高速移動場景下的平穩(wěn)寬帶車載視頻點播系統(tǒng)設計

• 視頻

視頻點播系統(tǒng)采用Video標簽在頁面中嵌入視頻播放器，通過Video.js播放器庫所提供的HTML/Flash自適應播放應用[15]，客戶端可以自動偵測當前瀏覽器類型。根據(jù)是否支持HTML5標簽和Mp4/H.264編碼格式，決定使用Video標簽嵌入視頻播放器還是調(diào)用flash程序來實現(xiàn)視頻播放。客戶端播放模式設計如圖5所示。

圖5 客戶端播放模式設計圖

下面是引入Video播放的部分核心代碼：

1)在頁面中head區(qū)域引用必要的js文件

2)設置flash路徑，Video.js會在不支持HTML5的瀏覽器中使用Flash播放視頻文件：

3)設置視頻內(nèi)容文件信息，包括路徑信息，播放器支持的視頻格式，以及播放器的窗口大小。其中WebM文件格式主要支持Vorbis音頻編碼和VP8視頻編碼； Ogg文件格式支持Vorbis音頻編碼和Theora視頻編碼。

class="Video-js vjs-default-skin"

controlspreload="none"width="640"height="320"

poster="http://Video-js.zencoder.com/oceans-clip.png"

data-setup="{}">

$filename =$ _GET['filename'];

$string=substr($filename,strrpos($filename,".")+1);

echo"

src='Videos/".$filename."'type='Video/".$string."'

type='Video/ogv' />

srclang="en"label="English">

2.4 數(shù)據(jù)庫程序的設計

為了更好的對數(shù)據(jù)進行處理操作，使用了Mysql數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)庫中專門為系統(tǒng)中的幾類對象建立了數(shù)據(jù)表，包括影片信息表、用戶信息表、資源分類表、點播統(tǒng)計表等。影片信息表主要包括如下屬性：存儲影片ID、影片文件名、影片所屬分類、影片描述、上傳時間、上傳影片名稱、上傳影片大小、文件存儲地址等[16]，其中影片ID是影片在數(shù)據(jù)庫中的唯一標記，通過該屬性可以檢索到對應的視頻。影片信息表中的關鍵字段如表1所示。

表1 影片信息表

系統(tǒng)中的每個頁面都動態(tài)生成，頁面顯示的內(nèi)容從數(shù)據(jù)庫實時提取會導致操作量激增，為了減少連接服務器、選擇數(shù)據(jù)庫等重復性操作，本文定義了一個數(shù)據(jù)庫訪問類DB_Mysql，將重復執(zhí)行的程序隱藏在類的內(nèi)部。該類的定義如下：

class DB_Mysql

{

var $Host = "localhost"；//服務器地址

var $Database = "media"；//數(shù)據(jù)庫名稱

var $User = "root"； //用戶名

var $Password = ""； //用戶密碼

var $Link_ID = 0； //數(shù)據(jù)庫連接

var $Query_ID = 0； //查詢結(jié)果

var $Row_Result = array();//結(jié)果組成的數(shù)組

var $Field_Result = array()；//結(jié)果集字段名組成的數(shù)組

var $Affected_Rows； //影響的行數(shù)

var $Rows； //結(jié)果集中記錄行數(shù)

var $Fields； //結(jié)果集中字段個數(shù)

var $Row_Position = 0； //記錄指針位置索引

function_construct()；//建立服務器連接

function_destruct()；//取消服務器連接

Function connect($Database= "",$Host= "",$User = "",$Password = "") ；//數(shù)據(jù)庫連接

function query($Query_String)；//字符串查詢

function seek($pos)；//數(shù)據(jù)存儲位置搜索

function get_rows_array() ；//行數(shù)結(jié)果的集中記錄

function get_fields_array() ；//字段個數(shù)結(jié)果的集中記錄

function get_affected_rows() ；//函數(shù)返回前一次Mysql操作所影響的記錄行數(shù)。

function get_rows()； //行數(shù)獲取

function get_fields()； //字段個數(shù)獲取

function fetch_one_array($sql)；//數(shù)據(jù)以數(shù)字索引方式存儲在數(shù)組中

}

DB_Mysql類是基于Mysql擴展函數(shù)庫封裝得到的[17]，該類中，屬性$Host、$Database、$User、$Password定義了連接 Mysql使用的默認參數(shù)；$Row_Result為查詢返回的結(jié)果集組成的數(shù)組；$Field_Result為查詢結(jié)果集中字段名稱組成的數(shù)組；Rows為查詢結(jié)果集的記錄行數(shù)。DB_Mysql類的使用，有利于數(shù)據(jù)庫與頁面交互程序的快速執(zhí)行。

2.5 LAMP軟件的移植

嵌入式軟件開發(fā)采用交叉編譯，源文件在宿主機上編譯，運行在目標機上。LAMP軟件的移植，是指在嵌入式平臺上運行交叉編譯后的二進制文件的過程[18]。這里重點說明Apache和Php的移植過程。

1)Apache的移植。

Apache的交叉編譯，需要Apache庫文件的支持，通過gcc編譯器生成pc端的Apache可執(zhí)行文件，使用arm-linux-gcc交叉工具鏈對Apache源文件進行編譯。移植流程是在官網(wǎng)上下載Apache源碼，進入解壓縮的Apache源文件根目錄進行配置：

[heyun@heyun Apache-arm11]./configure CC=arm-linux-gcc--host=arm-linux--prefix=/usr/local/Apache-arm--enable-so--enable-modules=so--with-mpm=prefork ac_cv_file__dev_zero=yes

ac_cv_func_setpgrp_void=yes apr_cv_process_shared_works=yes

apr_cv_mutex_robust_shared=yes apr_cv_tcp_nodelay_with_cork=yes ap_void_ptr_lt_long=no

配置選項中，指明了交叉編譯工具鏈arm-linux-gcc ，生成二進制可執(zhí)行代碼的安裝目錄/usr/local/Apache-arm，編譯成動態(tài)模塊。配置完成后，會自動將當前目錄下configure文件中的CC、LD、AR、NM、RANLIB以及STRIP選項修改為：

CC=arm-linux-gcc

AR=arm-linux-ar

LD=arm-linux-ld

NM=arm-linux-nm

STRIP=arm-linux-strip

RANLIB=arm-linux-ranlib。

配置完成后，執(zhí)行make進行編譯。

2)Php的移植。

Php的移植需要Php、libconv、libxml2、zlib等庫文件的支持[19]。對于Php編譯，在官網(wǎng)上下載Php-5.2.0源碼后，進入解壓縮的Php源文件根目錄進行配置：

[heyun@heyun Php-5.2.0]:./configureCC=arm-linux-gcc--host=arm-linux--prefix=/usr/local/Apache-arm11/Php-5.2.0/sapi/Apache/--with-apxs=/usr/local/Apache-arm11/Apache/bin/apxs--enable-pdo=shared--with-zlib --with-iconv

配置選項與Apache類似，不同之處在于Php的編譯指明了依賴庫文件zlib，libconv。配置完成后，執(zhí)行make進行編譯即可。

3)配置Apache支持Php。

由于Apache默認支持靜態(tài)網(wǎng)頁，不支持Php頁面，所以Apache與Php各自獨立編譯完成后，需配置二者的協(xié)同工作[20]。進入編譯好的Apache文件中，找到configure文件，主要對該文件的下述選項進行配置：

#登陸服務器的端口號與用戶名的設置

Port 8080

User nobody

Group nobody

#網(wǎng)站根目錄的設置

DocumentRoot "/sdcard/ShipinDianBo/"

#配置Apache支持Php解析

DirectoryIndex index.html

DirectoryIndex index.Php

DirectoryIndex index.Php3

DirectoryIndex index.phtml

#指定Php解析器的路徑及類型

LoadModule.Php5_module libexec/libPhp5.so

ScriptAlias/cgi-bin/"/usr/local/Apache-arm11/cgi-bin/"

ScriptAlias/Php5/"/usr/local/Apache-arm11/Php/bin/"

AddType application/x-tar.tgz

AddType application/x-httpd-Php.Php3

AddType application/x-httpd-Php.Php

AddType application/x-httpd-Php.phtml

Apache與Php的移植和配置工作全部完成后，啟動Apache服務器，自動加載Php解析器，可實現(xiàn)客戶端與服務器端頁面的動態(tài)交互。

3 系統(tǒng)測試

3.1 系統(tǒng)測試平臺

系統(tǒng)的嵌入式平臺搭建了s3c6410為處理器的ARM最小系統(tǒng)，USR-WiFi232-D2模組，固態(tài)硬盤，RS232串口模塊，電源模塊。嵌入式系統(tǒng)采用linux內(nèi)核，使用yaffs文件管理系統(tǒng)[21]，服務器的運行環(huán)境選用LAMP架構(gòu)，客戶端應用程序基于移動終端而開發(fā)。

程序開發(fā)階段，在pc端使用SecureCRT軟件對系統(tǒng)進行調(diào)試，通過串口控制嵌入式平臺，將之前交叉編譯好的LAMP二進制文件拷貝到板載固態(tài)硬盤中，在SecureCRT軟件下通過命令，將二進制文件拷貝到linux系統(tǒng)對應的文件目錄下。USR-WiFi232-D2模組需配置為AP模式，設置IP地址為：10.100.100.100。最后配置嵌入式系統(tǒng)初始化文件，設置上電自動開啟Apache服務器程序。

3.2 測試結(jié)果與分析

嵌入式平臺與pc連接上后，使用ifconfig命令查看服務端的IP地址，使用ps命令查看Apache是否正常運行，測試結(jié)果如下：

[root@CHD /]# ifconfig

[root@CHD /]# eth0 Link encap:Ethernet HWaddr 08:90:00:A0:90:90inetaddr:10.100.100.100Bcast:10.255.255.255Mask:255.0.0.0UPBROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1

[root@CHD /]#./Apachectl start

[Fri Sep 29 05:14:37 2000] [alert] httpd: Could not determine the server's fully qualified domain name, using 127.0.0.1 for ServerName

從上面結(jié)果測試結(jié)果可以看出，配置Apache服務器時，將IP地址默認設置為10.100.100.100。使用Apachectl命令啟動Apache服務器，從上面打印的信息可以看出，服務器正常啟動。如圖6所示，Apache啟動后默認同時開啟多個進程，多個用戶同時訪問Apache服務器，可縮短服務器的響應時間，給用戶提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)。

圖6 Apache開啟多進程

調(diào)試完成后，重新啟動嵌入式平臺，移動終端確認連接上WiFi信號后打開瀏覽器，輸入IP地址10.10.100.100，回車即可訪問服務器中的視頻資源。手機訪問服務器主界面如圖7所示，視頻播放如圖8所示。

圖7 手機訪問服務器主界面

圖8 視頻播放功能

為了測試視頻傳輸過程中的帶寬穩(wěn)定性和用戶觀看視頻的流暢度，將視頻的傳輸速率作為系統(tǒng)性能的核心指標[22]。測試方法是在車載服務器和手機終端上分別安裝網(wǎng)絡性能測試工具iperf來對客戶端和服務端之間的網(wǎng)絡傳輸速率進行檢測，服務器系統(tǒng)安裝iperf后在終端輸入命令iperf -s開啟服務端，手機終端則需要打開iperf輸入命令iperf -c 10.10.100.100-t 60,測試60 s內(nèi)的網(wǎng)絡傳輸速率。如圖9所示為60 s內(nèi)網(wǎng)絡傳輸速率與時間的關系圖，圖中的虛線為網(wǎng)絡傳輸速率平均水平線。對圖中數(shù)據(jù)結(jié)果的分析可知，車載服務系統(tǒng)所在網(wǎng)絡的碼流傳輸速率基本穩(wěn)定在35 Mbps到56 Mbps區(qū)間內(nèi)，均值為48.41 Mbps，方差為17.61，離散程度較小，傳輸速率在一段時間內(nèi)保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。由于流暢播放高清視頻所需要的帶寬至少為4 Mbps，系統(tǒng)的實時帶寬遠高于播放高清視頻所需的帶寬且系統(tǒng)網(wǎng)絡較穩(wěn)定，故網(wǎng)絡性能測試結(jié)果滿足系統(tǒng)設計的要求。

圖9 傳輸速率與時間的關系圖

根據(jù)列車車廂所限制的空間范圍，測試其范圍內(nèi)不同位置的網(wǎng)絡傳輸速率及其帶寬穩(wěn)定性，將移動設備在距離服務器的不同位置作為網(wǎng)絡信號測試點，統(tǒng)計測試點距離車載服務器1 m至15 m之間網(wǎng)絡傳輸速率隨距離的變化情況，統(tǒng)計結(jié)果如圖10所示。實驗結(jié)果表明，隨著客戶端與服務器之間傳輸距離的增大，碼流傳輸速率逐漸減小，變化范圍在18 Mbps到50 Mbps之間。可以看到，在列車車廂所允許的最遠距離下，傳輸速率最小為18.2 Mbps，滿足系統(tǒng)對于傳輸高清視頻碼流速率的要求，能夠讓用戶在有限空間內(nèi)獲得良好的觀影體驗。

圖10 距離與視頻傳輸速率的關系圖

4 結(jié)束語

本文利用嵌入式硬件的特點，結(jié)合LAMP架構(gòu)的優(yōu)點，提出了一種高速移動場景下的平穩(wěn)寬帶車載視頻點播系統(tǒng)的設計方案，設計出了硬件開發(fā)平臺和應用軟件，客戶端與服務器之間是基于HTTP協(xié)議的B/S模式，服務器端采用LAMP框架部署網(wǎng)站。最后分別完成了服務器端和客戶端的工作，實現(xiàn)了視頻點播功能，經(jīng)測試硬件平臺穩(wěn)定可靠且網(wǎng)絡性能良好，服務器穩(wěn)定流暢地給用戶提供視頻點播服務，滿足設計需求。在高速移動場景下，面對大量的用戶群如何均衡帶寬負載，從而提升車載服務器的服務能力和網(wǎng)絡性能，是后期研究的一個主要方向。