遵義師范學院流媒體綜合服務平臺設計與實現

陳 佳

（遵義師范學院 計算機科學系,貴州 遵義 563002）

計算機技術與網絡通信技術的飛速發展,正在深刻地改變著我們的工作、生活與娛樂方式。直到二十世紀九十年代,計算機還是以文本作為主要信息載體,但隨著寬帶網絡與專用網絡的普及以及個人計算機處理能力的增強,互聯網上的傳輸內容已經轉變為包含文字、圖片、音頻與視頻等多媒體數據。要在互聯網上傳輸音頻與視頻,最好的方案是采用流媒體技術。

1 概述

1.1 設計背景

隨著高速網絡以及流媒體技術的發展,視頻點播已經成為現實。視頻點播是多媒體通信領域中發展速度最快、技術最成熟、感染力最強、運行效益最好的業務之一,是綜合運用通信網絡、多媒體、數據庫等技術的工程。作為流媒體技術應用的一個分支,VOD技術的成功應用,對于構建流媒體應用的綜合平臺具有重要的借鑒意義,尤其對于西部新建本科院校在整合改造現有校園網中具有投入成本低、效益好,能夠為師生教學科研提供較好服務的現實價值。

1.2 開發目的

鑒于遵義師范學院校園網沒有視頻點播系統以及多個流媒體應用系統獨立工作的現狀,基于VOD技術設計并實現集成多種流媒體應用的綜合服務平臺,不僅可以填補視頻點播系統的空缺,而且可以將多個系統集成使用,更充分地有效地利用校園網資源。

2 流媒體綜合服務平臺設計方案

2.1 需求分析

遵義師范學院流媒體綜合服務平臺是遵義師范學院多媒體中心的重要組成部分,該平臺的設計和實現是遵義師范學院數字化校園建設中的關鍵部分。校園網絡用戶對多媒體業務的主要需求集中在VOD點播和網上直播業務上,特別是對于球類比賽節目的電視直播,并發在線用戶數量比較大。

在本方案中,設計的網絡電視組播不限制人數,單播并發設置為5000人,一部VOD節目并發設置為500人,VOD的并發總設置為1800人。

本方案針對師生在實際使用過程中對平臺需求的特點,結合我院現有的軟硬件資源,對平臺的整體結構做了大體的設計。

2.2 功能設計

遵義師范學院流媒體綜合服務平臺集成了多種流媒體應用系統,該平臺邏輯結構如圖1所示。

2.3 架構設計

平臺總體架構設計是以流媒體的相關技術為基礎,并且充分利用校園網絡帶寬的優勢,結合多媒體的實際應用需求進行設計與開發。平臺架構以流媒體服務器為核心,集成多種應用服務系統,開發相應的管理平臺,構建較為完整實用的流媒體綜合服務平臺。

（1）資源采集

各種流媒體資源通過不一樣的方式進行采集。視頻點播資源由管理員不定期地在網絡上下載相關信息,并轉換成相應的視頻流；錄播系統資源則是在錄播教室內,根據上課的情況全程錄制采集而成。

（2）資源發布

資源在校園網內是通過廣播實現的,我院相關工作人員向服務器上傳數字化節目資源,得到點播節目的鏈接地址；接著登陸后臺管理,添加新節目；完成設置后,系統會針對節目生成對應的文件；系統自動生成點播鏈接,全體師生在校園網內,都可以登錄平臺門戶網站,根據不同的需要,點擊小標題會直接播放相應部分的內容。

3 流媒體綜合服務平臺的實現

3.1 用戶操作平臺（門戶網站）的功能模塊

用戶操作平臺是用戶獲取多媒體節目資源的門戶,通過統一的門戶網站將流媒體綜合服務平臺包含的多種應用服務集成起來,為用戶提供統一的界面,方便用戶進行查詢、點播、觀看直播,如圖2所示。門戶網站包含以下功能模塊：視頻點播、錄播系統、網絡教學等。

3.2 流媒體服務器的配置

采用Real Networks公司的Helix Server作為流服務軟件,Helix Producer作為流媒體編碼軟件,客戶端使用real player播放器。包括了視頻的管理,視頻的制作等功能。

本系統使用的版本是Helix Server9.01,安裝時需要輸入許可證文件,設置用戶名和密碼,設置服務器的端口,如RTSP、HTTP、PNA、MMS、管理員等,以上除了HTTP端口外皆在安裝時默認端口。

Real Producer是系統中的編碼器,可以將各種非流媒體格式的音/視文件轉換為流格式,也可以將聲卡和視頻卡采集到的信息轉換為流格式,與Real Server一起能實現網上直播。

3.3 錄播系統的實現

錄播系統集多媒體技術、網絡流媒體技術、人工智能和自動控制技術于一體,將授課電腦VGA信號、老師授課和師生互動場景以及課堂板書等進行智能化的跟蹤切換錄制,自動生成課程資源。錄播系統的建設分為圖像系統、聲音系統以及控制系統等幾方面的綜合建設。

圖像系統是錄播系統建設的基本要素,錄播系統采用高性能的錄播工作站,配置視頻和VGA采集模塊,實現教學現場和VGA畫面的全面采集。

聲音效果是錄播課程質量的重要指標,充分研究了授課環境的聲學特性,使用全場景自動調音臺,配合強指向性話筒吊裝設計實現了聲音的完美采集,準確還原教學現場聲音。

控制系統是整個錄播系統的“大腦”,提供專業設計的人體工學錄播講桌,實現簡易性和專業性并舉,滿足各類計算機操作層次的教師操作。

空間網格定位及跟蹤技術使得系統跟蹤準確、連續、不間斷；內置智能的機制和策略,確保系統能夠驅動攝像機模仿人工拍攝,豐富錄制的手段和效果。這種控制系統使操作更簡易,拍攝更專業,應用更流暢。

3.4 網絡教學平臺的實現

網絡教學平臺(Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment),簡稱Moodle。Moodle是面向對象的模塊化動態學習環境。它具有內容管理、學習管理和課程管理三大功能,包含論壇、測驗、資源、投票、問卷、作業、聊天和博客等模塊,并具有大量功能豐富的第三方插件,利用Moodle可迅速而廉價地構建起自主學習平臺、遠程教育平臺、網絡課程平臺、精品課程平臺、思政管理平臺、社區教育平臺、教學資源庫平臺和個人知識管理平臺等各類高端系統。

Moodle比較容易安裝,包含硬件與軟件兩方面的配置。利用我院現有的設備就能滿足它對硬件的要求,使用開源的Apache作為服務器軟件。

Moodle作為一款設計先進、應用廣泛、功能強大的開源網絡教學管理軟件,已受到廣大教育者的青睞。充分利用這一現代教育技術手段,通過自主搭建Moodle教學管理平臺,結合實際教學情況,積極開展網絡教學,從而提高學校的教學質量和效率。

3.5 客戶端視頻顯示的實現

客戶端是以視頻流的方式播放視頻文件,并在實現過程中采用了視頻流的技術。由于提供了多種視頻流,在網絡帶寬不穩定時可以切換相應的傳輸方式。

在網絡傳輸過程中應用了UDP協議,將視頻文件分割成無數個小的數據包,在播放時以數據包為單位的形式進行下載傳輸。具體實現過程如圖3所示。

UDP是面向無連接的協議,傳輸的過程運用了異步通信技術。運用UDP的技術實現視頻數據傳輸適應于網絡速度比較快的情況。

4 小結

本平臺建立在我院校園網絡上,系統還在不斷的完善過程中,還有許多需要改進的地方。通過一段時間的測試,系統基本滿足設計的功能,能夠發布相關的媒體。播放畫面比較穩定,在校園網內畫面流暢。但是,目前還處于測試階段,在用戶比較少、負載比較小的情況下可以正常工作,而穩定性還需要在高負載的情況下進行驗證。在本系統通過測試后,可以完成校園網絡內部的視頻點播等功能,方便師生瀏覽感興趣的視頻資源,也為將來開通校園新聞、視頻會議等功能做好鋪墊。

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