視頻點播系統研究與實現

摘要：目前，視頻點播技術方興未艾，在教育領域上漸漸受到了推廣應用。本文主要闡述了視頻點播系統的功能與應用，分析了視頻點播的工作原理，解析了B/S開發模式、流媒體技術和MPEG編碼技術，目的在于推動視頻點播技術在多媒體教學中的推廣與普及。

關鍵詞：視頻點播；流媒體；MPEG

中圖分類號：TN948文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)05-10936-03

1 引言

今年，我國網民總人數已達13700萬人，人們都希望在網上得到豐富多彩的信息資源，視頻點播的應用滿足了時代的要求，適應社會信息化的發展。基于校園網的視頻點播系統，以多媒體技術和網絡通訊技術為基礎的， 通過視頻、動畫、聲音、圖像、文本等方式向學生傳送豐富生動的知識；它讓學生可自主地按需點播教學資源，培養了學生發現問題、分析問題、解決問題的探索精神和創新能力。視頻點播為教育事業創造了全新的發展平臺，使教育資源網絡化，讓個性化教學得以充分的實現。

2 視頻點播的介紹

視頻點播即Video On Demand，英文縮寫為VOD，指用戶可以在任何時間獲取所需的視頻信息。它綜合了網絡通信技術、多媒體技術和電視技術的優勢，而成為一種先進的視頻通信技術，徹底改變了過去收看節目的被動方式，滿足了人們自主收看節目，獲取視頻信息的需求。

視頻點播技術作為一門新興的綜合性技術，具有主動性和交互性的特點。傳統的單向傳播使所有的用戶都只能被動地收看電視臺所播出的節目，而在VOD系統中，不同的用戶可以根據自己的需求隨時選擇自己所喜愛的節目，并且可以對各自的節目進行開始、結束、暫停、快進、快退、慢放等操作，從而對各自的節目進度進行控制。

3 視頻點播的原理

VOD系統可以分為前端處理系統、通訊網絡、客戶端設備等幾個部分：

前端處理系統：一般由視頻服務器、數據管理服務器和控制網絡部分的設備組成，用以存儲、管理數據信息和用戶信息，處理用戶的交互式命令信息，發送視頻數據。它的功能可以利用Microsoft公司的Netshow Server、IIS中間件和SQL server2000數據庫來實現，其中，Netshow Server對多媒體流進行分發，IIS即提供WWW服務，SQL server2000存儲多媒體節目和數據。由于系統采用標準的WWW技術，可以提供簡易，高效，便捷的服務，適用于Internet上的大范圍、多用戶的并發點播，也適用于在Intranet上的多用戶并發點播，并且對網絡帶寬要求較低，在每路視頻為220Kbps-350Kbps的流量下，200兆的校園網就可以同時服務上千個用戶的并發點播。

通訊網絡：分為主干網絡和本地網絡——主干網絡要求有較高的帶寬，用以連接前端處理系統；本地網絡作為主干網絡的下一級網絡，把信息傳遞給每個客戶端設備。當進行視頻點播時，良好的通訊網絡是保證節目連續演播的關鍵。

客戶端設備：可以是電視機系統或計算機系統，用以完成視頻數據的播放，提供用戶操作界面，實現交互式點播。在電視系統中，它是由電視機加機頂盒（set top box）來完成的。在計算機系統中，即可以借用系統附帶的IE瀏覽器和Media Player播放器來實現視頻點播。

VOD系統的功能實現過程如下：首先，客戶端向視頻服務器發出請求，視頻服務器收到用戶請求后，其中的調度器就根據特定的調度方案決定何時在哪一個信道上傳輸所需的視頻流，并將這一信息回傳給用戶端。由于多媒體數據的實時性，為了保證用戶端的連續播放，視頻服務器必須為視頻流保留足夠的網絡帶寬，而且在應答用戶請求前必須提供端到端的嚴格的服務質量（Qos）。然后，用戶端根據從服務器接收到的控制信息從一個或多個特定的信道上接收視頻流，并進行緩存、解碼播放。期間，視頻數據流以流技術在網絡上進行傳輸。該技術先在使用端的電腦上創造一個緩沖區，于播放前預先下載一段資料作為緩沖，當網路實際連線速度小于播放所耗用資料的速度時，播放程序就會取用這一小段緩沖區內的資料，避免播放中斷，也使得播放品質得以保證。這樣，便實現數據傳輸與節目播放的并行處理了。

4 基于校園網的視頻點播系統的設計與實現

校園視頻點播系統的設計，該依據校園現有的資源條件，在現有的軟硬件基礎上進行升級改造，以為學校度身訂做經濟實用的視頻點播系統。

我們所要構建的基于校園網視頻點播系統，功能框圖如圖1所示。

圖1 基于校園網的視頻點播系統功能框圖

4.1 B/S結構的開發技術

對于系統的開發，我們可以利用先進的Browser、Application Server和Database Server三層應用開發技術。Browser是為客戶提供應用服務的圖形界面，有助于用戶理解和高效的定位應用服務，集中處理的模式將客戶端最小化到了只需一個瀏覽器，大大地降低了客戶端的軟硬件需求、減少了維護量、減輕程序修改與升級的難度；Application Server位于用戶端和數據層之間，專門為實現企業的業務邏輯提供了一個明確的層次，在這個層次封裝了與系統關聯的應用模型，并把用戶表示層和數據庫代碼分開 。這個層次提供客戶應用程序和數據服務之間的聯系，主要功能是執行應用策略和封裝應用模式，并將封裝的模式呈現給客戶應用程序；Database Server是三層模式中的最底層，用來定義、維護、訪問和更新數據并管理和滿足應用服務對數據的請求。

由此可見，三層應用的開發模式具有先進的開發技術、優越的可管理性及可維護性、簡單方便的應用模式，這些都遠非傳統的Client/Server的兩層應用開發模式可比擬的。

VOD系統應包括數據庫服務器、流服務器、Web服務器、Web瀏覽器和視頻播放器幾個部分。在服務器的設計上，我們使用了以下配置：

服務器：Windows2000+IIS+Micosoft SQL Server2000

VOD系統的網絡開發可以利用成熟的ASP技術，其ActiveX服務器組件功能強大，具有無限的可擴充性，可以使用JAVA、Visual C++、Visual Basic等編程語言來編寫所需的ActiveX服務器組件。在此，我們可以直接利用ActiveX服務器組件的功能來將視頻播放器嵌入到Web當中，這樣，我們便可以直接從Web上進行視頻點播，從而實現VOD系統與Internet、Intranet的無縫結合。

4.2 流媒體技術的運用

流媒體，就是在數據網絡上按時間先后次序傳輸和播放的連續音頻、視頻數據流。在此，我們需要用它來實現媒體數據流播放時所要求的實時性、時序性、連續性。

流媒體的實時流式傳輸需要特定的流媒體服務器，比如：Windows Media Server、RealServer、Quick Time Streaming Server。綜合多方面的考慮，我們選擇了Windows Media Server，它使用先進的MEPG4壓縮算法，支持asf、wmv格式。

流媒體的實時流式傳輸還需要特定的網絡協議來支持：

RTP（Real-time Transport Protocol）是用于Internet上針對多媒體數據流的一種傳輸協議，其目的是提供時間信息和實現流同步。

RTCP（Real-time Transport Control Protocol）提供流量控制和擁塞控制服務。

RTP和 RTCP配合使用時，在RTP會話期間，各參與者周期性地傳送RTCP包。RTCP包中含有已發送的數據包的數量、丟失的數據包的數量等統計信息，服務器可以利用這些信息動態地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類型。從而，以減少開銷，獲取有效反饋，提高數據的傳輸效率。

5 多媒體編碼格式與存儲問題

MPEG編碼格式令多媒體信息進入了數碼時代，MPEG的壓縮比高，兼容性強，更重要的是，MPEG在提供高壓縮比的同時，對數據的損失很小。而MPEG-4對傳輸速率要求較低，利用很窄的帶寬，通過幀重建技術、數據壓縮，以求用最少的數據獲得最佳的圖像質量，它的使命主要就是推動網絡視頻的發展。

一個經過MPEG-4編碼格式壓縮的電影流媒體格式文件通常只需要200到400MB的存儲空間，但是，若要建立一個資源豐富的視頻服務器，便要求有足夠大的硬盤空間，還有，為了實現硬盤的負載均衡和保證多媒體片斷的連續播放，需要用多個硬盤組成磁盤陣列，將一個流媒體文件分成很多視頻片斷存放到磁盤陣列的各個數據塊中，由多個磁盤共同承擔文件的負載均衡和并發訪問。

現在服務器中用陣列卡實現的磁盤陣列主要有RAID-0、RAID-1和RAID-5，前二種無論可靠性和硬盤利用率都較低。RAID-5磁盤陣列采用容錯機制算法，使得每個硬盤中包含一定的容錯信息，整個磁盤陣列的容量可以達到原來所有硬盤容量減去一個硬盤容量，硬盤利用率高，在其中一個硬盤發生故障時，數據也能順利讀取和寫入。所以，

RAID-5磁盤陣列最適合做流媒體文件的存儲空間。

6 結束語

隨著，網絡通訊、多媒體等相關技術的全面發展，視頻點播技術已日益成熟，它為我們的教育事業創造了高效的現代化教育方式，將科學教育的成果服務在教育事業上，此舉措的意義不言而喻，其作用重大、影響深遠。

參考文獻：

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