南京廣電寬帶城域網(wǎng)流媒體平臺的建設(shè)

1、南京廣電寬帶城域網(wǎng)流媒體平臺的建設(shè)南京廣電網(wǎng)絡(luò)有限責(zé)任公司傳輸部 陶黎生 王 偉 張 劼提 要：本文介紹了南京廣電寬帶城域網(wǎng)流媒體平臺的建設(shè)，包括電視直播、點(diǎn)播、DRM下載以及存儲、分發(fā)、負(fù)載均衡、記費(fèi)等一系列完整的解決方案。關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)直播 網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播 DRM下載 IP機(jī)頂盒 流媒體存儲 負(fù)載均衡 分發(fā)策略隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)的飛速開展，互聯(lián)網(wǎng)以其迅捷即時(shí)、信息量大等特點(diǎn)，成為人們獲取信息的重要途徑, 人們的注意力已由傳統(tǒng)媒體的電視逐漸轉(zhuǎn)移到第四媒體網(wǎng)絡(luò)上來。長期以來，電視臺節(jié)目所具有的時(shí)效性強(qiáng)、信息量大的特點(diǎn)已深入百姓的生活中，但它稍縱即逝又是其不可克服的一個(gè)缺點(diǎn)。隨著網(wǎng)絡(luò)根底架構(gòu)和技術(shù)

2、的開展，寬帶網(wǎng)絡(luò)將使高質(zhì)量的視頻、音頻信息傳送到千家萬戶；電視媒體網(wǎng)站視頻、音頻信息的網(wǎng)上交互與檢索，促進(jìn)電視媒體信息的再利用，最大程度地表達(dá)信息的價(jià)值。網(wǎng)絡(luò)播送既有傳統(tǒng)播送電視靈活生動的表現(xiàn)形式，又有互聯(lián)網(wǎng)按需獲取的交互性，如何組織、存儲、管理、發(fā)布信源，充分利用電視臺豐富的資源，提供個(gè)性化的效勞，是辦好電視媒體網(wǎng)站的關(guān)鍵。網(wǎng)絡(luò)與電視互利互惠、優(yōu)勢互補(bǔ)將是當(dāng)前電視與網(wǎng)絡(luò)的最正確狀態(tài)。放眼世界和未來，可以預(yù)見：在全球邁向“信息時(shí)代的今天，電視將與網(wǎng)絡(luò)在競爭中走向不斷融合、創(chuàng)新進(jìn)而到達(dá)新的繁榮。經(jīng)過幾年的技術(shù)跟蹤和實(shí)驗(yàn)，我們根據(jù)南京寬帶網(wǎng)的具體情況制定了一套行之有效的解決方案，并成功地應(yīng)用于實(shí)際

3、，在此我們提供我們的解決方案和在實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)，與各位同行共享。1 南京寬帶城域網(wǎng)現(xiàn)狀分析及流媒體平臺體系結(jié)構(gòu)南京寬帶城域網(wǎng)的核心交換機(jī)為4Gbps，核心交換機(jī)到邊緣交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶寬為2Gbps，邊緣交換機(jī)到小區(qū)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶寬為1000Mbps，小區(qū)交換機(jī)到樓棟交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶寬為100Mbps，以太網(wǎng)FTTLAN用戶接入帶寬為接入為1.5Mbps；還有一大局部 CableModem用戶，一個(gè)CMTS的帶寬為38Mbps，每戶接入帶寬為1Mbps。由于CableModem的接入帶寬為共享式，以及CableModem的帶寬利用率只有40%左右，所以在CableModem在滿負(fù)荷情況下，用戶的實(shí)際有效

4、接入帶寬只有400Kbps；而FTTLAN接入的帶寬利用率為60%，且為獨(dú)占，所以FTTLAN的有效接入帶寬約為1Mbps。為了讓這兩種用戶都能享受盡可能高的視覺效果，我們?yōu)镃ableModem和FTTLAN用戶分別提供400 Kbps和750Kbps的視頻流。南京流媒體平臺采用分布式體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)由制作、存儲、管理和發(fā)布、負(fù)載均衡、用戶管理平臺構(gòu)成。一個(gè)中心效勞效勞器加上三個(gè)分中心效勞器，視用戶的開展逐步增加分節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，效勞效勞器間可實(shí)現(xiàn)局部負(fù)載均衡與全局負(fù)載均衡。中心設(shè)置后臺管理系統(tǒng)，對所有的流媒體效勞器統(tǒng)一進(jìn)行管理，對所有的效勞器進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)效勞器中存在的問題。所有關(guān)鍵的設(shè)備都采用

5、在線或非在線的冗余保障措施，以防止可能產(chǎn)生的單點(diǎn)故障節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)可提供對大容量視頻節(jié)目的管理，包括后臺節(jié)目庫的管理、分布點(diǎn)節(jié)目緩存的管理和定制適合視頻點(diǎn)播效勞的直觀的界面。系統(tǒng)可集中錄入、編排、制作、管理和發(fā)布網(wǎng)站信息包括網(wǎng)頁內(nèi)容、格式、圖片等和流媒體文件，提高管理網(wǎng)站信息的效率，減少連接錯(cuò)誤。以策略化的分布式負(fù)載均衡等方式，保證系統(tǒng)在多用戶、傳輸量大時(shí)有較快的響應(yīng)速度。目前系統(tǒng)配備1臺數(shù)據(jù)庫效勞器，1臺管理效勞器，1臺WWW效勞器，1臺DRM效勞器，1臺REAL效勞器，2臺中心MEDIA效勞器，1.8T的在線存儲，3臺分中心MEDIA效勞器，分中心各有270G的在線存儲，22臺直播機(jī)，6臺制作

6、機(jī)，可實(shí)現(xiàn)40路電視直播8路音頻直播media 點(diǎn)播rm點(diǎn)播DRM下載認(rèn)證記費(fèi)等功能。系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)圖系統(tǒng)中，兩臺中心流媒體效勞器和三臺邊緣流媒體效勞器均配置兩塊網(wǎng)卡，一塊為千兆電口網(wǎng)卡，主要負(fù)責(zé)內(nèi)部直播、點(diǎn)播等媒體文件的分發(fā)，一塊千兆光口網(wǎng)卡，供客戶直播、點(diǎn)播媒體文件。流媒體效勞器的操作系統(tǒng)采用Windows 2021操作系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫效勞器、系統(tǒng)管理效勞器、RM效勞器、WWW效勞器、DRM效勞器的操作系統(tǒng)采用RED HAT9.0，直播工作站和編輯工作站的操作系統(tǒng)采用Windows 2000 Professional，直播系統(tǒng)采用播送/單播技術(shù)，點(diǎn)播系統(tǒng)采用點(diǎn)播/單播技術(shù)。2

7、各局部功能2.1 媒體內(nèi)容制作功能媒體內(nèi)容制作平臺主要負(fù)責(zé)節(jié)目格式的轉(zhuǎn)換,將不同格式的視音頻節(jié)目壓縮成wmv、wma、rm、rmvb的數(shù)據(jù)流, 以及DRM加密，再上傳到相應(yīng)的流媒體效勞器上，同時(shí)兼遠(yuǎn)程管理。所以制作機(jī)放在防火墻內(nèi)，以保證系統(tǒng)的平安。對電視節(jié)目、錄像帶以及軟件不能很好解碼的DVD、SVCD、VCD蝶片，采用Ospreay500采集,用微軟的Encoder9實(shí)時(shí)編碼為所需碼率的wmv。對于文件格式的信源，那么采用軟件編碼，通過選取不同的濾鏡等參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)較高質(zhì)量的節(jié)目流，缺點(diǎn)時(shí)編碼時(shí)間長。軟件編碼支持的輸入輸出格式為：支持的輸入格式：Ø *.avi，*.avs文件支持各種

8、編碼格式(Codec)Ø *.mpg，*.mpeg，*.mpv，*.m1v支持MPEG1或MPEG2壓縮格式Ø *.datVCD格式Ø *.ifo，*.vod帶音軌、字幕選擇的DVD格式支持的輸出格式：Ø *.avi可支持各種視頻或音頻編碼格式，并支持02條音軌Ø *.wav只輸出聲音Ø *.bmp輸出圖像序列Ø *.gdr可作為其它AVI編輯程序的幀效勞器Ø *.asf, *.wmv微軟公司的WindowsMedia流媒體格式Ø *.rm, *.rmvbRealNetworks公司的RealMedia9

9、.0流媒體格式支持的編輯功能：Ø 采集視頻信號Ø 編制和控制任務(wù)流程Ø 記錄和恢復(fù)所有設(shè)置Ø 改變視頻大小，調(diào)整視頻亮度和比照度，調(diào)整視頻的銳度和柔和度，取消隔行掃描效應(yīng)等各種視頻處理功能Ø 自由的幀率調(diào)整Ø 拼接和切割文件Ø 逐幀編輯功能Ø 自由選擇視頻和音頻編碼器Ø 音頻支持AC3/MP3/OGG/WAV格式作為輸入Ø 改變音頻音量，并自動計(jì)算放大系數(shù)Ø 設(shè)置音頻與視頻的交織方式，保證音視頻同步Ø 自由選擇輸入的音軌或聲道與輸出的音軌的對應(yīng)關(guān)系Ø 自動檢測并利用

10、MMX / PIII / P4 / AMD的加速功能其它功能：Ø 可以自由改變幀率。Ø 支持各種DVD和MPEG2文件的直接輸入，并自動分析其中的音軌和字幕信息，即使直接輸入VOD文件，也能夠分析和選擇音軌和字幕。DVD或MPEG2采集卡的數(shù)據(jù)的編輯和壓縮可以一步完成。Ø 支持方便地制作雙音軌的輸出文件，并可輸入雙音軌的AVI文件，可將輸入的多音軌直接選擇并輸出，或?qū)⑤斎氲淖笥衣暤擂D(zhuǎn)變成兩條音軌輸出。Ø 可自動計(jì)算聲音的放大系數(shù)，防止出現(xiàn)聲音過小的現(xiàn)象。Ø 可以為其它AVI編輯程序提供幀傳輸效勞Ø 可轉(zhuǎn)換生成ASF或WMV流媒體文件。

11、Ø 可直接壓縮生成Real或者M(jìn)edia9.0流媒體文件。Ø 支持批量轉(zhuǎn)換。2.2 直播功能系統(tǒng)采用Osprey210采集，用微軟的Encoder9實(shí)時(shí)編碼為所需碼率的wmv，通過管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)虛擬直播，所謂的虛擬直播即定義的某一直播頻道可定時(shí)調(diào)用某一直播機(jī)的實(shí)時(shí)信號，定時(shí)播放已存的文件，實(shí)現(xiàn)按需重組的自定義直播。5臺流媒體效勞器從中心直播機(jī)中拉流，5臺流媒體效勞器做直播的負(fù)載均衡。在直播的同時(shí)，每一直播機(jī)還兼做錄制機(jī)，由管理系統(tǒng)為每一直播機(jī)下達(dá)錄制節(jié)目單，直播機(jī)根據(jù)錄制節(jié)目單定時(shí)錄制節(jié)目，節(jié)目單可隨時(shí)修改，錄完的節(jié)目可直接上傳至指定的媒體效勞器中相應(yīng)的欄目中供點(diǎn)播用，也可上

12、傳至指定的編輯機(jī)供編輯用，編輯完后再手動傳至媒體效勞器中相應(yīng)的欄目中供點(diǎn)播用。由于南京寬帶城域網(wǎng)用戶接入的特殊性，每一直播流均為400kbps和700kbps，頁面上的鏈接實(shí)際均為兩個(gè)鏈接，根據(jù)系統(tǒng)管理定義的IP段，CM和LAN用戶自動鏈接所需的上下碼率流。每一直播都有節(jié)目信息。2.3 DRM數(shù)字版權(quán)管理系統(tǒng)流媒體效勞器的并發(fā)數(shù)有限，網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，微軟的媒體格式受限，有些CM用戶的接入帶寬無法保證，為了為用戶提供更方便、更靈活、更多格式的更高質(zhì)量的媒體文件，如高帶寬的avi，mpeg-2，rmvb等在城域網(wǎng)中幾乎無法在線播放的媒體文件，也為了版權(quán)的保護(hù)，我們特建了DRM效勞器，供用戶下載點(diǎn)播用

13、。DRM采用私有密鑰，專用播放器，此密鑰對媒體文件全程加密，并可由管理方隨時(shí)更換密鑰，破密難，保密性強(qiáng)，專用播放器可播放現(xiàn)存所有格式的媒體文件，使用方便。用戶下載經(jīng)過數(shù)字加密的節(jié)目后，首先到管理系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)證，按次或按天購置License后才可在客戶端播放。用戶不能通過更改系統(tǒng)時(shí)鐘的方法來去除時(shí)間限制。為了限制過多的下載，每個(gè)用戶一次只能下載一個(gè)單線程的下載。2.4 點(diǎn)播功能系統(tǒng)的點(diǎn)播系統(tǒng)分別采用Microsoftwmv和Realrm技術(shù),點(diǎn)播內(nèi)容分為視頻點(diǎn)播和精彩錄播兩大類，視頻點(diǎn)播主要分為故事片、喜劇片、倫理片、愛情片、科教片、卡通片、動作片、電視劇、科幻片、恐怖片等十類。精彩錄播主要是將好

14、的電視節(jié)目錄制下來，作為虛擬的自辦頻道，供用戶點(diǎn)播，包括：新聞?lì)l道、電影頻道、電視劇頻道、體育頻道、音樂頻道、少兒頻道、綜藝頻道、廣告頻道、教育頻道等九類，每一頻道分設(shè)子欄目。由于南京寬帶城域網(wǎng)用戶接入的特殊性，每一媒體文件均為400kbps和700kbps，頁面上的鏈接實(shí)際均為兩個(gè)鏈接，根據(jù)系統(tǒng)管理定義的IP段，CM和LAN用戶自動鏈接所需的上下碼率流。五臺流媒體效勞器做點(diǎn)播的負(fù)載均衡。2.5 存儲本著即節(jié)約本錢又能滿足片源日益增多的要求，系統(tǒng)的中心流媒體效勞器在線存儲為DAS，外掛2T SCSI RAID5磁盤陣列，并可級連，供用戶點(diǎn)播用，保存近一個(gè)月的內(nèi)容；近線存儲采用4T IDE RA

15、ID5磁盤陣列，供編輯和緩存用，保存近三個(gè)月的內(nèi)容，；離線存儲采用數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)，作為永久備份。邊緣流媒體效勞器采用內(nèi)置SCSI RAID5磁盤陣列。 2.6 分發(fā)及負(fù)載均衡系統(tǒng)的新的媒體文件以及點(diǎn)播較少的媒體文件均存在中心磁盤陣列中，對于新的媒體文系統(tǒng)可設(shè)定時(shí)間定時(shí)自動發(fā)布到邊緣流媒體效勞器，對于邊緣流媒體效勞器中不存在但用戶點(diǎn)播超過10次可自定義的節(jié)目那么自動分發(fā)至邊緣流媒體效勞器。系統(tǒng)滿足80%20%的分發(fā)策略，即20%最熱門的片源存在邊緣流媒體效勞器，而80%次熱門的片源存在于中心流媒體效勞器。由于每臺視頻效勞器支持350個(gè)并發(fā)數(shù)，所以用戶首先就近訪問邊緣流媒體效勞器，在邊緣流媒體效勞器

16、組中為用戶分配一個(gè)負(fù)載最輕、最健康的視頻效勞器，假設(shè)這一組效勞器均滿負(fù)載，那么導(dǎo)入另一組邊緣流媒體效勞器，邊緣流媒體效勞器組均滿負(fù)載那么導(dǎo)向中心流媒體效勞器組。系統(tǒng)中任何一臺視頻效勞器出問題，系統(tǒng)仍然可正常運(yùn)行，真正到達(dá)城域網(wǎng)的要求。系統(tǒng)可自定義均衡原那么為帶寬、連接數(shù)、CUP占用率或三者的加權(quán)。2.7 管理及用戶認(rèn)證計(jì)費(fèi)包括內(nèi)容管理、直播錄制管理、虛擬直播管理、用戶管理、效勞器管理、CDN管理、第三方管理、認(rèn)證管理、計(jì)費(fèi)策略管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表管理等。本系統(tǒng)的用戶可以分為免費(fèi)用戶和收費(fèi)用戶兩大類，對免費(fèi)用戶，實(shí)現(xiàn)本地認(rèn)證；對收費(fèi)用戶，利用統(tǒng)一的接口向效勞支撐平臺提供用戶資料進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)客戶端向效勞

17、器進(jìn)行點(diǎn)播或直播或DRM認(rèn)證時(shí)，效勞器把用戶提供的信息如用戶名、密碼，和數(shù)據(jù)庫內(nèi)的已有用戶信息進(jìn)行比擬，假設(shè)正確，用戶就通過了用戶認(rèn)證。用戶通過認(rèn)證后，效勞器通知計(jì)費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)費(fèi)、統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)把收集到的信息存儲到數(shù)據(jù)庫里，供后期收費(fèi)、統(tǒng)計(jì)等。用戶通過認(rèn)證后，效勞器通知電視直播效勞器或點(diǎn)播效勞器把電視送到最終用戶，以進(jìn)行收看。用戶通過WEB頁面的自效勞系統(tǒng)可以方便地充值、修改個(gè)人信息及自己的消費(fèi)日志。系統(tǒng)可監(jiān)控各效勞器的流量、在線人數(shù)、CPU等參數(shù)。可統(tǒng)計(jì)出每一欄目及每一節(jié)目的點(diǎn)播次數(shù)、費(fèi)用、收視時(shí)間，便于運(yùn)營商調(diào)整內(nèi)容。2.8 WEB頁面WEB頁面充分表達(dá)廣電特色，方便用戶使用。 WEB頁面為用戶提供最直觀的視頻節(jié)目的內(nèi)容介紹和分類，讓用戶能夠選擇自己喜歡的視頻節(jié)目來點(diǎn)播。包括客戶端用