☆ 饒宇珊

（北京師范大學南山附屬學校，廣東深圳 518054）

利用學?，F(xiàn)有的網絡和資源，設計并開發(fā)視頻點播系統(tǒng)，利用流媒體技術有效率地實現(xiàn)視頻點播、電視網絡直播、文件上傳等功能，實現(xiàn)資源分類管理，不但為在校師生提供了基于流媒體技術的資源服務，極大地提高教師教研的技術水準，為教師專業(yè)成長提供資源上的保障，也為學校資源建設提供了很好的平臺，使教學資源實現(xiàn)特色化管理，促進了數(shù)字化校園的建設。這種系統(tǒng)實現(xiàn)方案花費極少，具有技術先進、性能良好、成本低廉的特點，非常適合校園環(huán)境，使用價值高。只要有校園網絡的學校都可以比較容易地實現(xiàn)。

一、系統(tǒng)的架構與設計

運用于校園的視頻點播系統(tǒng)采用瀏覽器／服務器模式會比較適合，即B／S模式?？蛻舳酥灰苌暇W即可以觀看視頻，系統(tǒng)靈活開放。這樣處理，既可以充分發(fā)揮視頻點播系統(tǒng)的優(yōu)越性，又不需要使用者有專業(yè)的知識或者特定的操作技能。

流媒體服務器、WEB服務器、數(shù)據(jù)庫服務器是視頻點播系統(tǒng)的三大組成部分?；贐／S結構的視頻點播系統(tǒng)的工作原理是：

（1）當客戶需要點播節(jié)目時，首先使用瀏覽器訪問WEB服務器。

（2）由WEB服務器查詢數(shù)據(jù)庫服務器，返回節(jié)目的URL給客戶機。

（3）客戶機啟動流媒體播放器。

（4）客戶機根據(jù)獲得的節(jié)目URL向流媒體服務器發(fā)起請求。

（5）流媒體服務器接受請求并查詢存儲系統(tǒng)，發(fā)送流媒體數(shù)據(jù)給客戶機。

（6）在客戶機的媒體播放器上進行播放，完成一次視頻點播過程。

流媒體視頻點播系統(tǒng)在校園網絡內實現(xiàn)的總體技術架構如圖1所示，系統(tǒng)技術架構的核心組成部分是安裝了WMS（Windows Media Server）流媒體服務軟件的流媒體服務器、用ASP．NET開發(fā)的WEB服務器和SQL Server數(shù)據(jù)庫服務器這三大部分。視頻來源有兩大部分：一是原有的音、視頻文件和不斷增加的錄像資源，通過采編工作，通過WEB服務器上傳到流媒體服務器存儲系統(tǒng)；二是由電視機頂盒接收模擬信號，經過編碼器和編碼軟件，利用WMS實現(xiàn)電視網絡直播。

圖1 視頻點播系統(tǒng)的技術架構總圖

（一）流媒體服務器的架構設計

流媒體服務器是流媒體應用的核心系統(tǒng)，是運營商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(tǒng)的主要性能體現(xiàn)都取決于媒體服務器的性能和服務質量。因此，流媒體服務器是流媒體應用系統(tǒng)的基礎，也是最主要的組成部分。

服 務 器 性 能 ：IBM X36507979 (IntelXeon2．0 GHz)2U機架服務器；2個英特爾至強雙核DP 2．0GHz CPU，4MB二級緩存，最大支持2路處理器，4GB PC2－5300 DDR2 ECC Chipkill SDRAM內存（12個內存插槽＼最大擴展到48GB）；SAS磁盤控制器等。

存儲系統(tǒng)的配置：服務器主機的相關配置，Serve RAID 8K 陣列卡和 5塊 146．8GB 15K 3．5″SAS熱插拔硬盤可以滿足當前大數(shù)量的視頻資源的存儲需求，6個熱插拔薄型硬盤托架可以擴展未來一段時間的新視頻資源的存儲需求。

流媒體服務軟件的選擇：使用Windows 2003 server操作系統(tǒng)，啟用IIS和Windows media services服務。微軟的Windows Media Service（WMS）是最典型的流媒體服務器，它采用MMS協(xié)議接收、傳輸視頻，采用Windows Media Player（WMP）作為前端播放器。

（二）WEN服務器的功能設計

流媒體服務器建好以后，并不能提供用戶較友好的訪問方式，一般都會提供一個視頻資源的路徑，如何找到一個更友好的方式？讓很多視頻資源都集結在一個資源網站上。

我們采用基于 Windows的 ASP．NET和 VB．NET作為基礎開發(fā)網絡應用程序，自己開發(fā)視頻網站作為VOD系統(tǒng)的WEB服務器，其作用是為用戶和管理員提供一個良好的交互平臺，方便對視頻資源進行操作和管理。另外，也方便了管理員對用戶進行管理。

圖2 視頻點播網站系統(tǒng)的總體功能圖

校園網視頻點播系統(tǒng)的總體功能如圖2所示，包括后臺管理(包括用戶管理模塊、視頻管理模塊、目錄管理模塊和評論管理模塊)、視頻點播（包括視頻點播模塊和發(fā)表評論模塊）、電視直播三個子系統(tǒng)。視頻點播網站系統(tǒng)的各模塊功能介紹如下：

用戶管理模塊：在此功能模塊中管理員對用戶的信息進行管理，包括添加、刪除用戶信息和對用戶的信息進行修改等。

視頻管理模塊：在此功能模塊中管理員可以上傳視頻、刪除視頻。

目錄管理模塊：在此功能模塊中管理員管理視頻目錄，可以添加、修改、刪除視頻信息。本功能模塊的系統(tǒng)工作流程與用戶管理模塊相同。

發(fā)表評論模塊：在此功能模塊中用戶可以對所觀看的視頻進行評價。

評論管理模塊：在此功能模塊中管理員管理用戶對視頻的評價信息，可刪除評價信息。

視頻點播模塊：在此功能模塊中用戶可以點播自己想看的視頻。

客戶完成一次視頻點播的系統(tǒng)工作流程如圖3所示，客戶通過WEB服務器提出某一文件的點播請求，由WEB服務器查詢數(shù)據(jù)庫，如果片源的信息在數(shù)據(jù)庫存在，由WEB服務器向流媒體服務器發(fā)出請求，流媒體服務器向客戶機以媒體流的形式發(fā)送音視頻文件。客戶端啟動流媒體播放軟件，接收媒體流。這樣，用戶就完成了一次視頻點播過程。

圖3 視頻點播工作流程圖

用戶工作的總流程如圖4所示，用戶在登錄界面按要求輸入用戶名和密碼，系統(tǒng)會根據(jù)用戶的輸入信息訪問相應的數(shù)據(jù)庫表User，確定是否為合法用戶，條件符合則進入系統(tǒng)界面。用戶和管理員在視頻網頁上可以做相應權限的行為。系統(tǒng)再根據(jù)表User中的權限字段判斷用戶的身份是管理員還是普通用戶，管理員用戶還要經系統(tǒng)訪問另一張數(shù)據(jù)表Admin，判斷是系統(tǒng)管理員還是普通管理員。普通管理員的所有行為權限系統(tǒng)管理員都有，而系統(tǒng)管理員的部分權限普通管理員沒有。

圖4 用戶工作流程圖

（三）數(shù)據(jù)庫設計

數(shù)據(jù)庫服務器執(zhí)行WEB服務器發(fā)送的對節(jié)目信息和用戶信息的查詢、存取、刪除等命令。數(shù)據(jù)庫服務器和WEB服務器協(xié)作，讓WEB服務器的響應請求和數(shù)據(jù)操作分開，降低WEB服務器的壓力，對數(shù)據(jù)服務器的性能和穩(wěn)定性有一定的要求。

本系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)庫服務器是SQL Server 2005。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設計包括用E－R圖設計，數(shù)據(jù)字典的設計，數(shù)據(jù)庫表的設計，數(shù)據(jù)庫邏輯關系圖等。視頻點播網上系統(tǒng)用戶、管理員和視頻資源之間的聯(lián)系圖如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)E－R圖

（四）電視直播的架構設計

電視直播的工作原理是：將電視（模擬）信號通過采集轉換為數(shù)字信號輸入計算機，應用流媒體技術在網絡上進行直播，用戶訪問指定的直播網站頁面，其訪問請求導向發(fā)布服務器節(jié)點，獲得流媒體數(shù)據(jù)，通過網頁瀏覽器自帶的播放器觀看直播視頻內容。

我校實現(xiàn)電視直播，需要配備HVC400編碼器和Nowstream編碼軟件作為采集編碼模塊。在服務器上安裝HVC400編碼器和Nowstream編碼軟件,來實現(xiàn)實況流的直播或定時直播、實況流的拉傳遞功能、實況流的推傳遞功能、文件保存或定時保存等。

二、系統(tǒng)實現(xiàn)與測試

我們采用基于 Windows的 ASP．NET和 VB．NET作為基礎開發(fā)網絡應用程序，結合MS SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫技術，完成網站的開發(fā)運用。

（一）點播平臺的實現(xiàn)

圖6 點播平臺首頁面

點播平臺的首頁面如圖6所示，根據(jù)我校教學資源建設的要求，分欄目為：

（1）視頻直播：在該頁面，用戶可以直接同步觀看各頻道電視節(jié)目。

（2）視頻新聞：該頁面展示當今發(fā)生的重要新聞事件和學校新聞視頻。

（3）示范課例：在該頁面，教師上公開課的視頻分學科分組展示。

（4）教師培訓：該頁面展示針對教師技能、素質培訓的視頻資料。

（5）教學資源：該頁面展示優(yōu)秀教學示范的視頻資料。

（6）電影：該頁面展示一些電影資料。

（7）音樂：該頁面展示一些音頻資料。

（二）管理平臺的實現(xiàn)

后臺的管理目前有三塊功能，分別為目錄管理、視頻添加及用戶管理。

1．目錄管理功能

該視頻網站的目錄非常靈活，可以實現(xiàn)無限級目錄的動態(tài)管理，添加、修改、刪除都很方便，是用 Asp．net里自帶的Treeview組件實現(xiàn)，效果如圖7所示。

圖7 目錄管理

2．視頻添加功能

在視頻添加模塊里，“視頻介紹”部分采用Word編輯器的功能，方便內容的添加編輯，如圖8所示。

圖8 視頻添加

我校的視頻網站支持三種方式上傳：第一種是直接以wmv格式上傳，優(yōu)勢在于視頻比較清晰，但公網瀏覽不順暢，應用于追求清晰度的情況。第二種是直接以flv格式上傳，對于從網上找到的資源，如果是flv格式可以直接上傳。第三種是由其它格式轉化為flv格式方式上傳，這就借助于我們 ASP．Net的ffmpeg和mencoder組件來實現(xiàn)。如圖9所示。

圖9 文件格式直接轉換頁面

3．用戶管理

為了實現(xiàn)視頻的分級管理，不同級別的用戶只能看到相應級別的視頻，管理員在審核會員的時候，可以對用戶進行分級，功能如圖10所示。

圖10 用戶管理

（三）關鍵技術的實現(xiàn)

1．使用Treeview部署目錄樹實現(xiàn)視頻目錄管理

TreeView控件用來顯示信息的分級視圖，如同Windows里的資源管理器的目錄。TreeView控件顯示Node對象的分層列表，每個 Node對象均由一個標簽和一個可選的位圖組成。TreeView一般用于顯示文檔標題、索引入口、磁盤上的文件和目錄、或能被有效地分層顯示的其它種類信息。創(chuàng)建了TreeView控件之后，可以通過設置屬性與調用方法對各Node對象進行操作，這些操作包括添加、刪除、對齊和其它操作。

2．用NeatUpload組件完成視頻的上傳工作，上傳速度快，有進度顯示

3．借助Ffmpeg和Mencoder組件來完成視頻轉換和截圖工作

我們用Asp．net開發(fā)一個可以同時實現(xiàn)上傳和轉換的網頁平臺，通過使用免費的ffmpeg和mencoder組件，基本上可以實現(xiàn)把所有視頻文件格式轉為flv格式。在這個平臺中，ffmpeg組件和mencoder組件是有具體分工的，對于 asf、avi、mpg、3gp、mov 等格式文件采用 ffmpeg 組件來進行轉換，而 wmv、rmvb、rm等格式的文件采用mencoder組件來轉換，另外，在轉換過程中可以自動截圖，截圖都是靠ffmpeg組件來完成的。這樣，運用這個網頁平臺就可以完整實現(xiàn)視頻的上傳和轉換。

（四）系統(tǒng)測試

截取一段60秒時間長度的視頻文件，將文件存儲為wmv（352*288,30fps）格式。存儲容量大小是 4．96M。將wmv格式文件直接上傳的網絡速度數(shù)據(jù)如圖11，是69．5KB ／s。

圖11 wmv格式文件上傳進度

將文件以flv格式上傳的網絡速度數(shù)據(jù)如圖12，是89．1KB ／s。

圖12 wmv文件轉化為FLV格式上傳進度

測試結果是同時間段視頻以wmv格式直接上傳的網絡速度比轉化為flv格式上傳網絡速度要慢。

wmv格式的視頻在局域網內完成一次完整的點播需要時間是60．03s,flv格式的視頻在局域網內完成一次完整的點播需要時間是60．03s。結論是：在局域網環(huán)境內，同時間段視頻wmv格式視頻和flv格式視頻完整的點播需要時間沒有測試出時間差。

三、總結

本文對流媒體視頻點播系統(tǒng)的整體設計和構架做出了詳細描述，敘述了系統(tǒng)三大組成部分的設計和實現(xiàn)。系統(tǒng)優(yōu)點包括：（1）流媒體服務軟件選擇最典型的WMV，兼容性強。（2）自己開發(fā)交互平臺，用戶可以根據(jù)自己的喜好定制自己所需的資源管理方案，對往后的維護也沒有技術顧慮。（3）這種系統(tǒng)實現(xiàn)方案花費極少，具有性能良好，使用價值高，成本低廉的特點。只要有校園網絡的學校都可以比較容易地實現(xiàn)。

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