专利名称：广播多频道网络电视的中继系统和组网方法
技术领域：
本发明涉及一种广播多频道网络电视的中继系统和组网方法，特别是涉及一种多媒体中继技术，该技术能减轻在线服务器的维护负担，并能使来自服务器的数据传输网络带宽减到最小。
图1是以往的基于用户—服务器结构的一种网络广播系统的示意图。参考图1，用户90与在线服务器20的这种结构用于数据流的传输。
摄像机拍摄的图像经过编码，与音频数据一起传送给用户90，以进行实时的网上广播。如果是视频点播，编码后的数据就由服务器从存储设备取走，然后发送到用户。
现在，当多个用户90试图访问一个在线服务器20时，就难免给服务器20和网络带来大量的工作负担。
为解决用户—服务器结构中的这种超负荷问题，人们提出了群集技术。
图2为以往的群集技术示意图。
参考图2，以往的群集方法依靠负荷平衡技术，即将多个用户90的连接分配给多个服务器110，111，112和113。
然而，图2所示的群集方法不适用于实况网络广播，这种广播形式只是实时广播移动图像的编码数据。这是因为很难使存储在多个服务器110，111，112和113中的实时移动图像数据达到同步。
因此，为给广大用户提供一种实时的实况广播，需要一个高性能的服务器。同时，还要有一个具有很大带宽的网络线路以维持实时广播的质量。
然而，对于一个服务提供商来讲，要同时拥有高性能服务器和宽带网络线路实际上是很难做到的。
而且，在广播实时路况信息的多频道广播系统中，在道路上准备大量的高性能在线服务器和宽带网络也是不经济的。
由于在以往技术中，每个服务器负责一条通道，造成网络随通道数量的增加而成比例增加，因而每个广播公司都很难承受维护在线服务器和网络所需的费用。
并且，由于单一服务器在容纳用户数量方面存在技术上的限制，所以如果对某个通道请求服务的用户迅速增加，则在线服务器将不能对用户的请求作出响应。
现实生活中，根据传统的群集技术来增加服务器的数量是不经济的，因为我们不得不同时扩大本地网的容量。
因此，仅因为这样能使欲连接到广播服务器的用户数量立即增加，增加高性能的广播服务器无论是从技术上还是从经济上来讲都已经是可取的。
因此，本发明的目的在于提供一种广播网络电视的中继系统和方法。
本发明的另一目的在于提供一种中继系统和方法，使在线服务器的数量及网络电视广播的维护费用减到最小。
本发明的又一目的在于提供一种中继系统和方法，使广播网络电视的网络带宽达到最小。
本发明的再一目的在于提供一种中继系统和方法，使得即使要求实况广播数据流的用户数量瞬时增加，也能在不增加现有本地网的情况下扩大系统容量。
本发明的另一目的在于提供一种中继系统和方法，解决以往技术中由于每秒传送的帧数减少而造成图像质量下降的问题。
本发明的另一目的在于提供一种中继系统和方法，允许本地网广播以网络电视节目的形式将高质量的移动图像无失真地中继到大量的用户。
图1为以往的基于用户—服务器结构的网络广播系统示意图。
图2为以往的基于群集结构的网络广播系统示意图。
图3为本发明中网络电视广播中继系统的优选实施例示意图。
图4为本发明中网络电视广播的中继方法的第一实施例示意图。
图5为本发明中网络电视广播的中继方法的第二实施例示意图。
图6为本发明中网络电视广播的中继方法的第三实施例示意图。
图3为本发明中网络电视广播中继系统的优选实施例示意图。
参考图3，多个单体在线服务器200分别提供实时实况广播服务。即在线服务器200发送经过编码的音频和视频数据流在互联网上广播电视。
由于一个在线服务器占用一个频道，这样的服务器不能为数量随机变化的用户广播网络电视节目，因此，每个本地在线服务器都将数据流发送到本发明的中继系统中。然后中继系统负责通过下述系统进行多频道广播，该系统包括一个在线中继管理服务器(LRMS)210，一个网络服务器220，多个中继服务器230、231、239，一个帧转换服务器(FCS)250和一个数据库管理服务器(DBMS)260。
每个在线服务器200可以看作是一个单体的本地广播设备，它能在自己的频道上传输自己的多媒体信息。这种为每个用户90提供多媒体信息即网络电视节目的任务由本发明的中继系统来完成。
因此，每个在线服务器不必关心为大量用户广播网络电视节目的任务，因为为有效利用中继服务器或者网络的负荷平衡工作由第三方中继服务器系统监控。
作为本发明的一个优选实施例，每个在线服务器可以看作是一个本地实况广播摄像机，装在某线路上来监视该线路的流量状况。
在这种情况下，为了保持理想的电视图像的质量和最佳的负荷平衡效果，有必要以与某个频道的被请求数量相适应的方式将中继任务分配给在线中继服务器。
根据本发明，每个在线服务器200通过中继服务器230、231、239传输数据流，中继服务器的数量由请求立即接通的用户数量决定。
同时，为了解决以往技术中用户对广播网络电视的瞬时请求迅猛增加的问题，每个在线服务器必须配有高性能的服务器系统配合高速网络。
本发明使得每个在线服务器200可以与性能最低的服务器和带宽最小的网络配合工作，所谓性能最低的服务器是指仅能够向一个中继服务器为一个频道传输视频和音频数据流。
本发明中用于网络广播的中继系统在某种意义上有这样一种特性包括音频和视频数据在内的数据流在存储器中进行复制，以使几乎所有的用户都能得到所请求的频道。
这些能对来自在线服务器200的数据流进行中继的服务器就是在线中继服务器(LRS)230、231、239，如图3所示。
基于本发明的在线中继服务器230、231、239的数量由期望用户90和对某一特定频道发出请求的用户90的数量决定。
再次参考图3，基于本发明，用于网络广播的中继系统包括一个在线中继管理服务器(LRMS)210。LRMS210从广播某一特定频道的在线服务器200取来数据流，然后将为多个用户90广播该数据流复制文件的任务进行分配。
网络服务器220负责下载计算机节目到每个用户计算机90，以便于接收中继的网络电视广播。
事实上，观看多频道网络电视的网络用户往往是简单地浏览一下广播频道。换句话说，网络用户浏览频道选择菜单，然后享受在这些频道冲浪的乐趣。
因此，当用户在这些频道冲浪时对某一特定频道无意地选择，中继系统必须作出响应，而且必须向用户浏览的频道发送移动图像的数据流。
这是因为频道浏览导致来自大量用户的不必要的中继负担。
因此，基于本发明的用于网络广播的中继系统包括一个帧转换服务器(FCS)250，该帧转换服务器能为每个频道存储一套静态图像，如JPG文件，当用户仅仅浏览该频道时就发送这些静态图像。
作为本发明的一个优选实施例，，如果用户90一直请求某个特定频道，那么帧转换服务器250就停止向用户90发送静态图像。
参考图3，在线中继服务器230、231、239，LRMS210和网络服务器220通过各自使用的网络连接到ISP50。
做为本发明的一个优选实施例，LRMS210和网络服务器220连接到单独的专用的T1网络280、281。另外，最好是将在线中继服务器230、231、239连接到单独的专用的T3网络282、283、284上。
本发明中采用的网络结构为，单独的服务器210、220、230、231、239、250、260有自己专用的网络，因此可以通过它们自己的网络把被请求的频道转给用户90。
因此，本发明中采用的网络结构可以防止外部网络280、281、282、283、284、285、286的数据流入网络广播中继系统的内部网络270。
因此，即使网络流量增加，甚至是安装额外的在线中继服务器来满足对该频道中继的请求，也无须增加内部网络容量。
广播网络电视的中继系统的内部网络270可以通过每秒兆比特的传输设备来实现，并且系统容量需要升级时，只需增加一个额外的在线中继服务器。
经过内部网络270的数据流仅包括从LRS220到FCS250的MPEG帧流量、从数据库服务器270到网络服务器220的JPG图像信号以及LRMS210的控制信号。
所以，本发明的一个特征在于，即使大量的用户同时请求一个特定的广播频道，内部网络270也不会受超负荷数据流的影响。
换句话说，本发明在不影响任何网络或传统的兆比特传输容量结构的情况下，只需增加LRS230的数量，就能满足用户对网络广播的请求迅速增长的需求。
最初，当对某一广播频道的请求传送到网络服务器220时，安装在主机90内的用户节目将设法接通LRMS210。如果LRS230处于工作中并且正在对用户90希望接收的频道进行广播，基于本发明的LRMS210就发出指令，要求用户90接通LRS230。
如果LRS230、231、239中当前没有一个在对用户90请求的频道进行广播，那么LRMS210就对当前工作量最小的LRS发出指令，使它接通正对被请求频道进行广播的在线服务器。
而且，LRMS210发出指令，使用户90接通处于工作中的LRS230，此时LRS230正在接收来自在线服务器200的数据流，而在线服务器200正在对被请求的频道进行广播。
在这种情况下，正在对被请求频道进行广播的中继服务器无法将该频道中继给任一其它用户计算机以保证给一个LRS230最佳的中继性能。
在这种情况下，LRMS210对能够接管中继任务的第二个LRS231发出指令，第二个LRS231应接收来自第一个LRS230的网络电视节目的复制数据流。
而且，从现在开始，请求电视频道的用户节目90被建议转接到第二个LRS231。因此，本发明使得即使请求某一特定频道的用户90的数量同时迅速增加，也能把高质量的图像非常有效地从多个在线服务器200广播到多个网络电视频道。
因此，基于本发明的中继系统使得服务供应商可以将在线服务器和相应网络的设备规范减到最少。
例如，假设连接到在线服务器200的网络是一条256kbps的线，那么以往技术中，一个频道的数据流就占用网络的全部带宽。而且，如果是两个用户计算机接到网络，那么每个频道只能分到128kbps的带宽。
因此，在以往的技术中，图像的质量和每秒处理的帧将会变差。然而，无论用户数量多少，本发明保证在线服务器200和在线中继服务器230之间只有一个连接。
作为本发明的一个优选实施例，人们提议，形成一种商业模式，在对某一频道进行广播时的网络占用率和在线中继服务器230服务总量都由本地在线服务器200承担。
基于本发明的中继系统具有所谓的交换连接本地在线服务器200和用户90的功能。随着请求网络广播某一频道的用户数量的变化，基于本发明的在线中继服务器230的数量也成比例变化。
图4为基于本发明的中继方法的第一实施例示意图。参考图4，对网络广播网页请求由广播网络电视的中继公司的网络服务器220负责(步骤S400)。
基于本发明的网络服务器220通过发送网页对用户90做出响应(步骤S410)。作为本发明的一个优选实施例，网络服务器220通过在频道冲浪的初始阶段发送一个JPG图像以示响应。
因此，对用户节目的请求(active X)可通过点击网页的JPG图像而实现(步骤S420)。在对用户90做出响应之后(步骤S430)，网络服务器220试图连接LRMS210(步骤S440)。
在这种情况下，在线服务器200的身份识别号(ID)、密码和地址信息通知给LRMS210。LRMS210认可用户90(步骤S450)，并要求在线中继服务器230发送被请求广播频道的数据流(步骤S460)。
如果该LRS目前正在对被请求的频道广播进行中继，处于“忙”状态，那么一个命令就会发到一个LRS，要求它从在线服务器200取回数据流(步骤S470)。
而且，在数据流从在线服务器200传送后(步骤S490)，在线中继服务器230将这些数据流中继到用户90(步骤S495)。
图5为基于本发明的中继方法的第二实施例示意图。本发明的第二实施例揭示了一种中继方法，适用于一个空闲的LRS正在对被请求频道进行广播以及该接通容量允许当前发出请求的用户被接通时。
参考图5，从第S400步到第S450步和上述本发明的第一实施例中的相同。
正在对被请求频道进行广播的一个LRS可能空闲。而且，当前接通用户的数量没有超过允许接通的容量。在这种情况下，LRMS210给用户发出一个指令用户90应接到空闲的LRS230上(步骤S460)。
现在，LRS230在存储器中根据用户90的数量对数据进行复制，然后发送给每个用户90(步骤S496)。
图6为基于本发明的中继方法的第三实施例示意图。本发明的第三实施例揭示了一种中继方法，该方法适用于来自用户90的请求数量超过第一个LRS230的接通容量时。
在这种情况下，第二个LRS231通过本地网270接收来自第一个LRS230的被请求频道数据流，然后将这些数据流中继到用户90。
参考图6，步骤S400至步骤S450如第一实施例中所述。LRMS210发出如下命令用户90应接到当前负荷最少的第二个LRS231(步骤S461)。
LRMS210此时发出命令第二个LRS231应接收来自第一个LRS230的数据流(步骤S471)。第二个LRS231通过本地网接收第一个LRS230来的数据流(步骤S481)。然后第二个LRS231通过发送数据流对用户90做出响应(步骤S497)。
虽然本发明在典型实施例中得以阐明，但是其他的各种变动、或多或少的增删都没脱离本发明的实质和范围，对此本领域的技术人员应该能理解。
因此，对本发明的理解不能仅限于上述具体的实施例，而应包括所有可能的实施例，这些实施例可以在包括或等价于下述权力要求书中提到的特性的范围内得以实现。
权利要求
1.一种网络广播的中继系统，包括一个在线服务器，通过发送一个编码的数据系统对一个频道进行广播；一个在线中继服务器，对用户请求频道的数据流进行中继，其中用户来自在线服务器或者其它中继服务器；一个在线中继管理服务器，负责从上述在线服务器接收被请求频道的数据流，还负责将用户发出的连接请求分配给多个中继服务器；一个网络服务器，提供观看网络电视的接口和读取上述在线中继管理服务器的用户节目。
2.如权利要求书1所述的网络广播的中继系统，其特征在于，在线中继服务器、在线中继管理服务器和网络服务器都有自己独立的连接到因特网的通信网络。
3.如权利要求书1所述的网络广播的中继系统，其特征在于，无论来自在线服务器请求频道的用户有多少，在线服务器与在线中继服务器都只建立单一连接。
4.如权利要求书1所述的网络广播的中继系统，其特征在于，还包括一个帧转换服务器，将来自在线服务器的信息帧转换成一个图像文件，在频道冲浪过程中，该图像文件被提供给用户；一个数据库服务器，存储上述图像文件。
5.如权利要求书1所述的网络广播的中继系统，其特征在于，在线中继管理服务器发出指令如果对当前被请求频道进行中继的第一个在线中继服务器是空闲的，并且第一个在线中继服务器的接通容量未超过已接通用户的数量，那么发出请求的用户应被连接到第一个在线中继服务器，对被请求频道进行中继；发出请求的用户应被连接到第二个在线中继服务器，由于接通容量的限制，第一个在线中继服务器的连接不允许超过发出请求的用户的既定数目，第二个在线中继服务器用于从第一个在线中继服务器接收被请求频道的数据流；如果第三个在线中继服务器当前工作量最小，那么第三个在线中继服务器接收来自在线服务器的被请求频道的数据流，并且连接到发出请求的用户。
6.进行网络广播的一种中继方法，包括如下步骤(a)为用户提供网页，该用户已连接到网络广播的网络服务器；(b)接收来自上述用户的频道请求，该用户已通过上述网页的用户节目连接到在线中继管理服务器；(c)检查正在对被请求频道进行中继的在线中继服务器是否空闲，检查连接到在线中继服务器的数量是否超过既定的接通容量；(d)根据(c)步，如果第一个在线中继服务器空闲，就将用户连接到第一个在线中继服务器；(e)根据(c)步，如果连接到第一个在线中继服务器的数量超过既定的接通容量，那么将用户连接到第二个在线中继服务器，该服务器接收来自第一个在线中继服务器的被请求频道的数据流；(f)如果当前没有在线中继服务器对被请求频道进行中继，那么将用户连接到第三个在线中继服务器，该服务器接收来自上述在线服务器的被请求频道的数据流。其中，第三个在线中继服务器工作负担最小。
7.一种面向多个用户的多频道网络广播的中继方法，包括如下步骤通过第一个网络向在线中继管理服务器发送在线服务器的一个频道的数据流；在在线中继管理服务器的控制下，通过上述中继服务器将上述频道的数据流中继到一个请求上述频道的用户，而且/或者在在线中继管理服务器的指导下，经本地网将上述频道的数据传输给第二个中继服务器；用户从上述第一个在线中继服务器或上述在线中继服务器接收上述频道中继过来的数据流。
8.如权利要求7所述的中继方法，还包括如下步骤将在线服务器一个频道的一帧经过帧转换服务器转换为一个图像文件，存储在数据库服务器中；在用户进行频道冲浪的过程中，通过在线中继管理服务器，将已存储的图像文件发送给用户。
9.如权利要求6或权利要求7所述的中继方法，还包括一步为了对频道进行中继，在线中继管理服务器监视在线中继服务器和用户之间的连接情况并将该情况提供给在线服务器。
10.一种对多个用户进行多频道网络广播的中继方法，包括如下步骤通过帧转换服务器登陆在线中继服务器；帧转换服务器向在线中继服务器请求一个信息帧；在线中继服务器将上述信息帧发送到帧转换服务器；帧转换服务器将信息帧转换为图像文件，存储在数据库服务器中；用户向在线中继服务器的网络服务器请求网页；网络服务器通过发送一个网页对用户做出响应，该网页包括与频道冲浪时指定的频道相对应的图像文件；用户为观看和图像文件相对应的此频道，通过点击图像文件，请求一个用户节目；通过一个正在对被请求频道进行中继的在线中继服务器，将网络服务器连接到用户。
11.如权利要求10所述的中继方法，还包括如下步骤网络服务器通过建议用户连接到在线中继管理服务器对用户作出响应；用户通过连接到在线中继服务器接收被请求频道的数据流，该在线中继服务器受在线中继管理服务器的控制。
12.如权利要求10所述的中继方法，还包括一步帧转换服务器周期性地向在线中继服务器请求一个信息帧，将此信息帧转换为图像文件，存储在数据库中。
13.面向多个用户的多频道网络广播的中继方法，包括如下步骤帧转换服务器将来自网络广播服务器的信息帧转换为图像文件，存储在数据库中；用户向网络广播服务器请求网页；网络广播服务器通过发送网页响应用户，该网页包括从上述数据库中取回的图像文件；为了观看对应于上述图像文件的频道，用户通过点击上述图像文件请求一个用户节目；网络广播服务器发送被请求频道的数据流给用户。
全文摘要
本发明通过提供一种用于广播多频道网络电视的中继系统和组网方法，减轻了在线服务器的维护负担，并能使来自服务器的数据传输带宽减到最小。
文档编号H04N5/00GK1404670SQ01803958
公开日2003年3月19日 申请日期2001年7月5日 优先权日2000年7月24日
发明者林炳辰, 林燐建, 金大中 申请人:成津C&C株式会社