视频点播系统的研究

1视频点播系统的研究一丶视频点播系统及其构成VOD（VideoonDemand）,也称为交互式电视点播系统，意即根据用户的需要播放相应的视频节目，从根本上改变了用户过去被动式看电视的不足。当您打开电视，您可以不看广告，不为某个节目赶时间，随时直接点播希望收看的内容，就好像播放刚刚放进自己家里录像机或VCD机中的一部新片子，但是您又不需要购买录像带或者VCD盘，也不需要录像机或者VCD机。这就是信息技术带给您的梦想，它通过多媒体网络将视频节目按照个人的意愿送到千家万户。VOD技术不仅可以应用在电信的宽带网络中，同时也可以应用在小区局域网及有线电视的宽带网络中。如今在建设智能小区过程中，计算机网络布线已成为必不可少的一环，小区用户可以通过电脑、电视机（配机顶盒）等方式实现VOD视频点播应用，丰富了人们的文化生活；有线电视经过双向改造，可以让广大的电视用户通过有线电视网点播视频节目。作为一个VOD系统主要由三部分构成服务端系统服务端系统主要由视频服务器、档案管理服务器、内部通讯子系统和网络接口组成。档案管理服务器主要承担用户信息管理、计费、影视材料的整理和安全保密等任务。内部通讯子系统主要完成服务器间信息的传递、后台影视材料和数据的交换。网络接口主要实现与外部网络的数据交换和提供用户访问的接口。视频服务器主要由存储设备、高速缓存和控制管理单元组成，其目标是实现对媒体数据的压缩和存储，以及按请求进行媒体信息的检索和传输。视频服务器与传统的数据服务器有许多显著的不同，需要增加许多专用的软硬件功能设备，以支持该业务的特殊需求。例如：媒体数据检索、信息流的实时传输以及信息的加密和解密等。对于交互式的VOD系统来说，服务端系统还需要实现对用户实时请求的处理、访问许可控制、VCR（VideoCassetteRecorder）功能（如，快进、暂停、重绕等）的模拟。网络系统网络系统包括主干网络和本地网络两部分。因为它负责视频信息流的实时传输，所以是影响连续媒体网络服务系统性能极为关键的部分。同时，媒体服务系统的网络部分投资巨大，故而在设计时不仅要考虑当前的媒体应用对高带宽的需求，而且还要考虑将来发展的需要和向后的兼容性。当前，可用于建立这种服务系统的网络物理介质主要是：CATV（有线电视）的同轴电缆、光纤和双绞线。而采用的网络技术主要是：快速以太网、FDDI和ATM技术。2客户端系统目前，根据不同的功能需求和应用场景，主要有三种VOD系统：NVOD，TVOD，IVOD。NVOD（Near-Video-On-Demand），可称其为就近式点播电视。这种电视点播的方式是：多个视频流依次间隔一定的时间启动发送同样的内容。比如，十二个视频流每隔十分钟启动一个发送同样的两小时的电视节目。如果用户想看这个电视节目可能需要等待，但最长不会超过十分钟，他们会选择距他们最近的某个时间起点进行收看。在这种方式下，一个视频流可能为许多用户共享。TVOD（TrueVideo-On-Demand），称其为真实点播电视，它真正支持即点即放。当用户提出请求时，视频服务器将会立即传送用户所要的视频内容。若有另一个用户提出同样的需求，视频服务器就会立即为他再启动另一个传输同样内容的视频流。不过，一旦视频流开始播放，就要连续不断的播放下去，直到结束。这种方式下，每个视频流转为某个用户服务。IVOD（InteractiveVideo-On-Demand），称为交互式点播电视。它比前两种方式有很大程度上的改进。它不仅可以支持即点即放，而且还可以让用户对视频流进行交互式的控制。这时，用户就可象操作传统的录像机一样，实现节目的播放、暂停、倒回、快进和自动搜索等。流媒体特点即时响应的拖动效果，让用户可以随意拖动进度，拖动响应时间在2~7秒之内；支持rm、rmvb、wmv、asf、flv等大多数主流流媒体格式；可应用file、rtsp等协议；可为用户提供清晰、流畅、稳定的高质量视频播放效果；无点播频道数量限制；多功能协同工作，可与下载功能同时工作，边观看边下载；可传输并播放超大码流视频文件，具有高清晰度的播放效果；多码流自适应设计，系统可以根据不同用户实际网络带宽情况自动选择不同码流播放。业务功能特点域名捆绑功能杜绝盗链的发生，使内容只对在指定网页内有效，所有视频内容必须在绑定的域名网页下才可播放；多样化的广告插播功能，使系统更具商业价值；B/S架构的集中式管理模式，更便于整体网络部署的控制。完善的后台管理系统，使系统运营管理更加方便；系统稳定，可满足7*24的长时间点播要求；页面控件使用方式符合中国人使用习惯，客户端集成方式更贴近网民生活；灵活的存储策略，可应用无缓存、硬盘缓存、内存缓存等多种缓存方式，3彰显人性化设置；高度模块化系统设计，更方便的与其他系统协同工作；多种可用接口，可实现对UI以及所有运营辅助功能的调用；可结合原力其他P2P系统，在一台服务器上同时实现点播、直播及下载等功能；并可实现机顶盒或手机等终端扩展；一部电影只要有一个人在观看,既一个机器为种子时,就基本不从服务器取数据,不占用服务器带宽。DRM功能独有的文件加密技术和DRM保护机制，确保点播内容版权安全。即使将文件下载到本地，不经认证也无法播放。且可通过域名绑定使所有内容只有在指定域名下才能播放；独创的UDP传输协议，实现高速稳定安全的视频传输效果；分布式存储模式，确保网络中内容的安全稳定；基于软件的负载均衡，确保了大规模用户访问时所有服务器压力的平衡；多进程处理功能可充分使用高性能服务器所有资源，提高资源利用率；独创的ForceP2PSwarming技术，通过多对多AI及以Peer服务为中心的Election选举传输模式，实现Buffer缓冲的最优管理及利用。二丶视频点播系统使用的关键技术VOD技术中，视频文件因其数据量巨大、传输困难、实时播放要求高等特点，一直是困扰网络视频点播的一个技术关键，因此流媒体技术就应运而生．流媒体是指在网络上使用流式传输技术的连续时基媒体．流技术从Internet上获取视音频等连续媒体数据，客户端不必等到服务器端数据全部下载完即可实时回放．流媒体满足了基于网络的实时多媒体服务需求，实现了连续媒体实时性、等时性和数据量大的要求．流媒体因具有跨平台、稳定性高、容易实现等特点，目前已被广泛应用．其中RealNetwork公司的RealSystem系统，因其技术成熟稳定，市场使用率高，是最能胜任基于校园局域网的视频点播系统。RealSystem系统由RealProducer(媒体制作工具)、RealServer(服务器端引擎)、RealPlayer(客户端播放软件)组成。RealProducer将视频、音频、动画等各种常规性媒体文件压缩并转换成适合RealServer传输的流格式文件，4并实时压缩传送现场信号给RealServer进行直播．RealProducer提供HTTP和SureStream两种编码格式选择，能充分利用RealServer的服务能力．RealServer是流行的流式传播服务引擎，用户可以在客户端一边下载一边实时收看直播内容，无需等待．RealPlayer作为用户终端播放软件，向服务器端发出视频播放请求，并接收和回放从RealServer传送来的流媒体文件．RealSystem与RealPlayer通讯使用两种通道：一种是用来传输各种控制命令的控制通道，使用TCP协议；另一种是用来传输流媒体数据的数据通道，使用UDP协议，如图1所示．RealSystem系统得到广泛使用的一个主要原因来源于RealServer的强大功能．RedlServer提供二次开发接口，允许第三方厂商二次开发更多功能．这种特性使RealSystem可以针对客户特点，配合二次开发代码而满足不同客户的更多系统需求．RealSystem完全能够胜任目前各高校的视频点播需求．同时对未来高校VOD系统可能出现的更多功能需求，RealSystem也提供了广阔的开发空间．三丶视频点播系统的总体设计3．1视频点播系统的设计要求首先，视频点播系统要求操作简单，使用方便，因此采用基于Web的点播方式是切实可行的操作方法．其次要求VOD系统数据稳定可靠，响应速度快．另外VOD系统要能合理分类组织各专业视频教学文件，方便终端用户查询检索，支持网上实时直播、广播功能，交互性好，管理维护方便，管理员可以在服务器端或通过浏览器远程对系统进行管理和维护等性能．3．2视频点播系统的硬件环境和软件配置根据系统设计目标及高校具体教学需求，VOD系统所采用硬件设备和软件环境如下：3．2．1流媒体服务器流媒体服务器是VOD系统的核心部件，决定系统总体性能．服务器通过与用户终端实时双向交互的方式来控制视音频媒体文件的操作，包括视音频文件的选择、播放、停止、不同视频间的切换等各种控制．要求服务器处理能力强、存储容量大，输入输出快，支持大量随机性动态访问，具备强大的视频流并发处理能力和传送能力．服务器硬件可以采用2*intel2．4GHz处理器，8GB以上内存，SCSI大容量硬盘，1000M网卡．操作系统可以采用Windows2003Server或以上版本，同时安装RealServer流媒体服务软件．由于视音频等媒体文件所需磁盘空间巨大，因此需要配备容量大、速度快的磁盘或磁盘阵列，以提高系统存储设备性能．53．2．2Web服务器和数据库服务器Web服务器主要用于发布VOD系统动态访问页面以及运行相关应用软件．除了管理用户终端点播请求与数据库间通信，Web服务器可以跨不同系统平台和数据库，完成B／S三层模型中的逻辑中间层作用．数据库服务器系统主要负责动态页面控制、用户信息管理、视频文件管理和安全工作等．教师或管理者可以在任何一台用户终端通过网络来管理和维护服务器内容，修改和维护网页内容，增加删除视音频等多媒体教学文件，管理限定不同用户的权限．因为一般高校VOD系统的规模较小，web服务器和数据库服务器可以共用一个服务器．硬件采用2*intel2．4GHz处理器，8GB内存，大容量SCSI硬盘，1000M网卡．操作系统是Windows2003Server或以上版本，同时需要安装IIS6．0等信息服务器软件和MicrosoftSQLServer等数据库管理软件．3．3视频点播系统的总体架构3．3．1视频点播系统工作流程首先，终端用户通过动态Web页面点击视频文件超链接来播放教学视频．终端用户浏览器通过超链接URL，向服务器请求视频文件(如文件名称、编号、介绍图片、流服务器上的存放路径等)，并调用Realplayer等播放器来接收和播放视频文件．其次，系统采用动态网页技术和数据库技术响应终端用户点播请求动态生成Web页面，采用流媒体技响应终端用户请求并向其传送视频流，保障视频节目的实时传送．最后，终端用户通过Realplayer等媒体播放软件接收并播放视频文件．数据流程如图2所示．63．3．2前台动态web页面结构框架师生可以通过视频点播网址或链接进入到系统web首页，首页内容主要为栏目链接和内容介绍．如图3所示，一级分类主要有7个栏目，其中教学指导与实验实训根据专业不同进行二级分类，分别给出各专业教学和实验实训的视频目录、简介和链接，以方便师生使用．校内见闻、校系活动、影片赏析栏目直接提供各类视频的目录、内容简介与地址链接．最新视频、最热视频内容来自于数据库动态统计的结果．影片搜索提供数据库视频检索服务，以方便师生快速找到相关内容．3．3．3后台管理功能结构框架管理员用户或教师通过后台管理系统可以对流媒体和数据库进行修改维护．如图4所示，通过系统Web首页中的文件管理，即可进入到管理员登陆页面，管理员可以添加、删除、修改数据库服务器和流媒体服务器的文件．3．3．4数据库文件结构设计数据库服务器采用SQLServer2005，建立的数据库文件包含所有视频流媒体文件及其他文件的信息．根据终端用户所发送的视频点播请求信息，可以快速检索并返回相应的视频信息及其储存地址．流媒体服务器根据数据库服务器所返回的信息和地址向终端用户提供视频流传送服务．