校園視頻直播點播系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李念

摘 要：傳統(tǒng)校園視頻直播點播系統(tǒng)主要通過學校管理人員采集電視機頂盒信號、會場攝像機信號和上傳已有視頻源等方式，給全校師生提供視頻服務(wù)。與傳統(tǒng)視頻直播點播系統(tǒng)相比，文章中的視頻直播點播系統(tǒng)優(yōu)化了電視信號源采集、用戶管理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計等內(nèi)容，極大提升了系統(tǒng)運行維護的監(jiān)管能力。

關(guān)鍵詞：電視直播;視頻點播

中圖分類號：TP393.18 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）04-038-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.04.019

隨著信息化建設(shè)的不斷深入發(fā)展，尤其是疫情防控常態(tài)化后，學校召開了大量的線上會議、學術(shù)交流活動和講座。由于會場模式的多樣性、管理的復(fù)雜性、場地的局限性和傳播媒介的單一性等原因，只有部分師生能夠在會場直接參與，而其他師生則不能現(xiàn)場參與體驗和學習交流。

為了提升學校會議精神和學術(shù)活動的影響力，滿足師生參與觀看的需求，針對重要的會議活動，使用視頻直播點播系統(tǒng)進行現(xiàn)場直播，使更多的學生、教工通過線上方式學習觀看，顯得尤為重要。并且，多年來學校積累了許多寶貴的視頻和課件資源，由于沒有統(tǒng)一標準的平臺進行展示而未得到充分利用，因此，師生急需一個資源點播平臺來充分利用這些寶貴的視頻資源。

1 流媒體技術(shù)

流媒體技術(shù)是指將連續(xù)的影像和聲音信息經(jīng)過壓縮處理后放在服務(wù)器，由視頻服務(wù)器向用戶計算機順序或?qū)崟r地傳送各個壓縮包，讓用戶一邊下載一邊觀看、收聽，而無需等整個壓縮文件下載到本地計算機上才可以觀看的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。首先，在本地計算機創(chuàng)建一個緩沖區(qū)，在播放前預(yù)先下載一段數(shù)據(jù)作為緩沖，在網(wǎng)路實際連線速度小于播放速度時，播放程序會取一段緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)進行播放，這樣就可以避免播放內(nèi)容中斷的現(xiàn)象發(fā)生，也使得播放內(nèi)容質(zhì)量得到保證[1]。

2 系統(tǒng)構(gòu)成要素

該系統(tǒng)主要包括發(fā)布管理平臺、編碼模塊、存儲模塊和發(fā)布服務(wù)器，如圖1所示。通過發(fā)布管理平臺接入有線電視、衛(wèi)星電視、現(xiàn)場直播、靜態(tài)視頻文件等視頻源，進行統(tǒng)一的編碼和存儲，再由發(fā)布服務(wù)器將視頻發(fā)布到電腦、手機、平板等終端進行播放觀看，不需要在播放設(shè)備上安裝任何插件。發(fā)布服務(wù)器最多可以支持5 000用戶同時在線播放720P的高清視頻，如果同時在線觀看人數(shù)超過5 000人，可以通過新增發(fā)布服務(wù)器的方式實現(xiàn)觀看人數(shù)的升級。

3 系統(tǒng)設(shè)計難點

近年來，校園視頻服務(wù)成為校園數(shù)字化建設(shè)中必不可少的組成部分。在良好的校園基礎(chǔ)環(huán)境下，如何利用高帶寬的校園網(wǎng)絡(luò)進行豐富多彩的多媒體應(yīng)用，以便更好地服務(wù)于教學和科研，已成為今后校園網(wǎng)建設(shè)的重要任務(wù)。然而開展視頻服務(wù)有兩個關(guān)鍵因素：內(nèi)容和帶寬。如何充分利用校園內(nèi)已有的各種音視頻設(shè)備轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)音視頻流，如何在良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下利用組播技術(shù)節(jié)省寶貴帶寬，是系統(tǒng)設(shè)計需要重點關(guān)注的問題。

3.1 音視頻編解碼技術(shù)

先進壓縮技術(shù)和自適應(yīng)技術(shù)是音視頻信號遠程實時高效傳輸?shù)挠行ПＵ?。為了減輕視頻流給網(wǎng)絡(luò)帶寬的壓力，采用最先進的音視頻編解碼技術(shù)對音視頻信號進行實時編碼，采用音視頻遠程傳輸技術(shù)對編碼后的音視頻數(shù)據(jù)流進行傳輸，不僅有效減少音視頻所占的網(wǎng)絡(luò)帶寬，還能保證音視頻的傳輸質(zhì)量，使音視頻信號更加穩(wěn)定、安全和可靠。

3.2 音視頻傳送技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)帶寬作為音視頻信號遠程實時高效傳輸?shù)钠款i之一，由于網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定性或網(wǎng)絡(luò)帶寬的不足，音視頻信號常常會出現(xiàn)丟包、抖動和花屏現(xiàn)象，甚至會造成信號卡頓和中斷。視頻點播功能能夠?qū)崿F(xiàn)音視頻內(nèi)容的分發(fā)，使用戶盡可能接近音視頻流，在保證音視頻質(zhì)量的前提下避免網(wǎng)絡(luò)帶寬浪費;在廣播模式下，采用組播技術(shù)將音視頻信號發(fā)送給特定用戶組，實現(xiàn)“一次發(fā)送、組內(nèi)直播”，減輕網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力，提高數(shù)據(jù)傳送效率。

3.3 音視頻續(xù)傳技術(shù)

傳統(tǒng)流媒體直播模式下，一旦傳輸網(wǎng)絡(luò)或者編解碼設(shè)備出現(xiàn)問題，隨即就會導(dǎo)致音視頻信號傳輸中斷，直接影響用戶的觀看體驗。為應(yīng)對突發(fā)事故發(fā)生，適應(yīng)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，保障音視頻信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性，采用音視頻續(xù)傳技術(shù)能夠有效保障用戶的觀看效果。在設(shè)置的時間段內(nèi)，音視頻信號流都可以重新連接，保證流媒體信號傳輸?shù)倪B續(xù)性，避免因意外導(dǎo)致現(xiàn)場信號重新采集傳輸，使用戶察覺不到故障情況。

3.4 音視頻負載分擔技術(shù)

音視頻信號采用負載均衡策略，能夠自動識別流媒體服務(wù)器負載情況。當流媒體服務(wù)器壓力過大時，系統(tǒng)會立即啟用新設(shè)備，分擔服務(wù)器的過載壓力。根據(jù)訪問數(shù)量、負載量、響應(yīng)時間等參數(shù)，系統(tǒng)提供整個網(wǎng)絡(luò)體系的負載均衡和各設(shè)備節(jié)點的負載均衡，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的帶寬平衡和用戶數(shù)量機制，滿足直播點播系統(tǒng)的多并發(fā)流業(yè)務(wù)需求，能大幅提高工作人員的指揮調(diào)度能力，保障音視頻信號的穩(wěn)定傳輸[2]。

4 系統(tǒng)設(shè)計目標

4.1 完善系統(tǒng)功能，提高用戶數(shù)量

視頻直播點播系統(tǒng)，可以實現(xiàn)師生數(shù)量不受場地空間大小限制，還可以在活動直播正式開始前進行在線宣傳，擴大活動影響力。直播活動支持聊天室實時互動，在線觀看直播的用戶可以進行交流;考慮到學校的管理需求，支持敏感詞、IP或用戶ID聊天內(nèi)容屏蔽。在直播過程中，系統(tǒng)支持活動內(nèi)容實時錄制，活動結(jié)束后錄制的視頻會上傳到視頻直播點播平臺，用戶可以隨時進行點播觀看。

4.2 優(yōu)化播放效果，降低出口帶寬

視頻直播點播系統(tǒng)電視直播源由北京郵電大學統(tǒng)一推送，實現(xiàn)了電視直播效果最佳化。系統(tǒng)提供超過80個電視頻道的直播，支持多個視頻源接入，包括有線電視源、衛(wèi)星電視源，并且能夠獲取到電視頻道的節(jié)目表信息，為用戶提供全面的觀看體驗。用戶能夠自由選擇時段進行錄屏回放，避免錯過節(jié)目。電視源信號支持IPv4和IPv6傳輸，可以不占用珍貴的IPv4資源。師生通過學校局域網(wǎng)收看電視直播，節(jié)約出口流量和帶寬。

4.3 提高視頻價值，實現(xiàn)教學效果

通過發(fā)布管理平臺上傳視頻資源文件，給視頻打標簽進行分類管理。學?？梢詫⒕氛n程錄像上傳到平臺讓學生觀看，充分利用資源優(yōu)化教學效果，也可以把學校的視頻宣傳材料上傳到平臺供內(nèi)外網(wǎng)用戶觀看，達到宣傳效果。學生還可以通過點播平臺觀看各種大型活動的錄像，不用一傳一地尋找活動視頻。

5 系統(tǒng)實現(xiàn)功能

視頻直播點播系統(tǒng)主要具有電視直播、視頻點播、活動直播等功能。

5.1 電視直播

視頻直播點播系統(tǒng)配合北郵電視源，優(yōu)化電視直播播放效果。系統(tǒng)能夠提供超過80個電視頻道的直播，支持多個視頻源接入，包括有線電視源、衛(wèi)星電視源。電視源信號同時支持IPv4和IPv6，可以不占用珍貴的IPv4帶寬。校內(nèi)用戶收看電視直播走內(nèi)網(wǎng)，可以節(jié)約出口流量。

5.2 視頻點播

用戶在發(fā)布管理平臺上傳視頻資源文件，給視頻打標簽進行分類管理。用戶可以將精品課程錄像上傳到平臺上讓學生觀看，充分利用資源優(yōu)化教學效果，也可以把學校的視頻宣傳材料上傳到平臺給內(nèi)外網(wǎng)用戶觀看，達到宣傳效果。學生還可以通過點播平臺觀看各種大型活動的錄像，不用一傳一地尋找活動視頻。

5.3 活動直播

活動直播能解決學術(shù)講座、學院活動直接參與人數(shù)過少、關(guān)注量低、影響力差的問題。觀眾數(shù)量不受場地空間大小限制，可以在活動直播正式開始前進行在線宣傳，擴大活動影響力?；顒又辈ミ€支持聊天室實時互動功能，在線觀看直播的用戶可以進行互動?？紤]到學校的管理需求，支持敏感詞、IP或用戶ID內(nèi)容屏蔽。

5.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

系統(tǒng)支持用戶、視頻文件、觀看時長等多個維度的統(tǒng)計。觀看用戶數(shù)統(tǒng)計是活動直播過程中實時觀看人數(shù)的統(tǒng)計，能夠幫助用戶了解活動效果。視頻觀看量統(tǒng)計是統(tǒng)計視頻在指定時間段內(nèi)被播放的次數(shù)，通過這個統(tǒng)計數(shù)據(jù)，用戶可以了解學生都喜歡看什么視頻，針對性地提供更多受歡迎的優(yōu)質(zhì)視頻。還支持多維度檢索，可以根據(jù)頻道、用戶IP、用戶所在子網(wǎng)、時間進行檢索，就可以了解不同子網(wǎng)下的用戶都喜歡看什么視頻，什么時候是觀看高峰期，對學校的視頻資源管理提供參考。

5.5 權(quán)限劃分

考慮到學校的管理需求，系統(tǒng)提供用戶權(quán)限劃分功能，支持資源發(fā)布者和系統(tǒng)管理者兩類權(quán)限。資源發(fā)布者只擁有對視頻資源的管理權(quán)限，包括申請直播、發(fā)布視頻文件、查看信息統(tǒng)計以及對觀看和評論的權(quán)限進行管理。系統(tǒng)管理員在資源發(fā)布者權(quán)限的基礎(chǔ)上增加了對直播和視頻資源的審核管理、服務(wù)器管理、前端播放頁面管理和系統(tǒng)用戶管理權(quán)限。

參考文獻

[1] 羅祥遠.流媒體技術(shù)應(yīng)用教程[M].第2版.北京：北京交通大學出版社，2018.

[2] 于雷.校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù)，2014（10）：2385-2387.