基于校園網(wǎng)的流媒體視頻點播系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

☆ 饒宇珊

（北京師范大學(xué)南山附屬學(xué)校，廣東深圳 518054）

利用學(xué)校現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)和資源，設(shè)計并開發(fā)視頻點播系統(tǒng)，利用流媒體技術(shù)有效率地實現(xiàn)視頻點播、電視網(wǎng)絡(luò)直播、文件上傳等功能，實現(xiàn)資源分類管理，不但為在校師生提供了基于流媒體技術(shù)的資源服務(wù)，極大地提高教師教研的技術(shù)水準(zhǔn)，為教師專業(yè)成長提供資源上的保障，也為學(xué)校資源建設(shè)提供了很好的平臺，使教學(xué)資源實現(xiàn)特色化管理，促進了數(shù)字化校園的建設(shè)。這種系統(tǒng)實現(xiàn)方案花費極少，具有技術(shù)先進、性能良好、成本低廉的特點，非常適合校園環(huán)境，使用價值高。只要有校園網(wǎng)絡(luò)的學(xué)校都可以比較容易地實現(xiàn)。

一、系統(tǒng)的架構(gòu)與設(shè)計

運用于校園的視頻點播系統(tǒng)采用瀏覽器／服務(wù)器模式會比較適合，即B／S模式。客戶端只要能上網(wǎng)即可以觀看視頻，系統(tǒng)靈活開放。這樣處理，既可以充分發(fā)揮視頻點播系統(tǒng)的優(yōu)越性，又不需要使用者有專業(yè)的知識或者特定的操作技能。

流媒體服務(wù)器、WEB服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是視頻點播系統(tǒng)的三大組成部分。基于B／S結(jié)構(gòu)的視頻點播系統(tǒng)的工作原理是：

（1）當(dāng)客戶需要點播節(jié)目時，首先使用瀏覽器訪問WEB服務(wù)器。

（2）由WEB服務(wù)器查詢數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，返回節(jié)目的URL給客戶機。

（3）客戶機啟動流媒體播放器。

（4）客戶機根據(jù)獲得的節(jié)目URL向流媒體服務(wù)器發(fā)起請求。

（5）流媒體服務(wù)器接受請求并查詢存儲系統(tǒng)，發(fā)送流媒體數(shù)據(jù)給客戶機。

（6）在客戶機的媒體播放器上進行播放，完成一次視頻點播過程。

流媒體視頻點播系統(tǒng)在校園網(wǎng)絡(luò)內(nèi)實現(xiàn)的總體技術(shù)架構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)的核心組成部分是安裝了WMS（Windows Media Server）流媒體服務(wù)軟件的流媒體服務(wù)器、用ASP．NET開發(fā)的WEB服務(wù)器和SQL Server數(shù)據(jù)庫服務(wù)器這三大部分。視頻來源有兩大部分：一是原有的音、視頻文件和不斷增加的錄像資源，通過采編工作，通過WEB服務(wù)器上傳到流媒體服務(wù)器存儲系統(tǒng)；二是由電視機頂盒接收模擬信號，經(jīng)過編碼器和編碼軟件，利用WMS實現(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò)直播。

圖1 視頻點播系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)總圖

（一）流媒體服務(wù)器的架構(gòu)設(shè)計

流媒體服務(wù)器是流媒體應(yīng)用的核心系統(tǒng)，是運營商向用戶提供視頻服務(wù)的關(guān)鍵平臺。其主要功能是對媒體內(nèi)容進行采集、緩存、調(diào)度和傳輸播放，流媒體應(yīng)用系統(tǒng)的主要性能體現(xiàn)都取決于媒體服務(wù)器的性能和服務(wù)質(zhì)量。因此，流媒體服務(wù)器是流媒體應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是最主要的組成部分。

服 務(wù) 器 性 能 ：IBM X36507979 (IntelXeon2．0 GHz)2U機架服務(wù)器；2個英特爾至強雙核DP 2．0GHz CPU，4MB二級緩存，最大支持2路處理器，4GB PC2－5300 DDR2 ECC Chipkill SDRAM內(nèi)存（12個內(nèi)存插槽＼最大擴展到48GB）；SAS磁盤控制器等。

存儲系統(tǒng)的配置：服務(wù)器主機的相關(guān)配置，Serve RAID 8K 陣列卡和 5塊 146．8GB 15K 3．5″SAS熱插拔硬盤可以滿足當(dāng)前大數(shù)量的視頻資源的存儲需求，6個熱插拔薄型硬盤托架可以擴展未來一段時間的新視頻資源的存儲需求。

流媒體服務(wù)軟件的選擇：使用Windows 2003 server操作系統(tǒng)，啟用IIS和Windows media services服務(wù)。微軟的Windows Media Service（WMS）是最典型的流媒體服務(wù)器，它采用MMS協(xié)議接收、傳輸視頻，采用Windows Media Player（WMP）作為前端播放器。

（二）WEN服務(wù)器的功能設(shè)計

流媒體服務(wù)器建好以后，并不能提供用戶較友好的訪問方式，一般都會提供一個視頻資源的路徑，如何找到一個更友好的方式？讓很多視頻資源都集結(jié)在一個資源網(wǎng)站上。

我們采用基于 Windows的 ASP．NET和 VB．NET作為基礎(chǔ)開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，自己開發(fā)視頻網(wǎng)站作為VOD系統(tǒng)的WEB服務(wù)器，其作用是為用戶和管理員提供一個良好的交互平臺，方便對視頻資源進行操作和管理。另外，也方便了管理員對用戶進行管理。

圖2 視頻點播網(wǎng)站系統(tǒng)的總體功能圖

校園網(wǎng)視頻點播系統(tǒng)的總體功能如圖2所示，包括后臺管理(包括用戶管理模塊、視頻管理模塊、目錄管理模塊和評論管理模塊)、視頻點播（包括視頻點播模塊和發(fā)表評論模塊）、電視直播三個子系統(tǒng)。視頻點播網(wǎng)站系統(tǒng)的各模塊功能介紹如下：

用戶管理模塊：在此功能模塊中管理員對用戶的信息進行管理，包括添加、刪除用戶信息和對用戶的信息進行修改等。

視頻管理模塊：在此功能模塊中管理員可以上傳視頻、刪除視頻。

目錄管理模塊：在此功能模塊中管理員管理視頻目錄，可以添加、修改、刪除視頻信息。本功能模塊的系統(tǒng)工作流程與用戶管理模塊相同。

發(fā)表評論模塊：在此功能模塊中用戶可以對所觀看的視頻進行評價。

評論管理模塊：在此功能模塊中管理員管理用戶對視頻的評價信息，可刪除評價信息。

視頻點播模塊：在此功能模塊中用戶可以點播自己想看的視頻。

客戶完成一次視頻點播的系統(tǒng)工作流程如圖3所示，客戶通過WEB服務(wù)器提出某一文件的點播請求，由WEB服務(wù)器查詢數(shù)據(jù)庫，如果片源的信息在數(shù)據(jù)庫存在，由WEB服務(wù)器向流媒體服務(wù)器發(fā)出請求，流媒體服務(wù)器向客戶機以媒體流的形式發(fā)送音視頻文件。客戶端啟動流媒體播放軟件，接收媒體流。這樣，用戶就完成了一次視頻點播過程。

圖3 視頻點播工作流程圖

用戶工作的總流程如圖4所示，用戶在登錄界面按要求輸入用戶名和密碼，系統(tǒng)會根據(jù)用戶的輸入信息訪問相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表User，確定是否為合法用戶，條件符合則進入系統(tǒng)界面。用戶和管理員在視頻網(wǎng)頁上可以做相應(yīng)權(quán)限的行為。系統(tǒng)再根據(jù)表User中的權(quán)限字段判斷用戶的身份是管理員還是普通用戶，管理員用戶還要經(jīng)系統(tǒng)訪問另一張數(shù)據(jù)表Admin，判斷是系統(tǒng)管理員還是普通管理員。普通管理員的所有行為權(quán)限系統(tǒng)管理員都有，而系統(tǒng)管理員的部分權(quán)限普通管理員沒有。

圖4 用戶工作流程圖

（三）數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器執(zhí)行WEB服務(wù)器發(fā)送的對節(jié)目信息和用戶信息的查詢、存取、刪除等命令。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和WEB服務(wù)器協(xié)作，讓W(xué)EB服務(wù)器的響應(yīng)請求和數(shù)據(jù)操作分開，降低WEB服務(wù)器的壓力，對數(shù)據(jù)服務(wù)器的性能和穩(wěn)定性有一定的要求。

本系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是SQL Server 2005。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計包括用E－R圖設(shè)計，數(shù)據(jù)字典的設(shè)計，數(shù)據(jù)庫表的設(shè)計，數(shù)據(jù)庫邏輯關(guān)系圖等。視頻點播網(wǎng)上系統(tǒng)用戶、管理員和視頻資源之間的聯(lián)系圖如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)E－R圖

（四）電視直播的架構(gòu)設(shè)計

電視直播的工作原理是：將電視（模擬）信號通過采集轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入計算機，應(yīng)用流媒體技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上進行直播，用戶訪問指定的直播網(wǎng)站頁面，其訪問請求導(dǎo)向發(fā)布服務(wù)器節(jié)點，獲得流媒體數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)頁瀏覽器自帶的播放器觀看直播視頻內(nèi)容。

我校實現(xiàn)電視直播，需要配備HVC400編碼器和Nowstream編碼軟件作為采集編碼模塊。在服務(wù)器上安裝HVC400編碼器和Nowstream編碼軟件,來實現(xiàn)實況流的直播或定時直播、實況流的拉傳遞功能、實況流的推傳遞功能、文件保存或定時保存等。

二、系統(tǒng)實現(xiàn)與測試

我們采用基于 Windows的 ASP．NET和 VB．NET作為基礎(chǔ)開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，結(jié)合MS SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫技術(shù)，完成網(wǎng)站的開發(fā)運用。

（一）點播平臺的實現(xiàn)

圖6 點播平臺首頁面

點播平臺的首頁面如圖6所示，根據(jù)我校教學(xué)資源建設(shè)的要求，分欄目為：

（1）視頻直播：在該頁面，用戶可以直接同步觀看各頻道電視節(jié)目。

（2）視頻新聞：該頁面展示當(dāng)今發(fā)生的重要新聞事件和學(xué)校新聞視頻。

（3）示范課例：在該頁面，教師上公開課的視頻分學(xué)科分組展示。

（4）教師培訓(xùn)：該頁面展示針對教師技能、素質(zhì)培訓(xùn)的視頻資料。

（5）教學(xué)資源：該頁面展示優(yōu)秀教學(xué)示范的視頻資料。

（6）電影：該頁面展示一些電影資料。

（7）音樂：該頁面展示一些音頻資料。

（二）管理平臺的實現(xiàn)

后臺的管理目前有三塊功能，分別為目錄管理、視頻添加及用戶管理。

1．目錄管理功能

該視頻網(wǎng)站的目錄非常靈活，可以實現(xiàn)無限級目錄的動態(tài)管理，添加、修改、刪除都很方便，是用 Asp．net里自帶的Treeview組件實現(xiàn)，效果如圖7所示。

圖7 目錄管理

2．視頻添加功能

在視頻添加模塊里，“視頻介紹”部分采用Word編輯器的功能，方便內(nèi)容的添加編輯，如圖8所示。

圖8 視頻添加

我校的視頻網(wǎng)站支持三種方式上傳：第一種是直接以wmv格式上傳，優(yōu)勢在于視頻比較清晰，但公網(wǎng)瀏覽不順暢，應(yīng)用于追求清晰度的情況。第二種是直接以flv格式上傳，對于從網(wǎng)上找到的資源，如果是flv格式可以直接上傳。第三種是由其它格式轉(zhuǎn)化為flv格式方式上傳，這就借助于我們 ASP．Net的ffmpeg和mencoder組件來實現(xiàn)。如圖9所示。

圖9 文件格式直接轉(zhuǎn)換頁面

3．用戶管理

為了實現(xiàn)視頻的分級管理，不同級別的用戶只能看到相應(yīng)級別的視頻，管理員在審核會員的時候，可以對用戶進行分級，功能如圖10所示。

圖10 用戶管理

（三）關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)

1．使用Treeview部署目錄樹實現(xiàn)視頻目錄管理

TreeView控件用來顯示信息的分級視圖，如同Windows里的資源管理器的目錄。TreeView控件顯示Node對象的分層列表，每個 Node對象均由一個標(biāo)簽和一個可選的位圖組成。TreeView一般用于顯示文檔標(biāo)題、索引入口、磁盤上的文件和目錄、或能被有效地分層顯示的其它種類信息。創(chuàng)建了TreeView控件之后，可以通過設(shè)置屬性與調(diào)用方法對各Node對象進行操作，這些操作包括添加、刪除、對齊和其它操作。

2．用NeatUpload組件完成視頻的上傳工作，上傳速度快，有進度顯示

3．借助Ffmpeg和Mencoder組件來完成視頻轉(zhuǎn)換和截圖工作

我們用Asp．net開發(fā)一個可以同時實現(xiàn)上傳和轉(zhuǎn)換的網(wǎng)頁平臺，通過使用免費的ffmpeg和mencoder組件，基本上可以實現(xiàn)把所有視頻文件格式轉(zhuǎn)為flv格式。在這個平臺中，ffmpeg組件和mencoder組件是有具體分工的，對于 asf、avi、mpg、3gp、mov 等格式文件采用 ffmpeg 組件來進行轉(zhuǎn)換，而 wmv、rmvb、rm等格式的文件采用mencoder組件來轉(zhuǎn)換，另外，在轉(zhuǎn)換過程中可以自動截圖，截圖都是靠ffmpeg組件來完成的。這樣，運用這個網(wǎng)頁平臺就可以完整實現(xiàn)視頻的上傳和轉(zhuǎn)換。

（四）系統(tǒng)測試

截取一段60秒時間長度的視頻文件，將文件存儲為wmv（352*288,30fps）格式。存儲容量大小是 4．96M。將wmv格式文件直接上傳的網(wǎng)絡(luò)速度數(shù)據(jù)如圖11，是69．5KB ／s。

圖11 wmv格式文件上傳進度

將文件以flv格式上傳的網(wǎng)絡(luò)速度數(shù)據(jù)如圖12，是89．1KB ／s。

圖12 wmv文件轉(zhuǎn)化為FLV格式上傳進度

測試結(jié)果是同時間段視頻以wmv格式直接上傳的網(wǎng)絡(luò)速度比轉(zhuǎn)化為flv格式上傳網(wǎng)絡(luò)速度要慢。

wmv格式的視頻在局域網(wǎng)內(nèi)完成一次完整的點播需要時間是60．03s,flv格式的視頻在局域網(wǎng)內(nèi)完成一次完整的點播需要時間是60．03s。結(jié)論是：在局域網(wǎng)環(huán)境內(nèi)，同時間段視頻wmv格式視頻和flv格式視頻完整的點播需要時間沒有測試出時間差。

三、總結(jié)

本文對流媒體視頻點播系統(tǒng)的整體設(shè)計和構(gòu)架做出了詳細描述，敘述了系統(tǒng)三大組成部分的設(shè)計和實現(xiàn)。系統(tǒng)優(yōu)點包括：（1）流媒體服務(wù)軟件選擇最典型的WMV，兼容性強。（2）自己開發(fā)交互平臺，用戶可以根據(jù)自己的喜好定制自己所需的資源管理方案，對往后的維護也沒有技術(shù)顧慮。（3）這種系統(tǒng)實現(xiàn)方案花費極少，具有性能良好，使用價值高，成本低廉的特點。只要有校園網(wǎng)絡(luò)的學(xué)校都可以比較容易地實現(xiàn)。

[1][美]Steve Mack．流媒體寶典 Streaming Media Bible．邢栩嘉等譯[M]．北京:電子工業(yè)出版社,2003,1:32－34．

[2]莊捷．流媒體原理與應(yīng)用[M]．北京:中國廣播電視出版社,2007,8:77－79．

[3]齊俊杰,胡潔,麻信洛．流媒體技術(shù)入門與提高(第2版)[M]．北京:國防工業(yè)出版社,2009,8:75－77．

[4]鐘玉琢,向哲,沈洪．流媒體與視頻服務(wù)器[M]．北京:清華大學(xué)出版社,2003:21－95．

[5]胡譯,趙新梅．流媒體技術(shù)與應(yīng)用[M]．北京:中國廣播電視出版社,2006,6:28－35．

[6]劉穎．流媒體視頻點播系統(tǒng)的設(shè)計方案[J]．天津職業(yè)院校聯(lián)合學(xué)報,2010,12(2):45－46．

[7]趙瑛,朱亞莉．基于校園網(wǎng)絡(luò)的視頻點播系統(tǒng)[J]．現(xiàn)代教育技術(shù),2002,(4):65－67．

[8]Chang Woo,Jee Kang,G Shin．A davic video－on－demand system based on the PTSP[J]．2001,8(4):231－238．

[9]王軍健．VOD服務(wù)器性能及服務(wù)方式研究[J]．計算機工程與設(shè)計,2005,(3):6－24．

[10]蔡佳,李社教．探究在教學(xué)中運用的多媒體技術(shù)及其特性[J]．電腦知識與技術(shù),2010,6(12)．