基于校園網的簡便視頻直播系統實現

顏 磊 祁 冰 王中香

（1.海南大學網絡與教育技術中心 海南 570228）

（2.海南工商職業學院 海南 570220）

（3.海南大學網絡與教育技術中心 海南 570228）

0 引言

現代教育技術與IT技術的發展獲得了前所未有的進步，各個學校的教學模式從單一的多媒體教學向網絡化、本地與遠程相結合的多模式教學發展，給教與學雙方都帶來了深遠的影響。因此，基于校園網的課堂視頻直播系統慢慢成為各個學校進行教學模式改革的一個重要方向。

近幾年，隨著各個學校校園網應用的普及，網絡帶寬的增加，學校并不滿足只將視頻直播系統用于課程教學，其他方面的需要也越來越多。尤其是校園網或部門局域網內的在線視頻會議、學術報告、遠程教育等需求日益強烈。

采用視頻直播的形式，可以突破會議場所、參與人數等的限制，充分利用資源，達到最大的效果。如何在相對有限的資源下，利用現有的校園網以及硬件設施，實現一個簡便且實用的視頻直播系統是本文研究的重點。

1 學校現有的教育信息化網絡環境

海南大學目前有三個校區，相距都比較遠。主校區已實現的5條萬兆主干運行良好，其他校區都是千兆主干。主校區的萬兆為三校區全網萬兆主干建設積累經驗；主校區已經搭建的IPV6試驗平臺，并運行情況良好，為全網實現從IPV4到IPV6的轉換提供試驗基礎；主校區的無線校園覆蓋項目規劃基本完成，并已完成600多個AP接入點建設，為無線網大面積覆蓋建設打下基礎。教師和學生不僅可以在教室、辦公室、禮堂、會議室和宿舍通過有線網輕松連接校園網，而且還可以在教學樓、辦公樓和圖書館等學校重點地方實現無線連接，校園網非常完善。

已建立高清數字化自動錄播教室一間，引進網絡綜合教學平臺開展了網絡輔助教學。學校大部分教室都為多媒體教室，配備網絡、電腦、投影、音響等設備。一旦學校的學術報告廳有著名的專家學者做學術報告時，教學區內的任何一間多媒體課室都可以作為分會場觀看。同樣，學校開三個校區的教師大會時，其他兩個校區的教師就不需要來主校區開會，直接在分校區的多媒體教室觀看會議視頻直播。

2 系統設計總體目標

構建基于校園網的課堂視頻直播系統就是要充分利用已有的校園網絡資源，建立穩定、安全、可靠、數據流傳輸流暢、畫面清晰的課堂網絡直播平臺，從而加強海南大學校園網的教學功能，豐富校園網的教學內容，深化教育信息化的建設。本系統的功能應具備以下幾點：

(1)校內大型學術講座現場直播。目前，海南大學經常會請到一些專家和本校的杰出校友來進行學術講座，隨著近幾年的招生規模的擴大，學生人數越來越多，每次學術活動時報告廳都是人山人海。想聽課的人找個站地方都難以找到。利用了現有的技術實現直播，學生就能舒服地坐在多媒體教室或者自己的宿舍中聆聽講座。這樣就有利于提高學術講座的效率。

(2)主校區教學現場直播。由于學校有三個校區，并且校區之間距離很遠，主校區的教師到其他校區上課不能當天去當天回，然而這種方式存在不少弊端，如增加了很大的教學成本，教師由于路途奔波辛苦。如果實現直播，其他校區學習者能實時收看教學活動現場，并通過網絡實時與教師進行交互，學習中產生的疑惑能得到實時的解答，課堂氣氛濃厚。

(3)會議及大型活動直播。以往學校開干部領導會議的時候，會將兩個分校區的領導用專車接到主校區開開會，還要安排一兩天的食宿，這樣開會的成本很高。現在學校利用視頻直播技術對會議進行直播，其他校區的領導干部在各個校區的多媒體教室就可以觀看會議，即方便又節約成本。另外，學校每年都會有各種大型活動，如開學典禮、運動會、大型文化節等，由于場地、天氣、身體狀況等原因，很多教師和學生不能到現場參與活動，也可以通過視頻直播系統讓他們收看活動的直播。

3 系統構架

根據海南大學的實際情況，本系統將重點介紹如何基于Windows Media Encoder實現對音視頻設備采集的數據進行編碼，形成微軟媒體播放器支持的各種碼率文件，并以流的形式推送到流媒體服務器供用戶實時收看。本系統構架的基本思想是：成本低，利用現有設備；方便移動；無須多人進行導播；播放器兼容性好，無須安裝其他播放器。

3.1 基本構架

本系統考慮到進行直播的訪問量不會太大，但是對視頻圖像的清晰度有較高的要求，所以采用C/S模式就可以。圖1是所采用的直播系統結構圖。本系統可分為四部分：信號的采集、信號的編碼、信號的廣播、信號的接收（圖1）。

圖1 基本構架

（1）信號采集。現場場景通過攝像機來采集音視頻。通過USB音視頻采集設備把攝像機和錄制筆記本聯系起來。通過攝像師操作攝像機，采取推、拉、搖、移等動作將音視頻記錄下來。

（2）信號編碼。攝像機采集到的圖像和聲音都是屬于模擬信號。必須轉換成數字信號才能在局域網中傳輸。因此，筆記本上必須安裝編碼軟件才能采集到數字信號的音視頻數據。我們一般會選用Windows Media Encoder這個編碼軟件，因為它是一款免費軟件，并使用方便。可以在編碼的過程中生成流媒體文件，自動建立服務器。這樣我們用一臺筆記本就可以做到信號的采集和編碼工作，節約了成本。

（3）信號廣播。生成的流媒體文件采用廣播的方式向局域網中發送。我們會用一臺好的服務器來做視頻服務器，主要是來實現信號的廣播和視頻的點播。

（4）信號接收。分會場的接收端，只需打開IE瀏覽器，在瀏覽器中輸入用來廣播的IP地址 即可觀看直播內容，無需重新安裝播放器，方便易用。

3.2 系統硬件配置

本系統所需主要硬件的具體要求如下表所示：

設備名稱 基本參數攝像機索尼 HVR-Z7C。 有效像素數：（16：9）：1037000個像素，（4：3）：778000個像素； 液晶屏尺寸: 3.2英寸； 液晶屏像素: 25.0萬； 最大像素數: 112萬；光學變焦: 12.0倍； 實際焦距: 32.0-384(16:9),39.5-474(4:3)毫米。USB音視頻采集盒寶獅602 DVD Plus視頻捕獲盒。USB接口視頻捕獲設備。提供一組S-VIDEO及VIDEO、AUDEO輸入端子，可將錄像機攝像機的信號輸入電腦，支持TWAIN介面，可采集702×576單張畫面，支持Microsoft Video for Windows介面，支持多種文件格式：AVI、MPEG 1/2/4、JPG、BMP等。即插即用、無須關機、既可安裝。筆記本聯想E430。屏幕尺寸：14英寸 1366x768； CPU型號：Intel 酷睿i5 3210M CPU主頻：2.5GHz ；內存容量：2GB DDR3 1600MHz ；硬盤容量：500GB 5400轉 ；顯卡芯片：NVIDIA GeForce GT 操作系統：Windows 7 攝像頭：集成攝像頭。其他數據線 VGA視頻線，音頻線等

4 系統實現

我將以直播一次會議實況為例詳細介紹使用本系統的實現過程。

4.1 準備工作

準備工作主要包括以下幾個方面：

首先，建立流媒體服務器的直播發布點。我們首先要在準備好的流媒體服務器上建立好一個發布點，并將這個發布點的IP地址告訴需要接收的客戶端。

其次，準備好進行直播需要的設備，包括音視頻采集設備，筆記本電腦，攝像機等其他數據線。并及時檢查你進行視頻直播的主會場的網絡連接，測試網絡是否穩定。

最后，對設備進行連接。檢查音視頻信號的穩定性，采集設備是否正常采集信號，特別是音頻信號的穩定性和噪音大小。

4.2 音視頻信號的采集

直播現場的音視頻信號由攝像機獲取．獲取后經寶獅602 DVD Plus視頻捕獲盒的USB數據線連接筆記本。這樣攝像機獲取到的模擬信號通過寶獅602 DVD Plus視頻捕獲盒轉化為數字信號進入到筆記本中。

4.3 信號編碼設置

當數據信號進入到筆記本后，我們需要用專門的數據處理軟件來對它進行編碼處理。本系統應用了Windows Media Encoder進行編碼。這個軟件是采用廣播模式對音視頻數據流進行處理。廣播模式主要是指定主機(如本系統中的筆記本)將數據流傳播到本地端口，然后遠程客戶端啟動流式處理或從編碼器提取內容。此客戶端可以是Windows Media Player、Microsoft Silverlight播放器或Windows Media服務器。它允許的最大連接數為50，可用于客戶端不多的直播。采用該模式輸出數據流的話，媒體服務器創建發布點時必須清楚知道編碼機的IP地址和端口。

下面將按步驟介紹直播的編碼過程：

首先，新建會話，選擇信號采集源。我們打開Windows Media Encoder編碼軟件，在彈出的新建對話框中選擇“廣播實況事件”（如圖2）。然后在彈出的對話框中選擇音視頻信號的來源（如圖3）。

圖2 選擇廣播實況事件

圖3 選擇視頻信號的來源

其次，廣播方式的選擇和地址發布。選擇好信號采集源后，點擊“下一步”。選擇“推傳遞到 Windows Media服務器”。下一步，彈出你需要填寫的服務器地址和發布點(如圖4)。

圖4 選擇推傳遞到Windows Wedia服務器

最后，對視頻編碼的參數進行設置。我們在對參數進行設置時，可以選擇多種視頻質量，包括高清晰度質量視頻、DVD質量視頻、實況廣播質量視頻等，并且對每種視頻質量的比特率、幀速率和輸出大小都有多種選擇（如圖5）。我們一般在實際直播中，根據本校校園網的帶寬和發布點數來具體選擇自己需要的視頻質量及輸出大小。

設置完成后，點擊“開始編碼”，即町以對采集到的音視頻信號進行編碼，并同時向局域網廣播。

客戶端收看

客戶端接收主機無需特別配置。只需具備安裝有Media Player 9．0以上版本即可。打開Media Player播放器，在“打開URL”菜單中輸入：“mms://流媒體服務器地址：端口”。在本系統中應輸入“mms://125.217.98.21/yl:8080”。經過短時間的緩沖，就可流暢地播放主會場所采集到的信號。利用投影設備，其他客戶端就可以順利觀看。

圖5 對視頻編碼的參數設置

5 總結

本視頻直播系統是在充分利用現有的校園網及學校現有設備的基礎上實現的，避免了重復投資和建設。本系統投入使用一年多后，基本能滿足學校各項會議及小型活動需要，能實現一個人進行導播切換、播放器通用、兼容性好的設計思想。并且移動性強，經濟實用，方便了主會場的調整。但也有一定的局限性，如我們選擇的編碼軟件是一款免費軟件，軟件擴展性不強，功能模塊簡單，不能對其進行作任何改動，并且Windows Media Encoder對連接數有一定的限制，達不到比較理想的效果。

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