遵义师范学院流媒体综合服务平台设计与实现

陈 佳

（遵义师范学院 计算机科学系,贵州 遵义 563002）

计算机技术与网络通信技术的飞速发展,正在深刻地改变着我们的工作、生活与娱乐方式。直到二十世纪九十年代,计算机还是以文本作为主要信息载体,但随着宽带网络与专用网络的普及以及个人计算机处理能力的增强,互联网上的传输内容已经转变为包含文字、图片、音频与视频等多媒体数据。要在互联网上传输音频与视频,最好的方案是采用流媒体技术。

1 概述

1.1 设计背景

随着高速网络以及流媒体技术的发展,视频点播已经成为现实。视频点播是多媒体通信领域中发展速度最快、技术最成熟、感染力最强、运行效益最好的业务之一,是综合运用通信网络、多媒体、数据库等技术的工程。作为流媒体技术应用的一个分支,VOD技术的成功应用,对于构建流媒体应用的综合平台具有重要的借鉴意义,尤其对于西部新建本科院校在整合改造现有校园网中具有投入成本低、效益好,能够为师生教学科研提供较好服务的现实价值。

1.2 开发目的

鉴于遵义师范学院校园网没有视频点播系统以及多个流媒体应用系统独立工作的现状,基于VOD技术设计并实现集成多种流媒体应用的综合服务平台,不仅可以填补视频点播系统的空缺,而且可以将多个系统集成使用,更充分地有效地利用校园网资源。

2 流媒体综合服务平台设计方案

2.1 需求分析

遵义师范学院流媒体综合服务平台是遵义师范学院多媒体中心的重要组成部分,该平台的设计和实现是遵义师范学院数字化校园建设中的关键部分。校园网络用户对多媒体业务的主要需求集中在VOD点播和网上直播业务上,特别是对于球类比赛节目的电视直播,并发在线用户数量比较大。

在本方案中,设计的网络电视组播不限制人数,单播并发设置为5000人,一部VOD节目并发设置为500人,VOD的并发总设置为1800人。

本方案针对师生在实际使用过程中对平台需求的特点,结合我院现有的软硬件资源,对平台的整体结构做了大体的设计。

2.2 功能设计

遵义师范学院流媒体综合服务平台集成了多种流媒体应用系统,该平台逻辑结构如图1所示。

2.3 架构设计

平台总体架构设计是以流媒体的相关技术为基础,并且充分利用校园网络带宽的优势,结合多媒体的实际应用需求进行设计与开发。平台架构以流媒体服务器为核心,集成多种应用服务系统,开发相应的管理平台,构建较为完整实用的流媒体综合服务平台。

（1）资源采集

各种流媒体资源通过不一样的方式进行采集。视频点播资源由管理员不定期地在网络上下载相关信息,并转换成相应的视频流；录播系统资源则是在录播教室内,根据上课的情况全程录制采集而成。

（2）资源发布

资源在校园网内是通过广播实现的,我院相关工作人员向服务器上传数字化节目资源,得到点播节目的链接地址；接着登陆后台管理,添加新节目；完成设置后,系统会针对节目生成对应的文件；系统自动生成点播链接,全体师生在校园网内,都可以登录平台门户网站,根据不同的需要,点击小标题会直接播放相应部分的内容。

3 流媒体综合服务平台的实现

3.1 用户操作平台（门户网站）的功能模块

用户操作平台是用户获取多媒体节目资源的门户,通过统一的门户网站将流媒体综合服务平台包含的多种应用服务集成起来,为用户提供统一的界面,方便用户进行查询、点播、观看直播,如图2所示。门户网站包含以下功能模块：视频点播、录播系统、网络教学等。

3.2 流媒体服务器的配置

采用Real Networks公司的Helix Server作为流服务软件,Helix Producer作为流媒体编码软件,客户端使用real player播放器。包括了视频的管理,视频的制作等功能。

本系统使用的版本是Helix Server9.01,安装时需要输入许可证文件,设置用户名和密码,设置服务器的端口,如RTSP、HTTP、PNA、MMS、管理员等,以上除了HTTP端口外皆在安装时默认端口。

Real Producer是系统中的编码器,可以将各种非流媒体格式的音/视文件转换为流格式,也可以将声卡和视频卡采集到的信息转换为流格式,与Real Server一起能实现网上直播。

3.3 录播系统的实现

录播系统集多媒体技术、网络流媒体技术、人工智能和自动控制技术于一体,将授课电脑VGA信号、老师授课和师生互动场景以及课堂板书等进行智能化的跟踪切换录制,自动生成课程资源。录播系统的建设分为图像系统、声音系统以及控制系统等几方面的综合建设。

图像系统是录播系统建设的基本要素,录播系统采用高性能的录播工作站,配置视频和VGA采集模块,实现教学现场和VGA画面的全面采集。

声音效果是录播课程质量的重要指标,充分研究了授课环境的声学特性,使用全场景自动调音台,配合强指向性话筒吊装设计实现了声音的完美采集,准确还原教学现场声音。

控制系统是整个录播系统的“大脑”,提供专业设计的人体工学录播讲桌,实现简易性和专业性并举,满足各类计算机操作层次的教师操作。

空间网格定位及跟踪技术使得系统跟踪准确、连续、不间断；内置智能的机制和策略,确保系统能够驱动摄像机模仿人工拍摄,丰富录制的手段和效果。这种控制系统使操作更简易,拍摄更专业,应用更流畅。

3.4 网络教学平台的实现

网络教学平台(Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment),简称Moodle。Moodle是面向对象的模块化动态学习环境。它具有内容管理、学习管理和课程管理三大功能,包含论坛、测验、资源、投票、问卷、作业、聊天和博客等模块,并具有大量功能丰富的第三方插件,利用Moodle可迅速而廉价地构建起自主学习平台、远程教育平台、网络课程平台、精品课程平台、思政管理平台、社区教育平台、教学资源库平台和个人知识管理平台等各类高端系统。

Moodle比较容易安装,包含硬件与软件两方面的配置。利用我院现有的设备就能满足它对硬件的要求,使用开源的Apache作为服务器软件。

Moodle作为一款设计先进、应用广泛、功能强大的开源网络教学管理软件,已受到广大教育者的青睐。充分利用这一现代教育技术手段,通过自主搭建Moodle教学管理平台,结合实际教学情况,积极开展网络教学,从而提高学校的教学质量和效率。

3.5 客户端视频显示的实现

客户端是以视频流的方式播放视频文件,并在实现过程中采用了视频流的技术。由于提供了多种视频流,在网络带宽不稳定时可以切换相应的传输方式。

在网络传输过程中应用了UDP协议,将视频文件分割成无数个小的数据包,在播放时以数据包为单位的形式进行下载传输。具体实现过程如图3所示。

UDP是面向无连接的协议,传输的过程运用了异步通信技术。运用UDP的技术实现视频数据传输适应于网络速度比较快的情况。

4 小结

本平台建立在我院校园网络上,系统还在不断的完善过程中,还有许多需要改进的地方。通过一段时间的测试,系统基本满足设计的功能,能够发布相关的媒体。播放画面比较稳定,在校园网内画面流畅。但是,目前还处于测试阶段,在用户比较少、负载比较小的情况下可以正常工作,而稳定性还需要在高负载的情况下进行验证。在本系统通过测试后,可以完成校园网络内部的视频点播等功能,方便师生浏览感兴趣的视频资源,也为将来开通校园新闻、视频会议等功能做好铺垫。

[1] 孙力,钱维莹.流媒体技术与创作[M].北京:中国青年出版社,2002.

[2] 肖磊,陈卓,郑重,等.流媒体技术与应用完全手册[M].北京:清华大学出版社,2003.

[3] 王秋云,俄燕.流媒体技术在远程教育中的应用[J] .电化教育研究,2003,（9）:49-50.

[4] 齐蕾.流媒体技术在校园网中的应用[J].中国科技信息,2005,(12):21.

[5] 钟玉琢,向哲,沈洪.流媒体和视频服务器[M].北京:清华大学出版,2006.