高速移動(dòng)場(chǎng)景下的平穩(wěn)寬帶車載視頻點(diǎn)播系統(tǒng)設(shè)計(jì)

• 視頻

視頻點(diǎn)播系統(tǒng)采用Video標(biāo)簽在頁(yè)面中嵌入視頻播放器，通過(guò)Video.js播放器庫(kù)所提供的HTML/Flash自適應(yīng)播放應(yīng)用[15]，客戶端可以自動(dòng)偵測(cè)當(dāng)前瀏覽器類型。根據(jù)是否支持HTML5標(biāo)簽和Mp4/H.264編碼格式，決定使用Video標(biāo)簽嵌入視頻播放器還是調(diào)用flash程序來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻播放?？蛻舳瞬シ拍Ｊ皆O(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 客戶端播放模式設(shè)計(jì)圖

下面是引入Video播放的部分核心代碼：

1)在頁(yè)面中head區(qū)域引用必要的js文件

2)設(shè)置flash路徑，Video.js會(huì)在不支持HTML5的瀏覽器中使用Flash播放視頻文件：

3)設(shè)置視頻內(nèi)容文件信息，包括路徑信息，播放器支持的視頻格式，以及播放器的窗口大小。其中WebM文件格式主要支持Vorbis音頻編碼和VP8視頻編碼； Ogg文件格式支持Vorbis音頻編碼和Theora視頻編碼。

class="Video-js vjs-default-skin"

controlspreload="none"width="640"height="320"

poster="http://Video-js.zencoder.com/oceans-clip.png"

data-setup="{}">

$filename =$ _GET['filename'];

$string=substr($filename,strrpos($filename,".")+1);

echo"

src='Videos/".$filename."'type='Video/".$string."'

type='Video/ogv' />

srclang="en"label="English">

2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)程序的設(shè)計(jì)

為了更好的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理操作，使用了Mysql數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中專門為系統(tǒng)中的幾類對(duì)象建立了數(shù)據(jù)表，包括影片信息表、用戶信息表、資源分類表、點(diǎn)播統(tǒng)計(jì)表等。影片信息表主要包括如下屬性：存儲(chǔ)影片ID、影片文件名、影片所屬分類、影片描述、上傳時(shí)間、上傳影片名稱、上傳影片大小、文件存儲(chǔ)地址等[16]，其中影片ID是影片在數(shù)據(jù)庫(kù)中的唯一標(biāo)記，通過(guò)該屬性可以檢索到對(duì)應(yīng)的視頻。影片信息表中的關(guān)鍵字段如表1所示。

表1 影片信息表

系統(tǒng)中的每個(gè)頁(yè)面都動(dòng)態(tài)生成，頁(yè)面顯示的內(nèi)容從數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)提取會(huì)導(dǎo)致操作量激增，為了減少連接服務(wù)器、選擇數(shù)據(jù)庫(kù)等重復(fù)性操作，本文定義了一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)類DB_Mysql，將重復(fù)執(zhí)行的程序隱藏在類的內(nèi)部。該類的定義如下：

class DB_Mysql

{

var $Host = "localhost"；//服務(wù)器地址

var $Database = "media"；//數(shù)據(jù)庫(kù)名稱

var $User = "root"； //用戶名

var $Password = ""； //用戶密碼

var $Link_ID = 0； //數(shù)據(jù)庫(kù)連接

var $Query_ID = 0； //查詢結(jié)果

var $Row_Result = array();//結(jié)果組成的數(shù)組

var $Field_Result = array()；//結(jié)果集字段名組成的數(shù)組

var $Affected_Rows； //影響的行數(shù)

var $Rows； //結(jié)果集中記錄行數(shù)

var $Fields； //結(jié)果集中字段個(gè)數(shù)

var $Row_Position = 0； //記錄指針位置索引

function_construct()；//建立服務(wù)器連接

function_destruct()；//取消服務(wù)器連接

Function connect($Database= "",$Host= "",$User = "",$Password = "") ；//數(shù)據(jù)庫(kù)連接

function query($Query_String)；//字符串查詢

function seek($pos)；//數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置搜索

function get_rows_array() ；//行數(shù)結(jié)果的集中記錄

function get_fields_array() ；//字段個(gè)數(shù)結(jié)果的集中記錄

function get_affected_rows() ；//函數(shù)返回前一次Mysql操作所影響的記錄行數(shù)。

function get_rows()； //行數(shù)獲取

function get_fields()； //字段個(gè)數(shù)獲取

function fetch_one_array($sql)；//數(shù)據(jù)以數(shù)字索引方式存儲(chǔ)在數(shù)組中

}

DB_Mysql類是基于Mysql擴(kuò)展函數(shù)庫(kù)封裝得到的[17]，該類中，屬性$Host、$Database、$User、$Password定義了連接 Mysql使用的默認(rèn)參數(shù)；$Row_Result為查詢返回的結(jié)果集組成的數(shù)組；$Field_Result為查詢結(jié)果集中字段名稱組成的數(shù)組；Rows為查詢結(jié)果集的記錄行數(shù)。DB_Mysql類的使用，有利于數(shù)據(jù)庫(kù)與頁(yè)面交互程序的快速執(zhí)行。

2.5 LAMP軟件的移植

嵌入式軟件開發(fā)采用交叉編譯，源文件在宿主機(jī)上編譯，運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上。LAMP軟件的移植，是指在嵌入式平臺(tái)上運(yùn)行交叉編譯后的二進(jìn)制文件的過(guò)程[18]。這里重點(diǎn)說(shuō)明Apache和Php的移植過(guò)程。

1)Apache的移植。

Apache的交叉編譯，需要Apache庫(kù)文件的支持，通過(guò)gcc編譯器生成pc端的Apache可執(zhí)行文件，使用arm-linux-gcc交叉工具鏈對(duì)Apache源文件進(jìn)行編譯。移植流程是在官網(wǎng)上下載Apache源碼，進(jìn)入解壓縮的Apache源文件根目錄進(jìn)行配置：

[heyun@heyun Apache-arm11]./configure CC=arm-linux-gcc--host=arm-linux--prefix=/usr/local/Apache-arm--enable-so--enable-modules=so--with-mpm=prefork ac_cv_file__dev_zero=yes

ac_cv_func_setpgrp_void=yes apr_cv_process_shared_works=yes

apr_cv_mutex_robust_shared=yes apr_cv_tcp_nodelay_with_cork=yes ap_void_ptr_lt_long=no

配置選項(xiàng)中，指明了交叉編譯工具鏈arm-linux-gcc ，生成二進(jìn)制可執(zhí)行代碼的安裝目錄/usr/local/Apache-arm，編譯成動(dòng)態(tài)模塊。配置完成后，會(huì)自動(dòng)將當(dāng)前目錄下configure文件中的CC、LD、AR、NM、RANLIB以及STRIP選項(xiàng)修改為：

CC=arm-linux-gcc

AR=arm-linux-ar

LD=arm-linux-ld

NM=arm-linux-nm

STRIP=arm-linux-strip

RANLIB=arm-linux-ranlib。

配置完成后，執(zhí)行make進(jìn)行編譯。

2)Php的移植。

Php的移植需要Php、libconv、libxml2、zlib等庫(kù)文件的支持[19]。對(duì)于Php編譯，在官網(wǎng)上下載Php-5.2.0源碼后，進(jìn)入解壓縮的Php源文件根目錄進(jìn)行配置：

[heyun@heyun Php-5.2.0]:./configureCC=arm-linux-gcc--host=arm-linux--prefix=/usr/local/Apache-arm11/Php-5.2.0/sapi/Apache/--with-apxs=/usr/local/Apache-arm11/Apache/bin/apxs--enable-pdo=shared--with-zlib --with-iconv

配置選項(xiàng)與Apache類似，不同之處在于Php的編譯指明了依賴庫(kù)文件zlib，libconv。配置完成后，執(zhí)行make進(jìn)行編譯即可。

3)配置Apache支持Php。

由于Apache默認(rèn)支持靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)，不支持Php頁(yè)面，所以Apache與Php各自獨(dú)立編譯完成后，需配置二者的協(xié)同工作[20]。進(jìn)入編譯好的Apache文件中，找到configure文件，主要對(duì)該文件的下述選項(xiàng)進(jìn)行配置：

#登陸服務(wù)器的端口號(hào)與用戶名的設(shè)置

Port 8080

User nobody

Group nobody

#網(wǎng)站根目錄的設(shè)置

DocumentRoot "/sdcard/ShipinDianBo/"

#配置Apache支持Php解析

DirectoryIndex index.html

DirectoryIndex index.Php

DirectoryIndex index.Php3

DirectoryIndex index.phtml

#指定Php解析器的路徑及類型

LoadModule.Php5_module libexec/libPhp5.so

ScriptAlias/cgi-bin/"/usr/local/Apache-arm11/cgi-bin/"

ScriptAlias/Php5/"/usr/local/Apache-arm11/Php/bin/"

AddType application/x-tar.tgz

AddType application/x-httpd-Php.Php3

AddType application/x-httpd-Php.Php

AddType application/x-httpd-Php.phtml

Apache與Php的移植和配置工作全部完成后，啟動(dòng)Apache服務(wù)器，自動(dòng)加載Php解析器，可實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器端頁(yè)面的動(dòng)態(tài)交互。

3 系統(tǒng)測(cè)試

3.1 系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)

系統(tǒng)的嵌入式平臺(tái)搭建了s3c6410為處理器的ARM最小系統(tǒng)，USR-WiFi232-D2模組，固態(tài)硬盤，RS232串口模塊，電源模塊。嵌入式系統(tǒng)采用linux內(nèi)核，使用yaffs文件管理系統(tǒng)[21]，服務(wù)器的運(yùn)行環(huán)境選用LAMP架構(gòu)，客戶端應(yīng)用程序基于移動(dòng)終端而開發(fā)。

程序開發(fā)階段，在pc端使用SecureCRT軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，通過(guò)串口控制嵌入式平臺(tái)，將之前交叉編譯好的LAMP二進(jìn)制文件拷貝到板載固態(tài)硬盤中，在SecureCRT軟件下通過(guò)命令，將二進(jìn)制文件拷貝到linux系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的文件目錄下。USR-WiFi232-D2模組需配置為AP模式，設(shè)置IP地址為：10.100.100.100。最后配置嵌入式系統(tǒng)初始化文件，設(shè)置上電自動(dòng)開啟Apache服務(wù)器程序。

3.2 測(cè)試結(jié)果與分析

嵌入式平臺(tái)與pc連接上后，使用ifconfig命令查看服務(wù)端的IP地址，使用ps命令查看Apache是否正常運(yùn)行，測(cè)試結(jié)果如下：

[root@CHD /]# ifconfig

[root@CHD /]# eth0 Link encap:Ethernet HWaddr 08:90:00:A0:90:90inetaddr:10.100.100.100Bcast:10.255.255.255Mask:255.0.0.0UPBROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1

[root@CHD /]#./Apachectl start

[Fri Sep 29 05:14:37 2000] [alert] httpd: Could not determine the server's fully qualified domain name, using 127.0.0.1 for ServerName

從上面結(jié)果測(cè)試結(jié)果可以看出，配置Apache服務(wù)器時(shí)，將IP地址默認(rèn)設(shè)置為10.100.100.100。使用Apachectl命令啟動(dòng)Apache服務(wù)器，從上面打印的信息可以看出，服務(wù)器正常啟動(dòng)。如圖6所示，Apache啟動(dòng)后默認(rèn)同時(shí)開啟多個(gè)進(jìn)程，多個(gè)用戶同時(shí)訪問(wèn)Apache服務(wù)器，可縮短服務(wù)器的響應(yīng)時(shí)間，給用戶提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)。

圖6 Apache開啟多進(jìn)程

調(diào)試完成后，重新啟動(dòng)嵌入式平臺(tái)，移動(dòng)終端確認(rèn)連接上WiFi信號(hào)后打開瀏覽器，輸入IP地址10.10.100.100，回車即可訪問(wèn)服務(wù)器中的視頻資源。手機(jī)訪問(wèn)服務(wù)器主界面如圖7所示，視頻播放如圖8所示。

圖7 手機(jī)訪問(wèn)服務(wù)器主界面

圖8 視頻播放功能

為了測(cè)試視頻傳輸過(guò)程中的帶寬穩(wěn)定性和用戶觀看視頻的流暢度，將視頻的傳輸速率作為系統(tǒng)性能的核心指標(biāo)[22]。測(cè)試方法是在車載服務(wù)器和手機(jī)終端上分別安裝網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試工具iperf來(lái)對(duì)客戶端和服務(wù)端之間的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率進(jìn)行檢測(cè)，服務(wù)器系統(tǒng)安裝iperf后在終端輸入命令iperf -s開啟服務(wù)端，手機(jī)終端則需要打開iperf輸入命令iperf -c 10.10.100.100-t 60,測(cè)試60 s內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率。如圖9所示為60 s內(nèi)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率與時(shí)間的關(guān)系圖，圖中的虛線為網(wǎng)絡(luò)傳輸速率平均水平線。對(duì)圖中數(shù)據(jù)結(jié)果的分析可知，車載服務(wù)系統(tǒng)所在網(wǎng)絡(luò)的碼流傳輸速率基本穩(wěn)定在35 Mbps到56 Mbps區(qū)間內(nèi)，均值為48.41 Mbps，方差為17.61，離散程度較小，傳輸速率在一段時(shí)間內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。由于流暢播放高清視頻所需要的帶寬至少為4 Mbps，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)帶寬遠(yuǎn)高于播放高清視頻所需的帶寬且系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)較穩(wěn)定，故網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試結(jié)果滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。

圖9 傳輸速率與時(shí)間的關(guān)系圖

根據(jù)列車車廂所限制的空間范圍，測(cè)試其范圍內(nèi)不同位置的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率及其帶寬穩(wěn)定性，將移動(dòng)設(shè)備在距離服務(wù)器的不同位置作為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)測(cè)試點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)測(cè)試點(diǎn)距離車載服務(wù)器1 m至15 m之間網(wǎng)絡(luò)傳輸速率隨距離的變化情況，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖10所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著客戶端與服務(wù)器之間傳輸距離的增大，碼流傳輸速率逐漸減小，變化范圍在18 Mbps到50 Mbps之間?？梢钥吹剑诹熊囓噹试S的最遠(yuǎn)距離下，傳輸速率最小為18.2 Mbps，滿足系統(tǒng)對(duì)于傳輸高清視頻碼流速率的要求，能夠讓用戶在有限空間內(nèi)獲得良好的觀影體驗(yàn)。

圖10 距離與視頻傳輸速率的關(guān)系圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文利用嵌入式硬件的特點(diǎn)，結(jié)合LAMP架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種高速移動(dòng)場(chǎng)景下的平穩(wěn)寬帶車載視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)出了硬件開發(fā)平臺(tái)和應(yīng)用軟件，客戶端與服務(wù)器之間是基于HTTP協(xié)議的B/S模式，服務(wù)器端采用LAMP框架部署網(wǎng)站。最后分別完成了服務(wù)器端和客戶端的工作，實(shí)現(xiàn)了視頻點(diǎn)播功能，經(jīng)測(cè)試硬件平臺(tái)穩(wěn)定可靠且網(wǎng)絡(luò)性能良好，服務(wù)器穩(wěn)定流暢地給用戶提供視頻點(diǎn)播服務(wù)，滿足設(shè)計(jì)需求。在高速移動(dòng)場(chǎng)景下，面對(duì)大量的用戶群如何均衡帶寬負(fù)載，從而提升車載服務(wù)器的服務(wù)能力和網(wǎng)絡(luò)性能，是后期研究的一個(gè)主要方向。