智能移動終端的視頻點播系統設計與實現

孫 恒(山東大學 外國語學院 現代教育技術實驗室， 山東 濟南 250100)

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智能移動終端的視頻點播系統設計與實現

孫 恒
(山東大學 外國語學院 現代教育技術實驗室， 山東 濟南 250100)

越來越多的師生使用智能移動終端進行學習，為適應這種新型的學習方式，充分發揮已有教學視頻資源的價值，避免大量視頻資源無法支持移動終端播放從而導致的資源浪費，讓傳統的教學視頻點播系統更有效地支持移動學習，設計開發了基于智能移動終端的視頻點播平臺。平臺前臺支持多種移動設備訪問并且根據不同設備實現界面分辨率自動調整，后臺使用主流的J2EE架構和SQL Server 2008數據庫進行系統開發。系統設計實現完成后可以同時支持PC端和主流移動終端(Android、IOS)通過無線局域網和移動3G、4G網絡訪問，實現真正的跨平臺移動視頻點播應用。

智能移動終端； 視頻點播； 移動學習； 跨平臺

0 引 言

近年來，隨著學校網絡建設的日益完善和移動通訊技術的飛速發展，以及智能手機、PDA等智能移動終端的普及，廣大師生對基于移動端的資源與應用服務的需求越來越迫切。移動學習開始從過去的理論研究向實際應用深入推進，應用前景也越來越廣闊。高校精品資源共享課、視頻公開課等課程的建設熱潮，進一步提升了教學視頻資源的地位，支持移動終端點播教學視頻也成為傳統視頻點播系統的發展機遇[1]。

多媒體中心建設是高校資源與應用服務建設的核心，同時也是高校信息化建設的重要組成部分。如何向校內廣大用戶靈活地提供以基于多媒體流服務為主的VOD視頻點播、網絡電視、網絡教育、視頻會議、教學資料及視頻交流空間等眾多的應用服務，來豐富用戶網絡交流、科研、學習、生活、休閑娛樂，促進校園網絡與資源服務的進一步發展，同時輻射地方區域社會，是當前學校信息化建設的重點[2]。

1 點播系統架構設計

針對移動學習的特點以及對移動資源的需求，給出了基于智能移動終端的視頻點播系統平臺總體架構。由于面向全校師生提供不間斷的7×24小時在線視頻點播服務，所以系統的穩定和安全性能處于首要位置。采用J2EE架構，后臺數據庫采用SQL Server 2008進行系統開發。

1.1 技術架構設計

J2EE是一種基于Java技術的、適合于創建服務器應用程序和服務的Java 2平臺企業版。它提供了多層分布式的應用模型、組件復用、一致化的安全模型以及靈活的事務控制，是—種利用Java2平臺來簡化解決方案的開發、部署和管理相關復雜問題的體系結構。在此基礎上開發的系統具有穩定的可用性、可伸縮性、靈活性、易維護性和可移植性等優點。

J2EE平臺使用了一個多層的分布式的應用程序模型。應用程序的邏輯根據其實現的不同功能被封裝到組件中，組成J2EE應用程序的大量應用程序組件根據在其所屬的多層的J2EE環境中所處的層被安裝到不同的機器中[3-4]。

1.2 系統功能架構設計

基于智能移動終端的視頻點播系統，采用基于J2EE和Ajax框架設計，采用三層體系結構，實現跨平臺服務。系統包括4個功能層次：用戶接入層，應用服務層、業務管理層及系統支撐環境。系統包括站群管理，模板管理，內容的編輯、采集、檢索、發布，及多媒體內容管理為一體的管理平臺。類Word的編輯方式，可以使用非專業人員方便的進行內容維護、審核和發布。對站群內的其他站點內容進行引用復制，獲取共享內容，提高內容的管理和發布效率。通過定制多種模板，兼容不同廠家版本的瀏覽器，并支持包括手機、PC在內的多種智能移動終端。系統功能架構見圖1。

基于智能移動終端的視頻點播系統充分利用現有服務器集群進行負載平衡和分布式數據處理。其技術性能穩定可靠，費用低，是視頻點播系統常用的解決方案。系統服務器物理架構見圖2。根據現有服務器的配置不同，進行相應功能分配。性能較高的服務器用于提供業務服務。主要用于調度和播出節目，響應用戶點播請求，是系統的核心。根據訪問用戶量的多少，支持多個視頻服務器來平衡各服務器的負載，以實現對大量并發用戶訪問的支持。

數據庫服務器包括用戶管理、節目管理、系統資源及服務信息管理等功能模塊。用戶管理模塊提供對注冊用戶的管理，包括入網信息、交費信息及消費信息等；節目管理模塊提供對視頻節目的管理，包括節目的信息查詢、被訪問的次數統計等。資源服務器包括系統資源管理等其他應用管理模塊實現對系統資源等信息內容的監控。媒體服務器作為向用戶提供視頻服務的關鍵平臺。其主要功能是對媒體內容進行采集、緩存、調度和傳輸播放，流媒體應用系統的主要性能體現都取決于媒體服務器的性能和服務質量[5-6]。

圖1 系統功能架構

圖2 系統服務器物理架構

1.3 系統媒體轉碼設計

由于點播系統同時支持PC端訪問和移動終端訪問，因此，視頻資源必須能同時兼容這兩種點播模式。采用現在主流的網絡視頻播放FLV格式。FLV流媒體格式是隨著Flash MX的推出而發展而來的一種新興的視頻格式。FLV文件體積小巧，清晰的FLV視頻1 min在1 MB左右，一部電影在100 MB左右，是普通視頻文件體積的1/3。再加上CPU占有率低、視頻質量良好等特點使其在網絡上盛行，網上的著名視頻共享網站均采用FLV格式文件提供視頻，就充分證明了這一點。

視頻在各種模式下都能夠流暢的播放，因此轉碼流程是本系統設計開發中的重點。視頻轉碼流程圖見圖3。管理員通過后臺管理端添加視頻節目源，系統對入庫視頻的大小及名稱進行數據庫比對，防止數據重復錄入，避免造成服務空間浪費。如果通過對比發現相同資源，則提示資源重復，停止添加操作；如果沒有相同資源，則自動錄入數據庫，進行資源分類。資源分類結束后，通過Java代碼程序調用核心視頻轉碼程序進行轉碼，轉碼時間長短由視頻資源大小、碼率大小以及服務器CPU負載決定。轉碼成功后，即可自動生成發布內容頁面，將視頻資源內容發布到網站上，可以供點播；轉碼失敗時，顯示信息，提示出錯原因[7-8]。

圖3 視頻轉碼流程圖

1.4 系統數據庫設計

數據庫采用SQL Server 2008作為數據平臺，將結構化、半結構化和非結構化文檔的數據直接存儲到數據庫中。SQL Server 2008有一系列的集成服務，可以對數據進行查詢、搜索、同步、報告和分析之類的操作。整個數據庫中最主要的表為用戶表User，數據表Film。用戶表User中，UserID作為主鍵來對用戶進行唯一性確定。其余字段作為補充條件對用戶其他信息進行登記。數據表Film中，VedioID作為主鍵，視頻相關信息作為補充內容標示信息的唯一性[9]。具體見表1、2。

表1 用戶表

2 點播系統的實現

2.1 視頻點播自適應系統實現

系統由于支持PC端訪問和移動終端訪問，所以采用了自動屏幕調整模式，根據訪問端的狀況自動調整視頻點播系統在不同終端平臺上的顯示內容。從PC端訪問視頻點播系統的界面見圖4。從移動終端訪問視頻點播系統的界面見圖5。

表2 數據表

系統首頁代碼中使用Javascript代碼來進行訪問終端類型判斷，根據判斷類型進行PC端或者移動終端的相應網頁訪問模型[10]。具體代碼如下：

〈SCRIPT LANGUAGE="JavaScript"〉

functionmobile_device_detect(url)

{

varthisOS=navigator.platform;

varos=newArray("iPhone","iPod","iPad","android","Nokia","SymbianOS","Symbian","WindowsPhone","Phone","Linuxarmv71","MAUI","UNTRUSTED/1.0","Windows CE","BlackBerry","IEMobile");

for(var i=0;i〈os.length;i++)

{

if(thisOS.match(os[i]))

{

window.location=url;

}

}//因為相當部分的手機系統不知道信息,這里是做臨時性特殊辨認

if(navigator.platform.indexOf('iPad') != -1)

{

window.location=url;

}//做這一部分是因為Android手機的內核也是Linux

//但是navigator.platform顯示信息不盡相同情況繁多,因此從瀏覽器下手，即用navigator.appVersion信息做判斷

var check = navigator.appVersion;

if(check.match(/linux/i) )

{//X11是UC瀏覽器的平臺，如果有其他特殊瀏覽器也可以附加上條件

if(check.match(/mobile/i) || check.match(/X11/i))

{

window.location=url;

}

}//類in_array函數

Array.prototype.in_array = function(e)

{

for(i=0;i〈this.length;i++)

{

if(this[i] == e)

return true;

}

return false;

}

}

mobile_device_detect("http://***.***.com");

〈/SCRIPT〉

圖4 PC端訪問視頻點播系統效果截圖

圖5 移動終端訪問視頻點播系統效果截圖

2.2 視頻點播系統各功能實現

平臺系統功能主要由以下幾個模塊組成。

(1) 常規管理。管理員可以進行系統基本參數設置、用戶點播設置、內容管理上傳存放設置、用戶上傳配置、服務器負載集群設置、多模播放設置。

(2) 內容管理。節目分類功能是對上傳的節目分類管理，存放路徑管理。可以增加欄目包括欄目名稱，存放路徑，父欄目，訪問級別，描述。節目信息包括：輸入節目名稱，選擇節目所屬的欄目、是否推薦及是否允許客戶端下載，選擇所屬地區及節目語言，計費設置、計費額數、節目地址、節目時間長度、節目碼率、主要演員，導演，語言，所屬地區，版權信息，出品年代，內容簡介、預覽圖片等。節目級別是為被添加的節目設置一個級別，設置好后，該節目只能被高級別的用戶點播。

(3) 用戶管理。可以對用戶進行分組管理、用戶管理。可以設置該用戶組的成員。用戶和節目均設有訪問級別屬性，用戶只能訪問比其訪問級別低的節目。用戶計費策略分為三類。開放該權限的用戶可在客戶端頁面上傳節目。

(4) 直播管理。管理直播服務器的直播頻道。

(5) 服務器管理。用來添加，修改，刪除流媒體服務器。

(6) 計費管理。計費管理包括系統計費策略，用戶充值兩項。

(7) 視頻轉碼控制。可以進行轉碼任務清單管理，進行轉碼任務的添加、刪除等功能。并且可以查看正在進行的視頻轉碼任務進度。

(8) 統計分析。該功能可以記錄所有用戶的點播記錄，可以按單一節目、單一用戶以及所有記錄；統計時間段可以是一周、一月以及一年；統計結果可以以柱狀圖、折線圖、餅狀圖以及三維圖輸出。

2.3 視頻點播系統轉碼功能實現

視頻轉碼是一個高運算負荷的過程，需要對輸入的視頻流進行全解碼、視頻過濾、圖像處理、并且對輸出格式進行全編碼。最簡單的轉碼過程僅僅涉及到解碼一個比特流和用不同的編解碼器重新編碼兩個步驟。這種硬轉碼看似很簡單，只需要一個解碼器和一個編碼器，但是最終顯示結果并不理想，因為視頻數據解碼后重新編碼會降低畫質[11-12]。本視頻點播系統對視頻轉碼過程進行了優化整合，通過運行Java代碼，調用底層工具，使用ffmpeg和mencoder這兩個工具實現視頻格式轉換。ffmpeg可以轉換大多數視頻文件，如avi、wmv、mkv、asx、swf、asf等。遇到ffmpeg不能轉的視頻格式時，需要調用mencoder，利用該工具將那些文件轉成ffmpeg能夠轉換的格式。基本通過這2個工具可以轉換大多數視頻文件[13-14]。關鍵處理代碼如下：

Importjava.io.File;

import java.io.IOException;

import java.io.InputStream;

importjava.text.SimpleDateFormat;

importjava.util.ArrayList;

importjava.util.Date;

importjava.util.List;

classConvertVideo {

private List〈String〉pathRight = new ArrayList〈String〉();// 經處理后，得到的有效地址

private List〈String〉 path1 = new ArrayList〈String〉();// ffmpeg能處理的文件的地址集

private List〈String〉 path2 = new ArrayList〈String〉();// ffmpeg不能處理的文件的地址集

public static intfileNum = 0;// 所有經過驗證合法，并需要轉換的視頻數量

public static void main(String[] args) {

Date start = new Date();

ConvertVideoconver = new ConvertVideo();

String fileFolder = "e:input";

List〈String〉listFile = conver.getFilesInPath(fileFolder);

List〈String〉listVideo = conver.filter(listFile);

intfileNumMax = listVideo.size(); // 所有視頻數量

conver.checkfile(listVideo);

conver.process();

if (fileNum == fileNumMax) {

Date end = new Date();

System.out.println("耗時：" + (end.getTime() - start.getTime()) / 1000

+ "秒");

}

}

}

使用該算法可以快捷高效的將視頻轉換成為適合網絡播放的FLV格式文件，在同等時間內可以完成更多的視頻轉換任務。

2.4 視頻點播系統壓力測試實現

系統采用了服務器集群負載均衡模式，可以同時支持1000個視頻點播請求。我們使用微軟的Web Application Stress Tool工具對視頻點播系統進行網絡壓力測試。用少量的客戶端計算機仿真模擬出大量用戶同時訪問，以獲得服務器的承受能力。在最終的軟件壓力測試報告中最重要的部分就是Socket Errors。Socket Errors共分為Connect、Send、Recv和Timeouts。其中Connect表示客戶端不能與服務器取得連接的次數；Send表示客戶端不能正確發送數據到服務器的次數；Recv表示客戶端不能正確從服務器接次的次數；Timeouts表示超時的線程數目[15-16]。由測試報告看出這四個數值都比較小，甚至為0，就說明基于移動終端的視頻點播平臺服務器是經得起多線程大并發量的考驗的。壓力測試報告見圖6。

圖6 視頻點播網站壓力測試報告

3 結 語

本文在現有視頻資源的基礎上，結合目前學校教學中實際需求，提出并構建了基于移動終端的視頻點播系統，實現了教學視頻資源的分類發布及多種網絡環境應用。基于智能移動終端的視頻點播系統中的媒體引擎同時支持手機平臺和PC平臺的流傳輸服務，采用多平臺節目內容的統一管理，提供流媒體文件的自動轉碼功能。統一流服務技術可以最大限度地保護用戶的原有投資，支持平臺的平滑升級，可以為PC平臺用戶與手機平臺用戶同時服務。通過測試使用，系統實現了視頻資源在移動終端環境下的播放，具有良好的用戶體驗，并且能夠滿足師生的需求。

為了實現大范圍的推廣，下一步將開發基于Android和IOS等系統的客戶端，拓寬平臺支持的范圍。隨著移動終端設備和無線互聯技術的發展，今后的努力研究方向是使基于移動終端的視頻點播系統更加人性化、更符合實際學習需求。

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Design and Implementation of VOD System Based on Intelligent Mobile Terminals

SUNHeng
(Modern Educational Technology Lab, School of Foreign Languages, Shandong University, Jinan 250100, China)

Continuous improvement and the rapid adoption of smart mobile terminals have happened in campus, in order to promote the development of mobile learning, related research and practical application of mobile learning have also developed into a profound change. More and more teachers and students use smart mobile devices to adapt to this new way to learn. It is necessary to maximize the value of existing instructional video resources which can’t support mobile terminals. In order to make the traditional instructional video effectively support mobile learning, we designed and developed a video-on-demand platform to meet intelligent mobile terminals' requirement. The platform supports a variety of mobile devices to access the front desk, and the resolution is automatically adjusted to achieve the interface depending on the device. The background was used the mainstream J2EE architecture and SQL Server 2008 database system. The system can support PC ends and mainstream mobile terminals (Android, IOS) via a wireless LAN and mobile 3G, 4G networks, and achieves true cross-platform mobile video-on-demand applications.

intelligent mobile terminal; VOD; mobile learning; cross platform

2014-06-23

山東大學2013年實驗室軟件建設項目(sy2013106)

孫 恒(1981-)，男，山東棗莊人，碩士，實驗師，主要研究方向為計算機技術應用與網絡信息技術。

Tel.：15588823755; E-mail：sunheng@sdu.edu.cn

TP 311.1

A

1006-7167(2015)02-0132-05