網(wǎng)絡(luò)教學平臺中視頻點播系統(tǒng)的設(shè)計

劉申菊　田　丹

[摘要]視頻點播是計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、多媒體技術(shù)、電視技術(shù)等多學科多領(lǐng)域融合交叉的產(chǎn)物，網(wǎng)絡(luò)教學平臺中視頻點播系統(tǒng)的引入，可實現(xiàn)教師授課視頻的上傳及點播，已成為網(wǎng)絡(luò)教學平臺的重要功能之一。通過對視頻點播系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)指標的分析，闡述網(wǎng)絡(luò)教學平臺中視頻點播系統(tǒng)的設(shè)計方案，主要包括系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、視頻服務(wù)器設(shè)計、存儲結(jié)構(gòu)設(shè)計等內(nèi)容。

[關(guān)鍵詞]網(wǎng)絡(luò)教學 視頻點播 服務(wù)器

中圖分類號：TP3文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0220038－01

近幾年來，網(wǎng)絡(luò)教學平臺的建立已經(jīng)成為實施網(wǎng)上教育的技術(shù)基礎(chǔ)。建立起具有互動性強、教學個性化、教學資源共享、多媒體數(shù)字教學等特點的網(wǎng)絡(luò)教學平臺，才能夠在現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上利用教學平臺提供的各種功能，開展和實施網(wǎng)上教育。而網(wǎng)絡(luò)教學平臺中視頻點播系統(tǒng)的引入，打破了傳統(tǒng)教學工作中，教師在有限的時間內(nèi)無法反復的對某一部分的課程進行說明，而學生在課后也無法對課程內(nèi)容進行回顧的常規(guī)，將老師的授課視頻上傳上網(wǎng)，通過提供視頻點播，使學生能更深入的理解課上所學知識，因此視頻點播系統(tǒng)也成為了網(wǎng)絡(luò)教學平臺的重要功能之一。

一、視頻點播系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)指標

目前VOD系統(tǒng)都能支持多種視頻音頻數(shù)據(jù)格式，多媒體信息量非常大。此外VOD系統(tǒng)必須是一個實時系統(tǒng)，要求視頻音頻數(shù)據(jù)以實時數(shù)據(jù)流形式傳輸。因此，要支持多個并發(fā)用戶的多種流格式點播請求，必須要認真考察網(wǎng)絡(luò)帶寬、I/O帶寬、服務(wù)損失率等關(guān)鍵技術(shù)指標，才能確保所設(shè)計的VOD系統(tǒng)有效、經(jīng)濟、實用。

（一）網(wǎng)絡(luò)帶寬。校園網(wǎng)大多以TCP/IP方式組網(wǎng)，其網(wǎng)絡(luò)帶寬是指網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的吞吐量。VOD系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)帶寬是指桌面系統(tǒng)與服務(wù)器連接時通過網(wǎng)絡(luò)傳輸多媒體數(shù)據(jù)的吞吐量，表現(xiàn)在客戶端的VOD網(wǎng)絡(luò)帶寬為所點播音頻視頻流的帶寬，表現(xiàn)在服務(wù)器端的VOD網(wǎng)絡(luò)帶寬為多用戶并發(fā)點播音頻視頻流的帶寬迭加。如百兆網(wǎng)絡(luò)最多只能滿足50-60個用戶同時點播VOD，這就是受服務(wù)器端的網(wǎng)絡(luò)帶寬瓶頸限制的結(jié)果。

（二）I/O帶寬。I/O帶寬是指服務(wù)器與I/O設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)的吞吐量。由于VOD系統(tǒng)多媒體數(shù)據(jù)流經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)匯聚在服務(wù)器端，因此VOD系統(tǒng)I/O帶寬主要考察服務(wù)器與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)吞吐能力，一般是指服務(wù)器與大容量存儲設(shè)備之間的帶寬，設(shè)計時更多考慮的是IDE硬盤、SCSI硬盤、RAID系統(tǒng)、SAN系統(tǒng)等外設(shè)的接口數(shù)據(jù)傳輸帶寬。

（三）服務(wù)損失率。從用戶角度出發(fā)，要考察VOD服務(wù)損失率指標，是指當用戶申請音視頻服務(wù)時，他被拒絕的可能性有多大。在設(shè)計過程中，使VOD系統(tǒng)整體性能價格比達到最優(yōu)的同時，應盡量降低VOD系統(tǒng)的服務(wù)損失率。

二、網(wǎng)絡(luò)教學平臺中視頻點播系統(tǒng)的設(shè)計方案

（一）系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)教學平臺中視頻點播系統(tǒng)設(shè)置了四層軟件體系結(jié)構(gòu)來支持流媒體應用，具體包括通信接口層、網(wǎng)絡(luò)抽象層、資源管理層和媒體播放層。

通信接口層負責確定通信方式是采用基于TCP協(xié)議還是基于建立在UDP協(xié)議的NAT穿透方式基礎(chǔ)上的TCP over UDP協(xié)議，創(chuàng)建和解析XML格式消息等；網(wǎng)絡(luò)抽象層負責加入P2P網(wǎng)絡(luò)和維護節(jié)點路由信息，確定數(shù)據(jù)請求策略和轉(zhuǎn)發(fā)策略；資源管理層負責對接收到的數(shù)據(jù)進行緩存、組包，并且作為服務(wù)器，把流數(shù)據(jù)發(fā)送到媒體播放層和其他節(jié)點；媒體播放層則負責對節(jié)點收到的流媒體數(shù)據(jù)進行播放，它并不關(guān)心流媒體數(shù)據(jù)的來源。

（二）視頻服務(wù)器的設(shè)計。視頻服務(wù)器是VOD系統(tǒng)中最關(guān)鍵的組成部分，主要負責視頻資源的存儲播放，并支持VCR操作，其工作能力極大的影響著VOD系統(tǒng)的服務(wù)能力和服務(wù)質(zhì)量。

1．服務(wù)器的硬件設(shè)計。服務(wù)器負載比客戶端大的多，所以硬件要求也較高。一般情況下，流媒體服務(wù)器端涉及的硬件包括：（1）視頻源，如DVD-RAM光盤庫、攝像機、電視機等可以提供視頻內(nèi)容的設(shè)備；（2）編碼器，如流媒體采集卡和采集、編碼一體化的設(shè)備；（3）流媒體服務(wù)器，一般采用專用的視頻服務(wù)器，它可以處理大量并發(fā)流。

視頻服務(wù)器和普通的服務(wù)器有一些相同的特點，如它們都是網(wǎng)絡(luò)的中心設(shè)備，并且需要為節(jié)點提供服務(wù)，但是視頻服務(wù)器在視頻應用方面做了專門的改進，最為顯著的就是它引入了專有的體系結(jié)構(gòu)，這種體系結(jié)構(gòu)存儲量大，并且支持多種大容量存儲設(shè)備，這樣就滿足了視頻數(shù)量巨大的這一特點的要求；采用高速的SCSI硬盤和SCSI接口或者光纖接口連接在線存儲器，而并非是普通服務(wù)器使用的IDE存儲器和IDE接口，這就適應了流媒體數(shù)據(jù)的處理要求實時性很強的特點；采用專門設(shè)計的I/O系統(tǒng)連接視頻處理的專門設(shè)備，從而得到了視頻服務(wù)領(lǐng)域大規(guī)模并行服務(wù)。

2．服務(wù)器的功能描述。服務(wù)器作為P2P網(wǎng)絡(luò)超級節(jié)點，它具有以下功能：（1）網(wǎng)絡(luò)管理：監(jiān)視節(jié)點的運行狀況，顯示網(wǎng)絡(luò)狀況，節(jié)點統(tǒng)計等；（2）資源管理：存放媒體文件，為節(jié)點提供流媒體資源的檢索和定位，文件點播次數(shù)統(tǒng)計等；（3）用戶管理：維護所有節(jié)點的狀態(tài)信息，幫助節(jié)點加入P2P網(wǎng)絡(luò)，協(xié)助節(jié)點實現(xiàn)基于UDP協(xié)議穿透NAT的相互通信；（4）流媒體服務(wù)器：向系統(tǒng)的少數(shù)節(jié)點提供流媒體服務(wù)。

（三）存儲結(jié)構(gòu)的設(shè)計。存儲結(jié)構(gòu)是指VOD系統(tǒng)存儲視頻文件的物理或邏輯組織形式。在傳統(tǒng)VOD系統(tǒng)中，存儲系統(tǒng)大多采用由SCSI硬盤組成的大容量系統(tǒng)，也有采用更昂貴的RAID、SAN系統(tǒng)，這樣的VOD系統(tǒng)存儲成本占服務(wù)器相當大比重，一般在50%-75%以上。因此，尋找性能價格比較好的低價位存儲體，是突破VOD視頻服務(wù)器低價位的關(guān)鍵。

SQL SERVER2000數(shù)據(jù)庫引擎提供了集成的XML支持，增強了在WEB開發(fā)中的可用性，所以它是一個理想的數(shù)據(jù)庫軟件。

根據(jù)系統(tǒng)功能要求，數(shù)據(jù)庫中需要三種表：

1．文件表，用于描述服務(wù)器中存儲的流媒體文件信息。

2．節(jié)點信息表，用于維護當前正在點播某一特定文件的客戶端信息。

3．延遲劃分表，用于描述客戶端到服務(wù)器的延遲，這在一定意義上說明了它們之間的物理距離。

（四）客戶端的設(shè)計。軟件客戶端作為P2P網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，它同時具有Client功能和Server的部分功能：

1．網(wǎng)絡(luò)管理，主要包括登錄服務(wù)器，加入P2P網(wǎng)絡(luò)以及維護路由信息。

2．流媒體服務(wù)，用于管理己下載的媒體節(jié)目文件信息，還可以作為其它節(jié)點的流媒體服務(wù)器提供流媒體服務(wù)。

3．數(shù)據(jù)請求管理，以特定的數(shù)據(jù)請求算法向其他節(jié)點請求數(shù)據(jù)，對接收到的流媒體數(shù)據(jù)進行重排序。

4．媒體播放，采用媒體播放器的控件實現(xiàn)節(jié)目播放。

三、總結(jié)

在我國，視頻點播系統(tǒng)作為信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的產(chǎn)物，正逐漸成為一項廣泛的行業(yè)應用。而在網(wǎng)絡(luò)教學平臺中使用視頻點播系統(tǒng)，能幫助學校提高教學現(xiàn)代化、科技化水平，充分顯示學校形象與檔次，增加學校特色教學項目種類，有助于學校在教學中獨樹一幟，獲得師生和家長的青睞，并可為學校帶來直接顯著的教與學的質(zhì)量提高。