探讨：IPTV媒体分发之视频流代理缓存技术

　　3、代理缓存技术简介

　　3.1媒体流代理缓存辅助的系统结构

　　图1为采用代理方式进行媒体流投递的系统示意图。在该系统中，媒体流采用RTP/RTCP/RTSP进行投递。

　　采用代理缓存的基本思想是用户（客户端）的控制信息和媒体投递信息在传输时采用两个不同的信道来进行。媒体流服务器根据控制信息的指令向用户（客户端）传递媒体信息。用户将其控制信息上传到媒体代理，若媒体代理的缓存器中存储有用户所要的媒体内容，则代理直接将其缓存器中存储的信息投递给用户（客户端）的缓存空间，缓存空间接收到媒体信息后将其传递给播放器用于播放。若缓存代理的缓存器中没有用户要求的信息，则发送指令给服务器请求传递相应的媒体信息。根据缓存代理的不同策略，服务器将媒体信息直接传输到代理的交换器或存储到缓存代理的缓存器中，由缓存器将媒体流信息再通过交换器传送给用户。

　　3.2缓存代理技术

　　从缓存代理技术本身来讲，是将媒体信息缓存在缓存代理处，然后将其传送给用户。但由于视频媒体信息本身信息量大的特点，若缓存代理作为服务器的备份，那么对缓存代理的要求将太高，势必增大业务提供者的成本。同时由于不同的节目内容用户的点击率并不相同，为此将所有的媒体内容采用相同的方式进行缓存没有必要。因而目前采用的代理缓存通常采用对热播的内容采用全部存储，而对点播量不大的媒体内容采用部分缓存的方式进行。但如何确定需要缓存什么、缓存多长时间的算法就成了研究者研究和讨论的一个问题。现有的缓存算法主要包括用于同质客户端的代理缓存和用于不同质客户端的代理缓存。

　　3.3用于同质客户端的代理缓存

　　目前大多数代理缓存技术适用于在代理之后具有相同或类似配置和能力的同质客户端。这样同一版本的媒体信息可以满足所有同质客户端对相同内容请求，同时对客户端连接到网络的带宽以及客户端的播放能力具有相同的要求。即使是这样，在代理缓存中存储一个节目内容的哪些部分以及如何管理代理缓存中已经存储的信息（如何放置以及如何替换所存的信息）仍然是具有挑战性的问题。不同算法会带来不同服务质量以及代理资源的不同消耗。本文主要介绍目前研究较多的4类代理缓存算法：可变时间间隔缓存、前缀缓存、分段缓存以及变速缓存。

　　3.3.1可变时间间隔缓存

　　可变时间间隔缓存算法采用缓存可变时间间隔的媒体信息以用于连续地接入流媒体。

　　该算法的实现方式如下：当两个客户端在一段时间间隔内向同一个代理缓存器请求同一个媒体内容时，根据第一个客户端的请求，代理缓存器向媒体服务器请求发送媒体信息并将接收到的媒体信息发送给第一个请求者，同时将媒体信息存储在代理缓存器中，在第二个客户端的请求到

　　3.3.4分速率缓存

　　上面三种算法均是根据时间顺序进行缓存以减少对网络带宽的压力，没有考虑到媒体信息编码后不同时间上信息量的不同从而带来的网络传输带宽需求的变化。分速率缓存算法的基本思想是，将从时间轴上看不同时间段上不同速率的信息，在媒体服务器中存储等速率的部分信息，而在代理缓存器中存储变化速率的部分信息。这样在代理缓存器与媒体服务器之间将采用等速率传输媒体信息，代理缓存器将接收到的等速媒体信息与已经缓存在代理缓存器中变速率部分的媒体信息组合起来发送给客户端，以满足播放器连续播放的要求。

　　3.4用于不同质客户端的代理缓存

　　3.3中所介绍的代理缓存主要适用于可以接收相同速率并可以使用相同格式的客户端。IPTV业务可以向采用不同的接入网络接入并具有不同设备配置的客户端提供业务。在这种情况下，为满足不同能力客户端的需要，媒体服务器需要存储采用不同格式适用于网络速率的同一内容的多种备份，这样耗费了大量的存储和网络资源。为解决该问题，分层编码方式应运而生。这种算法是将媒体信息按层进行编码，将具有重要信息的层编码存储在代理缓存器中，将其他层信息存储在媒体服务器中。对于要求速率低的客户端，代理缓存器直接将所存储的信息发送过去就可以满足其需要，而对于要求速率高的客户端，代理缓存器可以先将所存储的信息发送到客户端，同时向媒体服务器请求其他层的信息再转发给客户端，以满足客户端对信息速率和信息格式的要求。目前通常是将媒体信息分为2～3层。最优的分层方式还在研究之中。

　　通常可适用于速率范围较大的编码速率，如MPEG-4多采用分层编码算法。其最大的优点就是对传输速率和显示格式有不同要求的客户端，采用不同层信息的不同组合，从而节省存储空间和传输带宽。

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