校園流媒體視頻點播規劃與實施

摘要：本文介紹了流媒體點播系統的研究意義，分析了流媒體及視頻點播技術的原理、傳輸方式、流媒體格式；針對一般學院架構校園流媒體視頻點播系統提出方案并簡述了如何配置流媒體系統，實現網絡點播。

關鍵詞：流媒體；流傳輸方式；視頻點播；流媒體系統

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)12-20ppp-0c

The Planning and Implementation of the Campus Stream Media's Video-on-demand

PAN Bo1，YE Mei-hao2

(1.Heyuan Vocational Technical College，Heyuan 517000，China;2.Longjie Middle School，Heyuan 517149，China)

Abstract: This paper introduced the research significance of stream media player system. First it analyzed the principle of stream media and video player system， transportation ways， stream media forms and so on. It also proposed a solution which constructed campus stream media player system， then implemented network player. Finally this paper presented the newest technology of stream media and its future.

Key words: Stream Media; Transportation Way; Video Player; Stream Media System

1 研究意義及背景

隨著互聯網的普及，利用網絡傳輸聲音與視頻信號的需求也越來越大。廣播電視等媒體上網后，也都希望通過互聯網來發布自己的音視頻節目。但是，音視頻在存貯時文件的體積一般都十分龐大。在網絡帶寬還很有限的情況下，花幾十分鐘甚至更長的時間等待一個音視頻文件的傳輸，不能不說是一件讓人頭疼的事。流媒體技術的出現，在一定程度上使互聯網傳輸音視頻難的局面得到改善。

傳統的網絡傳輸音視頻等多媒體信息的方式是完全下載后再播放，下載常常要花數分鐘甚至數小時。而采用流媒體技術，就可實現流式傳輸，將聲音、影像或動畫由服務器向用戶計算機進行連續、不間斷傳送，用戶不必等到整個文件全部下載完畢，而只需經過幾秒或十幾秒的啟動延時即可進行觀看。當聲音視頻等在用戶的機器上播放時，文件的剩余部分還會從服務器上繼續下載。[1]

如果將文件傳輸看作是一次接水的過程，過去的傳輸方式就像是對用戶做了一個規定，必須等到一桶水接滿才能使用它，這個等待的時間自然要受到水流量大小和桶的大小的影響。而流式傳輸則是，打開水頭龍，等待一小會兒，水就會源源不斷地流出來，而且可以隨接隨用，因此，不管水流量的大小，也不管桶的大小，用戶都可以隨時用上水。從這個意義上看，流媒體這個詞是非常形象的。

流媒體 (Streaming Media)就是這樣一種新興的網絡傳輸技術，在互聯網上實時順序地傳輸和播放視/音頻等多媒體內容的連續時基數據流，流媒體技術包括流媒體數據采集、視/音頻編解碼、存儲、傳輸、播放等領域。

2 流媒體技術及視頻點播技術概述

2.1 流媒體技術原理

一般來說，流包含兩種含義，廣義上的流是使音頻和視頻形成穩定和連續的傳輸流和回放流的一系技術、方法和協議的總稱，我們習慣上稱之為流媒體系統；而狹義上的流是相對于傳統的下載－回放（Download-Playback）方式而言的一種媒體格式，能從Internet上獲取音頻和視頻等連續的多媒體流，客戶可以邊接收邊播放，使時延大大減少[2]。所以流媒體是指在Internet/Intranet中使用流式傳輸技術的連續時基媒體，流媒體實現的關鍵技術就是流式傳輸。

2.2 實現流媒體傳輸的方法

實現流媒體傳輸的方法一般有兩種：實時流式傳輸（Realtime streaming）和順序流式傳輸（progressive streaming）[3]。一般說來，如視頻為實時廣播，或使用流式傳輸媒體服務器，或應用如RTSP的實時協議，即為實時流式傳輸。如使用HTTP服務器，文件即通過順序流發送。采用那種傳輸方法依賴你的需求。當然，流式文件也支持在播放前完全下載到硬盤。

順序流式傳輸是順序下載，在下載文件的同時用戶可以觀看，由于標準的HTTP服務器可發送這種形式的文件，也不需要其他特殊協議，它經常被稱作HTTP流式傳輸。但是，用戶的觀看與服務器上的傳輸并不是同步進行的，用戶是在一段延時后才能看到服務器上傳出來的信息，或者說用戶看到的總是服務器在若干時間以前傳出來的信息。在這過程中，用戶只能觀看已下載的那部分，而不能要求跳到還未下載的部分。順序流式傳輸比較適合高質量的短片段，因為它可以較好地保證節目播放的最終質量。它適合于在網站上發布的供用戶點播的音視頻節目。

在實時流式傳輸中，音視頻信息可被實時觀看到。在觀看過程中用戶可快進或后退以觀看前面或后面的內容，但是在這種傳輸方式中，如果網絡傳輸狀況不理想，則收到的信號效果比較差。

2.3 流媒體視頻播放方式

（1）單播：在客戶端與媒體服務器之間建立一個單獨的數據通道，從1臺服務器送出的每個數據包只能傳送給1個客戶機，這種傳送方式稱為單播。每個用戶必須分別對媒體服務器發送單獨的查詢，而媒體服務器必須向每個用戶發送所申請的數據包拷貝。這種巨大冗余造成服務器負擔沉重，響應需要很長時間，甚至停止播放。

（2）組播：組播技術構建的網絡，允許路由器一次將數據包復制到多個通道上。采用組播方式，媒體服務器只需要發送一個信息包，所有發出請求的客戶端即可同時收到連續數據流而無延時。這就大大減少了網絡上傳輸的信息包的總量。

（3）點播與廣播：點播連接是客戶端與服務器之間的主動的連接。在點播連接中，用戶通過選擇內容項目來初始化客戶端連接。用戶可以開始、停止、后退、快進或暫停流。點播連接提供了對流的最大控制，但這種方式由于每個客戶端各自連接服務器，會迅速用完網絡帶寬。廣播指的是用戶被動地接收流。在廣播過程中，數據包的單獨一個拷貝將發送給網絡上的所有用戶，客戶端接收流，但不能控制流。

2.4 各種流媒體文件格式

支持的媒體格式包括MOV、MPEG4、RM、MP3、WAV、AVI、AU、FLASH等，可以播放音頻、視頻以及混合媒體格式。這些格式基本可以分為四大陣營：（1）Real流媒體；（2）Microsoft Media流媒體；（3）QuickTime Mov流媒體；（4）Adobe Flash流媒體。

3 一般院校校園流媒體設計方案

目前學院校園網建設已進入寬帶網時代，學校積累了大量的音頻和視頻資源，可以服務器共用，但現還沒有一套校園流媒體點播系統，師生使用極為不便，而購買校園流媒體點播系統的價格不菲。所以構建適合自己的校園流媒體點播系統能讓校園網流媒體點播和播放、方便、快捷。下面是基本設計方案。

3.1 構架流媒體服務器

（1）硬件環境：采用流媒體點播技術來實現校園網視頻點播，流媒體相關技術已在前面詳細闡述。傳統的校園VOD點播服務器端不僅需要大量的存儲系統，同時還要負荷大量的數據傳輸，導致服務器根本無法進行大規模的點播。我設計構建的校園流媒體點播系統客戶端采用瀏覽器方式進行點播，基本無需維護。由于采用了先進的機群技術，可對大規模的并發點播請求進行分布式處理，使其能適應大規模的點播環境。

其次我們的1000M校園網內部如果要實現一百人在線的點播要什么樣的服務器硬件配置呢？據我了解，目前流媒體服務器兼容機配置為(P43.0G/2G內存/7200轉16M緩存200G*5IDE硬盤)雙電源、多風扇機箱，機房環境要求低溫室，(機房內采用空調控制室溫)因為硬盤發熱量很大，要及時散熱。同時，在選擇好的服務器上安裝WIN2003服務器版，安裝兩個以上網卡。

（2）安裝流媒體服務器：配置好硬件后，設計采用流媒體軟件Helix server9.05，本方案以Windows系統的安裝和配置為例。具體配置可根據軟件說明書。

（3）進階配置流媒體服務器：Helix服務啟動后，當連接人數達到一定程度時，往往會發生嚴重的緩沖現象，嚴重影響服務質量。經過研究發現該現象與服務器的硬件資源不相稱，不論你有多好的硬件環境，都會出現這樣的情況。但是你會發現發生這類現象時，服務器的CPU使用率、網絡帶寬消耗，和內存占用率都處于及低的水平上，也就是說遠遠沒有發揮服務器的硬件性能。為了能夠充分發揮硬件資源的能力，推薦在單服務器上安裝多服務，讓多個Helix并行服務，這樣就能大大地提高服務性能。

（4）安裝配置校園流媒體點播系統的訪問界面：在這里要分兩種情況進行配置：讓內網用戶方便的點播，不要求輸入用戶名，選用美萍vod點播系統7.9標準版，這個軟件下載地址(http://www.mpsoft.net/download.htm)；讓外網用戶有限制的點播學校發布的視頻，訪問要輸入用戶名，可選用金梅或螞蟻影院的系統。 我建設采用美萍vod點播系統7.9標準版與Helix server9.01完美配合，讓校園網用戶用IE方便點播。

3.2 校園流媒體點播系統的功能

（1）多媒體課件制作：從多種信息源如教材光盤、錄像帶中取得教學素材，由教師自行編輯制作多媒體教學課件，支持多種媒體的電子課件（如：音頻、視頻、圖片、文本等）。錄像帶、VCD、電視節目等資料轉成多種格式能在網絡上發布的多媒體課件，供教師、學生點播。 可以將直播授課進行錄像，并可進行二次加工，存入課件庫中進行點播。支持多種數據格式并利用智能流技術支持多種帶寬，利用獨特的視頻、音頻、FLASH、圖片、文字同步技術，真正實現理想的網絡教學。

（2）多媒體教室：在多媒體教室里，學生通過網絡終端從媒體庫（課件）中隨意點播自己感興趣的內容進行自學，可以實現暫停，快進，快倒隨意控制。

（3）輔助教學：將與學習內容相關的視音頻節目預先準備好存儲在服務器里，教師授課時在教室里點播給學生觀看，可以顯示在電視機或投影儀上（本校投影屏），支持多個教室的同時點播。

（4）廣播授課：廣播服務器內置視頻捕捉卡，輔以攝像頭、麥克風等設備，可以將教師的授課內容在網絡上實時廣播，所有連接在網絡上的客戶端都可以收看，帶寬允許的話還可以實現遠程教學。而且，實時廣播的內容還可儲存下來制作成課件供以后點播使用。點播用戶可以自行選擇觀看不同的節目并隨意控制播放過程（進、退、停等）。

（5）數字圖書館：結合數字圖書館的建設，將實現一般的書目查詢、查詢、預訂和借閱之外，未來多媒體視聽資料的增多，使得傳統的圖書館走向數字化，通過校園多媒體網絡，教師、學生可以查詢圖書館的多媒體視聽資料和教學錄像課件，并在網上直接借閱收看。實現多媒體圖書資源共享。

通過已建成的校園網絡，連接多媒體教室、圖書館、電教中心、學校辦公樓、宿舍區，可在多個多媒體教室之間進行動態視頻、語音和數據的教學、廣播現場實況、進行學術研討。也可向校園網上廣播多媒體教室的實況動態圖象和話音。將教師的現場講課的實況動態視頻圖像，聲音及文字進行采集壓縮后由視頻服務器通過先進的網絡組播傳播傳送給每個網絡上收看終端正在收看講課的學生。校園網絡上的用戶還可在網上收看學校電教室、演播中心、外語多媒體中心的有線電視及教學節目；收看校領導的講話；查詢圖書館的多媒體視聽資料和教學錄像課件；復習預習課程；查詢并收看網上國內外學校的課程。校領導可在自己辦公室直接向全校發送重要講話。

4 結束語

流媒體技術與網絡技術、多媒體技術的結合是信息技術發展的方向和未來，在不斷發展過程中，流媒休技術在多媒體教學內容的傳輸中扮演越來越重要的角色。希望本文對教師建設及使用流媒體視頻點播系統提供一些幫助。

參考文獻：

[1] 鄭志強，李文中.網絡影音即時播放技術公開[M]，北京:中國青年出版社，2000

[2] 張麗.流媒體技術大全[M].北京:中國青年出版社，2001.

收稿日期：2008-02-12

校園流媒體視頻點播規劃與實施

潘博1，葉美好2

（1.河源職業技術學院，廣東 河源 517000；2.連平縣隆街中學，廣東 河源 517149）

摘要：本文介紹了流媒體點播系統的研究意義，分析了流媒體及視頻點播技術的原理、傳輸方式、流媒體格式；針對一般學院架構校園流媒體視頻點播系統提出方案并簡述了如何配置流媒體系統，實現網絡點播。

關鍵詞：流媒體；流傳輸方式；視頻點播；流媒體系統

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)12-20ppp-0c

The Planning and Implementation of the Campus Stream Media's Video-on-demand

PAN Bo1，YE Mei-hao2

(1.Heyuan Vocational Technical College，Heyuan 517000，China;2.Longjie Middle School，Heyuan 517149，China)

Abstract: This paper introduced the research significance of stream media player system. First it analyzed the principle of stream media and video player system， transportation ways， stream media forms and so on. It also proposed a solution which constructed campus stream media player system， then implemented network player. Finally this paper presented the newest technology of stream media and its future.

Key words: Stream Media; Transportation Way; Video Player; Stream Media System

1 研究意義及背景

隨著互聯網的普及，利用網絡傳輸聲音與視頻信號的需求也越來越大。廣播電視等媒體上網后，也都希望通過互聯網來發布自己的音視頻節目。但是，音視頻在存貯時文件的體積一般都十分龐大。在網絡帶寬還很有限的情況下，花幾十分鐘甚至更長的時間等待一個音視頻文件的傳輸，不能不說是一件讓人頭疼的事。流媒體技術的出現，在一定程度上使互聯網傳輸音視頻難的局面得到改善。

傳統的網絡傳輸音視頻等多媒體信息的方式是完全下載后再播放，下載常常要花數分鐘甚至數小時。而采用流媒體技術，就可實現流式傳輸，將聲音、影像或動畫由服務器向用戶計算機進行連續、不間斷傳送，用戶不必等到整個文件全部下載完畢，而只需經過幾秒或十幾秒的啟動延時即可進行觀看。當聲音視頻等在用戶的機器上播放時，文件的剩余部分還會從服務器上繼續下載。[1]

如果將文件傳輸看作是一次接水的過程，過去的傳輸方式就像是對用戶做了一個規定，必須等到一桶水接滿才能使用它，這個等待的時間自然要受到水流量大小和桶的大小的影響。而流式傳輸則是，打開水頭龍，等待一小會兒，水就會源源不斷地流出來，而且可以隨接隨用，因此，不管水流量的大小，也不管桶的大小，用戶都可以隨時用上水。從這個意義上看，流媒體這個詞是非常形象的。

流媒體 (Streaming Media)就是這樣一種新興的網絡傳輸技術，在互聯網上實時順序地傳輸和播放視/音頻等多媒體內容的連續時基數據流，流媒體技術包括流媒體數據采集、視/音頻編解碼、存儲、傳輸、播放等領域。

2 流媒體技術及視頻點播技術概述

2.1 流媒體技術原理

一般來說，流包含兩種含義，廣義上的流是使音頻和視頻形成穩定和連續的傳輸流和回放流的一系技術、方法和協議的總稱，我們習慣上稱之為流媒體系統；而狹義上的流是相對于傳統的下載－回放（Download-Playback）方式而言的一種媒體格式，能從Internet上獲取音頻和視頻等連續的多媒體流，客戶可以邊接收邊播放，使時延大大減少[2]。所以流媒體是指在Internet/Intranet中使用流式傳輸技術的連續時基媒體，流媒體實現的關鍵技術就是流式傳輸。

2.2 實現流媒體傳輸的方法

實現流媒體傳輸的方法一般有兩種：實時流式傳輸（Realtime streaming）和順序流式傳輸（progressive streaming）[3]。一般說來，如視頻為實時廣播，或使用流式傳輸媒體服務器，或應用如RTSP的實時協議，即為實時流式傳輸。如使用HTTP服務器，文件即通過順序流發送。采用那種傳輸方法依賴你的需求。當然，流式文件也支持在播放前完全下載到硬盤。

順序流式傳輸是順序下載，在下載文件的同時用戶可以觀看，由于標準的HTTP服務器可發送這種形式的文件，也不需要其他特殊協議，它經常被稱作HTTP流式傳輸。但是，用戶的觀看與服務器上的傳輸并不是同步進行的，用戶是在一段延時后才能看到服務器上傳出來的信息，或者說用戶看到的總是服務器在若干時間以前傳出來的信息。在這過程中，用戶只能觀看已下載的那部分，而不能要求跳到還未下載的部分。順序流式傳輸比較適合高質量的短片段，因為它可以較好地保證節目播放的最終質量。它適合于在網站上發布的供用戶點播的音視頻節目。

在實時流式傳輸中，音視頻信息可被實時觀看到。在觀看過程中用戶可快進或后退以觀看前面或后面的內容，但是在這種傳輸方式中，如果網絡傳輸狀況不理想，則收到的信號效果比較差。

2.3 流媒體視頻播放方式

（1）單播：在客戶端與媒體服務器之間建立一個單獨的數據通道，從1臺服務器送出的每個數據包只能傳送給1個客戶機，這種傳送方式稱為單播。每個用戶必須分別對媒體服務器發送單獨的查詢，而媒體服務器必須向每個用戶發送所申請的數據包拷貝。這種巨大冗余造成服務器負擔沉重，響應需要很長時間，甚至停止播放。

（2）組播：組播技術構建的網絡，允許路由器一次將數據包復制到多個通道上。采用組播方式，媒體服務器只需要發送一個信息包，所有發出請求的客戶端即可同時收到連續數據流而無延時。這就大大減少了網絡上傳輸的信息包的總量。

（3）點播與廣播：點播連接是客戶端與服務器之間的主動的連接。在點播連接中，用戶通過選擇內容項目來初始化客戶端連接。用戶可以開始、停止、后退、快進或暫停流。點播連接提供了對流的最大控制，但這種方式由于每個客戶端各自連接服務器，會迅速用完網絡帶寬。廣播指的是用戶被動地接收流。在廣播過程中，數據包的單獨一個拷貝將發送給網絡上的所有用戶，客戶端接收流，但不能控制流。

2.4 各種流媒體文件格式

支持的媒體格式包括MOV、MPEG4、RM、MP3、WAV、AVI、AU、FLASH等，可以播放音頻、視頻以及混合媒體格式。這些格式基本可以分為四大陣營：（1）Real流媒體；（2）Microsoft Media流媒體；（3）QuickTime Mov流媒體；（4）Adobe Flash流媒體。

3 一般院校校園流媒體設計方案

目前學院校園網建設已進入寬帶網時代，學校積累了大量的音頻和視頻資源，可以服務器共用，但現還沒有一套校園流媒體點播系統，師生使用極為不便，而購買校園流媒體點播系統的價格不菲。所以構建適合自己的校園流媒體點播系統能讓校園網流媒體點播和播放、方便、快捷。下面是基本設計方案。

3.1 構架流媒體服務器

（1）硬件環境：采用流媒體點播技術來實現校園網視頻點播，流媒體相關技術已在前面詳細闡述。傳統的校園VOD點播服務器端不僅需要大量的存儲系統，同時還要負荷大量的數據傳輸，導致服務器根本無法進行大規模的點播。我設計構建的校園流媒體點播系統客戶端采用瀏覽器方式進行點播，基本無需維護。由于采用了先進的機群技術，可對大規模的并發點播請求進行分布式處理，使其能適應大規模的點播環境。

其次我們的1000M校園網內部如果要實現一百人在線的點播要什么樣的服務器硬件配置呢？據我了解，目前流媒體服務器兼容機配置為(P43.0G/2G內存/7200轉16M緩存200G*5IDE硬盤)雙電源、多風扇機箱，機房環境要求低溫室，(機房內采用空調控制室溫)因為硬盤發熱量很大，要及時散熱。同時，在選擇好的服務器上安裝WIN2003服務器版，安裝兩個以上網卡。

（2）安裝流媒體服務器：配置好硬件后，設計采用流媒體軟件Helix server9.05，本方案以Windows系統的安裝和配置為例。具體配置可根據軟件說明書。

（3）進階配置流媒體服務器：Helix服務啟動后，當連接人數達到一定程度時，往往會發生嚴重的緩沖現象，嚴重影響服務質量。經過研究發現該現象與服務器的硬件資源不相稱，不論你有多好的硬件環境，都會出現這樣的情況。但是你會發現發生這類現象時，服務器的CPU使用率、網絡帶寬消耗，和內存占用率都處于及低的水平上，也就是說遠遠沒有發揮服務器的硬件性能。為了能夠充分發揮硬件資源的能力，推薦在單服務器上安裝多服務，讓多個Helix并行服務，這樣就能大大地提高服務性能。

（4）安裝配置校園流媒體點播系統的訪問界面：在這里要分兩種情況進行配置：讓內網用戶方便的點播，不要求輸入用戶名，選用美萍vod點播系統7.9標準版，這個軟件下載地址(http://www.mpsoft.net/download.htm)；讓外網用戶有限制的點播學校發布的視頻，訪問要輸入用戶名，可選用金梅或螞蟻影院的系統。 我建設采用美萍vod點播系統7.9標準版與Helix server9.01完美配合，讓校園網用戶用IE方便點播。

3.2 校園流媒體點播系統的功能

（1）多媒體課件制作：從多種信息源如教材光盤、錄像帶中取得教學素材，由教師自行編輯制作多媒體教學課件，支持多種媒體的電子課件（如：音頻、視頻、圖片、文本等）。錄像帶、VCD、電視節目等資料轉成多種格式能在網絡上發布的多媒體課件，供教師、學生點播。 可以將直播授課進行錄像，并可進行二次加工，存入課件庫中進行點播。支持多種數據格式并利用智能流技術支持多種帶寬，利用獨特的視頻、音頻、FLASH、圖片、文字同步技術，真正實現理想的網絡教學。

（2）多媒體教室：在多媒體教室里，學生通過網絡終端從媒體庫（課件）中隨意點播自己感興趣的內容進行自學，可以實現暫停，快進，快倒隨意控制。

（3）輔助教學：將與學習內容相關的視音頻節目預先準備好存儲在服務器里，教師授課時在教室里點播給學生觀看，可以顯示在電視機或投影儀上（本校投影屏），支持多個教室的同時點播。

（4）廣播授課：廣播服務器內置視頻捕捉卡，輔以攝像頭、麥克風等設備，可以將教師的授課內容在網絡上實時廣播，所有連接在網絡上的客戶端都可以收看，帶寬允許的話還可以實現遠程教學。而且，實時廣播的內容還可儲存下來制作成課件供以后點播使用。點播用戶可以自行選擇觀看不同的節目并隨意控制播放過程（進、退、停等）。

（5）數字圖書館：結合數字圖書館的建設，將實現一般的書目查詢、查詢、預訂和借閱之外，未來多媒體視聽資料的增多，使得傳統的圖書館走向數字化，通過校園多媒體網絡，教師、學生可以查詢圖書館的多媒體視聽資料和教學錄像課件，并在網上直接借閱收看。實現多媒體圖書資源共享。

通過已建成的校園網絡，連接多媒體教室、圖書館、電教中心、學校辦公樓、宿舍區，可在多個多媒體教室之間進行動態視頻、語音和數據的教學、廣播現場實況、進行學術研討。也可向校園網上廣播多媒體教室的實況動態圖象和話音。將教師的現場講課的實況動態視頻圖像，聲音及文字進行采集壓縮后由視頻服務器通過先進的網絡組播傳播傳送給每個網絡上收看終端正在收看講課的學生。校園網絡上的用戶還可在網上收看學校電教室、演播中心、外語多媒體中心的有線電視及教學節目；收看校領導的講話；查詢圖書館的多媒體視聽資料和教學錄像課件；復習預習課程；查詢并收看網上國內外學校的課程。校領導可在自己辦公室直接向全校發送重要講話。

4 結束語

流媒體技術與網絡技術、多媒體技術的結合是信息技術發展的方向和未來，在不斷發展過程中，流媒休技術在多媒體教學內容的傳輸中扮演越來越重要的角色。希望本文對教師建設及使用流媒體視頻點播系統提供一些幫助。

參考文獻：

[1] 鄭志強，李文中.網絡影音即時播放技術公開[M]，北京:中國青年出版社，2000

[2] 張麗.流媒體技術大全[M].北京:中國青年出版社，2001.

收稿日期：2008-02-12