視頻點(diǎn)播系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

摘要：目前，視頻點(diǎn)播技術(shù)方興未艾，在教育領(lǐng)域上漸漸受到了推廣應(yīng)用。本文主要闡述了視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的功能與應(yīng)用，分析了視頻點(diǎn)播的工作原理，解析了B/S開發(fā)模式、流媒體技術(shù)和MPEG編碼技術(shù)，目的在于推動(dòng)視頻點(diǎn)播技術(shù)在多媒體教學(xué)中的推廣與普及。

關(guān)鍵詞：視頻點(diǎn)播；流媒體；MPEG

中圖分類號(hào)：TN948文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)05-10936-03

1 引言

今年，我國(guó)網(wǎng)民總?cè)藬?shù)已達(dá)13700萬人，人們都希望在網(wǎng)上得到豐富多彩的信息資源，視頻點(diǎn)播的應(yīng)用滿足了時(shí)代的要求，適應(yīng)社會(huì)信息化的發(fā)展。基于校園網(wǎng)的視頻點(diǎn)播系統(tǒng)，以多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)為基礎(chǔ)的， 通過視頻、動(dòng)畫、聲音、圖像、文本等方式向?qū)W生傳送豐富生動(dòng)的知識(shí)；它讓學(xué)生可自主地按需點(diǎn)播教學(xué)資源，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的探索精神和創(chuàng)新能力。視頻點(diǎn)播為教育事業(yè)創(chuàng)造了全新的發(fā)展平臺(tái)，使教育資源網(wǎng)絡(luò)化，讓個(gè)性化教學(xué)得以充分的實(shí)現(xiàn)。

2 視頻點(diǎn)播的介紹

視頻點(diǎn)播即Video On Demand，英文縮寫為VOD，指用戶可以在任何時(shí)間獲取所需的視頻信息。它綜合了網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、多媒體技術(shù)和電視技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，而成為一種先進(jìn)的視頻通信技術(shù)，徹底改變了過去收看節(jié)目的被動(dòng)方式，滿足了人們自主收看節(jié)目，獲取視頻信息的需求。

視頻點(diǎn)播技術(shù)作為一門新興的綜合性技術(shù)，具有主動(dòng)性和交互性的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的單向傳播使所有的用戶都只能被動(dòng)地收看電視臺(tái)所播出的節(jié)目，而在VOD系統(tǒng)中，不同的用戶可以根據(jù)自己的需求隨時(shí)選擇自己所喜愛的節(jié)目，并且可以對(duì)各自的節(jié)目進(jìn)行開始、結(jié)束、暫停、快進(jìn)、快退、慢放等操作，從而對(duì)各自的節(jié)目進(jìn)度進(jìn)行控制。

3 視頻點(diǎn)播的原理

VOD系統(tǒng)可以分為前端處理系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)、客戶端設(shè)備等幾個(gè)部分：

前端處理系統(tǒng)：一般由視頻服務(wù)器、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器和控制網(wǎng)絡(luò)部分的設(shè)備組成，用以存儲(chǔ)、管理數(shù)據(jù)信息和用戶信息，處理用戶的交互式命令信息，發(fā)送視頻數(shù)據(jù)。它的功能可以利用Microsoft公司的Netshow Server、IIS中間件和SQL server2000數(shù)據(jù)庫(kù)來實(shí)現(xiàn)，其中，Netshow Server對(duì)多媒體流進(jìn)行分發(fā)，IIS即提供WWW服務(wù)，SQL server2000存儲(chǔ)多媒體節(jié)目和數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的WWW技術(shù)，可以提供簡(jiǎn)易，高效，便捷的服務(wù)，適用于Internet上的大范圍、多用戶的并發(fā)點(diǎn)播，也適用于在Intranet上的多用戶并發(fā)點(diǎn)播，并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬要求較低，在每路視頻為220Kbps-350Kbps的流量下，200兆的校園網(wǎng)就可以同時(shí)服務(wù)上千個(gè)用戶的并發(fā)點(diǎn)播。

通訊網(wǎng)絡(luò)：分為主干網(wǎng)絡(luò)和本地網(wǎng)絡(luò)——主干網(wǎng)絡(luò)要求有較高的帶寬，用以連接前端處理系統(tǒng)；本地網(wǎng)絡(luò)作為主干網(wǎng)絡(luò)的下一級(jí)網(wǎng)絡(luò)，把信息傳遞給每個(gè)客戶端設(shè)備。當(dāng)進(jìn)行視頻點(diǎn)播時(shí)，良好的通訊網(wǎng)絡(luò)是保證節(jié)目連續(xù)演播的關(guān)鍵。

客戶端設(shè)備：可以是電視機(jī)系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用以完成視頻數(shù)據(jù)的播放，提供用戶操作界面，實(shí)現(xiàn)交互式點(diǎn)播。在電視系統(tǒng)中，它是由電視機(jī)加機(jī)頂盒（set top box）來完成的。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，即可以借用系統(tǒng)附帶的IE瀏覽器和Media Player播放器來實(shí)現(xiàn)視頻點(diǎn)播。

VOD系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)過程如下：首先，客戶端向視頻服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，視頻服務(wù)器收到用戶請(qǐng)求后，其中的調(diào)度器就根據(jù)特定的調(diào)度方案決定何時(shí)在哪一個(gè)信道上傳輸所需的視頻流，并將這一信息回傳給用戶端。由于多媒體數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，為了保證用戶端的連續(xù)播放，視頻服務(wù)器必須為視頻流保留足夠的網(wǎng)絡(luò)帶寬，而且在應(yīng)答用戶請(qǐng)求前必須提供端到端的嚴(yán)格的服務(wù)質(zhì)量（Qos）。然后，用戶端根據(jù)從服務(wù)器接收到的控制信息從一個(gè)或多個(gè)特定的信道上接收視頻流，并進(jìn)行緩存、解碼播放。期間，視頻數(shù)據(jù)流以流技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸。該技術(shù)先在使用端的電腦上創(chuàng)造一個(gè)緩沖區(qū)，于播放前預(yù)先下載一段資料作為緩沖，當(dāng)網(wǎng)路實(shí)際連線速度小于播放所耗用資料的速度時(shí)，播放程序就會(huì)取用這一小段緩沖區(qū)內(nèi)的資料，避免播放中斷，也使得播放品質(zhì)得以保證。這樣，便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與節(jié)目播放的并行處理了。

4 基于校園網(wǎng)的視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

校園視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該依據(jù)校園現(xiàn)有的資源條件，在現(xiàn)有的軟硬件基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)改造，以為學(xué)校度身訂做經(jīng)濟(jì)實(shí)用的視頻點(diǎn)播系統(tǒng)。

我們所要構(gòu)建的基于校園網(wǎng)視頻點(diǎn)播系統(tǒng)，功能框圖如圖1所示。

圖1 基于校園網(wǎng)的視頻點(diǎn)播系統(tǒng)功能框圖

4.1 B/S結(jié)構(gòu)的開發(fā)技術(shù)

對(duì)于系統(tǒng)的開發(fā)，我們可以利用先進(jìn)的Browser、Application Server和Database Server三層應(yīng)用開發(fā)技術(shù)。Browser是為客戶提供應(yīng)用服務(wù)的圖形界面，有助于用戶理解和高效的定位應(yīng)用服務(wù)，集中處理的模式將客戶端最小化到了只需一個(gè)瀏覽器，大大地降低了客戶端的軟硬件需求、減少了維護(hù)量、減輕程序修改與升級(jí)的難度；Application Server位于用戶端和數(shù)據(jù)層之間，專門為實(shí)現(xiàn)企業(yè)的業(yè)務(wù)邏輯提供了一個(gè)明確的層次，在這個(gè)層次封裝了與系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的應(yīng)用模型，并把用戶表示層和數(shù)據(jù)庫(kù)代碼分開 。這個(gè)層次提供客戶應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)服務(wù)之間的聯(lián)系，主要功能是執(zhí)行應(yīng)用策略和封裝應(yīng)用模式，并將封裝的模式呈現(xiàn)給客戶應(yīng)用程序；Database Server是三層模式中的最底層，用來定義、維護(hù)、訪問和更新數(shù)據(jù)并管理和滿足應(yīng)用服務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)的請(qǐng)求。

由此可見，三層應(yīng)用的開發(fā)模式具有先進(jìn)的開發(fā)技術(shù)、優(yōu)越的可管理性及可維護(hù)性、簡(jiǎn)單方便的應(yīng)用模式，這些都遠(yuǎn)非傳統(tǒng)的Client/Server的兩層應(yīng)用開發(fā)模式可比擬的。

VOD系統(tǒng)應(yīng)包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、流服務(wù)器、Web服務(wù)器、Web瀏覽器和視頻播放器幾個(gè)部分。在服務(wù)器的設(shè)計(jì)上，我們使用了以下配置：

服務(wù)器：Windows2000+IIS+Micosoft SQL Server2000

VOD系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)可以利用成熟的ASP技術(shù)，其ActiveX服務(wù)器組件功能強(qiáng)大，具有無限的可擴(kuò)充性，可以使用JAVA、Visual C++、Visual Basic等編程語言來編寫所需的ActiveX服務(wù)器組件。在此，我們可以直接利用ActiveX服務(wù)器組件的功能來將視頻播放器嵌入到Web當(dāng)中，這樣，我們便可以直接從Web上進(jìn)行視頻點(diǎn)播，從而實(shí)現(xiàn)VOD系統(tǒng)與Internet、Intranet的無縫結(jié)合。

4.2 流媒體技術(shù)的運(yùn)用

流媒體，就是在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上按時(shí)間先后次序傳輸和播放的連續(xù)音頻、視頻數(shù)據(jù)流。在此，我們需要用它來實(shí)現(xiàn)媒體數(shù)據(jù)流播放時(shí)所要求的實(shí)時(shí)性、時(shí)序性、連續(xù)性。

流媒體的實(shí)時(shí)流式傳輸需要特定的流媒體服務(wù)器，比如：Windows Media Server、RealServer、Quick Time Streaming Server。綜合多方面的考慮，我們選擇了Windows Media Server，它使用先進(jìn)的MEPG4壓縮算法，支持asf、wmv格式。

流媒體的實(shí)時(shí)流式傳輸還需要特定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來支持：

RTP（Real-time Transport Protocol）是用于Internet上針對(duì)多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸協(xié)議，其目的是提供時(shí)間信息和實(shí)現(xiàn)流同步。

RTCP（Real-time Transport Control Protocol）提供流量控制和擁塞控制服務(wù)。

RTP和 RTCP配合使用時(shí)，在RTP會(huì)話期間，各參與者周期性地傳送RTCP包。RTCP包中含有已發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量等統(tǒng)計(jì)信息，服務(wù)器可以利用這些信息動(dòng)態(tài)地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類型。從而，以減少開銷，獲取有效反饋，提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。

5 多媒體編碼格式與存儲(chǔ)問題

MPEG編碼格式令多媒體信息進(jìn)入了數(shù)碼時(shí)代，MPEG的壓縮比高，兼容性強(qiáng)，更重要的是，MPEG在提供高壓縮比的同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的損失很小。而MPEG-4對(duì)傳輸速率要求較低，利用很窄的帶寬，通過幀重建技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮，以求用最少的數(shù)據(jù)獲得最佳的圖像質(zhì)量，它的使命主要就是推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)視頻的發(fā)展。

一個(gè)經(jīng)過MPEG-4編碼格式壓縮的電影流媒體格式文件通常只需要200到400MB的存儲(chǔ)空間，但是，若要建立一個(gè)資源豐富的視頻服務(wù)器，便要求有足夠大的硬盤空間，還有，為了實(shí)現(xiàn)硬盤的負(fù)載均衡和保證多媒體片斷的連續(xù)播放，需要用多個(gè)硬盤組成磁盤陣列，將一個(gè)流媒體文件分成很多視頻片斷存放到磁盤陣列的各個(gè)數(shù)據(jù)塊中，由多個(gè)磁盤共同承擔(dān)文件的負(fù)載均衡和并發(fā)訪問。

現(xiàn)在服務(wù)器中用陣列卡實(shí)現(xiàn)的磁盤陣列主要有RAID-0、RAID-1和RAID-5，前二種無論可靠性和硬盤利用率都較低。RAID-5磁盤陣列采用容錯(cuò)機(jī)制算法，使得每個(gè)硬盤中包含一定的容錯(cuò)信息，整個(gè)磁盤陣列的容量可以達(dá)到原來所有硬盤容量減去一個(gè)硬盤容量，硬盤利用率高，在其中一個(gè)硬盤發(fā)生故障時(shí)，數(shù)據(jù)也能順利讀取和寫入。所以，

RAID-5磁盤陣列最適合做流媒體文件的存儲(chǔ)空間。

6 結(jié)束語

隨著，網(wǎng)絡(luò)通訊、多媒體等相關(guān)技術(shù)的全面發(fā)展，視頻點(diǎn)播技術(shù)已日益成熟，它為我們的教育事業(yè)創(chuàng)造了高效的現(xiàn)代化教育方式，將科學(xué)教育的成果服務(wù)在教育事業(yè)上，此舉措的意義不言而喻，其作用重大、影響深遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘玉琢. 流媒體和視頻服務(wù)器[M]. 清華大學(xué)出版社，2000.

[2]王志勇. 寬帶增值服務(wù)——流媒體技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 有線電視技術(shù)，2004.

[3]尚俊杰. ASP-程序設(shè)計(jì)（第二版）[M]. 清華大學(xué)出版社，2004.