视频点播系统研究与实现

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摘要：目前，视频点播技术方兴未艾，在教育领域上渐渐受到了推广应用。本文主要阐述了视频点播系统的功能与应用，分析了视频点播的工作原理，解析了B/S开发模式、流媒体技术和MPEG编码技术，目的在于推动视频点播技术在多媒体教学中的推广与普及。

关键词：视频点播；流媒体；MPEG

中图分类号：TN948文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)05-10936-03

1 引言

今年，我国网民总人数已达13700万人，人们都希望在网上得到丰富多彩的信息资源，视频点播的应用满足了时代的要求，适应社会信息化的发展。基于校园网的视频点播系统，以多媒体技术和网络通讯技术为基础的， 通过视频、动画、声音、图像、文本等方式向学生传送丰富生动的知识；它让学生可自主地按需点播教学资源，培养了学生发现问题、分析问题、解决问题的探索精神和创新能力。视频点播为教育事业创造了全新的发展平台，使教育资源网络化，让个性化教学得以充分的实现。

2 视频点播的介绍

视频点播即Video On Demand，英文缩写为VOD，指用户可以在任何时间获取所需的视频信息。它综合了网络通信技术、多媒体技术和电视技术的优势，而成为一种先进的视频通信技术，彻底改变了过去收看节目的被动方式，满足了人们自主收看节目，获取视频信息的需求。

视频点播技术作为一门新兴的综合性技术，具有主动性和交互性的特点。传统的单向传播使所有的用户都只能被动地收看电视台所播出的节目，而在VOD系统中，不同的用户可以根据自己的需求随时选择自己所喜爱的节目，并且可以对各自的节目进行开始、结束、暂停、快进、快退、慢放等操作，从而对各自的节目进度进行控制。

3 视频点播的原理

VOD系统可以分为前端处理系统、通讯网络、客户端设备等几个部分：

前端处理系统：一般由视频服务器、数据管理服务器和控制网络部分的设备组成，用以存储、管理数据信息和用户信息，处理用户的交互式命令信息，发送视频数据。它的功能可以利用Microsoft公司的Netshow Server、IIS中间件和SQL server2000数据库来实现，其中，Netshow Server对多媒体流进行分发，IIS即提供WWW服务，SQL server2000存储多媒体节目和数据。由于系统采用标准的WWW技术，可以提供简易，高效，便捷的服务，适用于Internet上的大范围、多用户的并发点播，也适用于在Intranet上的多用户并发点播，并且对网络带宽要求较低，在每路视频为220Kbps-350Kbps的流量下，200兆的校园网就可以同时服务上千个用户的并发点播。

通讯网络：分为主干网络和本地网络――主干网络要求有较高的带宽，用以连接前端处理系统；本地网络作为主干网络的下一级网络，把信息传递给每个客户端设备。当进行视频点播时，良好的通讯网络是保证节目连续演播的关键。

客户端设备：可以是电视机系统或计算机系统，用以完成视频数据的播放，提供用户操作界面，实现交互式点播。在电视系统中，它是由电视机加机顶盒（set top box）来完成的。在计算机系统中，即可以借用系统附带的IE浏览器和Media Player播放器来实现视频点播。

VOD系统的功能实现过程如下：首先，客户端向视频服务器发出请求，视频服务器收到用户请求后，其中的调度器就根据特定的调度方案决定何时在哪一个信道上传输所需的视频流，并将这一信息回传给用户端。由于多媒体数据的实时性，为了保证用户端的连续播放，视频服务器必须为视频流保留足够的网络带宽，而且在应答用户请求前必须提供端到端的严格的服务质量（Qos）。然后，用户端根据从服务器接收到的控制信息从一个或多个特定的信道上接收视频流，并进行缓存、解码播放。期间，视频数据流以流技术在网络上进行传输。该技术先在使用端的电脑上创造一个缓冲区，于播放前预先下载一段资料作为缓冲，当网路实际连线速度小于播放所耗用资料的速度时，播放程序就会取用这一小段缓冲区内的资料，避免播放中断，也使得播放品质得以保证。这样，便实现数据传输与节目播放的并行处理了。

4 基于校园网的视频点播系统的设计与实现

校园视频点播系统的设计，该依据校园现有的资源条件，在现有的软硬件基础上进行升级改造，以为学校度身订做经济实用的视频点播系统。

我们所要构建的基于校园网视频点播系统，功能框图如图1所示。

图1 基于校园网的视频点播系统功能框图

4.1 B/S结构的开发技术

对于系统的开发，我们可以利用先进的Browser、Application Server和Database Server三层应用开发技术。Browser是为客户提供应用服务的图形界面，有助于用户理解和高效的定位应用服务，集中处理的模式将客户端最小化到了只需一个浏览器，大大地降低了客户端的软硬件需求、减少了维护量、减轻程序修改与升级的难度；Application Server位于用户端和数据层之间，专门为实现企业的业务逻辑提供了一个明确的层次，在这个层次封装了与系统关联的应用模型，并把用户表示层和数据库代码分开 。这个层次提供客户应用程序和数据服务之间的联系，主要功能是执行应用策略和封装应用模式，并将封装的模式呈现给客户应用程序；Database Server是三层模式中的最底层，用来定义、维护、访问和更新数据并管理和满足应用服务对数据的请求。

由此可见，三层应用的开发模式具有先进的开发技术、优越的可管理性及可维护性、简单方便的应用模式，这些都远非传统的Client/Server的两层应用开发模式可比拟的。

VOD系统应包括数据库服务器、流服务器、Web服务器、Web浏览器和视频播放器几个部分。在服务器的设计上，我们使用了以下配置：

服务器：Windows2000+IIS+Micosoft SQL Server2000

VOD系统的网络开发可以利用成熟的ASP技术，其ActiveX服务器组件功能强大，具有无限的可扩充性，可以使用JAVA、Visual C++、Visual Basic等编程语言来编写所需的ActiveX服务器组件。在此，我们可以直接利用ActiveX服务器组件的功能来将视频播放器嵌入到Web当中，这样，我们便可以直接从Web上进行视频点播，从而实现VOD系统与Internet、Intranet的无缝结合。

4.2 流媒体技术的运用

流媒体，就是在数据网络上按时间先后次序传输和播放的连续音频、视频数据流。在此，我们需要用它来实现媒体数据流播放时所要求的实时性、时序性、连续性。

流媒体的实时流式传输需要特定的流媒体服务器，比如：Windows Media Server、RealServer、Quick Time Streaming Server。综合多方面的考虑，我们选择了Windows Media Server，它使用先进的MEPG4压缩算法，支持asf、wmv格式。

流媒体的实时流式传输还需要特定的网络协议来支持：

RTP（Real-time Transport Protocol）是用于Internet上针对多媒体数据流的一种传输协议，其目的是提供时间信息和实现流同步。

RTCP（Real-time Transport Control Protocol）提供流量控制和拥塞控制服务。

RTP和 RTCP配合使用时，在RTP会话期间，各参与者周期性地传送RTCP包。RTCP包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计信息，服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。从而，以减少开销，获取有效反馈，提高数据的传输效率。

5 多媒体编码格式与存储问题

MPEG编码格式令多媒体信息进入了数码时代，MPEG的压缩比高，兼容性强，更重要的是，MPEG在提供高压缩比的同时，对数据的损失很小。而MPEG-4对传输速率要求较低，利用很窄的带宽，通过帧重建技术、数据压缩，以求用最少的数据获得最佳的图像质量，它的使命主要就是推动网络视频的发展。

一个经过MPEG-4编码格式压缩的电影流媒体格式文件通常只需要200到400MB的存储空间，但是，若要建立一个资源丰富的视频服务器，便要求有足够大的硬盘空间，还有，为了实现硬盘的负载均衡和保证多媒体片断的连续播放，需要用多个硬盘组成磁盘阵列，将一个流媒体文件分成很多视频片断存放到磁盘阵列的各个数据块中，由多个磁盘共同承担文件的负载均衡和并发访问。

现在服务器中用阵列卡实现的磁盘阵列主要有RAID-0、RAID-1和RAID-5，前二种无论可靠性和硬盘利用率都较低。RAID-5磁盘阵列采用容错机制算法，使得每个硬盘中包含一定的容错信息，整个磁盘阵列的容量可以达到原来所有硬盘容量减去一个硬盘容量，硬盘利用率高，在其中一个硬盘发生故障时，数据也能顺利读取和写入。所以，

RAID-5磁盘阵列最适合做流媒体文件的存储空间。

6 结束语

随着，网络通讯、多媒体等相关技术的全面发展，视频点播技术已日益成熟，它为我们的教育事业创造了高效的现代化教育方式，将科学教育的成果服务在教育事业上，此举措的意义不言而喻，其作用重大、影响深远。

参考文献：

[1]钟玉琢. 流媒体和视频服务器[M]. 清华大学出版社,2000.

[2]王志勇. 宽带增值服务――流媒体技术及其应用[J]. 有线电视技术,2004.

[3]尚俊杰. ASP-程序设计（第二版）[M]. 清华大学出版社,2004.