一种优化校园VOD系统性能的方案

黄方亮，俞 磊，黄 炎，吴开军

（1.安徽中医药大学 医药信息工程学院，安徽 合肥 230031；2.安徽大学 江淮学院计算机系，安徽合肥 230038；3.上海海洋大学 信息学院，上海 201306）

一种优化校园VOD系统性能的方案

黄方亮1，2，俞 磊1，黄 炎2，吴开军3

（1.安徽中医药大学 医药信息工程学院，安徽 合肥 230031；2.安徽大学 江淮学院计算机系，安徽合肥 230038；3.上海海洋大学 信息学院，上海 201306）

校园网络视频点播（VOD）系统是数字校园建设的重要环节，可提供丰富的数字媒体服务，用以弥补传统教学手段的不足。在以前设计的基于Java的VOD系统的基础上，改进了一些影响服务质量的因素，提出了一种优化校园VOD系统性能的方案并进行实验。结果表明，Ubuntu整合Helix能提高VOD系统的运行效率，使用户有更加流畅的体验，且可推广至实际应用中。

VOD；服务质量；性能优化；Ubuntu；Helix

在多媒体教学服务中，音频和视频服务扮演了最重要的角色，涵盖了视频点播、课件点播、远程教育和视频会议等多种内容［1-3］。校园网络视频点播系统（VOD）是其中之一，可提供内容丰富的新一代数字媒体服务。为此，我们设计了一套基于Java的校园VOD系统，但在运行和维护过程中，发现该系统存在一些问题，其中主要是在大量并发访问情况下，出现卡顿和加载不流畅的现象，影响服务质量。为改善用户体验，提高系统运行效率，更好地为教学生活服务，经多次实验，我们提出了一种优化VOD系统性能的方案并予以实现。

1 系统架构

原有系统的前端、流媒体服务器和后台管理程序均运行在Windows Server平台上，系统逻辑结构如图1所示。

图1 校园网络直播点播系统示意图

系统的业务逻辑是点播管理服务器先通过网络将数字媒体资源上传至媒体资源库，再根据数字媒体资源的不同分类 （如教学课件、学术报告和外文资料等）分别迁移至不同的流媒体服务器加载点。EPG（Electrnic Program Guide）服务器上运行的程序负责将点播管理服务器上传的资源展示成portal界面，供终端用户点播观看。直播专用服务器负责通过专用视频采集卡将电视直播信号采集成sdp格式的流媒体文件，并存储在流媒体服务器相关的加载点下。考虑到并发量较大时访问服务器的压力问题，采用负载均衡技术将系统架设在两台流媒体服务器上。

校园VOD系统共需10台服务器，即3台直播专用服务器、2台流媒体服务器、1台EPG电子节目单专用服务器、1台后台管理服务器、2台存储服务器和1台媒资管理服务器。直播专用服务器配置Intel（R）Xeon 3070CPU及MM400采集卡，负责采集电视信号；流媒体服务器负责将媒体资源库中的资源转换成流式传输方式，其中1台用作负载均衡；EPG专用服务器配置Intel（R） Xeon E5420CPU及 FT TX4650磁盘阵列，负责将相关资源信息展示在portal页面；后台管理服务器配置Intel（R） Xeon E5420CPU及 FT TX4650磁盘阵列，安装支撑数据库及核心管理系统；存储服务器采用华为系列存储设备，主要存储媒体资源，容量达25 TB；媒资管理服务器配置Intel（R） Xeon E5420CPU及 FT TX4650磁盘阵列，提供媒体资源检索功能。图2为校园直播点播系统的portal页面。

图2 校园直播点播系统portal页面

2 存在的问题

校园直播点播系统使用的是Helix Server流媒体服务器，允许的最大用户连接数是500个，在试运行阶段没有出现同时在线用户数超过500的情况。Helix Server所在的服务器使用的是Windows Server 2003操作系统，由于Windows系统固有的性能缺陷等原因［4-5］，用户在观看节目时经常会出现节目缓冲时间较长，观看过程中通信不流畅等现象，如图3所示。这已经成为制约校园直播点播系统性能的瓶颈。

图3 观看节目过程中通信不流畅现象

3 解决方案与实现

解决上述问题的方法除了增加硬件投入外，还可采用优化流媒体服务器性能的方式。在原有技术和经验的基础上，我们通过大量实验，设计出一种优化校园网络直播点播系统性能的方案，即在Ubuntu系统下整合Helix Server来提高流媒体服务器的性能。

3.1 相关技术

3.1.1 Ubuntu

Ubuntu是一个以桌面应用为主的Linux操作系统。它以Debian发行版和GNOME桌面环境为基础，目标是为一般用户提供一个最新的、稳定的、主要由自由软件构建而成的操作系统。Ubuntu具有庞大的社区力量，用户可以方便地从社区获得帮助［6-7］。目前，其最新的版本是Ubuntu 14.10，本方案采用的是Ubuntu 9.04 Server。

3.1.2 流媒体技术

在传统模式下，网络中的音视频等信息一般都采用完全下载后再播放的方式，但有时下载的时间可能需数分钟甚至数小时，影响了用户的体验，降低了系统的服务质量（QoS）；而若采用流媒体技术，则可实现流式传输，即将多媒体信息由服务器向用户进行连续的、不间断的传送，用户只需等待几秒到十几秒的启动延时便可进行观看，而不必等到文件全部下载完毕。相比较传统模式，流式传输大大缩短了用户观看多媒体信息的等待时间，提高了QoS。当多媒体信息在客户端播放时，文件的剩余部分还会从服务器上继续下载，即实现“边播放边下载”［8-9］。

目前，采用流媒体技术的音视频文件主要有三大“流派”，分别是微软的ASF（Advanced Stream Format）、RealNetworks公司的RealMedia和苹果公司的QuickTime［10］。

本文中，校园VOD系统中提供的流媒体文件格式是rm和rmvb格式，而支持这些格式的流媒体服务器便是Helix Server。本文采用的优化方案是HelixServer11_Linux版本。

3.2 方案设计与分析

3.2.1 流媒体服务器的安装和启动

旧版服务器操作系统升级为Ubuntu 9.04 Server版后，会将相关流媒体服务器软件和VOD项目源文件放置于相应的目录下待安装和部署。具体安装和部署过程如下。

1）安装过程。先解压HelixServer11_Linux文件（运行#tar-zxvf setup.tar.gz），再执行安装命令：

# chmod a+x helix-server-retail-11.01-rhel4-setup.bin

#./ helix-server-retail-11.01-rhel4-setup.bin然后按照提示信息操作，完成安装过程。

2）启动服务器。执行如下命令：

#cd Bin

#./rmserver ../rmserver.cfg

3）服务器管理配置。启动Mozilla浏览器，在地址栏中按“服务器IP：管理员登录端口号/admin/index. html”的形式输入地址，在出现的页面中输入用户名和密码，进入服务器配置界面。如图4所示。

图4 服务器管理配置界面

3.2.2 流媒体服务器的配置

流媒体服务器的具体配置过程如下。

1）绑定服务器IP地址。进入“服务器设置”→“IP绑定”，点击IP 地址右边的“+”号，在“编辑IP地址”下方输入要绑定服务器的IP地址，点击“应用”→“重启后修改”。

2）新建挂载点。先修改默认的挂载根目录，进入“服务器设置”→“挂载点”，点击“Helix Content”，将“基本路径”的信息修改为多媒体文件存放的完整路径，则客户端访问方式为“rtsp://服务器IP/文件名”（如rtsp://192.168.1.200/test1.rm）；然后新建挂载点，点击“挂载点描述”后面的“+”，在“挂载点”中填写相应信息，如“/film/”，以便客户端访问；最后将“基本路径”内容设置为多媒体文件存放的完整路径，如“/mnt/dos/ vod”，则客户端访问方式为“rtsp://服务器IP/挂载点/文件名”（如rtsp://192.168.1.200/film/test1.rm）。这里，rtsp为Helix支持的流媒体传输协议。

完成以上操作后，基本设置已完成。在使用中，可以根据需要设置流量限制、IP地址限制、控制访问用户和组及客户端连接数等内容。

3.2.3 特别设置

因为校园直播点播系统中的媒体资源库是两台存储服务器，而不是某一台服务器上具体的硬盘，即本机需将存储服务器通过网络挂载，使其相当于网络硬盘，所以在Ubuntu系统下需按下列步骤挂载网络硬盘：1）在主文件夹下建立一个名为video的文件夹；2）在终端用超级用户运行如下命令：

#mount/172.18.11.41/vediohome/huangfl1116/

video-o username=hfl，password=ahhfl，dmask=777，fmask=777

3）进入Ubuntu系统中主文件夹下的video文件夹，这里存放的就是存储服务器上的文件。

3.3 实验过程及结果分析

上述操作完成后，使用某一终端A通过URL（rtsp: //202.121.65.70:5556/test/danshiju/01.rmvb）打开RealPlayer播放器。

在相同网络环境和硬件配置的条件下，使用另一终端B通过URL（rtsp://stream.shou.edu.cn:5556/dsj/01. rmvb）打开RealPlayer播放器。这里需要保证两台终端同时播放同一个流媒体视频。

记录各视频从点击播放按钮到正式播放画面出现的时间T1、整个视频文件缓冲完成的时间T2、播放过程中出现通信终端的次数N等信息，如表1所示。

表1 实验结果统计表

在相同条件下打开不同的视频文件，通过使用多次测量取平均值的方法统计发现，其结果与表2所得结果基本一致，即在Ubuntu系统下整合Helix Server与Windows Server系统下部署Helix Server服务器相比，前者的性能在相同条件下比后者提高30%左右。

4 结束语

校园VOD系统利用先进的视频通信技术，综合了网络通信技术、多媒体技术和电视技术，使网络视频的播放水平高于有线电视的水平，系统通过先进的管理方式和技术手段，为用户提供交互式的按需收看体验。我们通过对影响系统性能的因素进行分析和综合，提出了一种优化校园VOD系统性能的方案，并将其应用于上海海洋大学校园网络直播点播系统中，实验结果与既定方案相符合。

［1］ 王菁菁，林琛，陈珂，等.基于MapReduce的Flash P2P VoD系统异常监测［J］.厦门大学学报（自然科学版），2013（4）：459-465.

［2］ 葛丽萍，郑宏，林璐.基于高校校园网的视频点播系统的设计［J］.辽宁师专学报（自然科学版），2013（1）：38-41.

［3］ 张鹏.基于Red5的视频监控系统的研究与实现［D］.北京:北京邮电大学，2012.

［4］ 许芳芳.用Ubuntu系统搭建Moodle平台［J］.中国教育技术装备，2014（13）：24-25.

［5］ 李洪，陈耀武.视频监控系统中的VOD 负载均衡改进算法［J］.计算机工程，2014（11）：242-244.

［6］ 刘治文.弹性波透地通信系统嵌入式终端的设计与实现［D］.青岛：山东科技大学，2012.

［7］ 和振华，田野.一种依赖社会网络的P2P视频点播推荐机制［J］.小型微型计算机系统，2013（2）：229-232.

［8］ 朱洪波.企业多媒体服务质检系统的研发与应用［D］.上海：华东师范大学，2006.

［9］ 钱琛，陈耀武.嵌入式VOD码流传输同步优化方案［J］.计算机工程，2012（18）：268-272.

［10］ 邓光青，危婷，陈常嘉，等.P2P视频点播系统的服务质量模型［J］.北京邮电大学学报，2012（2）：72-76.

【责任编辑 梅欣丽】

A Scheme to Optimizing Campus VOD System Performance

HUANG Fangliang1，2， YU Lei1， HUANG Yan2， WU Kaijun3
（1. School of Medical Information Technology， Anhui University of Chinese Medicine， Hefei 230031，China； 2. Department of Computer Science and Electronic Technology， Jianghuai College of Anhui University， Hefei 230038，China； 3. School of Information Technology， Shanghai Ocean University， Shanghai 201306，China）

Campus network video on demand system（VOD） is an important part of digital campus construction， and it can make up for the shortage of traditional teaching methods and provide varieties of digital media services. A set of VOD system based on Java platform has been improved during the period of the research， and some factors that influence the quality of service have also been found in the phase of operation and maintenance. So an optimized scheme of campus VOD system performance has been proposed and realized by experiment. The results show that the integration of Ubuntu and Helix can improve the efficiency of VOD system， and the scheme can be generalized in practice.

VOD； QoS； performance optimization； Ubuntu； Helix

TP317

A

2095-7726（2015）03-0020-04

2015-01-01

安徽省高等学校省级自然科学研究项目（KJ2013B015）；情感计算与先进智能机器安徽省重点实验室开放基金项目（ACAIM150101）；安徽中医药大学科研基金项目（2014zr021，2015rw006）

黄方亮（1986-），男，安徽含山人，硕士，研究方向：数字媒体和软件工程。