浅谈网络视频广播技术

王家乐

摘要：近年来，网络视频的迅速发展使对网络资源需求的急剧增加，这需要我们设计更加有效的视频广播解决方案。本文讨论了现有的视频广播解决方案并介绍这方面的一些新动向。

关键字：网络视频；视频广播；域间多播

1网络视频的基本概念和发展现状

网络视频是利用Internet开放式环境下宽带连接所提供的一种视频服务，它改变了传统电视的播放模式，可以根据自己的需要选择节目并随看随停。

现在许多门户网站都提供网络视频服务，比较知名的门户网站有PPStream，PPLive，TVAnts与Sopcast等。2007年11月2目，姚明率领火箭对阵爵士的比赛央视没有转播，通过与美国NBA传播机构的合作，PPLive网上直播的在线观众最多时达到172万：随着网络技术的发展和宽带的普及，网络视频技术无疑将更深地影响我们的生活。2网络视频的基本特征作为传统视频服务在互联网上的延伸，网络视频无疑要为许多同时接收相同内容的用户提供服务，这就需要对视频内容进行广播，在互联网环境下这种类型的服务一般需要通过支持点到点传输提供，必不可免地导致带宽资源的大量浪费，而且服务质量难以得到保障。因此我们可以采用内容分发网络(CDN)来降低带宽的浪费并提高服务质量。CDN技术基本思路就是尽可能避开互联网上有可能影响数据传输速度和稳定性的瓶颈和环节，使内容传输的更快、更稳。

网络视频不仅在内容分发操作上有严格的要求，还需要适应网络的实时变化比如网络扰动，带宽动态变化和带宽需求大量增加等特性。因此需要设计更有效的网络视频广播方案以满足在用户对网络视频服务质量的需要。与此同时，尽量需要考虑使具有高渗透性的服务更容易引入因特网服务提供商和日趋饱和的网络运营商基础设施等问题。基于以上几点，我们需要更加有效的网络视频广播解决方案。3网络视频广播的设计方案目前从有效利用带宽和网络流量的角度来看，主要可以根据应用级和网络级提出不同级别的内容广播方案。

3.1基于应用级的视频广播

在应用级我们主要考虑使用P2P技术进行视频内容广播。在一个P2P网络中，单个主机同时充当服务器和客户机的角色。相对C／S模式，尽管它不能减轻网络负载，但是可以使得在整个网络中网络负载分布比较均衡。

这种解决方案的好处是：(1)不需要额外的路由器和其他网络基础设施，也不需要改变任何基础设施，成本比较低；(2)对等结点在下载视频流的同时也将视频流上传给其他的对等点，易于扩展并且带来了大量的资源。当然在实际应用中由于用户之间需要传输数据流，随着数据在用户之间进行点到点的流动，网络流量可能随着用户数量的增加产生巨大的消耗。

目前使用P2P技术进行视频广播的方法主要可分为两类：基于树的推送方法和基于网的拉伸方法，后者是一种数据驱动方法。

基于树的推送方法构造了一棵或多棵以节目源为根的组播分发树，按照转发规则采用推的方式从父节点向每个子节点推送数据，它是一种为简单但有效的数据广播方法，但是也存在一些缺点比如当出现节点扰动时候性能较差。

基于网的拉伸方法具有健壮性、良好的对抗节点扰动性、对动态环境的适应性和有效利用节点的可用带宽等性能，它采用用随机的方法对抗节点的随机失效，并采用拉伸的方法获取数据，但是它也存在对服务质量无法保证且时延较长等问题。

目前，也有一些研究者也提出了一些混合方法来改进效果，但是多少都存在一些问题由于没有与网络基础设施结点有联系的对等点位置信息，网络结点和链路重复处理数据流，由于重复处理量和网络结点数量成比例。这就导致对网络资源需求过高，不可避免地引起对用户质量体验(QoE)的影响。由于资源的饱和状态和无法应对对网络资源的巨大需求，一些门户网站不得不降低服务质量，所有这些都威胁到这些P2P视频广播的中长期业务模型。3.2基于网络级的视频广播在网络级主要考虑采用多播的方式进行视频广播。多播是一种允许单个视频信号同步地传递给多个终端用户的技术，它是与用户数量无关，这种技术建立在路由器具有多播lP数据流的能力上，使用多播技术可以减少网络中的数据流，但是做为代价，需要路由器的支持、保持流量和拥塞控制的能力以及多播组标识符的额外处理开销。

在互联网上，由于网络的混杂属性，需要多播能够功能性的穿越多个域和自治系统，也就是说域间多播。域间多播意味着经济的需要并在全球一级的按照统一协定部署路由器与所需的功能和互操作性协议，这就不单纯属于技术问题了，因此，这种解决方案在互联网上不可能作为一种通用的方案。

3.3P4P体系结构

前面提过，即使最先进的P2P解决方案如果不考虑与网络基础设施连接的用户位置，也无法避免网络结点和链路重复处理数据流，导致不确定的带宽消耗的结果。

在这个领域，一些研究者和组织设计了一种称为P4P的体系结构。它提出依靠服务提供商和P2P应用的合作，由最了解网络状态的服务提供商提供底层网络信息，供上层应用有效选择“邻近”节点、拥塞程度低和开销小的链路传输内容。IETF工作组和其他的一些网络运营商正在这个领域进行研究，相信在不久的将来会取得突破。

4总结和展望

因特网已经进入宽带多媒体时代，网络视频信息毫无疑问成为了因特网的主要流量，而且随着技术的发展，将越来越对网络的性能提出更高的要求。本文讨论了一些目前比较常用视频广播方案并关注这方面的最新动态，这个方向是很多研究者现在和未来一段时间关注的重点，相信随着视频广播的进一步完善，更多人将能够享受网络视频带来的快乐。