有錯誤的Block塊。
所述"分布式SuperNode"技術是，採用分布式的超級結點服務模式， 提供給用戶Peer端觀看的穩定流媒體節目源，相當於一個特殊的Peer,只 提供上傳服務，不需要下載服務。
所述"Peer Buffer緩存"技術是，將下載的同一碼流按Part-Block模式 組織，存放在Buffer中。只有在Buffer中的Part完整時才可以提供上傳服 務，以實現用戶Peer之間下載和共享服務，即Peer既可以作為客戶端享有 下載服務，也可以作為伺服器提供上傳服務。Peer Buffer中的信息及時與 分布式索引伺服器更新，以便其它Peer獲得。
所述"調度算法"技術是，客戶端Peer根據所要播放流媒體的下載單 元Part-Block時間約束，從伺服器獲得的合作Peer夥伴中，選擇滿足約束 條件的Peer作為下載夥伴，實現並行下載。
按照上述技術方案，發明人給出了以下的實施例。
圖1給出了第一實施例的實時流媒體的體系結構，由視頻源，視頻源
編碼器，流媒體實時加密器以及視頻傳輸網絡。本實施例並不規定流媒體 實時加密算法，在本實施例中採用混沌加密算法實現流媒體實時加密。所 採用的混沌加密序列為
Vl-""(1—"") (1) 這裡、e(0，1)， " = 1，2，...^"0,4)。初始化jc。和/z值是密鑰，所生成的 序列與流媒體視頻源的關鍵數據如運動矢量和DCT碼流進行異或後實現加 密。
圖2給出了第二實施例的流媒體的P2P實時傳輸網絡的體系結構，由 認證伺服器、索引伺服器、分布式的"SuperNode"和多個用戶Peer組成。 本實施例並不規定數據實時傳輸數據協議，在本實施例中TCP用於Peer建立連接和傳輸數據，UPD協議只是用來加強Peer之間的信息和伺服器的 信息的傳遞。對於索引伺服器，可以擴展為分布式索引伺服器，以提高整 個網絡架構的性能。
在本實施例中，新加入的用戶Peer首先通過流媒體P2P網絡架構的認 證伺服器獲得授權、認證、密鑰和索引伺服器地址；索引伺服器根據Peer 的需求進行"聚類"，將需要同一流媒體節目源的Peer分成一個Group。這 樣一個Group內的Peer之間下載的流媒體內容相互關聯，可以形成更好的 共享服務和分布式傳輸。索引伺服器存儲"SuperNode"上的流媒體節目源， 正在下載節目的Peer群、IP和埠，以及Peer Buffer緩存信息和正在下載 的文件Part等信息。存放在SuperNode上的流媒體節目源通過"流媒體碼 流分塊"技術將流媒體的碼流文件分成Part,進一步根據二叉樹算法分成 塊block,形成Part-Block樹結構。Peer之間是通過"Buffer緩存技術"進 行共享和通信的，Buffer中的流媒體的Part信息隨時與伺服器更新，同時 Peer之間也相互搜索其Buffer中的Part信息，並根據一定調度算法，在一 定的時間約束下，相互選擇所需求Part中的Part-Block(如3個block)作為 下載單元和時間約束單元，實現block級的並行下載。在下載和共享服務中。 Buffer中的碼流數據經實時解密，傳輸給流媒體播放器，這樣就完成流媒 體在異構IP網絡下的P2P實時分布式傳輸，實現實時流媒體傳輸和播放服 務。
圖3給出了第三實施例的Peer節點控制模型。Peer—Management負責 與索引伺服器通信，下載與其相關的Peer群，並更新Peer buffer的信息， 包括已下載，正在下載的Data Part信息等；Data一Part一Schelduler負責控制 和選擇所要下載的part中的Block,即根據時間和帶寬約束，求得傳輸當前 所需Block的Peer,並與其建立連接實現下載和上傳； Peer—Buffer—Management負責管理Buffer,包括送數據給流媒體播放器
9Video_Player，刪除Buffer中數據和填充Buffer等操作；Streaming—Deciyption 實現流媒體的實時解密。
在圖4中給出了第四實施例的流媒體碼流的分Part和Block的過程。
本實施例先將流媒體碼流文件分成6MByte大小Part，然後對Part進行 二叉樹分解，最小Block大小128KByte,並對Part和Block進行Hash,以 便下載、共享和糾錯。首先對下載完的Part進行校驗， 一旦發現其Hash 值不符，則再根據二叉樹進行校驗Block塊的Hash值，直至確定最後的錯 誤Block塊，並根據時間約束要求重傳或者丟棄。
在圖5中，給出了第五實施例Buffer管理模式，Buffer存放一定數目 的Part，並且只有當完整的Part下載完後才可以共享，記錄已下載和已播 放的Part及其Block,並計算所需要下載的Part及其Block。 Peer之間根據 各自的需求，相互査找其所需求的Part,並則根據時間和帶寬約束，以Block 為最小單位進行下載和共享服務。
在圖6中，給出了第六實施例Part-Block下載模式，在一個完整的Part 內選擇合適的下載單元Part—Block,在滿足播放時間的約束下，選擇所有滿 足當前帶寬條件的Peer作為並行下載源，實現Block級的並行下載，以Block 為最小單位進行並行下載服務。
在圖7中給出了第七實施例調度算法偽代碼，實現Block級的並行下載。
權利要求
1.一種具有數字版權管理的實時流媒體P2P網絡傳輸系統設計方法，其特徵在於，具體包括下列步驟採用加密技術對流媒體進行實時加密，實現數字內容版權保護；採用認證伺服器作為用戶首次登陸流媒體傳輸網絡的伺服器，用於實現用戶的管理和認證，得到授權和認證的用戶，能夠從認證伺服器上獲得分布式索引伺服器的地址，以及所要點播內容的密鑰；採用分布式索引伺服器作為用戶獲得密鑰後登陸流媒體傳輸網絡的伺服器；獲得密鑰的用戶連接一個索引伺服器，獲得Peer群，下載相應的流媒體內容，經解密後播放；每一個Peer保持與一個索引伺服器穩定連接，索引伺服器存儲Peer端的包括IP位址、Port以及Buffer的內容信息；每個Peer都會周期性的獲得相關節目信息和Peer的Buffer信息；索引伺服器把得到授權和認證的用戶根據節目進行聚類，使播放同一流媒體節目源的用戶成為一類，以使得屬於一類的用戶之間實現最大的共享服務；用戶端既作為伺服器又作為客戶端，彼此服務；將屬於流媒體碼流先分成Part，並進而經二叉樹分成block塊，並對塊進行HASH，以便網絡傳輸、查詢和糾錯，下載完的Part首先驗證Part的Hash值，如果一旦有錯誤信息，再進一步根據二叉樹結構進行查找所缺少或有錯誤的Block塊；採用分布式的超級結點服務模式，提供給用戶Peer端觀看的流媒體節目源，相當於一個特殊的Peer，只提供上傳服務，不需要下載服務；將下載的碼流按Part-Block模式組織，存放在Buffer中，只有在Buffer中的Part完整時才可以提供上傳服務，以實現用戶Peer之間下載和共享服務，即Peer可以作為客戶端享有下載服務，或者作為伺服器提供上傳服務，Peer Buffer中的信息及時與分布式索引伺服器更新，以便其它Peer獲得；客戶端Peer根據調度算法，從伺服器提供的下載Peer夥伴中，根據客戶端當前帶寬選擇能滿足直播時間限制的下載夥伴並行下載。
2.如權利要求1所述的設計方法，其特徵在於，所述的加密技術採用實時加密算法實現對流媒體實時加密，經過加密的流媒體如果沒有正確密鑰，則不能正確播放，不同流媒體具有不同的密鑰。
全文摘要
本發明公開了一種具有數字版權管理的實時流媒體P2P網絡傳輸系統設計方法，採用加密技術對流媒體進行實時加密，實現數字內容版權保護；採用認證伺服器實現P2P網絡的Peer管理、認證、授權；採用索引伺服器實現Peer管理，聚類，選擇以及共享服務等；採用Peer聚類技術，使得播放同一節目源的異構Peer之間可提供下載和上傳服務；採用分布式的SuperNode存放流媒體源；採用Peer Buffer緩存管理技術實現異構Peer之間的上傳和下載服務；通過採用調度算法實現Block級並行下載。Peer既可以是客戶端也可以是伺服器，這樣可以充分利用Peer之間的資源，大大減少伺服器的負載，以更好的質量實現流媒體的實時傳輸。能滿足流媒體網絡傳輸服務和用戶Peer的實時需求。
文檔編號G06F21/00GK101552777SQ200910022490
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月13日 優先權日2009年5月13日
發明者周自全, 徐玉如 申請人:西安龍美通信技術有限公司