交互式的視頻點(diǎn)播系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周曉東 王晟

摘要：本交互式視頻點(diǎn)播系統(tǒng)是基于Java平臺(tái)開(kāi)發(fā)的多媒體內(nèi)容管理系統(tǒng)，繼承了其安全性，跨平臺(tái)等優(yōu)良傳統(tǒng)。它集成了多站點(diǎn)管理、內(nèi)容模版模塊化發(fā)布管理、多服務(wù)器發(fā)布、搜索引擎優(yōu)化、流量統(tǒng)計(jì)、內(nèi)容審核流程自定義、用戶角色化管理等多項(xiàng)功能。不僅能處理視頻文件，還可以處理文本、圖片、Flash動(dòng)畫(huà)、圖像。系統(tǒng)高效率的提高教學(xué)培訓(xùn)，同時(shí)將產(chǎn)品宣傳與技術(shù)培訓(xùn)的成本降低。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)教學(xué);視頻點(diǎn)播;系統(tǒng)設(shè)計(jì);遠(yuǎn)程培訓(xùn);現(xiàn)代教育

中圖分類號(hào)：TP391

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）33-0227-02

自20世紀(jì)90年代以后，Internet通訊技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展對(duì)人類日常工作和生活方式已產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，同時(shí)使傳統(tǒng)的教學(xué)培訓(xùn)模式面臨巨大挑戰(zhàn)。隨著21世紀(jì)教育制度的改革，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與培訓(xùn)的開(kāi)發(fā)已然成為一種新趨勢(shì)，引發(fā)教育技術(shù)界很多同仁的討論。遠(yuǎn)程教學(xué)培訓(xùn)具有多功能、多層次、多規(guī)格、多形式等特征，它是現(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)展至今所產(chǎn)生的一種新的教學(xué)形式，其方便性、豐富性、科技性、及時(shí)性等優(yōu)勢(shì)是知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，終身學(xué)習(xí)的主要手段，也是現(xiàn)代教育教學(xué)必不可少的重要方式。

網(wǎng)站門(mén)戶系統(tǒng)作為現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的統(tǒng)一平臺(tái)，應(yīng)能直接通過(guò)該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)用戶與企業(yè)、用戶與用戶之間的系統(tǒng)培訓(xùn)和通信;它可以承載多種課程內(nèi)容，提供多種形式的點(diǎn)播服務(wù)，包括音頻、執(zhí)行文件、視頻、文字、課件、動(dòng)畫(huà)、圖片等。教學(xué)的深度可以是基礎(chǔ)知識(shí)、一般技能、專業(yè)知識(shí)、課外技能。教學(xué)的內(nèi)容可以是日常教學(xué)用的多媒體教育資源、課件的備課教案、論文、電子圖書(shū)、培訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)等等。真正讓用戶發(fā)揮更大的積極性和主動(dòng)性，在不受時(shí)間和空間限制的情況下學(xué)習(xí)和共享更多的教學(xué)資源。目前，我國(guó)已有一定數(shù)量的企業(yè)培訓(xùn)信息中心建立了較為完善的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，但缺乏對(duì)教學(xué)系統(tǒng)用戶具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的系統(tǒng)解決方案?；脽羝屯队皟x雖然在一定程度上豐富了教學(xué)方法，但作為一種有限的輔助手段，并沒(méi)有從根本上改善傳統(tǒng)的被動(dòng)式和“填鴨式”教學(xué)。而多媒體課件點(diǎn)播系統(tǒng)是企業(yè)教學(xué)培訓(xùn)平臺(tái)上最重要的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用之一。所以建設(shè)一套系統(tǒng)穩(wěn)定、功能強(qiáng)大、支持大并發(fā)流、擴(kuò)展性強(qiáng)的多媒體課件點(diǎn)播系統(tǒng)對(duì)改變企業(yè)培訓(xùn)教學(xué)模式，提高教學(xué)培訓(xùn)效率尤為重要。

1總體設(shè)計(jì)思路

1.1采用H.264高清實(shí)時(shí)編碼技術(shù)

H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)是ITU-T和ISO共同制定的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。與目前普遍使用的MPEG-2編碼算法相比，在相同的質(zhì)量下，可以節(jié)省60%的存儲(chǔ)空間和傳輸帶寬，與MPEG-4編碼算法相比可以節(jié)省30%以上。

該系統(tǒng)基于先進(jìn)的H.264實(shí)時(shí)視頻壓縮算法，可以節(jié)省更多帶寬。同時(shí)，系統(tǒng)對(duì)采集、發(fā)送、接收到的視頻進(jìn)行分析處理，徹底消除了雜波和色塊。在低帶寬占用的情況下，可以達(dá)到清晰流暢的畫(huà)面和音質(zhì)，滿足會(huì)議系統(tǒng)的視頻和音頻質(zhì)量要求。

1.2支持超大規(guī)模用戶并發(fā)要求

系統(tǒng)支持集群負(fù)載均衡技術(shù)，解決單服務(wù)器下傳統(tǒng)流媒體受眾規(guī)模小的局限。利用p2p技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)和傳輸，可以有效地支持大規(guī)模用戶（如5000多用戶）的并發(fā)訪問(wèn)需求，解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)條件下的大規(guī)模實(shí)時(shí)應(yīng)用。與傳統(tǒng)的c，s、b/s架構(gòu)系統(tǒng)相比，它節(jié)省了更多的帶寬和服務(wù)器資源。

2核心業(yè)務(wù)流程

vod是將一定數(shù)量的流媒體節(jié)目放置在多媒體資源庫(kù)的中心。遠(yuǎn)程用戶通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽相關(guān)節(jié)目的信息和內(nèi)容，通過(guò)播放器播放自己想要觀看的音頻和視頻節(jié)目。視頻點(diǎn)播系統(tǒng)采用集中式結(jié)構(gòu)或分布式結(jié)構(gòu)。中心生成的程序存儲(chǔ)在具有大磁盤(pán)列的文件服務(wù)器中。視頻點(diǎn)播內(nèi)容由中心管理。廣播的形式是將網(wǎng)頁(yè)嵌入到視頻和音頻窗口或彈出式廣播中的技術(shù)。類似地，音頻和視頻窗口可以縮放和支持全屏播放。此外，VOD系統(tǒng)應(yīng)能使用接人網(wǎng)提供的服務(wù)管理功能來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)費(fèi)和認(rèn)證。未經(jīng)授權(quán)的用戶不能觀看視頻點(diǎn)播，也不能攔截視頻點(diǎn)播流觀看。具體業(yè)務(wù)流程如圖1。

3高性能流媒體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1內(nèi)存預(yù)讀緩沖技術(shù)

存在于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)主要瓶頸是磁盤(pán)I/O性能的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于內(nèi)存和CPU。磁盤(pán)機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)盤(pán)的數(shù)據(jù)定位和讀取方式?jīng)Q定了磁盤(pán)最突出的性能特點(diǎn)是讀寫(xiě)順序好，隨機(jī)I/O不好，I/O延遲很大。

預(yù)讀取可以有效減少應(yīng)用程序I/O等待時(shí)間和磁盤(pán)尋道次數(shù)，是提高磁盤(pán)I/O性能的重要優(yōu)化方法之一。預(yù)讀涉及流媒體系統(tǒng)各個(gè)方面。首先，由于視頻文件通常比較大，文件格式多樣，當(dāng)用戶點(diǎn)播開(kāi)始時(shí)會(huì)無(wú)序搜尋響應(yīng)數(shù)據(jù)導(dǎo)致磁盤(pán)響應(yīng)速度下降，當(dāng)并發(fā)用戶多時(shí)尤為明顯。針對(duì)這一特點(diǎn)，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)不同格式預(yù)讀取相應(yīng)索引數(shù)據(jù)，極大提升點(diǎn)播啟動(dòng)速度。

3.2零拷貝內(nèi)核模式

傳統(tǒng)文件網(wǎng)絡(luò)傳輸在實(shí)現(xiàn)上更為復(fù)雜，需要多個(gè)上下文切換。當(dāng)需要傳輸文件時(shí)，具體如下：

1）調(diào)用read函數(shù)，將文件數(shù)據(jù)復(fù)制到內(nèi)核緩沖區(qū);

2）用read函數(shù)返回，從內(nèi)核緩沖區(qū)將文件數(shù)據(jù)復(fù)制到用戶緩沖區(qū);

3）調(diào)用write函數(shù)，從用戶緩沖區(qū)將文件數(shù)據(jù)復(fù)制到內(nèi)核與socket相關(guān)緩沖區(qū);

4）從socket緩沖區(qū)復(fù)制數(shù)據(jù)到相關(guān)的協(xié)議引擎。

以上是網(wǎng)絡(luò)文件傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)讀寫(xiě)方式。在該過(guò)程中，文件數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)了從硬盤(pán)到內(nèi)核緩沖區(qū)，從內(nèi)核緩沖區(qū)到用戶緩沖區(qū)，從用戶緩沖區(qū)到socket相關(guān)緩沖區(qū)，最后從socket相關(guān)緩沖區(qū)到協(xié)議引擎這四次復(fù)制操作。

而視頻服務(wù)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于減少以上多次復(fù)制，提升文件數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅?。具體的過(guò)程細(xì)節(jié)如下：

1）先將文件數(shù)據(jù)復(fù)制到內(nèi)核緩沖區(qū);

21再將從內(nèi)核緩沖區(qū)復(fù)制文件數(shù)據(jù)到內(nèi)核中socket相關(guān)的緩沖區(qū);

3）最后從socket相關(guān)的緩沖區(qū)復(fù)制文件數(shù)據(jù)到協(xié)議引擎。

與傳統(tǒng)的讀寫(xiě)方式相比，減少了從內(nèi)核緩沖區(qū)到用戶緩沖區(qū)，再?gòu)挠脩艟彌_區(qū)到socket相關(guān)緩沖區(qū)的文件復(fù)制，極大提升了整體系統(tǒng)性能。

4結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)用于企業(yè)遠(yuǎn)程培訓(xùn)及教學(xué)，能夠提供包括視頻、文本、圖片、Flash動(dòng)畫(huà)、圖像等各種形式的網(wǎng)上點(diǎn)播服務(wù)。基于互聯(lián)網(wǎng)傳播技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，改變了過(guò)去培訓(xùn)教學(xué)用戶被動(dòng)接受視頻教學(xué)的模式。真正讓用戶發(fā)揮更大的積極性和主動(dòng)性，在不受時(shí)間和空間限制的情況下學(xué)習(xí)和共享更多的教學(xué)資源。該系統(tǒng)不僅有助于企業(yè)培訓(xùn)教學(xué)提高效率，而且極大節(jié)省了技術(shù)培訓(xùn)和產(chǎn)品宣傳的成本。