基于流媒體技術(shù)的校園網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)構(gòu)建

龐丙秀

江蘇省徐州醫(yī)藥高等職業(yè)學(xué)校 江蘇 221116

0 前言

以數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)為代表的信息技術(shù)把人類帶進(jìn)一個(gè)嶄新的時(shí)代—流媒體時(shí)代。基于流媒體技術(shù)的校園網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)改變了傳統(tǒng)的校園電臺(tái)的工作模式，克服了由于建筑物造成的盲點(diǎn)、多校區(qū)不同步、受時(shí)間限制、交互性不強(qiáng)等特點(diǎn)，并能夠在主校區(qū)無線調(diào)頻播出的同時(shí)進(jìn)行網(wǎng)上直播和自動(dòng)備份，并實(shí)現(xiàn)對(duì)已播送節(jié)目的網(wǎng)上點(diǎn)播，管理員還可以對(duì)網(wǎng)上播出實(shí)行遠(yuǎn)程控制。

1 流媒體技術(shù)

流媒體包含兩種含義，廣義上指音頻和視頻成穩(wěn)定和連續(xù)的傳輸流和回放流的一系列技術(shù)、方法和協(xié)議的總稱，通常稱為流媒體系統(tǒng)；狹義上指與傳統(tǒng)的下載—回放（Down-Playback）方式相對(duì)的一種媒體格式，能從Internet上獲取連續(xù)的多媒體流，用戶可以邊播放，使延時(shí)大大減少。流媒體實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)是流式傳輸，在這種流式傳輸方式的系統(tǒng)中，用戶不必像非流式播放那樣等到整個(gè)文件全部下載完畢后才能看見其中的內(nèi)容，而是只需要經(jīng)過幾秒或幾十秒的啟動(dòng)延時(shí)即可在計(jì)算機(jī)上利用相應(yīng)的播放器對(duì)流式多媒體文件進(jìn)行播放和觀看，其剩余部分繼續(xù)工作。流媒體的傳輸種類包括順序流式傳輸和實(shí)時(shí)流式傳輸。

1.1 順序流式傳輸

順序流式傳輸是順序下載，在下載文件的同時(shí)用戶可觀看在線媒體，在給定時(shí)刻，用戶只能觀看已下載的那部分，而不能跳到還未下載的其他部分，而且還不能像實(shí)時(shí)流傳輸那樣在傳輸期間根據(jù)用戶連接的速度做調(diào)整。

1.2 實(shí)時(shí)流式傳輸

實(shí)時(shí)流式傳輸是指保證媒體信號(hào)寬帶與網(wǎng)絡(luò)連接匹配，使媒體可被實(shí)時(shí)觀看到。目前，實(shí)時(shí)流媒體的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議主要包括以下5種：

（1）實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（Realtime Transport Protocol，RTP）：針對(duì)多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸協(xié)議。

（2）實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議（Realtime Transport Control Protcol，RTCP）：和RTP一起提供流量控制和擁塞控制服務(wù)。

（3）實(shí)時(shí)流服務(wù)（Realtime Streaming Protocol，RTCP）：定義了一對(duì)多的應(yīng)用程序如何有效的通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送多媒體數(shù)據(jù)。

（4）資源預(yù)定協(xié)議（Resource Reserve Protocol，RSVP）。

（5）繪畫描述協(xié)議（Session Description Protocol，SDP）。

2 流媒體在校園中的應(yīng)用形式

我國(guó)校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)日趨成熟，基于校園網(wǎng)絡(luò)的多媒體教室、電教中心、圖書館、視聽中心、學(xué)生公寓等之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)視頻、語音和數(shù)據(jù)的教學(xué)、課件點(diǎn)播、廣播、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況轉(zhuǎn)播、遠(yuǎn)程監(jiān)控，視頻會(huì)議成為需求的主流，促進(jìn)流媒體技術(shù)在校園中得到廣泛應(yīng)用。

2.1 廣播式課堂

從衛(wèi)星、電視、DVD光盤、攝像機(jī)等采集的教學(xué)多媒體信息資源，用采集卡輸入計(jì)算機(jī)后編碼成流媒體格式，編碼后上傳到流媒體服務(wù)器，實(shí)時(shí)廣播的內(nèi)容還可以存儲(chǔ)下來做成集文本、音視頻為遺體、表現(xiàn)力豐富的多媒體課件。

2.2 交互式教學(xué)

隨著教育教學(xué)改革的進(jìn)展，自由選擇授課教師成為可能，將出現(xiàn)選擇名師課程的學(xué)生一個(gè)教室容納不下，可以利用流媒體技術(shù)來解決。將一臺(tái)攝像機(jī)放在教師授課的教室，攝像機(jī)拍攝的教師授課過程實(shí)時(shí)的傳輸?shù)搅髅襟w編碼機(jī)，經(jīng)過采集卡的采集、編碼后實(shí)時(shí)地上傳到流媒體服務(wù)器，再由流媒體服務(wù)器實(shí)時(shí)發(fā)布到其他教室的終端計(jì)算機(jī)，利用投影儀將教師授課過程實(shí)時(shí)的播放出來。

2.3 在線答疑

利用流媒體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“面對(duì)面”，一對(duì)一或一對(duì)多的在線答疑，在校園網(wǎng)上構(gòu)建軟件平臺(tái)的答疑中心，教師和學(xué)生可以通過任何帶有音視頻設(shè)備且和校園網(wǎng)連通的計(jì)算機(jī)登錄到答疑中心，學(xué)生可以選擇不同的教師提問，教師可以針對(duì)某一學(xué)生或多個(gè)學(xué)生進(jìn)行答疑，管理員負(fù)責(zé)維護(hù)秩序，協(xié)調(diào)答疑中心中學(xué)生與教師之間的溝通。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)直播、電視轉(zhuǎn)播

利用流媒體技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)上電視節(jié)目實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)播。利用電視卡接收有線電視信號(hào)，采集到視頻采集卡，再經(jīng)過編碼、壓縮后上傳到流媒體服務(wù)器，通過媒體網(wǎng)站，就可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)直播。交互式網(wǎng)絡(luò)電視IPTV、就是利用流媒體技術(shù)通過寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)字電視信號(hào)給用戶，基于互聯(lián)網(wǎng)的方式來實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的服務(wù)將電視服務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、電子郵件、以及多種在線信息咨詢、娛樂、教育及商務(wù)功能結(jié)合在一起，具有很強(qiáng)的發(fā)展前景。

2.5 遠(yuǎn)程監(jiān)視、視頻會(huì)議

在大學(xué)校園內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢貌贾靡恍?shù)碼像機(jī)、通過校園網(wǎng)絡(luò)連接到編碼計(jì)算機(jī)的視頻采集卡上，有編碼計(jì)算機(jī)采集編碼后上傳到控制中心，即可監(jiān)視整個(gè)校園，或直接在攝像機(jī)前端安裝采集編碼模塊，編碼后信息通過網(wǎng)絡(luò)傳到控制中心，這樣不論網(wǎng)絡(luò)是否暢通，都能保障監(jiān)控信息不丟失，同樣把大學(xué)之間學(xué)術(shù)交流的會(huì)議中心攝像機(jī)采集信息，利用教育網(wǎng)重組的網(wǎng)絡(luò)寬帶，實(shí)時(shí)在各個(gè)大學(xué)中進(jìn)行直播，很容易實(shí)現(xiàn)視頻會(huì)議。

2.6 數(shù)字多媒體圖書館

現(xiàn)代大學(xué)圖書館實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的樹木查詢，預(yù)定和借閱，已經(jīng)不能滿足師生的需求，基于多媒體的視聽資料增多，傳統(tǒng)的圖書館走向數(shù)字化，利用流媒體技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)上教師、學(xué)生可以直接查詢圖書館的多媒體視聽資料和教學(xué)錄像課件，并在網(wǎng)上直接借閱收看。

3 基于流媒體技術(shù)的校園網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)構(gòu)建

3.1 網(wǎng)絡(luò)視頻直播系統(tǒng)

基于流媒體技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)視頻網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

圖1 網(wǎng)絡(luò)視頻直播系統(tǒng)構(gòu)成圖

（1）硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)包括視頻源、視頻捕捉設(shè)備（實(shí)時(shí)編碼工作站）、視頻編碼直播服務(wù)器和客戶端四個(gè)部分組成。

視頻源即你要直播的視頻內(nèi)容的來源，它可以是電視機(jī)接收的節(jié)目（如足球世界杯）、攝像正在拍攝的現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)機(jī)（如學(xué)校運(yùn)動(dòng)會(huì)、春節(jié)晚會(huì)）。

視頻捕捉設(shè)備（實(shí)時(shí)編碼工作站）主要指視頻采集卡，將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，與軟件編碼器（Windows Media Encoder9）相配合，生成音視頻流。

視頻編碼直播服務(wù)器：在高性能的服務(wù)器上，安裝視頻采集卡和編碼軟件就可以擔(dān)當(dāng)視頻采集和直播的工作，實(shí)現(xiàn)節(jié)目的錄制。如果配置多塊采集卡就可以實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的同時(shí)直播，視頻編碼起對(duì)CPU的要求較高，從而網(wǎng)絡(luò)的寬帶影響比較大。

客戶端：普通個(gè)人計(jì)算機(jī)，安裝播放器，就可以收看直播視頻流。目前的直播系統(tǒng)基本上采用B/S結(jié)構(gòu)，客戶機(jī)通過瀏覽器就可以收看節(jié)目。

（2）軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)由視頻編碼直播服務(wù)器和客戶端組成。視頻編碼直播服務(wù)器指的是Windows Media Encoder的各類視頻采集卡驅(qū)動(dòng)。客戶端是安裝Windows Media Player 等各類版本的播放器。

3.2 網(wǎng)絡(luò)視頻點(diǎn)播系統(tǒng)（Web VOD）

網(wǎng)絡(luò)視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，系統(tǒng)主要是由視頻點(diǎn)播服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、認(rèn)證服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成。

視頻點(diǎn)播服務(wù)器是整套Web VOD流媒體系統(tǒng)的核心，由一臺(tái)或多臺(tái)高可靠性、高穩(wěn)定性的高檔流式服務(wù)器組成，主要負(fù)責(zé)對(duì)視頻節(jié)目流進(jìn)行管理，處理來自客戶端的點(diǎn)播請(qǐng)求，經(jīng)過請(qǐng)求驗(yàn)證后，將視頻流“推”向有點(diǎn)播請(qǐng)求的客戶端。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器作為數(shù)據(jù)管理的控制者，負(fù)責(zé)所有數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、查詢、統(tǒng)計(jì)、處理客戶端在點(diǎn)播期間的所有信息，為系統(tǒng)管理提供原始數(shù)據(jù)，支持節(jié)目數(shù)據(jù)庫、用戶信息數(shù)據(jù)庫等。

存儲(chǔ)設(shè)備由一組或多組大容量的SCSI高速硬盤組或磁盤組陣列組成，與專業(yè)視頻服務(wù)器相連，用于存儲(chǔ)數(shù)字節(jié)目，存儲(chǔ)容量根柱存入節(jié)目多少而定。

圖2 Web VOD視頻點(diǎn)播系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

Web VOD通常提供以下三種服務(wù)方式，以適應(yīng)不同的需求。

（1）單點(diǎn)播方式（unicast）：在這種方式下，用戶單獨(dú)占有一個(gè)節(jié)目通道，并對(duì)節(jié)目具有完全的控制，可以有類似與錄像機(jī)的控制，隨機(jī)播放、快進(jìn)、快退、暫停、慢放。這種服務(wù)方式具有快速響應(yīng)、交互性能好的特點(diǎn)，具有好的服務(wù)質(zhì)量。

（2）多點(diǎn)播放方式（multicast）：在這種方式下，幾個(gè)用戶共同擁有一個(gè)節(jié)目通道，但節(jié)目只能線性播放，即從頭放到尾，用戶不能進(jìn)行控制，這種方式相當(dāng)于預(yù)約播放方式，具有簡(jiǎn)單的交互性，提供中等的服務(wù)質(zhì)量，有較多的用戶。

（3）廣播方式（BROADCAST）：在這種方式下，節(jié)目通道相當(dāng)于一格有線電視頻道，由VOD系統(tǒng)統(tǒng)一安排時(shí)間和節(jié)目，這種方式類似于廣播，不具有交互性，提供較差的服務(wù)質(zhì)量，但具有較多的用戶。

4 基于流媒體技術(shù)的校園網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)例

本實(shí)例為基于WMT（Windows Media Technology）技術(shù)和（ASP+ACCESS）技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播系統(tǒng)（Web VOD），在此網(wǎng)站，管理員可以通過該系統(tǒng)為同學(xué)提供電影下載和在線視頻服務(wù)。系統(tǒng)包含了視頻軟件下載安裝、會(huì)員管理、視頻信息顯示播放、視頻搜索、視頻欄目管理和視頻信息管理6種功能，其功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 基于WMT技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播系統(tǒng)功能圖

5 總結(jié)

加強(qiáng)校園網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)，使校園內(nèi)有網(wǎng)絡(luò)需求的各地方都能以高速接入校園網(wǎng)，通過流媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，就可以利用校園網(wǎng)充分為學(xué)校的教學(xué)服務(wù)，使得教學(xué)方式更加靈活，學(xué)習(xí)方式更多樣化，從整體上提高了辦學(xué)水平。毫無疑問，流媒體技術(shù)在校園網(wǎng)中在充當(dāng)越來越重要的角色，從而真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字化校園環(huán)境。

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