于雷

摘要：在分析校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)的需求基礎(chǔ)上，進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，闡述了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：會(huì)議直播；視頻會(huì)議；遠(yuǎn)程視頻；視頻點(diǎn)播；視頻直播

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）10-2385-03

Abstract： Based on the analysis on demand of Campus Network Live System， the network broadcast system design is carried on， and finally the key technology to achieve the final system is explained.

Key words： conference live；video conferencing；remote video；video-on-demand；video broadcast

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和Internet的日新月異， 面向廣大師生提供以流媒體為主的網(wǎng)上現(xiàn)場直播服務(wù)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)階段走向了實(shí)用階段，直播技術(shù)因良好的人機(jī)交互性和流媒體傳輸技術(shù)倍受教育行業(yè)青睞，IP網(wǎng)絡(luò)，例如局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)，將課堂內(nèi)容直播出去，課堂內(nèi)容包括視頻、音頻以及計(jì)算機(jī)屏幕內(nèi)容，客戶端通過IE瀏覽器收看直播課堂內(nèi)容，同時(shí)，也可以把課堂情景進(jìn)行實(shí)時(shí)錄制，通過視頻點(diǎn)播系統(tǒng)，讓更多的學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)，方便了學(xué)生的學(xué)習(xí)，提高了教學(xué)效果。基于此，根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)的發(fā)展情況，以及各學(xué)校對(duì)網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)的需求，提出了一套具有針對(duì)性的校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)直播解決方案。

1 需求分析

經(jīng)過深入的調(diào)研，結(jié)合學(xué)校的具體情況，確定了校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)的需求如下：

1）系統(tǒng)應(yīng)有專門的直播服務(wù)器配合采集卡可以對(duì)攝像機(jī)信號(hào)，有線電視信號(hào)，衛(wèi)星信號(hào)采集，通過廣播可以對(duì)局域網(wǎng)用戶進(jìn)行現(xiàn)場直播；也可以通過機(jī)器本身的文件，對(duì)文件進(jìn)行直播；亦可通過系統(tǒng)自帶的轉(zhuǎn)播服務(wù)器進(jìn)行局域網(wǎng)到廣域網(wǎng)再到局域網(wǎng)的視頻直播，系統(tǒng)在直播的同時(shí)也實(shí)時(shí)將直播信號(hào)保存下來。

2）系統(tǒng)具有負(fù)載均衡功能可以無限擴(kuò)展直播路數(shù)，在直播的同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行壓縮轉(zhuǎn)碼以節(jié)省帶寬，應(yīng)兼容多種媒體格式，可與現(xiàn)有的硬件視頻會(huì)議系統(tǒng)相結(jié)合，能夠?qū)⒂布曨l會(huì)議錄制的內(nèi)容直播和轉(zhuǎn)播出去，亦能通過視頻采集卡采集視頻會(huì)議中的信號(hào)，進(jìn)而進(jìn)行直播和轉(zhuǎn)播。

3）系統(tǒng)采用局域網(wǎng)多播廣域網(wǎng)單播結(jié)合轉(zhuǎn)播服務(wù)器可以使用有限的帶寬來滿足遠(yuǎn)程教學(xué)點(diǎn)的直播需要，并且操作簡單無需專人維護(hù)。

4）流媒體直播系統(tǒng)能夠提供高并發(fā)流的視頻直播服務(wù)，系統(tǒng)應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)的B/S架構(gòu)，客戶端可通過瀏覽器進(jìn)行操作，并且直播流可以根據(jù)需求的增加而隨時(shí)擴(kuò)展。

5）系統(tǒng)應(yīng)支持直播和點(diǎn)播，可以根據(jù)學(xué)校的帶寬和具體需求進(jìn)行無縫擴(kuò)展。

6）具有網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)的功能，VOD系統(tǒng)可將學(xué)校自己錄制的各種教學(xué)影片通過強(qiáng)制流技術(shù)為用戶提供直播和點(diǎn)播服務(wù)，并能輕松接駁攝像機(jī)、攝像頭、監(jiān)控機(jī)、有線電視等信號(hào)輸出設(shè)備，用戶和選擇直播或錄播。

7）支持多路直播（網(wǎng)絡(luò)電視臺(tái)），能進(jìn)行7*24小時(shí)手動(dòng)或自動(dòng)定時(shí)直播，系統(tǒng)還可對(duì)衛(wèi)星/有線電視節(jié)目（如CCTV體育臺(tái)、中央臺(tái)、新聞臺(tái)等），進(jìn)行直播；也可對(duì)某些現(xiàn)場授課、會(huì)議、比賽等場景進(jìn)行直播，系統(tǒng)在進(jìn)行某些直播的同時(shí)可按需要將節(jié)目進(jìn)行定時(shí)錄制，錄制后的節(jié)目可自動(dòng)發(fā)布到VOD系統(tǒng)平臺(tái)中供用戶進(jìn)行點(diǎn)播學(xué)習(xí)。

8）視頻點(diǎn)播系統(tǒng)支持預(yù)緩沖技術(shù)，保證在用戶斷線后（30秒內(nèi)）網(wǎng)絡(luò)接通，視頻點(diǎn)播信號(hào)將不會(huì)中斷。

9）系統(tǒng)應(yīng)支持用戶在線注冊(cè)，對(duì)不同用戶設(shè)置不同權(quán)限，確保用安全，按照IP段時(shí)間段對(duì)用戶點(diǎn)播節(jié)目進(jìn)行控制。

10）充分的考慮老師在教學(xué)中的需要，應(yīng)具備多種教學(xué)輔助功能，如：學(xué)生在觀看視頻教學(xué)的同時(shí)，亦可即時(shí)與教師進(jìn)行在線交流。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 方案概述

網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)解決方案是一項(xiàng)涉及多種硬件和軟件的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成項(xiàng)目，針對(duì)上述的實(shí)際需求，網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)能夠在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)以下功能模塊：

1）直播模塊：網(wǎng)絡(luò)直播軟件可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)音視頻直播服務(wù)，音視頻直播主要將有線電視、衛(wèi)星電視或活動(dòng)現(xiàn)場進(jìn)行直播，系統(tǒng)支持多路并發(fā)直播，并能夠支持定時(shí)錄播及自動(dòng)發(fā)布；直播子系統(tǒng)功能包括：直播信號(hào)實(shí)時(shí)采集壓縮，錄播管理，頻道管理，節(jié)目管理，多碼流管理，公告插播和用戶認(rèn)證。

2）點(diǎn)播模塊：從專業(yè)視頻服務(wù)器向客戶端傳送多路、并發(fā)的音視頻節(jié)目、課件節(jié)目等，終端用戶可交互地選擇播放音視頻節(jié)目，并可對(duì)音視頻節(jié)目實(shí)現(xiàn)播放、暫停、停止、跳躍等功能，支持對(duì)現(xiàn)有各種媒體格式節(jié)目的點(diǎn)播。點(diǎn)播子系統(tǒng)功能包括，頻道管理，節(jié)目源管理，視音頻信息發(fā)布，點(diǎn)播控制，用戶認(rèn)證，公告插播和報(bào)表統(tǒng)計(jì)。

2.2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

系統(tǒng)整體分為兩大模塊，“直播系統(tǒng)”和“視頻點(diǎn)播”平臺(tái)，在兩大組成部分之下，系統(tǒng)又分別通過各個(gè)子模塊來充分響應(yīng)用戶的需求。分別為：“直播、直播轉(zhuǎn)發(fā)、錄制自動(dòng)發(fā)布”功能?！耙曨l點(diǎn)播”系統(tǒng)包括“資源點(diǎn)播”、“資源編目”、“遠(yuǎn)程上傳”子系統(tǒng)，以下為整體系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖：

3 模塊設(shè)計(jì)

3.1 軟件開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)軟件采用完全基于標(biāo)準(zhǔn)的B/S模式，在Windows Server 2003+IIS6.0應(yīng)用平臺(tái)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用SQL SERVER 大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，服務(wù)器開發(fā)工具采用微軟ASP.Net開發(fā)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)視頻文件的在線點(diǎn)播及管理員的后臺(tái)操作。視頻文件及用戶信息的存取選用SQL SERVER 2008數(shù)據(jù)庫，在程序中設(shè)置搜索、最近更新及點(diǎn)擊排行等功能以給用戶提供更完善的服務(wù)。代碼編寫用Java語言實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還用到ActiveX、Visual Stiduo、VB6.0、 HTML和XML等制作網(wǎng)站的常用工具軟件。設(shè)計(jì)成的系統(tǒng)使用通用的服務(wù)器配置，在網(wǎng)絡(luò)上用符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的視頻采集卡采集節(jié)目源，自動(dòng)壓縮編碼生成一系列支持WMV、RM標(biāo)準(zhǔn)格式和多種碼流速率的流媒體文件，通過HTTP和RSTP協(xié)議向客戶層提供結(jié)果。在通用的網(wǎng)絡(luò)上利用流傳輸技術(shù)，用同一網(wǎng)站系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)目源的點(diǎn)播、直播和廣播與系統(tǒng)后臺(tái)管理于一體的流媒體信息服務(wù)與管理系統(tǒng)。

3.2 視頻直播模塊設(shè)計(jì)

工作人員通過系統(tǒng)直播平臺(tái)，以采集卡、攝像機(jī)、麥克風(fēng)相配合在所需要的場景，如：會(huì)議現(xiàn)場、比賽現(xiàn)場、授課現(xiàn)場、重大表演現(xiàn)場直接進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)直播，供不在場人員進(jìn)行觀看。并可在直播的同時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場錄制，錄制完成后通過遠(yuǎn)程上傳工具發(fā)布到點(diǎn)播平臺(tái)供今后觀看學(xué)習(xí)。視頻直播業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

用戶使用IE瀏覽器登陸系統(tǒng)后，首先對(duì)用戶的合法性進(jìn)行驗(yàn)證，非法用戶將無法進(jìn)入系統(tǒng)，合法用戶將進(jìn)入直播節(jié)目列表界面，用戶選擇直播節(jié)目頻道后，系統(tǒng)檢查客戶端是否安裝有相應(yīng)的播放器，若沒有安裝有相應(yīng)播放器，則需要下載安裝相應(yīng)播放器（RealPlayer、MediaPlayer等，），然后使用播放器進(jìn)行節(jié)目播放。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 基于Web的編解碼技術(shù)

視頻實(shí)時(shí)傳輸要求視頻的高效壓縮和能夠適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)中的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸，為了減輕視頻流量壓力，采用最先進(jìn)的MPEG-4圖像編解碼技術(shù)對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)編碼壓縮，再利用實(shí)時(shí)流媒體傳輸技術(shù)對(duì)編碼后的MPEG-4數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸，既縮減了視頻所占的帶寬，又保證了圖像的質(zhì)量，使得直播平臺(tái)更加的穩(wěn)定和高效。

4.2流媒體傳送技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)帶寬依然是大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)流媒體交互應(yīng)用的瓶頸，由于網(wǎng)絡(luò)帶寬不足或者帶寬不穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)帶寬的實(shí)時(shí)穩(wěn)定性根本無法得到保證，導(dǎo)致編解碼壓縮后的音頻信息可能無法完整的傳輸給接收方，或造成通信中斷，更有甚者，常會(huì)因?yàn)橐纛l傳遞質(zhì)量差而導(dǎo)致信息的接收方誤判傳遞信息，從而造成更大損失，基于此，點(diǎn)播接收方式下，系統(tǒng)采用內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）技術(shù)，使用戶盡可能就近訪問視頻流，在保證服務(wù)質(zhì)量前提下，避免浪費(fèi)骨干網(wǎng)絡(luò)帶寬；在廣播接收方式下，采用組播技術(shù)，把數(shù)據(jù)包發(fā)送到特定組播組，實(shí)現(xiàn)“一次發(fā)送，組內(nèi)廣播”，減輕了主干網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，提高了數(shù)據(jù)傳送效率。此外，為了進(jìn)一步提高服務(wù)器的服務(wù)性能，采用了線程池、內(nèi)存池技術(shù)管理流媒體傳送技術(shù)的內(nèi)部機(jī)制。

4.3智能續(xù)傳技術(shù)

當(dāng)前大多數(shù)流媒體技術(shù)沒有采用續(xù)傳技術(shù)，導(dǎo)致一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，流媒體傳輸就出現(xiàn)中斷，視頻就無法流暢地播放，大大影響了用戶即時(shí)播放體驗(yàn)；為了適應(yīng)各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，采用了智能續(xù)傳技術(shù)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)于每一路流媒體重新進(jìn)行嘗試連接，保證了資源傳輸?shù)倪B續(xù)性，不會(huì)因?yàn)橐馔獾氖《枰匦麻_始，避免浪費(fèi)時(shí)間，使用戶感覺不出曾經(jīng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障。

4.4負(fù)載均衡管理技術(shù)

系統(tǒng)采用多種負(fù)載均衡策略，掃描每臺(tái)流媒體服務(wù)器的服務(wù)端口，當(dāng)發(fā)生某臺(tái)流媒體服務(wù)器存在故障，則立即停用該臺(tái)設(shè)備，并將該臺(tái)設(shè)備從整個(gè)負(fù)載均衡隊(duì)列中刪除，策略根據(jù)URL數(shù)量、系統(tǒng)負(fù)載、響應(yīng)時(shí)間等分配流量，支持全局動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡和各節(jié)點(diǎn)間的本地動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡，提供高效的流量平衡和用戶數(shù)限制管理機(jī)制，滿足了多個(gè)并發(fā)流的業(yè)務(wù)需求，大大的提高網(wǎng)絡(luò)管理調(diào)度能力、并發(fā)性能和擴(kuò)展性能。

5 結(jié)束語

用戶使用本網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)，可以在會(huì)議現(xiàn)場、教學(xué)課堂、大型運(yùn)動(dòng)會(huì)等輕松配置遠(yuǎn)程直播服務(wù)器，將現(xiàn)場的視頻及音頻信號(hào)傳送回主流媒體服務(wù)器，通過主流媒體服務(wù)將信號(hào)廣播到系統(tǒng)所覆蓋到的任何終端上，每一個(gè)客戶端都可以登錄視頻點(diǎn)播系統(tǒng)來接收信號(hào)，瀏覽資源，直播的同時(shí)可以將所需的信號(hào)自動(dòng)保存為本地流媒體文件，供日后點(diǎn)播之用。

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