基于IPv6的視頻資源服務平臺構建*

王會霞，王亞榮/Wang huixia,Wang Yarong

（1.黃岡師范學院教育科學與技術學院 黃岡438000；2.武警工程大學軍事基礎教育學院 西安710086 ）

1 引言

多媒體計算機能夠綜合處理聲音、文字、圖像和視頻，它豐富的圖、文、聲信息和方便的交互性極大地改善了人機界面，改變了人們使用計算機的方式。隨著網絡寬帶化的發展，人們不再滿足于網絡傳輸中僅有文本、圖像或聲音這類簡單的信息，而越來越希望看到更直觀、更豐富的視頻信息表現形式。由于傳統協議本身的局限性，IPv4的網絡協議對視頻傳輸和服務質量的支持有限，而IPv6 以其巨大的地址空間、優化的路由協議、可靠的QoS（quality of service，服務質量）等優勢給流媒體技術的運用帶來了希望。

基于IPv6的流媒體在視頻傳輸過程中表現出來的強勢，構建一個基于IPv6的視頻資源服務平臺，該平臺可為用戶提供教育教學視頻服務、公共信息視頻服務、資源共享服務、在線答疑服務以及視頻直播及點播服務，在一定程度上滿足了人們對網絡信息多樣化和服務質量優質化的需求。

2 基于IPv6的視頻資源服務平臺工作原理與關鍵技術

2.1 視頻資源服務平臺的工作原理

客戶端的用戶通過IPv6網絡訪問視頻服務平臺，在線收看平臺的視頻節目。通過URL 或超鏈接向平臺的Web 服務器傳遞相關參數，Web 服務器則根據請求實時調用數據庫進行數據查詢和讀取，并將最終結果反饋給客戶端瀏覽器，客戶端瀏覽器根據反饋的信息調用客戶端相應的播放器，并與流媒體服務器建立連接，流媒體服務器前期工作就緒后開始向客戶端播放器傳送A/V 數據分組，用戶在數秒的緩沖等待后即可觀看平臺所提供的視頻信息；若進行視頻直播，還需要加入編碼服務器模塊，編碼服務器將現場采集的A/V信號進行實時編碼，并將此A/V 數據流推送給流媒體服務器，由流媒體服務器進行視音頻流的發布。不論是視頻直播還是點播，后臺分區管理員均可對平臺各個模塊資源進行管理。具體工作原理如圖1所示。

2.2 視頻資源服務平臺的關鍵技術

（1）IPv6 技術

視頻資源服務平臺所采用的是IPv6網絡協議，它是在IPv4 基礎上加以修改和擴充而形成的。與傳統IPv4 相比，IPv6 可以更快、更方便、更安全、更適合地進行大容量流媒體傳輸。

（2）流媒體技術

基于IPv6的視頻資源服務平臺采用的流媒體技術是基于Windows Media的流式媒體播放技術，它是由流媒體編碼器（windows media encoder）、流媒體服務器（windows media services）和客戶播放器（windows media player）構成。編碼器先將實況內容、預先錄制的音頻、視頻和計算機屏幕圖像轉換為Windows Media流媒體格式的視頻流信息。該視頻流經編碼服務器的推傳遞，到達流媒體服務器并進行視音頻流信息發布。客戶端的用戶則調用相應的媒體播放器接收該視頻流信息。

3 基于IPv6的視頻資源服務平臺

3.1 IPv6 視頻資源服務平臺網絡環境架構

基于IPv6的視頻資源服務平臺采用的是IPv6網絡。以黃岡師范學院IPv6 校園網為例，探討視頻資源服務平臺在IPv6網絡環境下的架構。黃岡師范學院校園網絡采用的是由IPv4 向IPv6 過渡的策略來實現IPv6網絡環境架構。當今網絡過渡方案主要有雙協議棧和隧道技術。黃岡師范學院校園網IPv4 向IPv6的過渡策略采用的是ISATAP 隧道技術，其原理如圖2所示。

當視頻資源服務平臺發送的IPv6 數據分組在IPv4 網中傳輸時，雙協議棧（IPv6/IPv4）路由器首先將該IPv6 數據分組封裝到IPv4 數據分組中，即整個IPv6 數據分組成為IPv4 數據分組的數據部分，然后重新設置IPv4 數據分組部首的協議字段值，更改為41（41 表示該數據分組的數據部分是IPv6 數據分組）。當該數據分組傳輸到雙協議棧路由的另一端時，該路由即可識別并提取該IPv4 數據部分中的IPv6 數據分組，再將該數據分組轉發給相應的IPv6 主機。

3.2 IPv6 視頻資源服務平臺的硬件環境與軟件配置

根據設計的目標和實際的需求，視頻資源服務平臺流媒體服務器如圖3所示。

（1）視音頻采集設備

這是視頻資源服務平臺在進行視頻直播時所需的前端采集設備，采集信號主要包括音頻信號和視頻信號2 部分。音頻信號可以由話筒、錄音機、展臺話筒等錄音設備采集；視頻信號則由攝像機、攝像頭等設備采集。基于IPv6的視頻資源服務平臺在進行視頻直播時所使用的視頻采集設備為索尼HVR-A1C 數碼攝相機，音頻采集設備為卡能MC-205 麥克風。

圖1 視頻資源服務平臺工作原理

圖2 使用隧道技術進行從IPv4 到IPv6的過渡

（2）流媒體編碼服務器

視頻資源服務平臺在進行視頻直播服務時，流媒體編碼服務器發揮著核心作用。編碼服務器的主要任務是將攝像機和話筒中的A/V 信息流進行編碼，生成適合在網絡上傳播的流媒體文件（如ASF、WAV 格式的文件等）。編碼服務器同時將該A/V 信息流推送給流媒體服務器，由流媒體服務器發布該流媒體發布點，用戶訪問該發布點即可觀看實時的視頻直播。此環節中，流媒體編碼服務器決定著視頻直播的效率和質量，編碼服務器推送的A/V 信息流越穩定，直播的效果也就越好。與此同時，編碼服務器還能根據需求邊直播邊保存視音頻流信息。故編碼服務器應選擇內存和硬盤較大的PC 機作為A/V 信息流編碼機。基于IPv6的視頻資源服務平臺的流媒體編碼服務器使用的軟件為Windows Media Encoder。

（3）流媒體服務器

流媒體服務器是視頻資源服務平臺的又一個核心部件。它通過與用戶之間直接的、實時雙向交互控制節目的播放，包括節目的選擇、播放過程的開始與終止、播放速度的控制以及不同節目之間的動態切換等，其性能直接決定平臺的總體性能。服務器支持大量的隨機動態訪問，具有很強的處理能力、存儲能力和I/O 能力，具備大規模視頻流并發處理能力、視頻流傳送能力。基于IPv6的視頻服務平臺采用的服務器操作系統是Windows Server 2003，其自身集成了Windows Media Service 服務。

（4）Web 服務器

Web 服務器用于發布視頻資源服務平臺頁面以及運行相關應用程序。除了管理客戶端請求與數據庫之間的通信外，還具有跨系統平臺數據庫、操作系統的能力，在B/S 三層模型中完成邏輯中間層的作用。操作系統可以是Windows Server 2003，其自身集成有IIS 6.0的信息服務器軟件。

3.3 視頻資源服務平臺的總體架構

視頻資源服務平臺總體結構框架由前臺功能模塊框架和后臺功能模塊框架2 部分構成。前臺功能模塊是用戶訪問視頻資源服務平臺時，客戶端瀏覽器上呈現出來的信息；后臺功能模塊則是由管理員登錄視頻資源服務平臺的后臺，對各種視頻信息進行綜合管理時所具備的各種功能操作。

（1）前臺功能模塊

前臺頁面主要包括動態影視、最新影視、影視排名、推薦影視、影視直播、影視播放器等6 個主體功能模塊；前臺還設置有一個站內影視搜索引擎，通過該引擎可以對平臺上的所有影視進行查詢和搜索。具體功能模塊如圖4所示。

（2）后臺功能模塊

管理員登錄視頻資源服務平臺的后臺，就可以對平臺內的影視進行綜合管理，主要管理包括三大類別管理：影視欄目管理、影視管理和影視評論管理。其中，每個大類別管理又包括許多詳細的小類別操作，具體后臺功能模塊如圖5所示。

3.4 功能模塊設計

基于IPv6 視頻資源服務平臺應用的目的是增加用戶瀏覽信息的趣味性與多樣性，實現更多優秀影視資源共享，一方面方便了用戶對影視娛樂的欣賞；另一方面又有助于學習者的在線學習。從用戶在平臺上的活動和平臺服務管理的角度看，視頻資源服務平臺從整體上劃分為4 個模塊：視頻直播模塊、影視點播模塊、用戶管理模塊和在線答疑模塊。具體如圖6所示。

圖3 視頻服務平臺流媒體服務器系統

視頻直播模塊包括視頻采集、視頻編碼、視頻發布3 部分，其主要功能是對攝像機、話筒中的實時A/V信息進行同步采集、編碼以及對流信息及時發布。

影視點播模塊包括影視生成、實時影視瀏覽、影視在線評估。

用戶管理模塊包括用戶注冊與登錄、權限分配、用戶管理等。

在線互動模塊包括用戶交流模塊和在線答疑模塊2 部分，一般是以用戶在線咨詢、分區管理員答疑的方式進行在線互動。

3.5 數據庫設計

數據庫在視頻資源服務平臺中占有非常重要的地位，數據庫結構設計的好壞將直接對應用系統編碼的效率及運行效果產生影響。基于IPv6的視頻資源服務平臺采用的是Access 數據庫。

設計數據庫系統時應該先充分了解用戶在各方面的需求，包括現有的及將來可能增加的需求。針對基于IPv6的視頻資源服務平臺，有以下需求信息。

①用戶分為一般用戶、注冊會員、分區管理員和超級管理員。一般用戶只能瀏覽首頁視頻部分信息，只有會員及會員以上級別的才能享受視頻直播、點播的服務。

②在線視頻可以分為影視視頻和教育視頻2 類，每類視頻又包括視頻直播和視頻點播2 種視頻服務形式。

圖4 視頻資源服務平臺前臺功能模塊

圖5 視頻資源服務平臺后臺功能模塊

圖6 視頻資源服務平臺的功能模塊

③一個注冊會員可以在視頻資源服務平臺上進行視頻點播或直播，且一個會員對應多個視頻評價和在線咨詢。

④一個分區管理員對應視頻資源服務平臺幾個分區，一個分區擁有許多視頻欄目。

分析上述平臺所需功能和需求總和，考慮到將來功能上的擴展，主要實體之間的關系如圖7所示，數據見表1 所列。

圖7 視頻資源服務平臺實體之間關系E-R

表1 平臺主要設計

3.6 數據安全性設計

在視頻資源服務平臺安全性方面主要考慮了以下幾方面。

（1）防止SQL 注入漏洞

當應用程序使用輸入內容來構造動態SQL 語句訪問數據庫時，會產生SQL 注入攻擊，SQL 注入成功后，攻擊者可以隨意在數據庫中執行命令。在程序代碼設計中，采用把一些SQL 命令或SQL 關鍵字屏蔽，可以防止注入漏洞的產生。

（2）防止Access 數據庫被下載

視頻服資源服務平臺開發完成后，一般情況下，Access 數據庫文件和其他文件一起被上傳到網站服務器上。Access 數據庫通常以文件的形式存儲，倘若數據庫被下載，后果將不堪設想。Access 數據庫文件的擴展名為*.mdb 格式，這種方式很容易被用戶察覺到，因此，可以將數據庫擴展名強行更改為*.asp格式。

（3）加密口令

口令是系統中最為敏感、最關鍵的信息，實現口令的安全管理和動態更新，一般將其保存在數據庫中。口令的加密算法很多，基于IPv6的視頻資源服務平臺采用MD5 加密算法的加密口令。

（4）用戶登錄的判定

基于IPv6的視頻資源服務平臺是一個多用戶平臺，其中有些頁面需要用戶登錄后才能開放，如后臺管理、視頻點播節目等。為防止非法用戶直接調用這些頁面的功能，需要在這些頁面程序代碼前加入用戶登錄判定的代碼，可以將其寫成一個單獨的文件，然后讓所有頁面進行調用。

數學本質是對復雜世界的簡單抽象，人類生而就潛移默化地利用數學而不自知，從有無是非等判斷，到數字、比例、精確計算、測量、決策，數學實際上應用在人類生活的方方面面。看起來微積分這樣的高等數學和人類的生活沒有聯系，但是如果要作高級決策、精確計算和尖端技術，必然離不開這些高等數學。數學在本質是對人類文化的抽象，在人類的所有學科里都要應用到不同層次的數學原理。

4 結束語

基于IPv6的視頻資源服務平臺所提供的資源主要包括教學視頻和影視視頻，既可以用作課堂教學，又可作為視頻信息的發布平臺。視頻資源服務平臺資源豐富、內容充實，具有較強的實用性和可靠性。后期視頻資源服務平臺的測試選在黃岡師范學院，且已經對實況信息源進行了直播、點播測試，均獲得了成功，實驗結果證明了上述方法的有效性。

視頻資源服務平臺雖已設計、制作完成，但在設計和制作過程中仍存在不足之處，需要進一步完善。

（1）技術層次可進一步升級

視頻資源服務平臺采用的是IPv6+ASP+Access+Window Media Server 技術，針對流媒體視頻服務可以采用面向對象的.net 框架進行開發，使得視頻資源服務平臺客戶需求響應更加高效快捷；IPv6網絡傳輸協議對IPv6 組播、泛播將作進一步研究與探討。

（2）功能模塊需要進一步完善

視頻資源服務平臺中教育教學功能模塊雖可進行遠程教育教學直播、點播，但缺乏學生學習測評模塊，可進一步增加在線題庫測試、試卷測評等功能模塊，有助于學習者了解自己對相關知識掌握的程度及下一步努力的方向。

1 謝希仁.計算機網絡.北京：電子工業出版社，2008

2 問東戈.ASP 動態網站程序設計教程.哈爾濱： 哈爾濱工業大學出版社，2008

3 尹成瑞.青海大學網絡教學視頻系統的設計與實現.大連理工大學碩士學位論文，2009

4 王珊，薩師煊.數據庫系統概論.北京：高等教育出版社，2008

5 周純玉.大連水產學院視頻點播系統的研究與實現.大連理工大學碩士論文，2007