網絡教學平臺中視頻點播系統的設計

劉申菊　田　丹

[摘要]視頻點播是計算機技術、網絡通信技術、多媒體技術、電視技術等多學科多領域融合交叉的產物，網絡教學平臺中視頻點播系統的引入，可實現教師授課視頻的上傳及點播，已成為網絡教學平臺的重要功能之一。通過對視頻點播系統的關鍵技術指標的分析，闡述網絡教學平臺中視頻點播系統的設計方案，主要包括系統的體系結構、視頻服務器設計、存儲結構設計等內容。

[關鍵詞]網絡教學 視頻點播 服務器

中圖分類號：TP3文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0220038－01

近幾年來，網絡教學平臺的建立已經成為實施網上教育的技術基礎。建立起具有互動性強、教學個性化、教學資源共享、多媒體數字教學等特點的網絡教學平臺，才能夠在現有資源的基礎上利用教學平臺提供的各種功能，開展和實施網上教育。而網絡教學平臺中視頻點播系統的引入，打破了傳統教學工作中，教師在有限的時間內無法反復的對某一部分的課程進行說明，而學生在課后也無法對課程內容進行回顧的常規，將老師的授課視頻上傳上網，通過提供視頻點播，使學生能更深入的理解課上所學知識，因此視頻點播系統也成為了網絡教學平臺的重要功能之一。

一、視頻點播系統的關鍵技術指標

目前VOD系統都能支持多種視頻音頻數據格式，多媒體信息量非常大。此外VOD系統必須是一個實時系統，要求視頻音頻數據以實時數據流形式傳輸。因此，要支持多個并發用戶的多種流格式點播請求，必須要認真考察網絡帶寬、I/O帶寬、服務損失率等關鍵技術指標，才能確保所設計的VOD系統有效、經濟、實用。

（一）網絡帶寬。校園網大多以TCP/IP方式組網，其網絡帶寬是指網絡傳輸數據的吞吐量。VOD系統網絡帶寬是指桌面系統與服務器連接時通過網絡傳輸多媒體數據的吞吐量，表現在客戶端的VOD網絡帶寬為所點播音頻視頻流的帶寬，表現在服務器端的VOD網絡帶寬為多用戶并發點播音頻視頻流的帶寬迭加。如百兆網絡最多只能滿足50-60個用戶同時點播VOD，這就是受服務器端的網絡帶寬瓶頸限制的結果。

（二）I/O帶寬。I/O帶寬是指服務器與I/O設備之間傳輸數據的吞吐量。由于VOD系統多媒體數據流經過網絡匯聚在服務器端，因此VOD系統I/O帶寬主要考察服務器與I/O設備之間的數據吞吐能力，一般是指服務器與大容量存儲設備之間的帶寬，設計時更多考慮的是IDE硬盤、SCSI硬盤、RAID系統、SAN系統等外設的接口數據傳輸帶寬。

（三）服務損失率。從用戶角度出發，要考察VOD服務損失率指標，是指當用戶申請音視頻服務時，他被拒絕的可能性有多大。在設計過程中，使VOD系統整體性能價格比達到最優的同時，應盡量降低VOD系統的服務損失率。

二、網絡教學平臺中視頻點播系統的設計方案

（一）系統的體系結構。網絡教學平臺中視頻點播系統設置了四層軟件體系結構來支持流媒體應用，具體包括通信接口層、網絡抽象層、資源管理層和媒體播放層。

通信接口層負責確定通信方式是采用基于TCP協議還是基于建立在UDP協議的NAT穿透方式基礎上的TCP over UDP協議，創建和解析XML格式消息等；網絡抽象層負責加入P2P網絡和維護節點路由信息，確定數據請求策略和轉發策略；資源管理層負責對接收到的數據進行緩存、組包，并且作為服務器，把流數據發送到媒體播放層和其他節點；媒體播放層則負責對節點收到的流媒體數據進行播放，它并不關心流媒體數據的來源。

（二）視頻服務器的設計。視頻服務器是VOD系統中最關鍵的組成部分，主要負責視頻資源的存儲播放，并支持VCR操作，其工作能力極大的影響著VOD系統的服務能力和服務質量。

1．服務器的硬件設計。服務器負載比客戶端大的多，所以硬件要求也較高。一般情況下，流媒體服務器端涉及的硬件包括：（1）視頻源，如DVD-RAM光盤庫、攝像機、電視機等可以提供視頻內容的設備；（2）編碼器，如流媒體采集卡和采集、編碼一體化的設備；（3）流媒體服務器，一般采用專用的視頻服務器，它可以處理大量并發流。

視頻服務器和普通的服務器有一些相同的特點，如它們都是網絡的中心設備，并且需要為節點提供服務，但是視頻服務器在視頻應用方面做了專門的改進，最為顯著的就是它引入了專有的體系結構，這種體系結構存儲量大，并且支持多種大容量存儲設備，這樣就滿足了視頻數量巨大的這一特點的要求；采用高速的SCSI硬盤和SCSI接口或者光纖接口連接在線存儲器，而并非是普通服務器使用的IDE存儲器和IDE接口，這就適應了流媒體數據的處理要求實時性很強的特點；采用專門設計的I/O系統連接視頻處理的專門設備，從而得到了視頻服務領域大規模并行服務。

2．服務器的功能描述。服務器作為P2P網絡超級節點，它具有以下功能：（1）網絡管理：監視節點的運行狀況，顯示網絡狀況，節點統計等；（2）資源管理：存放媒體文件，為節點提供流媒體資源的檢索和定位，文件點播次數統計等；（3）用戶管理：維護所有節點的狀態信息，幫助節點加入P2P網絡，協助節點實現基于UDP協議穿透NAT的相互通信；（4）流媒體服務器：向系統的少數節點提供流媒體服務。

（三）存儲結構的設計。存儲結構是指VOD系統存儲視頻文件的物理或邏輯組織形式。在傳統VOD系統中，存儲系統大多采用由SCSI硬盤組成的大容量系統，也有采用更昂貴的RAID、SAN系統，這樣的VOD系統存儲成本占服務器相當大比重，一般在50%-75%以上。因此，尋找性能價格比較好的低價位存儲體，是突破VOD視頻服務器低價位的關鍵。

SQL SERVER2000數據庫引擎提供了集成的XML支持，增強了在WEB開發中的可用性，所以它是一個理想的數據庫軟件。

根據系統功能要求，數據庫中需要三種表：

1．文件表，用于描述服務器中存儲的流媒體文件信息。

2．節點信息表，用于維護當前正在點播某一特定文件的客戶端信息。

3．延遲劃分表，用于描述客戶端到服務器的延遲，這在一定意義上說明了它們之間的物理距離。

（四）客戶端的設計。軟件客戶端作為P2P網絡節點，它同時具有Client功能和Server的部分功能：

1．網絡管理，主要包括登錄服務器，加入P2P網絡以及維護路由信息。

2．流媒體服務，用于管理己下載的媒體節目文件信息，還可以作為其它節點的流媒體服務器提供流媒體服務。

3．數據請求管理，以特定的數據請求算法向其他節點請求數據，對接收到的流媒體數據進行重排序。

4．媒體播放，采用媒體播放器的控件實現節目播放。

三、總結

在我國，視頻點播系統作為信息產業高速發展的產物，正逐漸成為一項廣泛的行業應用。而在網絡教學平臺中使用視頻點播系統，能幫助學校提高教學現代化、科技化水平，充分顯示學校形象與檔次，增加學校特色教學項目種類，有助于學校在教學中獨樹一幟，獲得師生和家長的青睞，并可為學校帶來直接顯著的教與學的質量提高。