采用流媒体技术实现基于校园网的直播系统

采用流媒体技术实现基于校园网的直播系统摘要流媒体技术的出现使网上直播成为现实，本文结合实践，介绍了基于校园网的流媒体直播系统的基本原理和解决方案。使用该系统，可以在网络直播的同时，将需要的活动、节目录制下来，结合VOD视频点播系统，使录制的内容可随时供校园网用户点播。关键词流媒体网上电视网上直播一概述以前，对于一些重要活动，例如足球世界杯，春节联欢晚会，重要会议等，主要通过校园电视台进行直播。现在，随着流媒体技术的成熟，我们多了一个传播的媒介--互联网/局域网（Internet/Intranet）。传统的电视直播，只能覆盖某个特定地理区域；而网上的直播，可以不受地理限制，甚而可以覆盖全球。目前各高校的网络基础设施已经初具规模，网络可以延伸到校园的每一个角落。计算机的使用也已普及，学生在宿舍就可上网。在校园网内直播重要活动或卫星电视节目，不但提供了一个新的校园网的应用模式，而且丰富了学生获取信息的途径。校园网直播系统就是把卫星电视节目信号或摄像机的音视频信号通过视频采集卡采集，编码软件（WindowsMediaEncoder）压缩、编码成适合在校园网络上传输的音视频流信号，然后利用网络实现直播。利用流媒体网上直播系统可以在网络上转播电视节目、大型的活动、重要会议等。本文结合作者近年来的直播系统应用实践，介绍了基于校园网的流媒体直播系统的基本原理和解决方案。二系统工作原理我们将卫星信号、摄像机和电视接收等设备的音视频信号，通过信号总线连接在3块Osprey-230视频采集卡上，通过微软公司的免费软件WindowsMediaEncoder9进行信号的压缩、编码和网络的广播，实现3路信号的网络直播，用户通过网络可以收看到我们直播的节目。系统框图如下：图1校园网的直播系统框图本系统采用微软公司Media系列，包括编码器端、直播端和客户端，编码器端和直播端共同采用WindowsMediaEncoder9,客户端采用WindowsMediaPlayer。1系统硬件包括：（1）视频源：即你要直播的视频内容来源，它可以是电视机接收的节目（如世界杯比赛）、摄象机正在拍摄的现场活动（如春节联欢晚会），也可以是DVD机播放的DVD（如各种大片）。（2）视频捕捉设备：主要指视频采集卡，将音视频信号转换成数字信号，与软件编码器（WindowsMediaEncoder9）相配合，生成音视频流；WindowsMediaEncoder9使用的采集卡供应商采集卡ViewCast.comOsprey100/200/500WinnovVideumAV/VO(PCI)IntelCorporationIntelPCCameraProCreative.comSoundBlasterLive(audio)GadgetLabsWave/824(audio)（3）视频编码直播服务器：高性能的服务器，安装上视频采集卡和编码软件（如：MSMediaEncode9），就可以担当视频编码和直播的工作，同时可以实现节目的录制。如果配置多块视频采集卡，可以实现多路信号的同时直播。视频编码服务器对CPU的要求较高。我们采用了DELL公司的PowerEdge2600，该服务器CPU为双英特尔智强2.8GHz，自带5个64位PCI槽（Osprey-230使用PCI-X的64位总线结构），同时配置了3块Osprey-230采集卡，三路同时使用548Kbps、帧速率为29.97fps，图象大小为320*240（经过多次测试使校园网直播速度和质量达到最佳比）进行直播。单路使用CPU占用率为18%左右，三路同时使用CPU占用率为为50%-60%，同时使用五路达到85%以上。音视频品质与带宽的关系指标类型品质带宽音频一般话音品质8K一般音乐品质16K调频音乐品质24K接近CD品质48K完全CD品质64K视频低带宽画面品质45K可容忍画面品质100K可接受画面品质150K接近VHS品质250K接近VCD品质300K接近DVD品质500K（4）客户端：普通个人计算机，安装播放器（如：MediaPlayer9）,收看直播视频流。目前的直播系统大多采用B/S结构，客户机通过浏览器就可以收看节目。2系统软件包括：（1）视频编码直播服务器：WindowsMediaEncoder9，Osprey-230视频采集卡驱动；（2）客户端：安装WindowsMediaPlayer9或以上版本的播发软件。三编码直播服务器的安装与配置及客户端访问1服务器的安装与配置：（1）安装Osprey-230视频采集卡驱动（2）安装WindowsMediaEncoder9到微软免费下载区下载WindowsMediaEncoder9，下载好后，双击wmencoder.exe安装文件，随后系统会打开标准的Windows程式安装向导对话框，只要按提示进行操作，就能完成该解码器的安装工作；不过在安装之前，我们应该首先安装DirectX8.1以上版本程序，否则用户将无法正确安装WindowsMediaEncoder9。运行WindowsMedia编码器，弹出“新建会话”界面，选择广播实况事件，按确定。出现新建会话向导：选定视频和音频设备，我们同时安装了三块Osprey-230采集卡，第一块采集卡的视频设备为o100vc.dll–OspreyCaptureCard1，音频设备为Osprey-200Audio–board1，其他卡依此类推。按下一步，广播方法选定：选择自编码拉传递（服务器或播放机初始化连接）。按下一步，广播连接：选择HTTP端口为8080（可以是任意未被系统占用的端口），记录用于Internet连接的URL和用于LAN连接的URL。按下一步，出现编码选项，综合考虑网络速度和视频效果选择比特率为548Kbps，按下一步，出现「存档文件」界面，选择保存文件，就会在直播的时候同时实现节目的录制。综合系统性能考虑选择不保存副本到文件。按下一步，选择不要包括视频文件到广播会话中。按下一步，填写播放中显示的标题、作者、版权等信息。按下一步。检查设置，按完成。要想直播当前的节目，点击开始编码，就可以在网络中收看本套节目了。2客户端访问：下载播放列表live.wpl，双击live.wpl就可以观看我们的节目。live.wpl代码如下：?wplversion=1.0?smilheadmetaname=Generatorcontent=MicrosoftWindowsMediaPlayer--9.0.0.3075/author/title中北大学在线直播系统/title/headbodyseqmediasrc=mms://202.207.177.200:8080/mediasrc=mms://202.207.177.200:8081/mediasrc=mms://202.207.177.200:8082//seq/body/smil四注意事项1、Osprey-230由于未带音频配置程序，驱动程序安装后，默认的输出的音量很小，如果想调节音量，可以通过修改注册表来实现。在注册表编辑器中，修改第一块卡的音频设置，通过树形视图找到如下子键：HKEY_CURRENT_USER\Software\Osprey\Osprey200\Device0\Audio，Volume.0和Volume.1分别为左右声道的音量最大值，推荐设置为4137023，第二、第三块卡可以找到相应的子键参照设置。2、WindowsMediaEncoder9默认的直接连接的最大数量为5，也就是说最多同时收看直播节目的客户端为5个，如果想增加直接连接的最大数量，编辑注册表找到子键：HKEY_CLASSES_ROOT\Software\Microsoft\WindowsMediaTools\Encoder\MaxClientConnections，编辑该子键，使其反映出所需的直接连接最大数量。可能的最大数量为50。五系统改进在本文由于使用的是单播发布，每个MicrosoftWindowsMediaPlayer直接连接到服务器，会消耗很多的网络带宽。因此如果网络客户比较多时，不能采用单播发布点。而多播站采用的是广播的形式向客户端发送多播流，从而避免使用大量的网络带宽。为了支持更多的客户收看电视节目，可以使用多播站，理论上可以支持无数个计算机终端同时收看电视节目。流媒体交换网概念的引入，是对分布式计算体系结构的重要发展在集中式处理的概念下，外部资源管理是建立在设备的基础上的。同时，计算系统的输入、输出和外部存储设备的信息和控制方法都被抽象为文件的形式（包括键盘输入、显示器显示、打印机、磁盘驱动器等等）。这样，所有对文件的管理，是以设备为单位进行。在这种前提下，网络通信能力作为对设备的远程访问能力来表达，也被归一化在设备-文件管理系统之上。在集中处理的概念下开发的这种文件系统存在一个明显的问题，就是文件没有跨越设备的能力。即使文件系统是一个“分布的”网络文件系统，这个“网络”也还是被看成是一个“集中的”外部设备，“埋藏”在计算机的网络操作系统之下接受访问。如果这种结构用于大规模的流媒体分发和交付，它的计算资源无法和存储资源同时在网络层面进行优化，从性能和成本上看都是不合理的。显然，如果能够将网络文件系统独立于网络操作系统，而不是将网络文件系统作为外部设备置于操作系统之下层，并通过新增一个平台实现流媒体服务的存取，流媒体分发和交付系统的性能和成本将大大得到改善。这个平台就是流媒体交换网。基于流媒体交换网的流媒体网络文件系统一个流媒体交换网是由网络上一组对等的（P2P）计算节点所组成的。我们称这些计算节点为流媒体服务节点。每个服务节点包含流媒体的输入、输出和存储的功能。流媒体交换网所有的输入能力、输出能力、存储能力和存储的内容组成了流媒体网络输入系统、流媒体网络输出系统和流媒体网络文件系统。在流媒体交换网中，所有的存储空间对网络文件系统是共享的，而网络文件系统又是被所有的流输入输出处理进程所共享的。但是这个网络文件系统是物理设备无关的，或者说网络文件系统关联的虚拟“设备”就是整个媒体交换网。这是流媒体服务操作系统的重要特点。从输入和输出的角度看，一个流媒体交换网是一个实体，输入、输出和存储的功能与物理的设备（服务节点）的状态是无关的。在这种前提下，每个节点可以自由地加入或是卸载，而不会影响整个流媒体交换网的服务功能。因此，在流媒体交换网中，操作系统、网络、设备和文件不再是层次分割的。他们的关系对于媒体交换网是并行的。我们可以看出，对流媒体的存取将不再是对服务器的存取，而是对整个网络的存取。对流媒体文件的存储将不再是对设备和文件的存储，而是对网络的存储。同时，网络自身包含了容错的机制，无需增加任何对提高可用性的额外资源。作为流媒体文件，将不再受限于硬盘等设备的容量、可靠性或是存取速度，它可以透明地跨越网络上的多个设备进行存储，特别适合大尺寸、无边界的流媒体文件的处理。另外，网络自身对输入、输出和存储的管理和优化，使得每个流媒体交换网成为一个自治的系统。流媒体交换网是一个开放的中间件系统，它通过API和底层资源接口，通过API和应用系统接口，也通过API实现系统的集成、重组和扩充。在流媒体交换网的设计中，一个流媒体交换网可以分裂为多个虚拟流媒体交换网（每个流媒体交换网对应一族输入、输出和虚拟流媒体网络文件系统）。同样，多个流媒体交换网中的虚拟资源可以进一步组成新的媒体交换网，称为流媒体虚拟组织。这种虚拟组织是建立在内容管理的层面上的，它可以在更大的范围内实现内容的优化调度和共享。和将网络文件系统作为公共的存储设备的概念比较，基于流媒体交换网构造流媒体网络文件系统采用全分布体系，它的性能和成本优势显然是十分清楚的。作为流媒体网络文件系统的实现，流媒体交换网将一组低成本的通用计算机（例如包括计算能力和存储能力的刀片服务器）组成网络进行管理。多个流媒体交换网可以组成一个地理上规模更大的虚拟流媒体交换网。然而，运行在这些不同流媒体交换网络上的流媒