基于云平臺(tái)的校園直播服務(wù)系統(tǒng)研究

王金環(huán)

摘 要： 隨著云平臺(tái)和直播系統(tǒng)的迅速發(fā)展，用戶體驗(yàn)越來越受歡迎。文章針對(duì)目前校園直播系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀，分析現(xiàn)有數(shù)據(jù)在服務(wù)器上傳輸?shù)男阅苤笜?biāo)，結(jié)合云服務(wù)器現(xiàn)有模式、基礎(chǔ)架構(gòu)，對(duì)現(xiàn)有的校園直播系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，從而有效改善負(fù)載不均衡的問題，提高校園直播視頻的服務(wù)性能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高可用性和彈性擴(kuò)展。

關(guān)鍵詞：云服務(wù)器;軟件MCU;校園直播系統(tǒng);Web Socket

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)視頻直播的要求也越來越高，每個(gè)用戶都希望能快速無間斷地收到高清的視頻直播內(nèi)容，校園直播也隨之流行起來。但是，當(dāng)新用戶急劇增長(zhǎng)時(shí)，傳統(tǒng)的直播系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)服務(wù)器承受負(fù)載不均的問題，出現(xiàn)一臺(tái)服務(wù)器超載工作而其他服務(wù)器處于空閑的情況。視頻服務(wù)器通過頻繁切換來滿足用戶服務(wù)需求，不能保障用戶端的服務(wù)質(zhì)量。在這種情況下，為了對(duì)現(xiàn)有直播系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，本文提出了基于云計(jì)算的校園直播系統(tǒng)，該系統(tǒng)引入了云計(jì)算服務(wù)器。云是一個(gè)包含大量可用虛擬資源的資源池。這些虛擬資源可以根據(jù)不同的負(fù)載動(dòng)態(tài)地重新分配，提升資源利用率，通過千萬(wàn)臺(tái)互聯(lián)的電腦和服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算。云計(jì)算就是一個(gè)大的虛擬資源池，提供內(nèi)存、虛擬數(shù)據(jù)中心、存儲(chǔ)等各項(xiàng)服務(wù)。大多數(shù)企業(yè)或者高校正處于信息化建設(shè)初級(jí)階段。企業(yè)級(jí)直播平臺(tái)面向的客戶主要有高校、政府機(jī)構(gòu)和社會(huì)企業(yè)。

運(yùn)用軟件工程的設(shè)計(jì)思想，采用高內(nèi)聚、低耦合的模塊化，設(shè)計(jì)一套完整的面向企業(yè)直播系統(tǒng)。基于直播云平臺(tái)，系統(tǒng) Web 客戶端采用HTML+CSS+Java Script的開發(fā)框架，后端使用Java 語(yǔ)言開發(fā)框架Spring Boot 和 My Batis，數(shù)據(jù)庫(kù)采用 Mysql和 Redis緩存數(shù)據(jù)庫(kù)，并結(jié)合敏感詞過濾DFA算法和Web Socket技術(shù)，采用DFA（Deterministic Finite Automaton）算法和Web Socket技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定、可靠的企業(yè)直播系統(tǒng)，讓校園直播系統(tǒng)更加安全、更加方便。

1 直播系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在瀏覽器中，所有的數(shù)據(jù)交換都必須遵守HTTP協(xié)議，數(shù)據(jù)必須在完全傳輸完畢后才能由JavaScript進(jìn)行處理，在這種情況下是無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)流數(shù)據(jù)傳輸。傳統(tǒng)的云直播服務(wù)則需要提供視頻云轉(zhuǎn)碼的功能，以便兼容各種設(shè)備。本系統(tǒng)借助Web Socket技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在瀏覽器上流傳輸，使得視頻實(shí)時(shí)直播成為可能。本系統(tǒng)實(shí)踐了這個(gè)過程，使用JavaScript在瀏覽器上對(duì)視頻流進(jìn)行De-multiplexing，Decoding，Encoding，Multiplexing，并根據(jù)瀏覽器對(duì)視頻格式的支持情況，針對(duì)直播云服務(wù)器提供的視頻轉(zhuǎn)發(fā)功能，基于最新的接口，將視頻的解碼、編碼、渲染等操作集成到客戶端，通過自動(dòng)選擇視頻流的處理方式，最后實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)直播。視頻直播服務(wù)器不再需要處理視頻流，客戶端通過Web Socket接受視頻數(shù)據(jù)并根據(jù)瀏覽器所支持的編碼格式進(jìn)行重編碼。本直播系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要有底帶寬要求、低服務(wù)端配置、延遲低等。

在對(duì)直播行業(yè)進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合云平臺(tái)技術(shù)，開發(fā)滿足校園需求的直播系統(tǒng)，從而滿足校園的需求和系統(tǒng)的安全性和高效性。

1.1 校園直播系統(tǒng)需求分析

本研究通過調(diào)研問卷和小程序等對(duì)西安培華學(xué)院的學(xué)生和教職工進(jìn)行調(diào)研分析，主要包括學(xué)生及其生活方面的問題，根據(jù)調(diào)研分析結(jié)果制定合理的需求分析方案。內(nèi)容包含：校園的圖書閱讀直播分享;考研小組經(jīng)驗(yàn)直播分享;考公務(wù)員、教師資格證等各種類職業(yè)資格證書復(fù)習(xí)經(jīng)驗(yàn)直播分享;健美健身運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)直播視頻分享;減肥經(jīng)驗(yàn)直播視頻分享;校園美食經(jīng)驗(yàn)直播視頻分享等。

1.2 基于云平臺(tái)的校園直播服務(wù)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于云平臺(tái)的校園直播服務(wù)系統(tǒng)模塊主要包括：直播點(diǎn)播管理、計(jì)費(fèi)管理、賬號(hào)權(quán)限管理和網(wǎng)站管理（見圖1）。

（1）直播、點(diǎn)播管理主要包括：點(diǎn)播、直播修改，直播轉(zhuǎn)點(diǎn)播，視頻資料上傳等功能。

（2）校園直播系統(tǒng)計(jì)費(fèi)管理主要包括：手機(jī)微信支付、校園用戶統(tǒng)計(jì)、校園直播統(tǒng)計(jì)。

（3）校園直播系統(tǒng)賬號(hào)權(quán)限管理主要包括：用戶權(quán)限設(shè)置驗(yàn)證、子賬號(hào)設(shè)置、用戶個(gè)人信息管理、公眾號(hào)管理。

（4）網(wǎng)站管理主要包括：設(shè)置直播類型和設(shè)置輪播視頻。

1.3 校園直播系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)

Web Socket可以用于Web瀏覽器與服務(wù)器之間的相互通信，它是基于TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的，經(jīng)過初始的握手過程，以及之后它們之間的相互數(shù)據(jù)傳輸過程。它的作用在于使用Web Socket的客戶端與使用Web Socket服務(wù)器相互傳輸消息時(shí)，在服務(wù)端可以不用打開太多的HTTP連接，達(dá)到資源的節(jié)約。校園直播系統(tǒng)后臺(tái)功使用Spring + Spring MVC+ Mybatis + Web Socket + Hadoop + Maven + My SQL等技術(shù)開發(fā)，前臺(tái)界面設(shè)計(jì)運(yùn)用了JSP + CSS3 + JQuery，第三方進(jìn)行管理，減少時(shí)間花費(fèi)，利用SSM來作為基礎(chǔ)框架，使得項(xiàng)目功能分配清晰。數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)句操作與接口管理變得容易，提高開發(fā)效率。校園直播服務(wù)系統(tǒng)功能逐步完善。

2 ? 直播系統(tǒng)研究思路及方法

分析直播行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景，針對(duì)目前校園需求的直播將有重要現(xiàn)實(shí)意義。校園直播系統(tǒng)基于云平臺(tái)開發(fā)，可以有效提高校園直播系統(tǒng)的方便性和高效性。

該系統(tǒng)將通過對(duì)當(dāng)前娛樂性直播和面向校級(jí)直播進(jìn)行深入調(diào)研與分析，運(yùn)用軟件工程的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一套完整的面向校園的直播系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于直播云平臺(tái)，采用Java語(yǔ)言、Mysql和Redis數(shù)據(jù)庫(kù)，客戶端采用HTML + CSS + Java Script的開發(fā)框架，手機(jī)端采用Vue開發(fā)框架，后端采用Web Socket技術(shù)和DFA（Deterministic Finite Automaton）算法，從而可以保障校園直播系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。

3 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)主要基于Web Socket 的流媒體傳輸，在網(wǎng)頁(yè)上通過JavaScript 將流媒體進(jìn)行解碼，然后通過Media Source Extension的API將解碼的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給瀏覽器。這樣的系統(tǒng)可以流暢地對(duì)視頻進(jìn)行編碼、解碼，并且對(duì)帶寬的要求較低，讓用戶在底帶寬的環(huán)境中可以流暢播放視頻。該系統(tǒng)能夠?yàn)楦咝！⑵髽I(yè)以及一些其他需要進(jìn)行大型直播的客戶提供高質(zhì)量的直播服務(wù)，從而降低直播系統(tǒng)的建設(shè)成本，增強(qiáng)業(yè)務(wù)可靠性，提升會(huì)議智能化水平。

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（編輯 王永超）