視頻點播系統在校園網中的實現

摘要：本文分析了日益發展的校園網特點以及構建多媒體視頻點播系統的重要性，并從視頻點播的總體要求、功能定位著手，提出了基于校園網的系統設計思想，詳細地闡述了視頻點播系統結構設計。

關鍵詞：視頻點播；校園網；流媒體

中圖分類號：G642文獻標識碼：B

隨著計算機網絡、數據存儲和視頻壓縮技術的高速發展，從網上瀏覽多媒體內容成為網絡應用的一大亮點。多媒體內容主要包括電影、動畫剪輯、演示課件、電視廣播、現場錄制。視頻點播(VOD)是近年來新興的一種傳媒方式，它可以實現隨時隨地點播教學信息，從而突破了傳統的集體教學的時間和空間的限制，實現了個性化教學。將學校現有的軟硬件資源進行升級改造，構建基于校園網的視頻點播系統，將有利于開展多種形式的多媒體交互教學。

視頻點播系統的基本原理是將編碼、檢索后的多媒體數據存儲到存儲介質中，服務器根據用戶的需求通過網絡傳輸系統傳送到用戶端，經過解碼還原后供用戶觀看和使用。目前，有關校園網絡視頻點播方式主要有以下幾種：

#61548;全ATM方式。采用這種方式，視頻傳輸平滑、速度快、效果好，但費用昂貴，一般用戶承受不起。

#61548;Cable Modem方式。采用Cable接入技術和雙向傳輸技術為學生提供視頻服務，具有頻帶寬的優點，但是這種方式的數據流量的穩定性控制還存在問題。

#61548;ATM骨干網加ADSL方式。該點播方式采用的ADSL的線路承載能力有限。

可以看出這些視頻點播學習環境的研究和開發主要是基于寬帶、高速網絡的，開發成本也較高，而對于相對低帶寬、低速率的網絡如在校園網絡中較典型的交換式快速以太網的開發和研究則較少。同時對于大多數學校而言，在有限的資源條件下完全依據一些公司和廠商的方案構建校園視頻點播學習環境是不切實際的。只有“因校制宜”，將學校現有的軟硬件資源進行升級改造，才是一種切實可行的選擇。

交互式VOD系統由前端處理系統、寬帶交換網絡、用戶接入網、用戶終端設備(機頂盒加電視機或加計算機)等幾個部分組成。VOD系統既可采用集中處理結構，也可采用集中管理、分布處理的方式，并可靈活地選用HFC、FTTB、FTTCADSL、VDSL等多種接入方式。

1前端處理系統

前端處理系統一般由視頻服務器、磁盤陣列、節目數據庫、播控系統等構成。視頻服務器的高速數據傳輸能力保證了用戶對大量的影片、視頻節目、游戲、教務信息以及其他服務的近乎即時訪問。它的突出優點是若干用戶可從不同的時間起點觀看同一個節目，避免了精彩節目被一個用戶所獨占，或某個用戶點播后，其他用戶只能被動跟隨的情況，這對于用戶點播要求相對集中的場會尤為適合。

VOD視頻服務器保存著大量經壓縮的圖像節目并能通過網絡為用戶提供所需的節目拷貝，也可以包含實時的MFEG編碼器來接入實況轉播。節目數據庫是一個存檔系統，保存著大量壓縮形式的電影節目，可成批下載給視頻服務器。VOD視頻服務器通過與用戶之間直接的、實時雙向交互來控制節目的播放，包括節目的選擇、播放過程的開始與終止、播放速度的控制以及不同節目之間的動態切換等。

視頻服務器為了能夠適應實時、連續穩定的視頻流，其存儲量要大，數據速率要高，并應具備接納控制、請求處理、數據檢索、按流傳送等多種功能，以確保用戶請求在系統資源下的有效服務。存儲設備應采用SCSI接口，以確保高速、并行、多重I／O總線的能力。基于ATM的VOD系統，采用的視頻服務器是以多路自路由選擇開關(MPSR)為中心的寬帶視頻服務器。這種結構的服務器可提供即時交互式視頻點播和延時交互式視頻點播兩種服務方式。在大量用戶同時點播時，服務器的傳輸速率很高；同時要求其他相關設備也能支持這種高傳輸速率，但這很難實現。為此可以在網絡邊緣(如ATM網絡前端開關處)設置視頻緩沖池，把點播率高的節目復制到緩沖池中，使部分用戶只需訪問緩沖池即可，緩沖池中沒有要點播的節目，可再去訪問服務器，這就減輕了服務器的負擔，并可以隨著用戶增加而增加緩沖池。裝載緩沖池可用150Mb／s速率，而從緩沖池中向用戶傳送節目是用2Mb／S速率，因此一個服務器可支持多個用戶。

2控制管理系統

控制管理系統是一個信令傳輸網絡，用于管理用戶到VOD視頻服務器的連接。由于實際的VOD系統中可有多個VOD視頻服務器，因此控制管理系統采用兩級網關管理。第一級在數字寬帶交換系統和傳輸系統中實現對不同頻道的選擇；第二級則完成在一個VOD視頻服務器上對特定節目的選擇。VOD信令和數據流通路具體過程如下：

(1) 通過預置信令連通機頂盒和訪問入口設備；

(2) 按照用戶要求，自主選定相關的視頻服務器，提供服務素引；

(3) 服務器系統的初始化可由機頂盒或視頻服務器完成；并由服務入口提供路由信息，由服務器提供節目清單；

(4) 用戶從節目單中選擇節目并將信令傳給視頻服務器；

(5) 通過網絡操作將節目由視頻服務器發到機頂盒；

(6) 其他信令通路都服務于操作中心的監控、記錄等。

3ATM數字定帶交換系統

具備管理能力、點對點可交換的交互式VOD系統，其服務器、網絡、存取設備、用戶預定設備等都能運行于多種類型的視頻壓縮模式和不同帶寬要求的環境中。視頻服務器可根據用戶的要求把用戶點播的節目從視頻庫中取出，并通過ATM網絡傳送給用戶。視頻信息一般采用MPEG標準壓縮編碼，裝人ATM信元，在ATM網絡中傳輸。同一個網絡中可能有多個信息提供者，因此可以有多個視頻服務器，由網絡服務操作中心調配使用。服務入口的功能主要是根據用戶所要求的服務內容將用戶與相應的服務器相連接，一個網絡可有多個服務入口，一個服務入口也可連接多個用戶。服務入口可作為一個獨立的網絡部件，也可集成到現頻服務器或ATM交換中心等其他部件中。服務操作中心是服務提供者用來管理和分配信息資源，并為用戶提供相關服務操作的部件。若服務提供者數量大，則服務操作中心可作為一個獨立部件；若服務提供者數量小，則一般將其集成到現頻服務器中。視頻庫的功能是以壓縮編碼形式存放信息文檔，訪問設備則提供網絡和用戶之間的連接，它一般由位于網絡和用戶設備(CPE)之間的設備組成。CPE包括電視機和錄像機、機頂盒及遙控器。ATM網絡將網絡各部件互連，包括”信令“和“節目數據流”，其中節目數據流應滿足用戶點播要求的速率，在連接方式上可以是點對點，或點對多點。

4傳輸系統

傳輸系統由干線傳輸系統和分配系統組成，作用是將來自VOD視頻服務器及其他信號源的信息送至用戶并回送用戶的反向信息。干線傳輸系統可以有光纖、同軸電纜

和無線傳輸方式等供選擇；分配系統有光纖(FITL)、銅線(ADSL等)、混合光纖同軸電纜(HFC)和無線(LMDS)等實現方式。郵電企業的一般做法是采用ADSL／HDSL／VDSL技術，在PSTN中傳輸節目；而廣電部門一般采用HFC技術，在CATV系統中播出節目。

從傳輸速率、實時性、交互性、經濟性等方面考慮，三種常見網絡中能夠作為VOD系統用戶接入網的只能是PSTN與CATV系統。但是PSTN與CATV系統均需一定改進，PSTN需提高速率，CATV系統則需增加雙向通信能力。

5用戶設備

目前用戶設備主要有兩類結構。第一類結構將網絡終端(NT)從機頂盒分離開來，兩者間多采用E1／V24接口，可提供2Mb／S下行連接和雙向控制連接。將來會出現所謂標準數字家用網(DHN)，允許連接若干機頂盒并能重新使用現有雙絞線或同軸電纜來提供每秒幾十個兆比特的帶寬。第二種結構將NT集成進機頂盒，機頂盒的基本功能是對MPEG信號解碼并與普通電視機接口。還有人機接口、條件接入(編碼)、口令控制、智能卡和信用卡閱讀器等其他功能。

6實現VOD的網絡結構方案

來自VOD視頻服務器的信號(155Mb/s)和傳統的諸如CATV等其他多媒體信號被送入中心點(Hub)進行調制，而Hub則是VOD網絡中數字／模擬轉換的接口；前向通道接收VOD數字信號和其他多媒體信號，將其通過光纖傳送至各節點(Node)。反向信道接收來自用戶端的控制信號，加以處理后，將其送至ATM交換機及VOD視頻服務器。Node通過光纖干線接收來自Hub的前向射頻信號；通過線性放大器加以處理后，通過同軸電纜分配網絡傳送至用戶；Node同時也必須過濾出來自用戶的射頻反向信號，并把它經過激光器驅動回送給Hub。

也可利用ADSL技術，于光纖節點處和用戶瑞安裝ADSL設備實現VOD業務及其他寬帶業務。

ATM交換機和寬帶用戶環路是發展VOD業務的關鍵技術。使用ATM技術的VOD系統，既能很好地服務于用戶，對網絡的帶寬要求又最小。目前，ATM交換機已商用化，而用戶網的寬帶化是開展VOD等寬帶業務最大的難題之一。光纖用戶環路(FTTH、FTTC、FTTB等)以其頻帶寬、可傳高速數據甚至高清晰度電視、能適應B－ISDN和信息高速公路發展等優點，是未來寬帶高速用戶環路的發展方向。但由于其投資大，用戶難以承受。近期應充分利用HFC、ADSL及HDSL技術，挖掘潛力，發展VOD等寬帶業務。

結束語：視頻點播是多種先進技術融合的結晶，它不僅能夠平滑流暢地傳播視頻信息，而且賦予了用戶極大的自主選擇空間。構建基于校園網的視頻點播系統并利用它開展多種形式的教學，有利于學生學習主動性的發揮，有利于體現教師的教學創造性，實現雙向多媒體組合教學。可以預見，在不久的將來，視頻點播將成為學校教育中不可缺少的組成部分，從而推進數字化校園的建設。

參考文獻：

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