多媒體導播系統在體育專業院校的應用：以首都體育學院為例

摘要：為了滿足我國專業性院校對大型教學、講座、招生、體育賽事等全方位直播的需要，根據多媒體技術具有集成性、交互性等特點，充分利用高校的網絡基礎條件，建立高標準的設計目標及要求，構建網絡多媒體導播系統。該系統通過前端高清攝像設備進行視頻采集，再通過數據轉換、數據傳輸、數據編輯、視頻切換、視頻播放及視頻同步錄制等功能進行高質量集成管理，實現多場所、教室的網絡現場直播，并已在首都體育學院的各項活動中取得良好效果。

關鍵詞： 多媒體；網絡；直播；視頻；導播系統

中圖分類號： TP 3文章編號：1009-783X（2013）02-0190-03文獻標志碼： A

隨著基礎網絡的建設，網絡帶寬逐步增加，多媒體信息在網絡上的傳輸變得更加快捷，高清視頻通過網絡播放變得更加流暢，可以滿足觀看的需要，尤其是在校園網環境內，完全可以滿足標清格式的播放與接收。

1校園網絡與多媒體設施現狀及網絡直播需求

1.1校園網絡及多媒體設施現狀

首都體育學院通過多年的建設，相繼建成了多媒體教室、多功能會議室、多媒體報告廳、演播廳、資源平臺（VOD），以及多媒體前端發布系統等各類媒體設置。資源平臺（VOD）主要為師生提供教學資料、學習資料、黨建宣傳、影視資料和電視直播等功能。多媒體發布系統由2塊室外全彩屏、若干室內單色屏及多塊等離子顯示屏組成，用來播放各類新聞、通知和視頻，學校的各類顯示屏分布在不同的區域，覆蓋了主要辦公區域、場館及學生宿舍區域，如圖1所示。

校園網絡覆蓋全院辦公區、教學區、場館區及學生宿舍區，網絡主干為1 000 M，完全可以滿足視頻傳輸的需要。隨著較低碼率、高清畫質等特性的720P、1 080I、1 080P、高清百萬像素網絡攝像機的大規模普及，也解決了傳統模擬視頻采集系統清晰度不足的尷尬局面[1]。

1.2大型賽事活動、教學、科研全方位網絡直播的需求

首都體育學院主要辦學任務是為全國培養體育教育、運動訓練及體育管理等多種高層次專門人才。每年除了大量的教學工作外，還要舉辦體育賽事、開學典禮、表彰大會、公開課、科學報告會、學術講座及文藝演出等一系列活動。為了使全院廣大師生員工能夠在第一時間直觀地了解活動的情況，及時進行觀摩學習，解決場地限制人員數量的問題，利用已有條件，建立一套完整的網絡多媒體導播系統，開展全院范圍的網絡現場直播，進行大范圍的實時信息交流，成為學校重要的教育信息化建設需求。

在實際活動中，首都體育學院的視頻采集地點常常分散在校園各個位置，如采用傳統的直播方式與手段，無法將現場攝像機采集到的信號通過線纜傳輸到全部顯示設備上，管理員也無法通過傳統的視頻切換系統，在多媒體發布系統播放要顯示的內容，這給管理員造成了使用和管理上的不便，也不能滿足學校對各種活動在多媒體發布系統直播的要求。

所以，要將體育比賽、學術報告、文藝演出、教學、科研、招生等各類活動及時地呈現在廣大師生面前，就必須利用學校現有的網絡條件將攝像、傳輸、編輯、切換、播放等功能進行高質量集成管理，管理員在后端控制平臺上完成整個直播工作，不僅可以實現直播功能的要求，還大大提高了工作效率。

2網絡多媒體導播系統的設計與構建

2.1網絡多媒體導播系統的設計目標及要求

首都體育學院多媒體導播系統的構建目標是：1）將各種前端視頻采集設備與多媒體發布系統相結合，將校園內各視頻采集地點的現場畫面，通過網絡傳輸到任意顯示終端上。2）與校園VOD系統結合進行節目錄制和現場的網上直播。3）實現視頻顯示、視頻編輯、視頻切換等功能。該系統的設計要求如下。

1）系統性能優異。支持目前先進的編解碼算法，支持QOS，并且方案設計要考慮到整個系統的QOS、擁塞控制、流量控制等問題，從而保證整個多媒體導播系統圖像、語音清晰流暢。

2）系統管理功能全面。全面實用的系統管理解決方案，以實現賽場點管理、后臺管理、控制、診斷、監測和日志管理等系統管理功能，通過這些管理手段保證多媒體導播系統的穩定運行。

3）系統擴展靈活。系統可以接入任意的前端數字、模擬信號的視頻采集設備，不必更改網絡配置。

4）系統安全保密。整個視頻系統分為系統配置管理、業務管理、終端密碼授權等多級安全體系，并且核心設備的系統配置與管理應支持物理的隔離。

5）系統穩定可靠。以上是首都體育學院多媒體導播系統的設計目標，為了實現上述目標，對多媒體導播系統的設計提出了高穩定、高質量、易操作、易管理等多項要求[2]。

2.2網絡多媒體導播系統對網絡的要求

多媒體導播系統的視頻傳輸是實時性要求較高的網絡應用，這就要求作為其基礎的承載網絡有較高的帶寬和對網絡中的業務流量有較高的控制能力。多媒體導播系統對網絡的帶寬需求為：視頻帶寬+IP包頭開銷。常用的計算方法為：視頻帶寬2M×1.4=2.8 M為網絡帶寬的最大需求，如能滿足視頻帶寬2M×1.6=3.2 M則能更好地保證視頻效果。管理中心（連接其他N個分部會場）的網絡帶寬要為其他N個分部會場的網絡帶寬之和。

本系統建立在專用網上，多媒體導播系統的通用時延小于200 ms。由于音頻、視頻的傳輸為實時的交互，因此，網絡的時延抖動更為至關重要，我們的要求范圍為時延小于50 ms。網絡上的丟包率不應該高于1%，在超過1%以后要求系統必須自身具備丟包恢復機制，以保障視音頻的正常功能[3]。

2.3網絡多媒體導播系統的構建

首都體育學院現有的網絡都已開通，并能提供足夠的網絡帶寬。系統的建設方案以ITU-T H.323為標準進行規化和設計。系統的會場數量發生變化時，在現有系統核心設備的容量范圍內，可以方便地增加接入點數。

系統由前端監控資源采集、視頻傳輸、管理后端及多媒體發布系統等幾部分組成。整個系統采用全網絡數字視頻架構，前端都采用高清網絡攝像機或普通高清攝像機進行視頻采集，通過攝像機的網絡端口（或網絡視頻編碼器）直接通過網絡傳輸高清視頻信號到管理后端進行集中存儲和管理。傳輸主干網采用光纖千兆局域網，管理后端通過集中管理平臺來完成整個視頻監控系統的集中預覽、控制、管理、存儲，以及視頻分發等功能，實現高清數字視頻監控系統集中管理。

根據首都體育學院的網絡狀況及多媒體設施的分布位置，首都體育學院多媒體導播系統拓撲結構如圖2所示。

系統前端監控資源的采集主要是指現場視頻信息的采集。本系統中，前端監控設備由網絡數字攝像機、網絡視頻編碼器組成，在沒有有線網絡的地方可以通過無線網絡的覆蓋實現視頻信號的傳輸。我們選用基于標準的H.264 算法、 百萬像素網絡攝像機來采集前端視頻，攝像機預覽和回放的圖像線數也達到了700 TVL（請確認與高清分辨率的關系）廣播級圖像畫質，而且動態視頻為全實時30幀/s。安裝在前端的高清攝像機把圖像信號采集后直接壓縮轉換為網絡信號，通過網絡傳輸至管理中心，管理人員對采集的信號進行編輯，經過流媒體轉發服務器進入海量存儲系統進行視頻存儲和網絡廣播，一路通過VOD系統送至收看終端，同時在電視墻顯示系統進行監控瀏覽，如圖3所示。

播出單路或多路視頻的切換工作由多媒體導播系統的網絡視頻矩陣完成，實現以下功能。

1）瀏覽和控制。用戶登陸驗證服務器，獲取授權給該登陸用戶的網絡攝像機瀏覽和控制權限，在獲取的列表里面，任意調用網絡攝像機到任意的窗口進行瀏覽和控制，畫面可以自由組合與調節。

2）輪巡監視。系統支持自定義分組的多路視頻圖像在某一個窗口切換，也可以在電視墻的某一個窗口調用。

3）組切。矩陣服務器支持每4畫面或者8畫面（更高配置的矩陣服務器）為一組，分成多組進行組切換。

4）電視墻輸出。系統支持矩陣服務器和大屏幕液晶電視連接，這樣在瀏覽高清視頻時比傳統的監視器輸出顯示更清晰。

3網絡多媒體導播系統的應用

首都體育學院網絡多媒體導播系統通過前端的視頻信息采集系統、后端管理系統的協同工作，很好地實現了數據的采集、傳輸、編輯、管理及播放過程。

例如，首都體育學院在2011年全校運動會中首次進行了全方位的現場直播報道。運動會包括開閉幕式、田徑、游泳、籃球、排球、羽毛球、武術、健美操、體育舞蹈及教職工趣味比賽等內容，場館分布遍及全校。我們利用學校的網絡資源，通過多媒體導播系統將各個場館的比賽畫面傳到后臺控制中心，后臺管理人員實時監控各場館情況，可以根據現場情況在后臺控制前端的網絡攝像機，捕捉現場的精彩瞬間，根據需要及時切換到精彩比賽的畫面，同時將畫面傳到田徑場（主會場）LED顯示屏，學校的資源平臺（VOD）系統進行網絡直播，遍布全校的各種顯示屏上，這樣，首都體育學院的師生無論在比賽現場，還是在學校的任意建筑物內，都可以方便、及時地了解運動會的進展情況及比賽結果。

4結束語

首都體育學院網絡多媒體導播系統利用現有網絡及多媒體條件，通過成熟可靠的技術，搭建了一個性能可靠、技術先進、系統開放的視頻網絡系統，承擔并圓滿完成了多次重大活動，證明了該系統的穩定與可靠。當然，該系統還存在一些有待解決的問題，比如：有線網絡的覆蓋畢竟有其局限性，無法做到真正的無縫銜接；而無線網絡的穩定性尚不能完全滿足高清視頻傳輸的需要，這個問題隨著無線網絡技術的發展將會逐步得到解決。

參考文獻：

[1]冉峽.高清攝像中幾個不容忽視的技術問題[J].科技傳播，2012（上）：4-6.

[2]溫健，吳蕓.網絡視頻技術探討[J].電化教育研究， 2003（7）：64-66.

[3]張運香.基于自適應流媒體 VOD 系統的應用研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2009.