一種多通道vod系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

一種多通道vod系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

1流媒體技術的發(fā)展傳統(tǒng)的電視系統(tǒng)只能獨立傳輸信息，用戶只能被動接收。而VoD(VideoonDemand)，即視頻點播，也稱交互式電視點播系統(tǒng)是以“用戶自主”的嶄新概念為基礎的雙向視音頻信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了按用戶需要播放視音頻節(jié)目的愿望。VoD是未來信息高速公路構架的重要組成部分，也是未來信息服務中寬帶業(yè)務的靈魂。該技術是計算機技術、網(wǎng)絡通信技術、多媒體技術、電視技術和數(shù)字壓縮技術等多學科、多領域融合交叉結合的產(chǎn)物。它是一個基于多媒體網(wǎng)絡的應用，圖1為視頻點播系統(tǒng)硬件結構圖。視頻點播系統(tǒng)的硬件核心由4部分組成，即視頻點播服務器、Web服務器、數(shù)據(jù)庫服務器和硬盤陣列。視頻點播系統(tǒng)的發(fā)展離不開流媒體（StreamingMedia）技術。在采用流媒體以前，多媒體文件需要從服務器上下載后才能播放。一個播放1min的視頻文件，在56kbps的窄帶網(wǎng)絡上至少需要30min時間進行下載，這限制了人們在互聯(lián)網(wǎng)上大量使用音頻和視頻信息進行交流?！傲髅襟w”不同于傳統(tǒng)的多媒體，它的主要特點就是運用可變帶寬技術，以“流”的形式進行數(shù)字媒體的傳送，使人們在從28kbps到1200kbps的帶寬環(huán)境下都可以在線欣賞到連續(xù)不斷的高品質的音頻和視頻節(jié)目。流媒體技術的發(fā)展依賴于網(wǎng)絡的傳輸條件、媒體文件的傳輸控制、媒體文件的編碼壓縮效率及客戶端的解碼等幾個重要因素。早期的流媒體主要是在窄帶互聯(lián)網(wǎng)上應用。因網(wǎng)絡帶寬不足、音視頻編碼壓縮算法不夠先進、客戶端計算機解碼運算速度也不高，人們很難欣賞到高畫質的影音節(jié)目，只能在網(wǎng)上看到一個很小的視頻播放窗口。隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，流媒體技術的應用越來越普及。自RealNetworks公司1995年發(fā)布RealAudio1.0以來，RealAudio和RealVideo產(chǎn)品已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)上最受歡迎的解決方案。其所采用的自適應流技術是RealNetworks公司具有代表性的技術。該技術根據(jù)客戶端不同的撥號速率（不同的帶寬），讓傳輸?shù)男畔⒆詣舆m應帶寬，并始終以流暢的方式播放。RealSystemiQ的區(qū)域傳送功能更加入了衛(wèi)星傳送技術?？蛻舳瞬シ牌鱎ealplayer已占據(jù)了約60%的網(wǎng)上流式音視頻點播市場。如今，越來越多的網(wǎng)絡運營商投入到新一輪的寬帶互聯(lián)網(wǎng)的建設項目中。作為流媒體技術倡導發(fā)起者的美國RealNetworks、Microsoft、Apple等公司都提出了它們的流媒體技術的寬帶解決方案。從數(shù)字壓縮到媒體傳輸控制，再到客戶端的回放效果，比以前都有了質的飛躍。流媒體技術有了飛躍發(fā)展。人們在互聯(lián)網(wǎng)上看到的是可以和DVD畫質相媲美的數(shù)字流媒體。2系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)2.1視頻存儲存儲方面(1)視頻點播服務器：它是硬件環(huán)境的最核心部件，本系統(tǒng)在這臺服務器上安裝RealServer8，它的功能就如同是電視信號發(fā)射臺。如果觀眾數(shù)量較多應使用較高配置的服務器。(2)Web服務器：用以發(fā)布系統(tǒng)網(wǎng)站，在這臺服務器上安裝MicrosoftInternetInformationServer5.0。系統(tǒng)網(wǎng)站的頁面和應用程序將安裝在這臺服務器上。(3)數(shù)據(jù)庫服務器：用以儲存視頻數(shù)據(jù)信息，在這臺服務器上安裝MicrosoftSQLServer2000。系統(tǒng)網(wǎng)站的后臺數(shù)據(jù)信息都存儲在這臺服務器上。(4)硬盤陣列：由于電視中心視頻點播系統(tǒng)的視頻信息量很大，有大量的視頻文件需要儲存，因此需配置大容量存儲設備。(5)服務器操作系統(tǒng)：安裝MicrosoftWindows2000Server。2.2采用頻率點播系統(tǒng)的功能和結構的設計2.2.1節(jié)目編輯數(shù)字化系統(tǒng)要求能為視頻節(jié)目的“制作”、“發(fā)布”與“點播”提供完全解決方案。并建立涵蓋“客戶”、“數(shù)據(jù)”和“管理”3個層面的基于互聯(lián)網(wǎng)的視頻點播應用平臺。具體功能如下：(1)制作功能：能將錄制好的模擬信號視頻節(jié)目轉換成Real格式的流媒體文件。(2)發(fā)布功能：能通過FTP的方式將視頻文件上傳至遠端的視頻點播服務器。(3)點播功能：能為觀眾提供操作方便、結構清晰、外觀時尚的點播平臺。(4)客戶層面：為觀眾提供節(jié)目內容簡介和舊期節(jié)目重播等功能。(5)數(shù)據(jù)層面：建立可靠的視頻文件庫和視頻信息庫，為用戶點播、管理員查詢和資料歸檔提供支持。(6)管理層面：建立易于操作的后臺維護系統(tǒng)，可為電視中心管理人員提供新聞發(fā)布、編輯信息、刪除舊檔等功能。2.2.2節(jié)目信息管理在對用戶的需求進行調研后，將視頻點播系統(tǒng)從下至上劃分為“管理層”、“數(shù)據(jù)層”和“客戶層”3層結構（見圖2）。其中，最低層管理層主要解決節(jié)目制作、發(fā)布和維護等功能，操作對象是電視中心的管理員。具體功能包括上傳制作完成的視頻文件、節(jié)目分類管理以及管理員根據(jù)需要添加、修改和刪除視頻節(jié)目的基本信息（如節(jié)目期號、發(fā)布時間、內容簡介等）的功能。中間層數(shù)據(jù)層主要由“視頻信息庫”和“視頻文件庫”兩部分組成。用以儲存視頻文件和信息。其中，視頻信息庫用于儲存視頻節(jié)目的各類相關信息。視頻文件庫用于儲存視頻節(jié)目的視頻文件。最上層客戶層的設計服務對象是收看節(jié)目的觀眾，所以客戶層界面設計必須考慮到應用操作簡便、分類明確的要求。主要功能包括在線收看（用戶可進行播放、暫停、全屏等操作）、舊期節(jié)目重播（用戶根據(jù)需要重播舊期節(jié)目視頻檔案）以及節(jié)目內容簡介功能（便于用戶了解節(jié)目內容，收看自己感興趣的節(jié)目）等。2.2.3多客戶端視頻同步治理提高有效視頻點播并發(fā)數(shù)的兩個主要因素是網(wǎng)絡帶寬和磁盤I/O速率。在網(wǎng)絡帶寬固定的情況下，瓶頸主要在磁盤I/O速率上。如何更加合理利用現(xiàn)有的服務器I/O帶寬和網(wǎng)絡帶寬，既保證一定的視頻質量，又支持盡量多的并發(fā)訪問，是設計視頻點播系統(tǒng)必須要考慮的問題。以下列舉兩種不同的設計方案。(1)配置更多的視頻服務器以及為視頻服務器配置多個適配器都是可行的方案。一臺服務器的數(shù)據(jù)吞吐量有限，而且能保存的視頻數(shù)據(jù)也有限。而配置多個適配器是為了更好地利用服務器系統(tǒng)數(shù)據(jù)帶寬，避免所有的點播數(shù)據(jù)都通過一個網(wǎng)絡適配器進行。在這種分布式的點播系統(tǒng)中，通常需有一個主服務器負責訪問許可登記和數(shù)據(jù)重定向，并由此服務器進行整個系統(tǒng)的訪問均衡工作。通過設定一個隊列機制按照先來先服務（FCFS）策略可實現(xiàn)對并發(fā)數(shù)的控制。點播節(jié)點在點播前必須先登錄服務器，并經(jīng)服務器進行在線登記。通過在線登記，服務器可控制登錄服務器的節(jié)點數(shù)量，避免超負荷。每個點播節(jié)點在讀取視頻節(jié)目前，都必須取得服務器的許可。服務器登記、檢查點播的視頻節(jié)目所在物理硬盤的當前訪問數(shù)，如未達到設定的訪問數(shù)上限則允許訪問，否則發(fā)送拒絕訪問通知給請求節(jié)點。但如點播節(jié)點的點播序列中只有一個點播節(jié)目時，系統(tǒng)一般允許其讀取視頻數(shù)據(jù)。(2)以降低交互能力及增加用戶訪問等待時間為代價的所謂的準視頻點播系統(tǒng)設計方案。節(jié)目多頻道錯開廣播法由視頻服務器將一個節(jié)目等分成N個片段，并將這N個節(jié)目片段錯開一定的時間間隔，在鄰近的幾個頻道內播放。如果設整個節(jié)目播放長度為L，則每個片段較前一片段的延遲為L/N。這樣當有新的用戶點播該節(jié)目時，在不影響正在收看該節(jié)目的用戶的情況下，新用戶最大等待時間不會超過L/N（因為節(jié)目的第一片段每過L/N就能重新播放）。本方案具有對資源要求低且易于管理與維護的優(yōu)點。2.3ado信息存儲技術系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存取組件(DatabaseAccessComponent)在ASP(ActiveServerPages）內使用ADO(ActiveDataObjects)存取數(shù)據(jù)庫內的信息內容。2.3.1數(shù)據(jù)庫結構設計根據(jù)系統(tǒng)功能要求，用SQLServer2000設計、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫結構，并包含以下主要字段：2.3.2節(jié)目內容方面本系統(tǒng)中的用戶點播頁面由“主頁”和“分類點播頁面”組成。主頁由“主菜單”、“一周導視”、“節(jié)目播出時間表”和“節(jié)目分類選擇菜單”等幾部分組成。主頁可使觀眾便捷地了解電視中心各類節(jié)目信息，并可方便地選擇自己感興趣的節(jié)目；分類點播頁面由“視頻播放窗口”和“節(jié)目查詢”等部分組成，用戶可以通過此頁面直接收看節(jié)目，了解節(jié)目內容，也可根據(jù)需要重播舊期節(jié)目。2.3.3節(jié)目編輯和視頻更新頁面系統(tǒng)維護頁面由“列表頁面”、“添加頁面”和“編輯頁面”3部分組成，管理員可以通過這些頁面方便地發(fā)布視頻節(jié)目和編輯視頻信息。在列表頁面上管理員可通過菜單選擇節(jié)目分類，然后在分類中的可分頁列表中選擇相應的節(jié)目，并可進行相應的修改和刪除；新增節(jié)目頁面可為管理員輸入新增節(jié)目、日期和標題等信息，并可將制作好的視頻文件通過FTP上傳至遠端的視頻服務器；信息編輯和視頻更新頁面用于如果發(fā)現(xiàn)已發(fā)布的節(jié)目信息有誤，可對錯誤的信息進行修改或刪除。管理員也可以在維護系統(tǒng)內預覽上傳的視頻節(jié)目，以保證視頻內容無誤。2.4分配網(wǎng)絡技術2.4.1選擇“網(wǎng)上串流”vod一般而言，流媒體系統(tǒng)大致包括以下幾個組成部分：轉檔/轉碼工具（Encoders），用于壓縮轉檔；服務器（Servers），管理并傳送大量多媒體內容；編碼器(Scripters)，可整合多媒體，并以互動方式呈現(xiàn)；播放器(Players)，在用戶端的PC上呈現(xiàn)串流的內容；另外還有許多不同的多媒體制作工具(Content-creationtools)。當在網(wǎng)上提供隨選的視訊VoD的串流內容時，就需要使用轉檔/轉碼工具，將一般的多媒體檔案進行高品質、適合網(wǎng)上串流的壓縮，再將轉好的檔案傳送到服務器端放送出去；若網(wǎng)站要提供的是轉播的服務，則需要在空中將音頻及視頻內容截取后，直接傳到服務器端并由服務器放送出去，而直播式的傳送可以透過Unicast或Multicast來實現(xiàn)。一個完整的流媒體平臺包括流服務應用軟件、集中分布式視頻系統(tǒng)、視頻業(yè)務管理媒體發(fā)布系統(tǒng)、視頻采集制作端系統(tǒng)、媒體內容檢索系統(tǒng)、數(shù)字版權管理、媒體存儲系統(tǒng)和客戶端系統(tǒng)等重要組成部分。美國RealNetworks公司是世界領先的網(wǎng)上流式音視頻解決方案的提供者，提供從制作端、服務器端到客戶端的所有產(chǎn)品。它所提供的網(wǎng)上流式音視頻解決方案在最廣的范圍，以很快的連接速度提供性能極好的多媒體效果，具有強有力的系統(tǒng)管理和可伸縮能力，并具有開放的、標準的、跨越平臺的架構。Real系統(tǒng)是支持流媒體技術的優(yōu)秀系統(tǒng)，Real格式具有極高的壓縮比和很好的傳輸能力，很適合在網(wǎng)絡上進行信息發(fā)布。本系統(tǒng)所采用的流媒體服務器軟件是RealNetworks公司推出的RealServer8，它是一個卓越的跨平臺流媒體服務器，具有強大的網(wǎng)絡管理功能，支持廣泛的媒體格式，是支持大量的互聯(lián)網(wǎng)用戶群與流媒體商業(yè)模式。2.4.2視頻服務器維護要實現(xiàn)視頻點播功能須正確地安裝和配置RealServer8視頻服務器。RealServer8安裝方便，并提供了操作簡便的維護界面。在安裝系統(tǒng)后，用戶可以自如地監(jiān)控服務器的使用情況，可以通過界面了解服務器的資源使用情況和當前的視頻流量。(2)實際操作在安裝和配置了服務器軟件后，還必須在客戶端安裝Realplay播放器，此客戶端軟件可以在Real公司的網(wǎng)站上免費下載安裝。(3)把東南角的煉焦作為數(shù)字視頻拍攝的平臺Realplay播放器為開發(fā)者提供了客戶端可嵌入網(wǎng)頁的ACTIVEX控件?？砂巡シ牌鲀惹兜骄W(wǎng)頁內，使點播系統(tǒng)的操作界面更美觀實用。RealActiveX控件的應用代碼如下：控件的主要屬性：·SRC屬性：指定播放的文件名?！utoStart屬性：是否自動啟動播放?！oop屬性：視頻是否循環(huán)播放。(4)模擬視頻數(shù)據(jù)轉換Real公司為用戶提供了專用的Real文件制作軟件RealProducterPlus。可以通過此軟件及專用的視頻采集卡將各類模擬視頻信息轉換為Real數(shù)據(jù)視頻格式文件。Real格式的視頻文件可由用戶自由設