流媒体服务器平台架构浅析

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口文／朱懿李颖然
流媒体服务器功熊结构
流媒体服务器（或称视频服务器）是视频业务的实现基础平台。

流媒体服务器通常包含三个主要功能模块：信令处理模块、视频流发送模块和视频文件存储模块。

如图１所示，其基本工作原理是接收用户的视频服务请求，提供适合格式的实时内容流，并根据用户的请求，实现即时的流传输控制（如暂停√陕进、快退、停止等）。

★信令处理模块
信令处理模块负责与客户端进行信令交互，目前主流的信令协议是ＲＴＳＰ、ＤＳＭ—ＣＣ和ＭＭＳ协议。

客户端通过信令协议向流媒体服务器发出交互请求，实现包括播放、暂停、快进、快退等操作。

信令处理模块在接
受到客户端关于某个视频流的操作
请求后，调度视频流发送模块进行
相应的动作。

因为信令协议采用ＴＣＰ进行通信，
而且在整个点播过程中客户端同服务器
端始终保持连接，这要求信令处理模块
需要具备大容量的内存和快速的计算能
力，才能够满足大并发下的性能要求。

目前主流的流媒体服务器厂家一
般都使用软件实现信令处理模块，主
要是因为使用软件实现该模块比较方
便，容易进行修改、升级，能够适应业
务的不断发展。

★视频流发送模块
视频流发送模块是负责视频流发
送的，该模块是流媒体服务器中最核
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中国数字电视＼～．．．．～一一…………、一、…………。

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心的部分，也是技术含量最高的部分。

目前主流的流媒体服务器厂家一般都支持ＴＳ（传输流）和ＲＴＰ（实时协议）两种形式的数据包封包方式，在大容量的业务系统中，往往要求单台流媒体服务器能够提供几个Ｇｂｐｓ的服务能力，这对视频流发送模块提出了前所未有的性能要求。

★视频文件存储模块
视频文件存储系统是存放视频文件的系统，一般由硬盘构成，具有大容量、
流媒体服务器典型体系结构分析
目前市面上提供的流媒体服务器，主要有以下几种典型的体系结构。

★通用服务器
在流媒体服务器发展的最初阶段，厂家主要依靠在通用服务器上的软件来实现视频流发送。

在这一阶段，由于服务器的计算能力、Ｉ／Ｏ性能都很难满足大容量视频点播的要求，因此单台流媒体服务器的容量都很小，仅仅能支撑一些小规模的测试系统，无法大规模商用。

适合这种体系结构的ＰＣ服务器５０·２００６年１１月号总第２８期·很多，包括ＤＥＬＬ２８５０、ＨＰ３６０等的服
务器都非常常见。

在这种体系结构中，磁盘中的数据
首先被读入内存，经过ＣＰＵ的处理，以
ＴＳ或者ＲＴＰ的封包格式经过网络端口
向外发送。

在整个数据流的发送过程
中，数据需要反复经过系统的数据总
线，对总线的带宽要求很高。

同时，因
为全部的数据包封包都在ＣＰＵ中实现，
而且整个数据包的发送过程需要经过操
作系统的ＴＣＰ／ＩＰ协议栈，对ＣＰＵ的要
求也比较高。

近年来，随着数据总线向ＰＣＩ—
ＥＸＰＲＥＳＳ等全交换式的总线发展，
同时ＣＰＵ的频率
不断提升，以及双
ＣＰＵ体系的普
及，加上越来越多
的千兆网卡支持
ＴｏＥ功能，这种
基于通用ＰＣ服务
器的流媒体服务
器在性能上也有
不错的表现，一般
能够达到几百
ＭｂＰＳ的服务能
力。

这时系统的性
能瓶颈主要出现
在硬盘上。

这种方案的
另外一个优点就是
灵活性非常好，因
为全部的数据都交
高性能的特点。

这一模块往往同视频
流发送模块有非常高的耦合关系，流
媒体服务器厂家使用各种专有技术来
提升视频文件存储模块同视频流发送
模块之间的数据交互能力，从而提升
整个系统的性能。

给ＣＰＵ来处理，因此在软件代码中可
以实现对各种协议的支持，包括ＲＴＰ／
ＴＳ的视频流协议支持，还能支持ＦＴＰ、
ＨＴＴＰ等协议。

★改进的服务器
通过增加硬盘的数量，配置专用
的、高性能ＲＡＩＤ卡，对通用服务器进
行改进，在不改变软件体系结构的情
况下，提升系统的性能水平。

也有厂家
把这类改进的服务器称作专业流媒体
服务器。

改进的ＰＣ服务器往往具备更好
的磁盘Ｉ／ｏ性能、更多的内存、更高的
ＣＰＵ性能等。

这种改进的ＰＣ服务器
往往都是ｏＥＭ产品，可以在不改变原
有软件的基础上，进行快速升级，因
此得到很多流媒体服务器厂家的青睐。

改进型的ＰＣ服务器由于拥有更
高性能的ＲＡＩＤ卡，更多的硬盘数量
（一般为１６颗或者２４颗，甚至更多），
使得系统的Ｉ／ｏ性能得到全面提升，一
般能够达到１Ｇｂｐｓ的水平。

★基于专用硬件
通过设计专用的视频传送板卡、
专用的存储系统来实现全硬件的解决方
案，以追求系统最大的性能为目标，往
往使用很多专有技术，系统相对封闭。

这种方案以国外厂家为主，都要求厂家
具备非常高的研发能力。

这种专用的硬件方案，为了提升
系统的性能，直接将硬盘中的数据以
ＤＭＡ的方式传送到视频输出卡上，由
视频输出卡进行封包并发送给网络
（如图２所示）。

因为硬盘中的数据以无修改的方式直接ＤＭＡ传送给视频输出卡，也使得所有的功能都要求在视频输出卡上实现，这一般要求厂家能够独立的设计ＦＰＧＡ，实现高性能的视频输出卡。

在这种体系中，因为ＣＰＵ被完全旁路，仅仅负责处理一些信令，因此对ＣＰＵ的要求很低。

以ＳｅａＣｈａｎｇｅ为例，一台流媒体服务器能够在单颗２．０Ｇｈｚ的Ｐ４ＣＰＵ上提供标称１．８Ｇｂｐｓ的服务能力，足见这种体系结构的威力。

当然采用这种结构也有一些缺陷，最关键的问题是因为硬盘中的数据都是以ＤＭＡ的方式传送到视频输出板卡上的，这导致当希望实现快进、快退（ＴＲＪＣＫ—ＰＬＡＹ）的时候，不得不为不同倍数的快进、快退生成独立的帧索引文件，否则无法实现大颗粒的ＤＭＡ，导致系统的性能下降。

同样的道理，这种体系也比较难适应除ＴＳ流文件以外的视频文件播放。

ＭＰＥＧ４ＩＳＭＡ、ＷＭＶ、ＲＭ等文件都有相对复杂的文件结构，不像ＴＳ流文件只是简单的将ＴＳ包连续的写入或者读出。

在发送这类视频流数据时，需要对文件的上下文有更多复杂的分析，很难由ＦＰＧＡ等硬件逻辑直接实现。

另外，采用专用的视频输出卡，将信令（由ＣＰＵ来处理）同数据通道（由视频输出板卡处理）分离，也使得对ＦＴＰ、ＨＴＴＰ等协议的支持变得非常困难。

★基于标准化模块的硬件结构
中国数字电视
无论是专有
硬件方式或是ＰＣ
服务器方案，视频
服务单元与文件存
储单元都是集成
的。

这使得平台的
扩展性受到一定限
制。

即无论是服务
能力不够还是存储
空间不够，都要同
时新增视频流服务
模块和存储模块。

因此，服务器
与存储分离是符合
运营商灵活运营需
求的设计。

近年来，市场
上出现了以标准化
的硬件模块
（ＡＴＣＡ）为基础输出卡和存储模块，实现比较好的灵的流媒体服务器，这种流媒体服务器融活性。

合了ＰＣ服务器方案同专用硬件方案的同时，采用这种体系结构，全部的诸多优点，因此被一致认定为未来的流协议处理都在视频输出卡上完成，该媒体服务器发展方向。

视频输出卡是基于ＡＴＣＡ标准的ＳＢＣ基于ＡＴＣＡ的新型流媒体服务器板，完全以软件的方式实现全部的协平台的结构视图如图３。

议处理、封包的功能，将ＰＣ服务器方流媒体服务器内部集成多块视频案的多协议支持、升级方便等特性完输出卡、以太千兆交换模块和光纤通道全体现出来。

交换模块。

媒体文件通过光纤交换模块该体系目前已经成为ＩＭＳ的标准从独立的存储系统中读取，经过视频输结构，得到众多国内外厂家的支持。

出卡的处理后，由千兆交换模块与外部以目前主流的ＡＴＣＡ板卡来看，以太网络的主机进行视频流输出。

该种体系结构可以实现在一个可以看出，该结构的最大特点是ＡＴＣＡ机箱中４～６Ｇｂｐｓ的服务能将存储模块同视频服务单元完全分离，力，随着新一代的ＡＴＣＡＳＢＣ板的流服务性能同存储容量的耦合关系得商用，整系统的性能有望达到８～以解除，好处是可以独立地扩容视频１２Ｇｂｐｓ的水平。

基于标准化模块结构的流媒体服务器可以在提供可靠的大并发流服务的同时，兼顾灵活性，充分适应运营商不同阶段、不同层面的扩容需求（在统
一的硬件平台上实现存储、流服务能
力、流格式的扩容与升级），是集合了
专用硬件平台和通用ＰＣ服务器架构的
技术优势的先进流媒体服务器架构。

可以预见，基于这种ＡＴＣＡ＋ＳＡＮ共享
存储结构的流媒体服务器将会成为大
容量流媒体服务器的主流硬件平台。

■
·２００６年１１月号总第２８期·５１
流媒体服务器平台架构浅析
作者：朱懿， 李颖然
作者单位：
刊名：
中国数字电视
英文刊名：CHINA DIGITAL TV
年，卷(期)：2006，""(11)
引用次数：0次
本文链接：/Periodical_zgszds200611018.aspx
下载时间：2010年6月12日。