基于流媒體技術的視頻點播系統的研究

摘要:該文對基于流媒體技術的VOD系統進行分析，并介紹了數據壓縮技術在VOD中的應用，最后談了VOD發展現狀和弊端，最后提出VOD未來的研究方向。

關鍵詞:多媒體；流媒體；VOD；MPEG-4；MPEG-7

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)27-2058-02

VOD Application Based on Streaming Media Technology

LIU Hong-ying

(Dept.of Information ScienceEngineering， Guangzhou VocationalTechnical Institute of IndustryCommeree，Guangzhou 510680， China)

Abstract: This text analysises the VOD system according to the flow medium technique， and intruduct the technique is in the VOD of application， and talked the present condition and irregularity of VOD development， end put forward VOD future of research direction.

Key words: streaming media; multimedia;VOD;MPEG-7;MPEG-4

1 引言

多媒體技術與高速網絡技術的結合，以及相關技術如壓縮技術、高速存取設備的成熟，使在Internet上進行多媒體實時傳輸已成為可能，流媒體技術應運而生。

1.1 流媒體（Streaming media）技術

流媒體是一種應用流技術在網絡上傳輸的多媒體文件。流技術先在用戶端的電腦上創造一個緩沖區，于播放前預先下載一段資料作為緩沖，當網絡實際連線速度小于播放所耗用資料的速度時，播放程序就會取用這一小段緩沖區內的資料，以避免播放的中斷，也使得播放品質得以維持。流媒體實現的關鍵技術是流式傳輸，使用流式傳輸方式，用戶不必像采用下載方式那樣等到整個文件全部下載完畢，而是只需經過幾秒鐘到幾十秒的啟動延時即可在客戶端進行播放和觀看了，此時媒體文件的剩余部分將在后臺繼續下載。與單純的下載方式相比，這種邊下載邊播放的流式傳輸方式不僅使啟動時延大幅度縮短，而且對系統緩存容量的需求也大大降低；另一個好處是使傳播那些事先不知道或無法知道大小的媒體數據（如網上直播，視頻會議等）成為可能，流媒體在遠程教育、寬帶網視頻點播（VOD）、互聯網直播、視頻會議等諸多領域的應用越來越廣泛。這里著重探討基于流媒體技術下的視頻點播系統的設計。

2 基于流媒體技術的視頻點播系統

浪潮超級視頻點播系統LCVOD（浪潮超級VOD）是基于服務器/瀏覽器體系結構的視頻點播系統，能夠在寬帶網上提供實時的、高質量的、分布式的視頻服務。

2.1 系統軟件工具和網絡環境

軟件工具：選擇Windows Media 作為流媒體解決方案，主要考慮它的方便性和其在價格上的優勢。其中流媒體服務器采用集成在Windows 2000 server中的windows Media Server 用于對多媒體的管理。另外由于ASF流媒體文件格式不但具有通用的流媒體文件的優勢，而且它的一個特征就是能在其中加入標記和腳本，可用來實現同步播放。在系統的制作和播放設計中我們主要用到Windows Media sdk中的Media Player Control sdk，Media Encoder sdk。

網絡環境：

① 寬帶接入及傳輸網：LAN：10M、100M、交換以太網或1000M ATM網

② 用戶終端接入速率：10Mbps或更高

③ 視頻服務器接入速率：100Mbps、155Mbps或1000Mbps(主干網)

④ 操作系統：Windows NT，Win95/98/2000操作系統

⑤ 數據庫：Oracle，MS SQL SERVER7.0，Sybase或Access等

⑥ WEB瀏覽器：基于Java，支持JavaScript，如Internet Explorer 4.0以上或Netscape Navigator 4.0以上。

2.2 系統的結構

一個VOD系統主要由三部分構成：

服務端系統：服務端系統主要由視頻服務器、檔案管理服務器、內部通訊子系統和網絡接口組成。

網絡系統：網絡系統包括主干網絡和本地網絡兩部分，它負責視頻信息流的實時傳輸。當前，可用于建立這種服務系統的網絡物理介質主要是：CATV（有線電視）的同軸電纜、光纖和雙絞線。而采用的網絡技術主要是：快速以太網、FDDI和ATM技術。

客戶端系統：有三種VOD系統：NVOD，TVOD，IVOD。在VOD系統中，需要電視機和機頂盒（Set-top Box），有些系統中，可能還需要一臺配有大容量硬盤的計算機以存儲來自視頻服務器的影視文件。此外，在進行連續媒體播放時，媒體流的緩沖管理、聲頻與視頻數據的同步、網絡中斷與演播中斷的協調等問題都需要進行充分的考慮。

2.3 系統功能特點

獨創的服務器視頻流控制系統 ：采用浪潮獨創的視頻傳輸技術，業界領先的視頻流調控機制，能充分利用網絡帶寬，動態地保證了點播人數的最大化。能夠滿足不限數目的用戶并發點播和流暢觀看同一或不同節目（并發點數與服務器性能及網絡帶寬有關）。

超凡的視頻播放功能：播放器采用浪潮VOD專用播放器，能夠播放幾乎所有格式的視頻文件，用戶可以隨意控制播放過程（前進、后退、停止、選擇片段等）、滿屏顯示、切換聲道、調整屏幕亮度等功能，真正地實時播放。

簡易的安裝配置：浪潮VOD系統帶有專用的安裝向導，提供友好的安裝界面，能夠自動為用戶創建視頻站點，創建視頻數據庫，也可以根據用戶的選擇靈活配置。

極高的安全性：采用Web認證與播放器雙重認證，只有通過頁面登錄的用戶才能點播影片，播放器跟視頻服務器再次握手確認方可點播節目。

2.4 數據編碼技術對VOD的支持

在流媒體技術發展中，常用的視頻壓縮標準有M-JPEG（Motion-JPEG），MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，MPEG-7，H.261系列等。在活動圖像專家組（Moving Picture Experts Group，MPEG）已經制定的國際標準中，MPEG-1用來解決聲音及圖像在CD-ROM上的存儲，MPEG-2解決數字電視、高清電視的壓縮編碼，1993年提出的MPEG-4用來解決在多媒體環境下的高效存儲、傳輸和處理視、音頻信息的問題。 MPEG-4壓縮編碼技術的采用大大降低了數據率，在雙向視頻點播中極大地提高了可點播的用戶數量，即極大地提高了并發流數量。將MPEG-4壓縮編碼技術引入視頻點播系統，大大緩解了雙向視頻點播中視頻服務器的“瓶頸”問題。隨著G交換機、T交換機的應用，該“瓶頸”問題得到了更為有效的解決。另外，采用MPEG-4壓縮技術還可通過QoS保障支持數據傳輸的容錯性。

繼MPEG-4之后，面臨的問題是對日漸龐大的圖像、聲音信息的管理和快速搜尋，基于普通關鍵詞的節目查詢逐漸無法滿足需要，節目的互動查詢越來越困難。1998年10月基于這種設想的MPEG-7標準被提出，它的正式名稱是“多媒體內容描述接口”，對各種不同類型的多媒體信息進行標準化的描述，并將這些描述與所描述的內容相聯系，以實現快速有效的搜索。將MPEG-7編碼技術應用到視頻點播系統中，就可以實現基于節目場景、關鍵畫面、主題關鍵字等節目內容的靈活、快速地查詢，從而實現基于節目內容而非節目標題的視頻點播。基于MPEG-7的視頻點播的工作流程如下：

1）節目制作人先將所選節目存儲到視頻服務器中，在保存的過程中，將與該節目關聯的文字以及視頻關鍵字進行提取并保存到視頻服務器的數據庫中去；

2）客戶通過服務器下發的節目描述字表，選擇有興趣的節目關鍵字，通過與服務器數據庫中的信息對比，檢索出現關聯的大量節目信息，用戶可通過修改、添加、減少個別關鍵字等，最終形成節目信息查詢的關鍵字，即查詢結果；

3）用戶將查詢結果發送到服務器端，服務器將符合用戶需要的節目傳輸到客戶端，客戶端對該節目進行解碼后就可以觀看了。

MPEG-7不僅可提供標準化的核心技術來描述多媒體環境下的視、音頻數據內容，而且可提供互操作性、內容描述的兼容性和靈活性。基于MPEG-7的視頻點播技術也將大大增強互動電視的互動性、靈活性和普及性。

3 現階段VOD技術的研究與發展

我國的VOD研究還處在試驗階段，離大范圍應用還有一定距離。目前國內外比較著名的視頻服務器主要有：nCUB ，MediaCUBE，FVCinV-Cache，SGI challenge等。他們主要從硬件體系結構上對服務器進行專門設計，再配以適當的管理軟件或專用的操作系統實現對硬件的管理。完全從軟件角度實現的系統有Oracle的OVS系統，Cisco的IP/TV，RealNEwork 的real system等。國內幾乎沒有生產專用視頻服務器的廠家，也沒有較為成型的軟件VOD系統。

近年來，IT業的發展和數字技術的廣泛應用，極大地推動了視頻處理、數據存儲以及計算機技術的發展，進而加速了視頻點播的發展。 VOD曾經是寬帶接入技術發展的一個動力，但由于其本質特點所限制—對服務器和網絡資源要求獨享，幾年來，其發展并不像設想的那樣快。因特網上所謂的“網上直播”不乏其例，但總體而言，寬帶業務的發展速度并非像人們想象得那么快，這主要是因為這些業務尚未成為人們生活的第一需要，或為用戶帶來更大利益，以及昂貴的費用等諸多因素的限制；要使VOD網絡進入商業運營，除了多媒體視頻服務器外，ATM交換機的實用化，IP網絡上傳輸服務質量的保證問題的解決，接入網的瓶頸的解決，高效實用的用戶終端成本的降低，相應軟件業的興起等等，都是必須加以考慮的問題。

4 結束語

展望VOD系統今后的發展，等待解決的問題仍是系統中的時延和安全問題。一方面就目前的MPEG壓縮技術和Ipv4而言，時延仍嫌略大而需改進；另一方面安全問題也很突出，如網上多媒體信息流需加寬，如何實現高效的動態多播通訊認證（加密算法和密鑰管理）就是一個極具挑戰性的研究領域。我們期待在不遠的將來，在這一方面會有長足的進展。

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