基于Web的視頻點播系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1、基于Web的視頻點播系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)Designing and Implementing of the Web-based VOD System鄭 健南京師范大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)中心E-mail: 本文就目前的視頻點播解決方案作了分析，介紹了基于WEB的視頻點播系統(tǒng)的方案，針對系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)、需解決的問題、系統(tǒng)的構(gòu)成和實現(xiàn)作了分析討論。本系統(tǒng)采用了Realmedia格式視頻，使用瀏覽器-服務(wù)器模式。筆者認為這是普通學(xué)?？梢詫崿F(xiàn)、并且值得推廣的視頻點播解決方案。關(guān)鍵詞： 視頻點播 Web Realmedia1 引言視頻資料是現(xiàn)代化教學(xué)中的重要內(nèi)容。以往我們在教學(xué)中如需要視頻教學(xué)資料，要先去電教部門或

2、圖書館借錄像帶、VCD光盤等。如果資料碰巧被其他人借走，麻煩就會更多。目前，各高校和許多中小學(xué)都建成了校園網(wǎng)。通過校園網(wǎng)和因特網(wǎng)，視頻資料的共享已成為可能。各個教育軟件商也紛紛開發(fā)了各種視頻點播系統(tǒng)。按用戶使用環(huán)境劃分，視頻點播系統(tǒng)可分為傳統(tǒng)的客戶機-服務(wù)器模式（Client-Server，縮寫為C-S）和瀏覽器-服務(wù)器模式（Browser-Server，縮寫為B-S）兩種。C-S模式的缺點是客戶機需要安裝特定的客戶端軟件，而且維護、升級不方便。B-S模式是種特殊的C-S模式，它的客戶端軟件就是WEB瀏覽器。因此這就免除了客戶機軟件維護的麻煩，用戶只要會使用WEB瀏覽器，就能正常使用服務(wù)器提供

3、的資源，并且WEB瀏覽器大多是廉價或免費的，易于獲得，軟件的升級、維護也較C-S模式容易。按視頻點播系統(tǒng)使用的視頻資料格式劃分，可分為MPEG、ASF、QuickTime和Realmedia幾種格式。MPEG格式是通用的視頻格式，至今已有MPEG 1、MPEG 2、MPEG 4、MPEG 7等多個標(biāo)準(zhǔn)。MPEG格式的視頻畫面質(zhì)量較好，但對網(wǎng)絡(luò)帶寬要求較高，如MPEG 1格式約為1-1.5Mbps。ASF視頻采用MPEG 4編碼壓縮，畫面質(zhì)量較好，但對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求較高，達到VCD畫質(zhì)時一般為1Mbps左右，播放視頻的客戶端也要求較好的配置（CPU為PIII以上，128M內(nèi)存）。QuickTim

4、e格式的視頻畫面質(zhì)量較好，但國內(nèi)的用戶數(shù)量不多。Realmedia格式的視頻壓縮率較高，可針對用戶網(wǎng)絡(luò)帶寬的不同情況，選擇不同的視頻編碼格式。在畫面質(zhì)量與VCD相當(dāng)?shù)那闆r下，帶寬也僅為350Kbps左右。基于以上的分析，筆者認為在廣域網(wǎng)上實現(xiàn)視頻點播系統(tǒng)，采用Realmedia格式視頻是個較好的選擇。2 視頻點播系統(tǒng)的設(shè)計在設(shè)計視頻點播系統(tǒng)前，應(yīng)做好需求分析，用戶是誰？用戶需要什么？我們能夠提供什么？等等問題都應(yīng)考慮詳細。以下結(jié)合筆者的工作實踐，談?wù)勔曨l點播系統(tǒng)的設(shè)計問題。2.1 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)作為教育技術(shù)部門，我們主要為師生提供教學(xué)所需的視頻資料以及一些經(jīng)典的影視劇作品。目前南京地區(qū)的教育和科

5、研計算機網(wǎng)（CERNET）帶寬已達到1Gbps，這為網(wǎng)上的教學(xué)資源共享提供了硬件保障。在國家積極開展的現(xiàn)代遠程教育之際，我們學(xué)校正在將常用的教學(xué)片、影視片等送上因特網(wǎng)，建立一個網(wǎng)絡(luò)視頻資源庫。該資源庫將為CERNET的用戶提供常用的視頻資料，為現(xiàn)代遠程教育的開展服務(wù)。目前該庫的設(shè)計容量為400GB。近期將擴容到1TB，滿足500個用戶同時訪問的需求。2.2 需要解決的問題（1）視頻資料的質(zhì)量在設(shè)計視頻點播系統(tǒng)時，我們需要考慮用戶的網(wǎng)絡(luò)帶寬以及對視頻資料的視聽覺質(zhì)量要求。鑒于CERNET的用戶桌面帶寬均較高，一般都為10Mbps或100Mbps，因此，我們在制作視頻資料時，主要考慮了畫面質(zhì)量，在

6、保證畫面質(zhì)量較好的情況下盡量降低帶寬要求。一般我們采用視頻幀速30幀/秒、聲音采樣頻率44.1KHZ的參數(shù)制作視頻，視頻帶寬要求為220Kbps-350Kbps。（2）視頻資料的分類視頻資料的類別應(yīng)有確定的標(biāo)準(zhǔn)，能為用戶所公認，也便于用戶的檢索。對于一般的教學(xué)資料，我們按照學(xué)科分類的標(biāo)準(zhǔn)劃分；對于影視劇作品，主要按出品國或地區(qū)分類。（3）WEB頁面的設(shè)計在頁面設(shè)計中，主要考慮的問題是呈現(xiàn)給用戶的信息和頁面的版式設(shè)計。呈現(xiàn)給用戶的信息除了視頻資料名稱外，還應(yīng)包括播放時長、音頻和視頻的質(zhì)量參數(shù)等。此外，還應(yīng)提供資料檢索服務(wù)，便于用戶查找所需的內(nèi)容。版面設(shè)計上力求樸素大方，結(jié)構(gòu)合理，便于用戶瀏覽。總

7、之，在WEB頁面設(shè)計中，我們強調(diào)的是以實用性和易用性為主。（4）服務(wù)器的選擇視頻點播系統(tǒng)的服務(wù)器包括WEB服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和流服務(wù)器。我們應(yīng)根據(jù)可能同時訪問的用戶數(shù)量，決定服務(wù)器的數(shù)量。如果用戶數(shù)量不多，可考慮將三項服務(wù)置于一臺服務(wù)器上；如果訪問的用戶數(shù)量較多，數(shù)據(jù)庫又較大，則應(yīng)將各項服務(wù)分別安裝于不同的服務(wù)器；尤其是對于流服務(wù)，甚至還可用多臺服務(wù)器提供集群服務(wù)，以滿足用戶的需求。此外，還應(yīng)考慮系統(tǒng)將來的擴展和用戶的增加，服務(wù)器在性能上應(yīng)留有余量。（5）視頻數(shù)據(jù)庫的管理各類數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品均提供了客戶端供用戶通過網(wǎng)絡(luò)管理。但這種方式存在一定的不便，管理員須在客戶機上安裝數(shù)據(jù)庫的客戶端軟件才能維護

8、數(shù)據(jù)庫。因此，在實現(xiàn)視頻點播系統(tǒng)時，應(yīng)設(shè)計好基于WEB的視頻數(shù)據(jù)庫管理程序，實現(xiàn)隨時隨地的數(shù)據(jù)維護。2.3 視頻點播系統(tǒng)的構(gòu)成視頻點播系統(tǒng)應(yīng)包括流服務(wù)器、WEB服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB瀏覽器和視頻播放器幾個部分。如圖1所示。圖1 視頻點播系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖當(dāng)用戶使用WEB瀏覽器訪問視頻點播系統(tǒng)的WEB頁面時，向WEB服務(wù)器發(fā)出請求，要求查看某段資料的信息；WEB服務(wù)器接收請求后向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)出查詢的請求，并取得查詢結(jié)果；然后將關(guān)于該資料的信息傳送到WEB瀏覽器，呈現(xiàn)給用戶；如果用戶要求播放該段資料，則由WEB瀏覽器向流服務(wù)器發(fā)出請求，流服務(wù)器獲得請求后，傳送一個包含了通信地址的頭文件到用戶

9、端，視頻播放器由頭文件中的地址找到流服務(wù)器；接著視頻播放器開始接收來自服務(wù)器的流式視頻文件并進行播放。3 視頻點播系統(tǒng)的實現(xiàn)下面以筆者的工作實踐為例，介紹視頻點播系統(tǒng)的實現(xiàn)方案。我們在選擇服務(wù)器時，考慮到在視頻點播系統(tǒng)中，負荷最大的是流服務(wù)器，而WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器相對而言負荷較小。因此，WEB服務(wù)器選用了HP LH3（雙PII400，256M內(nèi)存），數(shù)據(jù)庫服務(wù)器選用了聯(lián)想萬全2400（雙PII400，256M內(nèi)存），流服務(wù)器則采用了雙機集群，由兩臺曙光I225G（雙PIII650，512M內(nèi)存，200G硬盤）承擔(dān)。所有服務(wù)器均安裝了Windows 2000 Server操作系統(tǒng)。WEB

10、服務(wù)器的WEB服務(wù)由Windows 2000 Server中內(nèi)置的IIS5.0提供?？紤]到IIS對ASP腳本支持較好，我們在制作WEB頁面時，采用了VBScript腳本語言編寫ASP腳本程序，實現(xiàn)對視頻資料數(shù)據(jù)庫的查詢。同時也為管理員提供基于WEB的視頻數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上安裝了Microsoft SQL Server 2000。管理員可在管理工作站上安裝Microsoft SQL Server 2000的客戶端程序（Client），通過網(wǎng)絡(luò)遠程管理數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，進行數(shù)據(jù)的添加、更新、刪除等操作。對于視頻數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)我們是這樣安排的：一部分字段為資料的分類信息；一部分字段為資料的內(nèi)在屬性，

11、如主講教師、導(dǎo)演、出品國/地區(qū)等信息；還有一部分字段為視頻的客觀信息，如聲音采樣頻率、幀速、視頻文件大小等。詳細字段分配見表1。表1 視頻數(shù)據(jù)庫字段分配字段名稱字段類型說明編號int視頻資料的編號學(xué)科char資料所屬的學(xué)科適用對象char適用于何種人群（成人、高中生等等）來源char視頻片源種類（錄像帶、VCD、DVD等等）名稱char視頻資料的名稱路徑char存放視頻的路徑關(guān)鍵詞char檢索資料的關(guān)鍵詞教師char資料中授課的教師導(dǎo)演char視頻資料的導(dǎo)演年代char視頻資料的年代出品國/地區(qū)char視頻資料的出品國/地區(qū)語種char語言種類色彩char彩色片或黑白片播放時長smallint

12、視頻資料的播放時間（分）分辨率_寬度smallint原始視頻資料的寬度 （像素）分辨率_高度smallint原始視頻資料的高度（像素）采樣頻率decimal聲音采樣頻率（KHZ）幀速tinyint視頻的播放速度（幀/秒）文件大小smallint視頻資料的文件大小（MB）上載日期smalldatetime視頻資料的上載日期評價tinyint從畫面、聲音和內(nèi)容等方面綜合評價等級（共5級）點擊次數(shù)int用戶觀看本資料的次數(shù)內(nèi)容簡介text視頻資料的內(nèi)容簡介縮略圖image視頻資料的靜態(tài)圖片流服務(wù)器上需要安裝流式服務(wù)器軟件，我們選擇RealNetworks的RealServer產(chǎn)品。RealServe

13、r 分Basic版、Plus版、Professional版和Intranet版等幾種。其中Basic版是可以免費獲得的，它可支持25個流（25個用戶同時訪問）；Plus版可支持60個流；Professional版和Intranet版則可支持100至500個流（需安裝相應(yīng)的協(xié)議）。RealServer具有良好的適應(yīng)性、可管理性及可靠性，能滿足用戶的身份驗證、帶寬控制、實現(xiàn)基于WEB的管理等多種需求。安裝Real Server時，安裝程序會提供視頻流的工作端口，包括RTSP端口（默認值為554）、PNA端口（默認值為7070）、HTTP端口（默認值為8080）、Monitor端口（監(jiān)控端口，默認值

14、為9090）和Admin端口（管理端口，默認值為27809）。對于端口的設(shè)置，一般我們選用默認值即可。在配置Real Server時，要注意修改視頻資料的存放路徑，在管理面板的ConfigureGeneral SetupMount Points選項中，設(shè)定根目錄“/”為存放視頻資料的路徑（默認值為C:Program FilesRealRealServerContent）。當(dāng)我們制作WEB頁面中視頻資料的存放路徑時，只要按如下格式即可：http:/流服務(wù)器的IP地址:8080/ramgen/存放視頻資料的路徑 或者 rtsp:/流服務(wù)器的IP地址:554/存放視頻資料的路徑。上述工作完成后，視頻

15、點播系統(tǒng)也就基本實現(xiàn)了。剩下的主要工作就是維護數(shù)據(jù)庫和增加視頻資料。制作Realmedia格式的視頻資料，需要一臺配置較好的計算機，以縮短制作時間，提高制作效率。計算機上需要安裝視頻采集卡和制作軟件RealProducer。RealProducer支持AVI、QuickTime、MPEG等多種視頻格式文件；還可以通過視頻采集卡抓取錄像機、電視機、VCD機、DVD機等輸入的視頻信號。此外，RealProducer還可將視頻實時壓縮后送至Real Server，由Real Server實時廣播至網(wǎng)絡(luò)上，實現(xiàn)節(jié)目的網(wǎng)上直播。4 結(jié)論較C-S模式而言，基于WEB的視頻點播系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、支持的用戶數(shù)量多、系統(tǒng)可覆蓋的范圍廣、價格也不高，而且在網(wǎng)絡(luò)帶寬保證的情況下，視頻的畫面質(zhì)量可接近DVD效果，筆者認為這是值得推廣的視頻點播系統(tǒng)。參考文獻1 M. A. Sportack, F. C. Pappas, E. Rensing, et al, 高性能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程. 清華大學(xué)出版社, 1998.The article analyses kinds of VOD projects and introduces the VOD system based