基于校园网的简便视频直播系统实现

颜 磊 祁 冰 王中香

（1.海南大学网络与教育技术中心 海南 570228）

（2.海南工商职业学院 海南 570220）

（3.海南大学网络与教育技术中心 海南 570228）

0 引言

现代教育技术与IT技术的发展获得了前所未有的进步，各个学校的教学模式从单一的多媒体教学向网络化、本地与远程相结合的多模式教学发展，给教与学双方都带来了深远的影响。因此，基于校园网的课堂视频直播系统慢慢成为各个学校进行教学模式改革的一个重要方向。

近几年，随着各个学校校园网应用的普及，网络带宽的增加，学校并不满足只将视频直播系统用于课程教学，其他方面的需要也越来越多。尤其是校园网或部门局域网内的在线视频会议、学术报告、远程教育等需求日益强烈。

采用视频直播的形式，可以突破会议场所、参与人数等的限制，充分利用资源，达到最大的效果。如何在相对有限的资源下，利用现有的校园网以及硬件设施，实现一个简便且实用的视频直播系统是本文研究的重点。

1 学校现有的教育信息化网络环境

海南大学目前有三个校区，相距都比较远。主校区已实现的5条万兆主干运行良好，其他校区都是千兆主干。主校区的万兆为三校区全网万兆主干建设积累经验；主校区已经搭建的IPV6试验平台，并运行情况良好，为全网实现从IPV4到IPV6的转换提供试验基础；主校区的无线校园覆盖项目规划基本完成，并已完成600多个AP接入点建设，为无线网大面积覆盖建设打下基础。教师和学生不仅可以在教室、办公室、礼堂、会议室和宿舍通过有线网轻松连接校园网，而且还可以在教学楼、办公楼和图书馆等学校重点地方实现无线连接，校园网非常完善。

已建立高清数字化自动录播教室一间，引进网络综合教学平台开展了网络辅助教学。学校大部分教室都为多媒体教室，配备网络、电脑、投影、音响等设备。一旦学校的学术报告厅有著名的专家学者做学术报告时，教学区内的任何一间多媒体课室都可以作为分会场观看。同样，学校开三个校区的教师大会时，其他两个校区的教师就不需要来主校区开会，直接在分校区的多媒体教室观看会议视频直播。

2 系统设计总体目标

构建基于校园网的课堂视频直播系统就是要充分利用已有的校园网络资源，建立稳定、安全、可靠、数据流传输流畅、画面清晰的课堂网络直播平台，从而加强海南大学校园网的教学功能，丰富校园网的教学内容，深化教育信息化的建设。本系统的功能应具备以下几点：

(1)校内大型学术讲座现场直播。目前，海南大学经常会请到一些专家和本校的杰出校友来进行学术讲座，随着近几年的招生规模的扩大，学生人数越来越多，每次学术活动时报告厅都是人山人海。想听课的人找个站地方都难以找到。利用了现有的技术实现直播，学生就能舒服地坐在多媒体教室或者自己的宿舍中聆听讲座。这样就有利于提高学术讲座的效率。

(2)主校区教学现场直播。由于学校有三个校区，并且校区之间距离很远，主校区的教师到其他校区上课不能当天去当天回，然而这种方式存在不少弊端，如增加了很大的教学成本，教师由于路途奔波辛苦。如果实现直播，其他校区学习者能实时收看教学活动现场，并通过网络实时与教师进行交互，学习中产生的疑惑能得到实时的解答，课堂气氛浓厚。

(3)会议及大型活动直播。以往学校开干部领导会议的时候，会将两个分校区的领导用专车接到主校区开开会，还要安排一两天的食宿，这样开会的成本很高。现在学校利用视频直播技术对会议进行直播，其他校区的领导干部在各个校区的多媒体教室就可以观看会议，即方便又节约成本。另外，学校每年都会有各种大型活动，如开学典礼、运动会、大型文化节等，由于场地、天气、身体状况等原因，很多教师和学生不能到现场参与活动，也可以通过视频直播系统让他们收看活动的直播。

3 系统构架

根据海南大学的实际情况，本系统将重点介绍如何基于Windows Media Encoder实现对音视频设备采集的数据进行编码，形成微软媒体播放器支持的各种码率文件，并以流的形式推送到流媒体服务器供用户实时收看。本系统构架的基本思想是：成本低，利用现有设备；方便移动；无须多人进行导播；播放器兼容性好，无须安装其他播放器。

3.1 基本构架

本系统考虑到进行直播的访问量不会太大，但是对视频图像的清晰度有较高的要求，所以采用C/S模式就可以。图1是所采用的直播系统结构图。本系统可分为四部分：信号的采集、信号的编码、信号的广播、信号的接收（图1）。

图1 基本构架

（1）信号采集。现场场景通过摄像机来采集音视频。通过USB音视频采集设备把摄像机和录制笔记本联系起来。通过摄像师操作摄像机，采取推、拉、摇、移等动作将音视频记录下来。

（2）信号编码。摄像机采集到的图像和声音都是属于模拟信号。必须转换成数字信号才能在局域网中传输。因此，笔记本上必须安装编码软件才能采集到数字信号的音视频数据。我们一般会选用Windows Media Encoder这个编码软件，因为它是一款免费软件，并使用方便。可以在编码的过程中生成流媒体文件，自动建立服务器。这样我们用一台笔记本就可以做到信号的采集和编码工作，节约了成本。

（3）信号广播。生成的流媒体文件采用广播的方式向局域网中发送。我们会用一台好的服务器来做视频服务器，主要是来实现信号的广播和视频的点播。

（4）信号接收。分会场的接收端，只需打开IE浏览器，在浏览器中输入用来广播的IP地址 即可观看直播内容，无需重新安装播放器，方便易用。

3.2 系统硬件配置

本系统所需主要硬件的具体要求如下表所示：

设备名称 基本参数摄像机索尼 HVR-Z7C。 有效像素数：（16：9）：1037000个像素，（4：3）：778000个像素； 液晶屏尺寸: 3.2英寸； 液晶屏像素: 25.0万； 最大像素数: 112万；光学变焦: 12.0倍； 实际焦距: 32.0-384(16:9),39.5-474(4:3)毫米。USB音视频采集盒宝狮602 DVD Plus视频捕获盒。USB接口视频捕获设备。提供一组S-VIDEO及VIDEO、AUDEO输入端子，可将录像机摄像机的信号输入电脑，支持TWAIN介面，可采集702×576单张画面，支持Microsoft Video for Windows介面，支持多种文件格式：AVI、MPEG 1/2/4、JPG、BMP等。即插即用、无须关机、既可安装。笔记本联想E430。屏幕尺寸：14英寸 1366x768； CPU型号：Intel 酷睿i5 3210M CPU主频：2.5GHz ；内存容量：2GB DDR3 1600MHz ；硬盘容量：500GB 5400转 ；显卡芯片：NVIDIA GeForce GT 操作系统：Windows 7 摄像头：集成摄像头。其他数据线 VGA视频线，音频线等

4 系统实现

我将以直播一次会议实况为例详细介绍使用本系统的实现过程。

4.1 准备工作

准备工作主要包括以下几个方面：

首先，建立流媒体服务器的直播发布点。我们首先要在准备好的流媒体服务器上建立好一个发布点，并将这个发布点的IP地址告诉需要接收的客户端。

其次，准备好进行直播需要的设备，包括音视频采集设备，笔记本电脑，摄像机等其他数据线。并及时检查你进行视频直播的主会场的网络连接，测试网络是否稳定。

最后，对设备进行连接。检查音视频信号的稳定性，采集设备是否正常采集信号，特别是音频信号的稳定性和噪音大小。

4.2 音视频信号的采集

直播现场的音视频信号由摄像机获取．获取后经宝狮602 DVD Plus视频捕获盒的USB数据线连接笔记本。这样摄像机获取到的模拟信号通过宝狮602 DVD Plus视频捕获盒转化为数字信号进入到笔记本中。

4.3 信号编码设置

当数据信号进入到笔记本后，我们需要用专门的数据处理软件来对它进行编码处理。本系统应用了Windows Media Encoder进行编码。这个软件是采用广播模式对音视频数据流进行处理。广播模式主要是指定主机(如本系统中的笔记本)将数据流传播到本地端口，然后远程客户端启动流式处理或从编码器提取内容。此客户端可以是Windows Media Player、Microsoft Silverlight播放器或Windows Media服务器。它允许的最大连接数为50，可用于客户端不多的直播。采用该模式输出数据流的话，媒体服务器创建发布点时必须清楚知道编码机的IP地址和端口。

下面将按步骤介绍直播的编码过程：

首先，新建会话，选择信号采集源。我们打开Windows Media Encoder编码软件，在弹出的新建对话框中选择“广播实况事件”（如图2）。然后在弹出的对话框中选择音视频信号的来源（如图3）。

图2 选择广播实况事件

图3 选择视频信号的来源

其次，广播方式的选择和地址发布。选择好信号采集源后，点击“下一步”。选择“推传递到 Windows Media服务器”。下一步，弹出你需要填写的服务器地址和发布点(如图4)。

图4 选择推传递到Windows Wedia服务器

最后，对视频编码的参数进行设置。我们在对参数进行设置时，可以选择多种视频质量，包括高清晰度质量视频、DVD质量视频、实况广播质量视频等，并且对每种视频质量的比特率、帧速率和输出大小都有多种选择（如图5）。我们一般在实际直播中，根据本校校园网的带宽和发布点数来具体选择自己需要的视频质量及输出大小。

设置完成后，点击“开始编码”，即町以对采集到的音视频信号进行编码，并同时向局域网广播。

客户端收看

客户端接收主机无需特别配置。只需具备安装有Media Player 9．0以上版本即可。打开Media Player播放器，在“打开URL”菜单中输入：“mms://流媒体服务器地址：端口”。在本系统中应输入“mms://125.217.98.21/yl:8080”。经过短时间的缓冲，就可流畅地播放主会场所采集到的信号。利用投影设备，其他客户端就可以顺利观看。

图5 对视频编码的参数设置

5 总结

本视频直播系统是在充分利用现有的校园网及学校现有设备的基础上实现的，避免了重复投资和建设。本系统投入使用一年多后，基本能满足学校各项会议及小型活动需要，能实现一个人进行导播切换、播放器通用、兼容性好的设计思想。并且移动性强，经济实用，方便了主会场的调整。但也有一定的局限性，如我们选择的编码软件是一款免费软件，软件扩展性不强，功能模块简单，不能对其进行作任何改动，并且Windows Media Encoder对连接数有一定的限制，达不到比较理想的效果。

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