基于Python Django框架的多媒體發(fā)布系統(tǒng)

李洪昌+周磊

摘 要：針對目前傳統(tǒng)媒體發(fā)布形式制作成本高、內(nèi)容模式固化，且市場上已有的多媒體發(fā)布系統(tǒng)性能單一，維護(hù)成本高，無法統(tǒng)一發(fā)布并規(guī)范管理的弱點，文中采用Python語言和Django框架開發(fā)了一套具有實時監(jiān)控和精準(zhǔn)推送的多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)，充分利用了Python簡潔、易擴(kuò)展和Django方便、快速的特點，較好地改進(jìn)了傳統(tǒng)媒體的弊端。通過線上部署實際使用，證明了本系統(tǒng)在一萬臺以上設(shè)備同時在線的高并發(fā)情況下依然能夠?qū)崿F(xiàn)終端精確監(jiān)控和視頻精準(zhǔn)推送。

關(guān)鍵詞：終端監(jiān)控；Django；Python；精準(zhǔn)推送

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）02-00-03

0 引 言

隨著多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)都受到了沖擊，傳媒行業(yè)亦如此。將多媒體技術(shù)應(yīng)用于廣告播放的多媒體系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，這種用于播放視頻廣告的多媒體機(jī)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各大賣場，直觀地向人們傳遞需要的信息。然而，現(xiàn)有的媒體發(fā)布系統(tǒng)主要仍以本地存儲和離線系統(tǒng)為主[1，2]，無法由后臺進(jìn)行實時遠(yuǎn)程管理，維護(hù)成本高。

針對目前主流媒體廣告機(jī)在使用中存在的缺點，基于Python的Django框架設(shè)計實現(xiàn)了一種多媒體發(fā)布系統(tǒng)，只要能訪問互聯(lián)網(wǎng)，就可以直接對分布在全國各地的終端進(jìn)行監(jiān)控、管理和多媒體精準(zhǔn)推送，實現(xiàn)集中、實時的精確管理。

本系統(tǒng)采用Python語言和Django框架搭建了一個完整的Web平臺。Python是目前最流行的編程語言之一。Django是Python語言編寫的最優(yōu)秀的Web框架之一，采用的MVC框架模式[3]具有易開發(fā)，便于更新維護(hù)，移植性好等優(yōu)點。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 Django框架

Django使用Python語言編寫，遵循MVC的設(shè)計架構(gòu)，但在具體實現(xiàn)上，會以自己特有的MTV模式體現(xiàn)出來，即Models（模型），Template（模板），View（視圖）。

Django的項目結(jié)構(gòu)主要由Urls.py，Views.py，Models.py組成，其中Urls.py為整個項目的路由表，當(dāng)使用者訪問特定的url時，Urls.py將請求指向Views.py（視圖函數(shù)）中特定的函數(shù)，在視圖函數(shù)中與數(shù)據(jù)模型進(jìn)行一系列交互操作來響應(yīng)用戶的請求。Urls.py和Views.py可由MVC中的控制器即Controller來描述[4]。

Django的模式如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)采用分層設(shè)計，可分為表示層，業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層，如圖2所示。分層設(shè)計使得系統(tǒng)具有高內(nèi)聚，低耦合的特點，當(dāng)改變針對用戶的表現(xiàn)層設(shè)計時，不會影響底層的業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)訪問，同樣，當(dāng)改變底層結(jié)構(gòu)時，只要提供給上層的JSON數(shù)據(jù)接口不變，則不會對表現(xiàn)層產(chǎn)生任何影響。三層結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)的各模塊獨(dú)立性比較強(qiáng)，有利于系統(tǒng)的維護(hù)、升級，易于資源的分配，降低了開發(fā)和運(yùn)維成本。Django層使得整個App應(yīng)用獨(dú)立于項目，可隨時移植[4]。

1.3 系統(tǒng)功能需求

通過分析市面上的多媒體機(jī)功能，考慮合作公司的需求后，將系統(tǒng)功能需求分為6部分，分別為設(shè)備使用者的信息管理，終端設(shè)備的管理，媒體文件的上傳管理，節(jié)目的精準(zhǔn)推送，播放數(shù)據(jù)統(tǒng)計，系統(tǒng)使用者信息管理。在功能設(shè)計方面，每部分又可分為多個子模塊。

1.4 系統(tǒng)功能設(shè)計

根據(jù)多媒體發(fā)布系統(tǒng)的功能需求分析，該系統(tǒng)由6個功能模塊組成。分別為客戶管理、終端設(shè)備管理、媒體管理、節(jié)目單管理、媒體播放數(shù)據(jù)統(tǒng)計、賬戶管理，系統(tǒng)功能如圖3所示。

客戶管理分為客戶信息管理、商店管理、代理商管理三個子模塊，客戶、代理商和商店具有上下級關(guān)系，即一個客戶有多個代理商，一個代理商有多個商店。每個子模塊分別負(fù)責(zé)該模塊信息的錄入、修改、刪除以及查詢下屬組織的信息。

終端管理分為終端信息管理、設(shè)備監(jiān)控、地圖模式、數(shù)據(jù)上傳四個子模塊，是系統(tǒng)的核心之一。終端信息管理模塊負(fù)責(zé)終端信息的添加、修改、刪除以及終端的初始化與該終端下的節(jié)目信息查詢；數(shù)據(jù)上傳模塊可以上傳表格文件在系統(tǒng)批量生成終端信息；設(shè)備監(jiān)控模塊和地圖模式分別以不同的方式使管理員直觀看到全網(wǎng)的設(shè)備狀況。

媒體管理分為媒體上傳和媒體管理兩個子模塊，媒體的制作和管理是媒體發(fā)布的重要環(huán)節(jié)。

節(jié)目單管理分為四個子模塊，分別為添加節(jié)目單、節(jié)目單管理、定點推送與默認(rèn)節(jié)目單，其中定點推送與默認(rèn)節(jié)目單是媒體發(fā)布的核心之一。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊分為終端數(shù)據(jù)統(tǒng)計、客戶數(shù)據(jù)統(tǒng)計、詳細(xì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計三個子模塊，分別為不同層次的媒體播放數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

賬戶管理模塊分為添加用戶和用戶管理兩個子模塊，為系統(tǒng)添加除管理員外的其他用戶和賦予其相應(yīng)的權(quán)限。

2 系統(tǒng)詳細(xì)實現(xiàn)

系統(tǒng)的核心設(shè)計主要分為終端監(jiān)控部分和視頻推送部分。其核心設(shè)計主要包括業(yè)務(wù)邏輯實現(xiàn)、前端界面實現(xiàn)和數(shù)據(jù)庫設(shè)計。業(yè)務(wù)邏輯基于Django框架，采用Python語言編寫。Python是一種面向?qū)ο蟮慕忉屝驼Z言，具有豐富強(qiáng)大的庫，可以方便調(diào)用其他語言寫成的模塊（如C/C++），并將其他語言的優(yōu)勢集中起來。

前端展示界面采用jQuery和Bootstrap。jQuery是一個快速、簡潔的JavaScript框架，Bootstrap是一個CSS/HTML框架，他們使用方便，效果多樣，結(jié)合Ajax技術(shù)便能夠營造出一個完美的用戶體驗界面，大大方便了用戶和系統(tǒng)的交互。

數(shù)據(jù)庫采用MySQL。MySQL是目前最流行的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之一，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫用不同的二維表來存儲數(shù)據(jù)，增加了存儲速度并提高了靈活性。MySQL體積小、速度快、源碼開放，已成為中小型網(wǎng)站的不二選擇。在Django中用MySQLdb模塊來驅(qū)動MySQL，在項目中編寫Python類，使用ORM映射來操作數(shù)據(jù)庫表。endprint

2.1 終端監(jiān)控實現(xiàn)

在整個媒體發(fā)布系統(tǒng)中，有成千上萬臺終端在運(yùn)行，一旦終端發(fā)生故障，那么后果不可預(yù)料，將對使用者和供應(yīng)商造成不可避免的損失，因此需要對所有終端進(jìn)行有效的監(jiān)控。如圖4所示，終端監(jiān)控在系統(tǒng)中處于核心環(huán)節(jié)。

系統(tǒng)采取心跳機(jī)制以保障監(jiān)控終端順暢運(yùn)行，即終端每隔5 s便發(fā)一次請求表明自己的狀態(tài)，但由于系統(tǒng)中運(yùn)行的設(shè)備數(shù)量龐大，如此高頻度的請求對服務(wù)器造成了巨大的壓力，因此利用Python善于處理數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，將數(shù)據(jù)信息存儲在內(nèi)存中，自定義Sync函數(shù)，通過Linux系統(tǒng)的Crontab機(jī)制每30 min調(diào)用一次Sync函數(shù)將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫進(jìn)數(shù)據(jù)庫。查詢終端的狀況時，如果從內(nèi)存中查到該終端信息，則渲染到前端，否則，從數(shù)據(jù)庫中取出數(shù)據(jù)。

終端設(shè)備向服務(wù)器發(fā)送的心跳請求以Http傳輸，接口協(xié)議為自定義的JSON格式。系統(tǒng)接到請求后，在項目中構(gòu)建一個Python類TerminalManager，所有與終端監(jiān)控相關(guān)的方法均定義在該類中。該類基于Python的基類Object，在構(gòu)造函數(shù)中定義了一個字典對象terminal_heartbeat_dict和一個成員變量heartbeat_lock：

Self.terminal_heartbeat_dict = {}

Self.heartbeat_lock = threading.Lock（）

Python中的字典對象是一種類似于哈希表的映射類型對象，是一種可變的容器類型，由多個鍵值對（key，value）組成。用Threading.Lock（）生成一個線程互斥鎖[5-7]。當(dāng)有設(shè)備發(fā)來請求時，經(jīng)URLConf調(diào)配后，調(diào)用TerminalManager類的heartbeat方法，該方法接受一個terminalid（終端編號）參數(shù)，每調(diào)用一次便將終端編號和當(dāng)前時間作為一個字典的item存到terminal_heartbear_dict中：

With self.heartbeat_lock：

Self.terminal_heartbeat_dict[terminalid] = now_datetime

在Python中，With語句可以在執(zhí)行時自動進(jìn)入和退出With后所跟的上下文管理器對象，常用于對文件的操作和鎖機(jī)制等。當(dāng)系統(tǒng)接收到一次請求時便對線程加鎖，避免同一時刻對共享資源進(jìn)行操作引起沖突，更新字典中的值，操作完成后釋放鎖。

2.2 節(jié)目推送實現(xiàn)

媒體發(fā)布系統(tǒng)中所有設(shè)備的媒體播放都依賴于系統(tǒng)調(diào)度，系統(tǒng)調(diào)度需要精確到某個商店的某臺設(shè)備，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)推送。因此，節(jié)目推送也是系統(tǒng)中至關(guān)重要的一環(huán)。

基于媒體播放系統(tǒng)的實際需求，客戶、商店、設(shè)備之間都是多對一的關(guān)系，節(jié)目推送是在視頻的基礎(chǔ)上生成節(jié)目單后再推送，因此視頻與節(jié)目單為多對多的關(guān)系，如圖5所示。按照需求，節(jié)目單和客戶、商店、設(shè)備之間又是多對多的關(guān)系，數(shù)據(jù)之間的關(guān)系十分復(fù)雜，若自己編寫數(shù)據(jù)關(guān)系，不僅難以實現(xiàn)，而且容易耦合，更不易于系統(tǒng)的升級與維護(hù)。

在Django中，使用ORM技術(shù)來操作數(shù)據(jù)庫，開發(fā)者通過編寫Python類的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)模型，該數(shù)據(jù)模型以框架底層作為支撐，映射到數(shù)據(jù)庫中的每張表，類中的屬性則對應(yīng)表中的每個字段[8]。此外，Django還提供了三種最常見的數(shù)據(jù)庫關(guān)系，即多對多（many-to-many），多對一（many-to-one），一對一（one-to-one）。直接操作框架中提供的基于Python類的管理器即可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的增、刪、改、查操作。

以節(jié)目推送到設(shè)備為例，節(jié)目單和設(shè)備是多對多的關(guān)系。推送時，將節(jié)目單的數(shù)據(jù)庫主鍵id（itemid）和設(shè)備的數(shù)據(jù)庫主鍵id（terminal_id）傳到后臺，Django通過id獲取類的實例，即數(shù)據(jù)庫中的一條數(shù)據(jù)：

item = Item.objects.get（id=itemid）

terminal = Terminal.objects.get（id=terminal_id）

其中，objects是Django內(nèi)部封裝的類管理器，通過該管理器可以操作類實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫層面的增、刪、改、查、操作，Django模型操作接口見表1所列。

后臺獲取到節(jié)目單和終端實例后，調(diào)用Django的反向查詢方法獲取該終端下已存在的所有節(jié)目單：

Terminalist = terminal.item_set.all（）

若節(jié)目單item已存在Terminallist中，則忽略；否則調(diào)用Django的多對多反向增加方法在數(shù)據(jù)庫中生成第三張表，分別存儲節(jié)目單id和終端id，見表2所列。

推送完成之后，該終端向服務(wù)器發(fā)送請求，按照事先約定的協(xié)議返回該終端名下所有的視頻信息：

{"items"：[{"videos"：[...]，"itemid"："itemid"，}]，"userid"："terminal_id"，"respound"："登錄成功"}

設(shè)備按照解析的數(shù)據(jù)[9]，經(jīng)由服務(wù)器訪問靜態(tài)數(shù)據(jù)，即可實現(xiàn)定點推送，定點播放。

3 系統(tǒng)部署與應(yīng)用

在實際生產(chǎn)環(huán)境的部署過程中，采用Nginx反向代理uWSGI方式，靜態(tài)文件由Nginx處理，具體的動態(tài)業(yè)務(wù)邏輯由uWSGI的Django處理。系統(tǒng)的部署結(jié)構(gòu)如圖6所示。

系統(tǒng)運(yùn)行時，前端請求發(fā)送到反向代理服務(wù)器Nginx，如果請求的是靜態(tài)文件，則Nginx服務(wù)器直接訪問服務(wù)器磁盤[10，11]；如果是動態(tài)數(shù)據(jù)，則把請求代理到Web服務(wù)器uWSGI，uWSGI服務(wù)器調(diào)用Django應(yīng)用，經(jīng)過Django中一系列邏輯處理后與MySQL交互數(shù)據(jù)，然后將處理結(jié)果返回給前端展示，實現(xiàn)Web請求。

4 結(jié) 語

本文基于Python的Django框架設(shè)計實現(xiàn)了一種多媒體發(fā)布系統(tǒng)，與現(xiàn)有的媒體發(fā)布方式相比，本系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了對所有終端設(shè)備的實時監(jiān)控和精確定位，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)對單個設(shè)備播放內(nèi)容的精確實時推送。除此之外，采用的Django框架開發(fā)，方便后續(xù)對系統(tǒng)的自動化維護(hù)和升級。

目前該系統(tǒng)上線運(yùn)行以來，已經(jīng)在北京、上海、杭州、南京等城市部署安裝了一萬余臺，充分證明了該系統(tǒng)媒體發(fā)布的高效性和穩(wěn)定性。

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