圖書館流媒體服務結構

魏爾嘯

(河南省圖書館,河南 鄭州 450052)

1 流媒體技術簡述

流媒體概念隨技術變革經歷多次變遷,形成了目前主流的幾種技術標準,是云服務的應用模式之一。流媒體(Streaming Media)指將一連串的媒體數據壓縮后經過網上分段發送數據,在網上即時傳輸影音以供觀賞的一種技術與過程,該技術使數據包得以像流水一樣被發送,如果不使用此技術就必須在使用前下載整個媒體文件。

在網絡上傳輸的A/V文件一般體積較大,需要的存儲容量也較大,等待播放時間過長,不適合完整下載,而在流式傳輸時,聲音、影像的媒體信息是由服務器向用戶終端進行的連續、實時傳送,用戶不必等到整個文件全部下載完畢,只需經過緩存延時即可邊觀看邊下載。其基本流程是服務器負責管理、存儲、轉碼、分發編碼器傳上來的流媒體數據,編碼器由一臺終端設備負責采集、壓縮、推流給服務器,最終在客戶端拉流、解碼所接收的數據信息。

主流的流媒體傳輸協議包括:RSVP(資源預留協議)、RTP(實時傳輸協議)、RTCP(實時傳輸控制協議)、MMS(微軟流媒體服務協議)、RTSP(實時流傳輸協議)、MIME(多目因特網電子郵件擴展協議)、RTMP(RTMPE/RTMPS/RTMPT,Adobe實時消息協議簇)、RTMFP(Adobe實施消息流協議,P2P協議)、HLS(HTTP Live Streaming,Apple的動態碼率自適應協議)、DASH(Dynamic Adaptive Streaming over HTTP,自適應流媒體傳輸協議)[1]。

表1是幾種協議的效能對比,圖1為MPEG-DASH協議系統架構示意圖。

表1 常見流媒體協議支持情況

圖1 MPEG-DASH協議切片工作流程

不同流媒體協議的數據壓縮格式不盡相同,傳輸能力也各有優劣,適用于不同的應用場景。一臺服務器完成點播與直播往往需要多種協議并存,以適應多種終端設備。

2 流媒體應用現狀和公共圖書館服務需求的結合點

隨著互聯網的高速發展,網絡已成為人們生產生活的基礎構成。流媒體技術建立在網絡通路的基礎上,應用廣泛。從早期的影視點播,發展為包含在線會議、在線教學、賽事直播、視頻監控等版塊在內的金融、工業、房地產、農業、醫療、文化等多個領域,流媒體已經發展成為一項跨領域融合技術。

在移動互聯網時代,圖書館場館的網絡應用逐漸成為空間服務的主要場景,從行為管理后臺對當日網絡應用的排名統計,可以看到流媒體(點播/直播)在場館網絡環境內的使用情況,包括網絡下載(本地使用資源)和網絡視頻(在線使用資源)。網絡下載占用較高的帶寬,而流媒體擁有更多應用形式并占據更大的數量基數,其中體現的用戶應用特點是網絡提速且終端形態多樣,加上本地存儲量有限,用戶在非必須情況下更愿意使用遠端在線服務。

圖書館的傳統資源是紙質文獻,館藏多以紙質與電子資源共存的模式存在,服務形式包括紙質文獻的借閱、電子文獻加權下載或在線閱讀、時政與文獻解讀、專家講座培訓、名家作品展覽、提供學習休閑空間等,基本可概括為兩個場景:圍繞書籍利用的場景和圍繞空間利用的場景,也可以實現兩個場景的交叉。例如,網上商城和商業實體具有不同的消費體驗,商業實體屬于商品和空間交叉利用的場景,是體驗式消費,消費的是商品和購買商品的過程體驗。網上商城的消費目的明確,消費的主體就是商品的性價比。線下體驗又可以被分割為社區空間,如果將分塊的社區通過區塊鏈技術鏈接起來,其區位優勢就更加明顯[2]。對比商業場景模式,圖書館也有兩項基礎資源:書籍和空間,其中空間包含主體和社區兩部分。很多圖書館在建設城市書屋和街區自助借書機,這就是資源利用的區塊化表現。在圖書館樓宇內,除了對書籍資源的挑選和借閱,在主體空間內使用資源的體驗感也是圖書館的一種重要資源。

圖書館是不以營利為目的的公益性機構,側重于資源利用的多樣化和利用率的提升。書籍資源是圖書館的主體資源,空間資源是書籍資源的附加值,是書籍資源利用的延伸。空間的概念既可以是實體的,也可以是虛擬的,實體空間通過網絡在任意地點進行空間復制,從而構建虛擬空間,建立與實體相同的空間體驗感。流媒體是構建虛擬空間最簡便的一種技術手段,通過拓展無形空間延伸主體資源的利用價值,通過網絡實現對主體資源利用過程的體驗,其實質是資源線上線下模式的變相融合。

3 流媒體技術在公共圖書館的可行性構建

流媒體應用在不同場景下的分類大致有三種:一是以廣電新媒體網臺、IPTV直播、OTT直播為代表的電視直播業務,特點是延時容忍度高,但穩定性、清晰度要求高。二是以賽事直播、移動直播、教育直播等為代表的互動直播,特點是延時要求高。三是以視頻會議為代表的音視頻通信業務,其特點是延時要求極高,音頻質量要求高。流媒體在不同的應用場景下,對服務器的配置參數和硬件標準有較明顯的差異性[3]。

公共圖書館目前對空間的利用基本上有以下幾種:名家系列授課講座,機構培訓考試,會議承接,手工藝、繪畫、書法、文獻宣傳展覽,節假日民俗非遺技藝展示互動,青少年親子活動,道德、法律、安全、健康的宣講推廣,優秀影視作品展映,MR場景、3D打印、全息投影、智能助手等科技產品體驗。

綜上,公共圖書館流媒體應用可歸結為三種場景:課堂場景、展覽場景、互動場景,三種場景相互交叉。實體空間和虛擬空間都是通過過程體驗完成信息獲取,不同之處在于用戶的體驗感,實體空間是沉浸式的,但采用流媒體實現當前場景的空間拓展,難以模擬身臨其境的感官體驗。這是對VR/AR技術的折中方案,特點在信息對等和即時交流。現階段,流媒體技術只是技術方案的主要部分,還需要結合其他輔助技術手段才能更真實地模擬實體場景。針對之前總結的三種場景和交叉境況,公共圖書館可從以下幾個方面進行場景策劃。

3.1 講座培訓直播

在線教育是網絡最常見的空間復用表現形式,而課堂教學是圖書館教育職能的最直接體現。圖書館通過流媒體與在線教育相結合,就是時下流行的“網絡公開課”“慕課”版塊,“網絡公開課”的范圍更廣,“慕課”主要指系列性教學。

課堂的日常教學內容以通俗科普為主,擴大教學受眾面,吸引平臺流量,在特定用戶群內進行專向性培訓,提高培訓質量。教學對象的主要用戶組成是社會大眾,在內容上降低進入門檻,利用現場直播、在線問答的形式進行網絡傳遞,讓受眾群體在戶外可隨時參與和退出,減少約束感。

3.2 展覽體驗直播

將好的收藏作品定期向公眾展示,是公共文化服務機構弘揚中華優秀傳統文化、開闊民眾視野的一種教育方式。博物館的展品資源豐富、專業性強,但博物館強調展品的歷史價值、工藝價值和思想的單向教授。圖書館展覽的特點是強調受眾人群的多樣性和在參與互動中發散思維、共享創意。

不同于虛擬展覽,展覽直播更多是一種體驗感的傳達。結合流媒體技術的聚合效應,公共圖書館可組織在線沙龍,讓更多志同道合的人群在同一時間段內隨時隨地都能參與,并由現場主持引導,多人同步觀賞,烘托交流氛圍,營造親臨現場的真實感,從而達到虛擬空間對實體空間情感復制的基本需求。

3.3 技藝講授直播

自然科學類書籍的閱讀需要較強的專業知識基礎,經常讓不少讀者望而卻步。視頻直播的流媒體講解形式可以在短時間內拉近讀者與科學知識之間的距離,把圖書館作為連通二者的橋梁,一方面把書籍知識點提煉總結;另一方面將生活案例融入講授視頻,并附以藝術化的文學表達,提升讀者的閱讀積極性。

3.4 文獻解讀直播

公共圖書館擁有豐富的書籍資源,但有很多好書讀者想讀卻讀不懂,還有些讀者的自家藏書缺少交流推介的渠道。公共圖書館建設在線流媒體平臺在線同讀一本好書,既能推動多人閱讀,增強學習共情,又能為普通讀者創造發聲機會,借助平臺建立信譽口碑,還能通過圖書館資源挖掘逐漸發展為用戶創造資源,豐富平臺資源儲備量。公共圖書館通過流媒體面對面即時通信的便利,把直播的權利交給用戶,讓有能力的人領頭解讀好書,創新流量渠道,帶動全民閱讀。

4 公共圖書館流媒體平臺基本框架

公共圖書館以B/S私有云平臺為建設目標,推送移動終端服務,中小型平臺的語言實現可以選擇Node.js和Python,搭配MySQL數據庫,結合MongoDB輔助存儲。后期業務量增大后,公共圖書館可在網絡前端做鏈路負載和流控,應用平臺做服務器虛擬化加FC SAN存儲陣列。除了在自平臺搭建私有云,公共圖書館也可以購買阿里云等商業云虛擬主機和CDN加速節點;購買CA證書做微信小程序流推,同時加密信息流,提高域名辨識度。在線視頻實時廣播,受眾面廣,網絡流量高,容易遭遇DDOS、0Day等攻擊,一旦成為“肉雞”或內容被篡改,社會負面影響較大,因此公共圖書館有必要加裝安全云防護,定期做漏掃下發。由于業務系統接口涉及讀者個人敏感信息,公共圖書館的流媒體平臺必須符合國家要求的等保2.0標準,建立近線、在線、離線三線災備模式。

平臺整體結構可采用MVC框架,協議主體為HLS或DASH,做移動端拉流,推流協議為RTMP。移動端開發是混合型應用,以本地框架封裝WEB應用。機構用戶做成微信小程序的在線視頻服務,增加流量入口,便于資源分享推廣。WEB服務器擴展模塊使用較多的是Nginx,也可以是Tomcat加模。IBM的Websphere在我國應用得不多,但其技術支持完善,更適合做大型應用,穩定性比較高。普通網站項目做流媒體應用,需要在WEB服務器添加相應模塊支持,或結合流媒體服務器整體打包。常見的流媒體服務器包括開源的Red5和Adobe付費的FMS(Adobe Flash Media Server)。FMS部署簡單,多見于微軟應用體系,具體實施應當根據平臺需求選擇。服務器視頻流壓縮編碼使用FFmpeg開發工具,命令豐富且適用于程序內嵌,是我國多數視頻加工軟件的版本內核。前端播放器選擇較多,兼容性較好的是JW Player和VLC media player,可編程兼容Flash和H5。推端OBS推流一般設置包括URL和串碼流,推流目錄由WEB服務器配置。HLS和DASH在移動端通過HTTP訪問目錄下切片文件索引拉流。PC端則訪問RTMP路徑觀看直播。OBS中的“串碼流”為虛擬目錄,兩端需協定一致。

圖2 流媒體服務端基本結構

流媒體的完整播放流程涉及采集、轉換、推流、拉流等步驟,包括服務端轉碼切片,中臺下發和終端頁面兼容適配。服務端的主要工作集中在數據庫結構開發,定義功能分配。小型應用的主要開發流程包括內容布局和端口轉發。圖2為有代表性的流媒體服務流程拓撲圖。

在采用服務端集成開發的情況下,用戶接口是平臺開發初期的重點設計對象,直接影響用戶觀看效果的適配能力。圖3、圖4、圖5是流媒體應用平臺的部分思維導圖。

圖3 點播與直播總覽界面

筆者通過以上導向圖構建流媒體項目層級結構,實際的項目發布還需要進行后續數據庫底層設計工作。數據表基本分為管理、用戶、資源三大項,也可以合并管理和使用結構,將人員表分層。下頁表2展示了部分數據庫字段。

圖4 視頻播放界面

圖5 資源管理界面

表2 數據庫表結構

5 公共圖書館流媒體應用設計思路匯總

流媒體應用開發有許多成熟的技術框架適用于不同的行業領域,技術開發門檻較低,實現效果快,市場上還有很多集成完善的流媒體技術產品,可以直接做技術外包,因此流媒體平臺最重要的還是資源。合理的資源布局、更好更快的資源產出以及人性化、個性化的資源設計,是流媒體平臺開發的運營重點。流媒體的技術實現方式多樣,無論是自行建設還是產品購買,都可以實現以技術服務帶動資源利用,終極目的是提升網絡流量,最大限度地提高圖書館數字資源的利用率。

6 結語

本研究從開發者角度出發,根據圖書館的實際應用需求,綜合闡述了現有主流的流媒體技術架構和相關技術延伸。產品的兼容性需要在后期的測試運行中不斷調試磨合,由圖書館的資源儲備和用戶體驗決定產品的迭代方向,并融入新理念和新技術,持續優化流媒體平臺的技術服務能力。