交互式的視頻點播系統設計

周曉東 王晟

摘要：本交互式視頻點播系統是基于Java平臺開發的多媒體內容管理系統，繼承了其安全性，跨平臺等優良傳統。它集成了多站點管理、內容模版模塊化發布管理、多服務器發布、搜索引擎優化、流量統計、內容審核流程自定義、用戶角色化管理等多項功能。不僅能處理視頻文件，還可以處理文本、圖片、Flash動畫、圖像。系統高效率的提高教學培訓，同時將產品宣傳與技術培訓的成本降低。

關鍵詞：網絡教學;視頻點播;系統設計;遠程培訓;現代教育

中圖分類號：TP391

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）33-0227-02

自20世紀90年代以后，Internet通訊技術突飛猛進的發展對人類日常工作和生活方式已產生深遠影響，同時使傳統的教學培訓模式面臨巨大挑戰。隨著21世紀教育制度的改革，網絡教學與培訓的開發已然成為一種新趨勢，引發教育技術界很多同仁的討論。遠程教學培訓具有多功能、多層次、多規格、多形式等特征，它是現代教育技術發展至今所產生的一種新的教學形式，其方便性、豐富性、科技性、及時性等優勢是知識經濟時代，終身學習的主要手段，也是現代教育教學必不可少的重要方式。

網站門戶系統作為現代企業網絡服務的統一平臺，應能直接通過該平臺實現用戶與企業、用戶與用戶之間的系統培訓和通信;它可以承載多種課程內容，提供多種形式的點播服務，包括音頻、執行文件、視頻、文字、課件、動畫、圖片等。教學的深度可以是基礎知識、一般技能、專業知識、課外技能。教學的內容可以是日常教學用的多媒體教育資源、課件的備課教案、論文、電子圖書、培訓現場指導等等。真正讓用戶發揮更大的積極性和主動性，在不受時間和空間限制的情況下學習和共享更多的教學資源。目前，我國已有一定數量的企業培訓信息中心建立了較為完善的網絡基礎設施，但缺乏對教學系統用戶具有實際應用價值的系統解決方案。幻燈片和投影儀雖然在一定程度上豐富了教學方法，但作為一種有限的輔助手段，并沒有從根本上改善傳統的被動式和“填鴨式”教學。而多媒體課件點播系統是企業教學培訓平臺上最重要的網絡應用之一。所以建設一套系統穩定、功能強大、支持大并發流、擴展性強的多媒體課件點播系統對改變企業培訓教學模式，提高教學培訓效率尤為重要。

1總體設計思路

1.1采用H.264高清實時編碼技術

H.264編碼標準是ITU-T和ISO共同制定的數字視頻編碼標準。與目前普遍使用的MPEG-2編碼算法相比，在相同的質量下，可以節省60%的存儲空間和傳輸帶寬，與MPEG-4編碼算法相比可以節省30%以上。

該系統基于先進的H.264實時視頻壓縮算法，可以節省更多帶寬。同時，系統對采集、發送、接收到的視頻進行分析處理，徹底消除了雜波和色塊。在低帶寬占用的情況下，可以達到清晰流暢的畫面和音質，滿足會議系統的視頻和音頻質量要求。

1.2支持超大規模用戶并發要求

系統支持集群負載均衡技術，解決單服務器下傳統流媒體受眾規模小的局限。利用p2p技術進行數據分發和傳輸，可以有效地支持大規模用戶（如5000多用戶）的并發訪問需求，解決現有網絡條件下的大規模實時應用。與傳統的c，s、b/s架構系統相比，它節省了更多的帶寬和服務器資源。

2核心業務流程

vod是將一定數量的流媒體節目放置在多媒體資源庫的中心。遠程用戶通過網頁瀏覽相關節目的信息和內容，通過播放器播放自己想要觀看的音頻和視頻節目。視頻點播系統采用集中式結構或分布式結構。中心生成的程序存儲在具有大磁盤列的文件服務器中。視頻點播內容由中心管理。廣播的形式是將網頁嵌入到視頻和音頻窗口或彈出式廣播中的技術。類似地，音頻和視頻窗口可以縮放和支持全屏播放。此外，VOD系統應能使用接人網提供的服務管理功能來實現計費和認證。未經授權的用戶不能觀看視頻點播，也不能攔截視頻點播流觀看。具體業務流程如圖1。

3高性能流媒體的技術實現

3.1內存預讀緩沖技術

存在于現代計算機系統中的一個主要瓶頸是磁盤I/O性能的發展遠遠落后于內存和CPU。磁盤機械臂旋轉盤的數據定位和讀取方式決定了磁盤最突出的性能特點是讀寫順序好，隨機I/O不好，I/O延遲很大。

預讀取可以有效減少應用程序I/O等待時間和磁盤尋道次數，是提高磁盤I/O性能的重要優化方法之一。預讀涉及流媒體系統各個方面。首先，由于視頻文件通常比較大，文件格式多樣，當用戶點播開始時會無序搜尋響應數據導致磁盤響應速度下降，當并發用戶多時尤為明顯。針對這一特點，系統自動根據不同格式預讀取相應索引數據，極大提升點播啟動速度。

3.2零拷貝內核模式

傳統文件網絡傳輸在實現上更為復雜，需要多個上下文切換。當需要傳輸文件時，具體如下：

1）調用read函數，將文件數據復制到內核緩沖區;

2）用read函數返回，從內核緩沖區將文件數據復制到用戶緩沖區;

3）調用write函數，從用戶緩沖區將文件數據復制到內核與socket相關緩沖區;

4）從socket緩沖區復制數據到相關的協議引擎。

以上是網絡文件傳輸的傳統讀寫方式。在該過程中，文件數據經過了從硬盤到內核緩沖區，從內核緩沖區到用戶緩沖區，從用戶緩沖區到socket相關緩沖區，最后從socket相關緩沖區到協議引擎這四次復制操作。

而視頻服務系統的優勢在于減少以上多次復制，提升文件數據傳輸的性能。具體的過程細節如下：

1）先將文件數據復制到內核緩沖區;

21再將從內核緩沖區復制文件數據到內核中socket相關的緩沖區;

3）最后從socket相關的緩沖區復制文件數據到協議引擎。

與傳統的讀寫方式相比，減少了從內核緩沖區到用戶緩沖區，再從用戶緩沖區到socket相關緩沖區的文件復制，極大提升了整體系統性能。

4結束語

本系統用于企業遠程培訓及教學，能夠提供包括視頻、文本、圖片、Flash動畫、圖像等各種形式的網上點播服務。基于互聯網傳播技術的優勢，改變了過去培訓教學用戶被動接受視頻教學的模式。真正讓用戶發揮更大的積極性和主動性，在不受時間和空間限制的情況下學習和共享更多的教學資源。該系統不僅有助于企業培訓教學提高效率，而且極大節省了技術培訓和產品宣傳的成本。