校園視頻直播點播系統設計與實現

李念

摘 要：傳統校園視頻直播點播系統主要通過學校管理人員采集電視機頂盒信號、會場攝像機信號和上傳已有視頻源等方式，給全校師生提供視頻服務。與傳統視頻直播點播系統相比，文章中的視頻直播點播系統優化了電視信號源采集、用戶管理和數據統計等內容，極大提升了系統運行維護的監管能力。

關鍵詞：電視直播;視頻點播

中圖分類號：TP393.18 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）04-038-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.04.019

隨著信息化建設的不斷深入發展，尤其是疫情防控常態化后，學校召開了大量的線上會議、學術交流活動和講座。由于會場模式的多樣性、管理的復雜性、場地的局限性和傳播媒介的單一性等原因，只有部分師生能夠在會場直接參與，而其他師生則不能現場參與體驗和學習交流。

為了提升學校會議精神和學術活動的影響力，滿足師生參與觀看的需求，針對重要的會議活動，使用視頻直播點播系統進行現場直播，使更多的學生、教工通過線上方式學習觀看，顯得尤為重要。并且，多年來學校積累了許多寶貴的視頻和課件資源，由于沒有統一標準的平臺進行展示而未得到充分利用，因此，師生急需一個資源點播平臺來充分利用這些寶貴的視頻資源。

1 流媒體技術

流媒體技術是指將連續的影像和聲音信息經過壓縮處理后放在服務器，由視頻服務器向用戶計算機順序或實時地傳送各個壓縮包，讓用戶一邊下載一邊觀看、收聽，而無需等整個壓縮文件下載到本地計算機上才可以觀看的網絡傳輸技術。首先，在本地計算機創建一個緩沖區，在播放前預先下載一段數據作為緩沖，在網路實際連線速度小于播放速度時，播放程序會取一段緩沖區內的數據進行播放，這樣就可以避免播放內容中斷的現象發生，也使得播放內容質量得到保證[1]。

2 系統構成要素

該系統主要包括發布管理平臺、編碼模塊、存儲模塊和發布服務器，如圖1所示。通過發布管理平臺接入有線電視、衛星電視、現場直播、靜態視頻文件等視頻源，進行統一的編碼和存儲，再由發布服務器將視頻發布到電腦、手機、平板等終端進行播放觀看，不需要在播放設備上安裝任何插件。發布服務器最多可以支持5 000用戶同時在線播放720P的高清視頻，如果同時在線觀看人數超過5 000人，可以通過新增發布服務器的方式實現觀看人數的升級。

3 系統設計難點

近年來，校園視頻服務成為校園數字化建設中必不可少的組成部分。在良好的校園基礎環境下，如何利用高帶寬的校園網絡進行豐富多彩的多媒體應用，以便更好地服務于教學和科研，已成為今后校園網建設的重要任務。然而開展視頻服務有兩個關鍵因素：內容和帶寬。如何充分利用校園內已有的各種音視頻設備轉換成網絡音視頻流，如何在良好的網絡環境下利用組播技術節省寶貴帶寬，是系統設計需要重點關注的問題。

3.1 音視頻編解碼技術

先進壓縮技術和自適應技術是音視頻信號遠程實時高效傳輸的有效保障。為了減輕視頻流給網絡帶寬的壓力，采用最先進的音視頻編解碼技術對音視頻信號進行實時編碼，采用音視頻遠程傳輸技術對編碼后的音視頻數據流進行傳輸，不僅有效減少音視頻所占的網絡帶寬，還能保證音視頻的傳輸質量，使音視頻信號更加穩定、安全和可靠。

3.2 音視頻傳送技術

網絡帶寬作為音視頻信號遠程實時高效傳輸的瓶頸之一，由于網絡不穩定性或網絡帶寬的不足，音視頻信號常常會出現丟包、抖動和花屏現象，甚至會造成信號卡頓和中斷。視頻點播功能能夠實現音視頻內容的分發，使用戶盡可能接近音視頻流，在保證音視頻質量的前提下避免網絡帶寬浪費;在廣播模式下，采用組播技術將音視頻信號發送給特定用戶組，實現“一次發送、組內直播”，減輕網絡帶寬壓力，提高數據傳送效率。

3.3 音視頻續傳技術

傳統流媒體直播模式下，一旦傳輸網絡或者編解碼設備出現問題，隨即就會導致音視頻信號傳輸中斷，直接影響用戶的觀看體驗。為應對突發事故發生，適應復雜的網絡環境，保障音視頻信號傳輸的穩定性，采用音視頻續傳技術能夠有效保障用戶的觀看效果。在設置的時間段內，音視頻信號流都可以重新連接，保證流媒體信號傳輸的連續性，避免因意外導致現場信號重新采集傳輸，使用戶察覺不到故障情況。

3.4 音視頻負載分擔技術

音視頻信號采用負載均衡策略，能夠自動識別流媒體服務器負載情況。當流媒體服務器壓力過大時，系統會立即啟用新設備，分擔服務器的過載壓力。根據訪問數量、負載量、響應時間等參數，系統提供整個網絡體系的負載均衡和各設備節點的負載均衡，能夠實現高效的帶寬平衡和用戶數量機制，滿足直播點播系統的多并發流業務需求，能大幅提高工作人員的指揮調度能力，保障音視頻信號的穩定傳輸[2]。

4 系統設計目標

4.1 完善系統功能，提高用戶數量

視頻直播點播系統，可以實現師生數量不受場地空間大小限制，還可以在活動直播正式開始前進行在線宣傳，擴大活動影響力。直播活動支持聊天室實時互動，在線觀看直播的用戶可以進行交流;考慮到學校的管理需求，支持敏感詞、IP或用戶ID聊天內容屏蔽。在直播過程中，系統支持活動內容實時錄制，活動結束后錄制的視頻會上傳到視頻直播點播平臺，用戶可以隨時進行點播觀看。

4.2 優化播放效果，降低出口帶寬

視頻直播點播系統電視直播源由北京郵電大學統一推送，實現了電視直播效果最佳化。系統提供超過80個電視頻道的直播，支持多個視頻源接入，包括有線電視源、衛星電視源，并且能夠獲取到電視頻道的節目表信息，為用戶提供全面的觀看體驗。用戶能夠自由選擇時段進行錄屏回放，避免錯過節目。電視源信號支持IPv4和IPv6傳輸，可以不占用珍貴的IPv4資源。師生通過學校局域網收看電視直播，節約出口流量和帶寬。

4.3 提高視頻價值，實現教學效果

通過發布管理平臺上傳視頻資源文件，給視頻打標簽進行分類管理。學校可以將精品課程錄像上傳到平臺讓學生觀看，充分利用資源優化教學效果，也可以把學校的視頻宣傳材料上傳到平臺供內外網用戶觀看，達到宣傳效果。學生還可以通過點播平臺觀看各種大型活動的錄像，不用一傳一地尋找活動視頻。

5 系統實現功能

視頻直播點播系統主要具有電視直播、視頻點播、活動直播等功能。

5.1 電視直播

視頻直播點播系統配合北郵電視源，優化電視直播播放效果。系統能夠提供超過80個電視頻道的直播，支持多個視頻源接入，包括有線電視源、衛星電視源。電視源信號同時支持IPv4和IPv6，可以不占用珍貴的IPv4帶寬。校內用戶收看電視直播走內網，可以節約出口流量。

5.2 視頻點播

用戶在發布管理平臺上傳視頻資源文件，給視頻打標簽進行分類管理。用戶可以將精品課程錄像上傳到平臺上讓學生觀看，充分利用資源優化教學效果，也可以把學校的視頻宣傳材料上傳到平臺給內外網用戶觀看，達到宣傳效果。學生還可以通過點播平臺觀看各種大型活動的錄像，不用一傳一地尋找活動視頻。

5.3 活動直播

活動直播能解決學術講座、學院活動直接參與人數過少、關注量低、影響力差的問題。觀眾數量不受場地空間大小限制，可以在活動直播正式開始前進行在線宣傳，擴大活動影響力。活動直播還支持聊天室實時互動功能，在線觀看直播的用戶可以進行互動。考慮到學校的管理需求，支持敏感詞、IP或用戶ID內容屏蔽。

5.4 數據統計

系統支持用戶、視頻文件、觀看時長等多個維度的統計。觀看用戶數統計是活動直播過程中實時觀看人數的統計，能夠幫助用戶了解活動效果。視頻觀看量統計是統計視頻在指定時間段內被播放的次數，通過這個統計數據，用戶可以了解學生都喜歡看什么視頻，針對性地提供更多受歡迎的優質視頻。還支持多維度檢索，可以根據頻道、用戶IP、用戶所在子網、時間進行檢索，就可以了解不同子網下的用戶都喜歡看什么視頻，什么時候是觀看高峰期，對學校的視頻資源管理提供參考。

5.5 權限劃分

考慮到學校的管理需求，系統提供用戶權限劃分功能，支持資源發布者和系統管理者兩類權限。資源發布者只擁有對視頻資源的管理權限，包括申請直播、發布視頻文件、查看信息統計以及對觀看和評論的權限進行管理。系統管理員在資源發布者權限的基礎上增加了對直播和視頻資源的審核管理、服務器管理、前端播放頁面管理和系統用戶管理權限。

參考文獻

[1] 羅祥遠.流媒體技術應用教程[M].第2版.北京：北京交通大學出版社，2018.

[2] 于雷.校園網網絡直播系統設計[J].電腦知識與技術，2014（10）：2385-2387.