基于Web的視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、基于Web的視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)Designing and Implementing of the Web-based VOD System鄭 健南京師范大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)中心E-mail: 本文就目前的視頻點(diǎn)播解決方案作了分析，介紹了基于WEB的視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的方案，針對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)、需解決的問(wèn)題、系統(tǒng)的構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)作了分析討論。本系統(tǒng)采用了Realmedia格式視頻，使用瀏覽器-服務(wù)器模式。筆者認(rèn)為這是普通學(xué)?？梢詫?shí)現(xiàn)、并且值得推廣的視頻點(diǎn)播解決方案。關(guān)鍵詞： 視頻點(diǎn)播 Web Realmedia1 引言視頻資料是現(xiàn)代化教學(xué)中的重要內(nèi)容。以往我們?cè)诮虒W(xué)中如需要視頻教學(xué)資料，要先去電教部門(mén)或

2、圖書(shū)館借錄像帶、VCD光盤(pán)等。如果資料碰巧被其他人借走，麻煩就會(huì)更多。目前，各高校和許多中小學(xué)都建成了校園網(wǎng)。通過(guò)校園網(wǎng)和因特網(wǎng)，視頻資料的共享已成為可能。各個(gè)教育軟件商也紛紛開(kāi)發(fā)了各種視頻點(diǎn)播系統(tǒng)。按用戶(hù)使用環(huán)境劃分，視頻點(diǎn)播系統(tǒng)可分為傳統(tǒng)的客戶(hù)機(jī)-服務(wù)器模式（Client-Server，縮寫(xiě)為C-S）和瀏覽器-服務(wù)器模式（Browser-Server，縮寫(xiě)為B-S）兩種。C-S模式的缺點(diǎn)是客戶(hù)機(jī)需要安裝特定的客戶(hù)端軟件，而且維護(hù)、升級(jí)不方便。B-S模式是種特殊的C-S模式，它的客戶(hù)端軟件就是WEB瀏覽器。因此這就免除了客戶(hù)機(jī)軟件維護(hù)的麻煩，用戶(hù)只要會(huì)使用WEB瀏覽器，就能正常使用服務(wù)器提供

3、的資源，并且WEB瀏覽器大多是廉價(jià)或免費(fèi)的，易于獲得，軟件的升級(jí)、維護(hù)也較C-S模式容易。按視頻點(diǎn)播系統(tǒng)使用的視頻資料格式劃分，可分為MPEG、ASF、QuickTime和Realmedia幾種格式。MPEG格式是通用的視頻格式，至今已有MPEG 1、MPEG 2、MPEG 4、MPEG 7等多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。MPEG格式的視頻畫(huà)面質(zhì)量較好，但對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬要求較高，如MPEG 1格式約為1-1.5Mbps。ASF視頻采用MPEG 4編碼壓縮，畫(huà)面質(zhì)量較好，但對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求較高，達(dá)到VCD畫(huà)質(zhì)時(shí)一般為1Mbps左右，播放視頻的客戶(hù)端也要求較好的配置（CPU為PIII以上，128M內(nèi)存）。QuickTim

4、e格式的視頻畫(huà)面質(zhì)量較好，但國(guó)內(nèi)的用戶(hù)數(shù)量不多。Realmedia格式的視頻壓縮率較高，可針對(duì)用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)帶寬的不同情況，選擇不同的視頻編碼格式。在畫(huà)面質(zhì)量與VCD相當(dāng)?shù)那闆r下，帶寬也僅為350Kbps左右?；谝陨系姆治?，筆者認(rèn)為在廣域網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)視頻點(diǎn)播系統(tǒng)，采用Realmedia格式視頻是個(gè)較好的選擇。2 視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)視頻點(diǎn)播系統(tǒng)前，應(yīng)做好需求分析，用戶(hù)是誰(shuí)？用戶(hù)需要什么？我們能夠提供什么？等等問(wèn)題都應(yīng)考慮詳細(xì)。以下結(jié)合筆者的工作實(shí)踐，談?wù)勔曨l點(diǎn)播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)作為教育技術(shù)部門(mén)，我們主要為師生提供教學(xué)所需的視頻資料以及一些經(jīng)典的影視劇作品。目前南京地區(qū)的教育和科

5、研計(jì)算機(jī)網(wǎng)（CERNET）帶寬已達(dá)到1Gbps，這為網(wǎng)上的教學(xué)資源共享提供了硬件保障。在國(guó)家積極開(kāi)展的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育之際，我們學(xué)校正在將常用的教學(xué)片、影視片等送上因特網(wǎng)，建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)視頻資源庫(kù)。該資源庫(kù)將為CERNET的用戶(hù)提供常用的視頻資料，為現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的開(kāi)展服務(wù)。目前該庫(kù)的設(shè)計(jì)容量為400GB。近期將擴(kuò)容到1TB，滿(mǎn)足500個(gè)用戶(hù)同時(shí)訪問(wèn)的需求。2.2 需要解決的問(wèn)題（1）視頻資料的質(zhì)量在設(shè)計(jì)視頻點(diǎn)播系統(tǒng)時(shí)，我們需要考慮用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)帶寬以及對(duì)視頻資料的視聽(tīng)覺(jué)質(zhì)量要求。鑒于CERNET的用戶(hù)桌面帶寬均較高，一般都為10Mbps或100Mbps，因此，我們?cè)谥谱饕曨l資料時(shí)，主要考慮了畫(huà)面質(zhì)量，在

6、保證畫(huà)面質(zhì)量較好的情況下盡量降低帶寬要求。一般我們采用視頻幀速30幀/秒、聲音采樣頻率44.1KHZ的參數(shù)制作視頻，視頻帶寬要求為220Kbps-350Kbps。（2）視頻資料的分類(lèi)視頻資料的類(lèi)別應(yīng)有確定的標(biāo)準(zhǔn)，能為用戶(hù)所公認(rèn)，也便于用戶(hù)的檢索。對(duì)于一般的教學(xué)資料，我們按照學(xué)科分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)劃分；對(duì)于影視劇作品，主要按出品國(guó)或地區(qū)分類(lèi)。（3）WEB頁(yè)面的設(shè)計(jì)在頁(yè)面設(shè)計(jì)中，主要考慮的問(wèn)題是呈現(xiàn)給用戶(hù)的信息和頁(yè)面的版式設(shè)計(jì)。呈現(xiàn)給用戶(hù)的信息除了視頻資料名稱(chēng)外，還應(yīng)包括播放時(shí)長(zhǎng)、音頻和視頻的質(zhì)量參數(shù)等。此外，還應(yīng)提供資料檢索服務(wù)，便于用戶(hù)查找所需的內(nèi)容。版面設(shè)計(jì)上力求樸素大方，結(jié)構(gòu)合理，便于用戶(hù)瀏覽?？?/p>

7、之，在WEB頁(yè)面設(shè)計(jì)中，我們強(qiáng)調(diào)的是以實(shí)用性和易用性為主。（4）服務(wù)器的選擇視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的服務(wù)器包括WEB服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和流服務(wù)器。我們應(yīng)根據(jù)可能同時(shí)訪問(wèn)的用戶(hù)數(shù)量，決定服務(wù)器的數(shù)量。如果用戶(hù)數(shù)量不多，可考慮將三項(xiàng)服務(wù)置于一臺(tái)服務(wù)器上；如果訪問(wèn)的用戶(hù)數(shù)量較多，數(shù)據(jù)庫(kù)又較大，則應(yīng)將各項(xiàng)服務(wù)分別安裝于不同的服務(wù)器；尤其是對(duì)于流服務(wù)，甚至還可用多臺(tái)服務(wù)器提供集群服務(wù)，以滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。此外，還應(yīng)考慮系統(tǒng)將來(lái)的擴(kuò)展和用戶(hù)的增加，服務(wù)器在性能上應(yīng)留有余量。（5）視頻數(shù)據(jù)庫(kù)的管理各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品均提供了客戶(hù)端供用戶(hù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理。但這種方式存在一定的不便，管理員須在客戶(hù)機(jī)上安裝數(shù)據(jù)庫(kù)的客戶(hù)端軟件才能維護(hù)

8、數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，在實(shí)現(xiàn)視頻點(diǎn)播系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)好基于WEB的視頻數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的數(shù)據(jù)維護(hù)。2.3 視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的構(gòu)成視頻點(diǎn)播系統(tǒng)應(yīng)包括流服務(wù)器、WEB服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、WEB瀏覽器和視頻播放器幾個(gè)部分。如圖1所示。圖1 視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖當(dāng)用戶(hù)使用WEB瀏覽器訪問(wèn)視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的WEB頁(yè)面時(shí)，向WEB服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，要求查看某段資料的信息；WEB服務(wù)器接收請(qǐng)求后向數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器發(fā)出查詢(xún)的請(qǐng)求，并取得查詢(xún)結(jié)果；然后將關(guān)于該資料的信息傳送到WEB瀏覽器，呈現(xiàn)給用戶(hù)；如果用戶(hù)要求播放該段資料，則由WEB瀏覽器向流服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，流服務(wù)器獲得請(qǐng)求后，傳送一個(gè)包含了通信地址的頭文件到用戶(hù)

9、端，視頻播放器由頭文件中的地址找到流服務(wù)器；接著視頻播放器開(kāi)始接收來(lái)自服務(wù)器的流式視頻文件并進(jìn)行播放。3 視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)下面以筆者的工作實(shí)踐為例，介紹視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。我們?cè)谶x擇服務(wù)器時(shí)，考慮到在視頻點(diǎn)播系統(tǒng)中，負(fù)荷最大的是流服務(wù)器，而WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器相對(duì)而言負(fù)荷較小。因此，WEB服務(wù)器選用了HP LH3（雙PII400，256M內(nèi)存），數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器選用了聯(lián)想萬(wàn)全2400（雙PII400，256M內(nèi)存），流服務(wù)器則采用了雙機(jī)集群，由兩臺(tái)曙光I225G（雙PIII650，512M內(nèi)存，200G硬盤(pán)）承擔(dān)。所有服務(wù)器均安裝了Windows 2000 Server操作系統(tǒng)。WEB

10、服務(wù)器的WEB服務(wù)由Windows 2000 Server中內(nèi)置的IIS5.0提供。考慮到IIS對(duì)ASP腳本支持較好，我們?cè)谥谱鱓EB頁(yè)面時(shí)，采用了VBScript腳本語(yǔ)言編寫(xiě)ASP腳本程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻資料數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢(xún)。同時(shí)也為管理員提供基于WEB的視頻數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上安裝了Microsoft SQL Server 2000。管理員可在管理工作站上安裝Microsoft SQL Server 2000的客戶(hù)端程序（Client），通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程管理數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)的添加、更新、刪除等操作。對(duì)于視頻數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)我們是這樣安排的：一部分字段為資料的分類(lèi)信息；一部分字段為資料的內(nèi)在屬性，

11、如主講教師、導(dǎo)演、出品國(guó)/地區(qū)等信息；還有一部分字段為視頻的客觀信息，如聲音采樣頻率、幀速、視頻文件大小等。詳細(xì)字段分配見(jiàn)表1。表1 視頻數(shù)據(jù)庫(kù)字段分配字段名稱(chēng)字段類(lèi)型說(shuō)明編號(hào)int視頻資料的編號(hào)學(xué)科char資料所屬的學(xué)科適用對(duì)象char適用于何種人群（成人、高中生等等）來(lái)源char視頻片源種類(lèi)（錄像帶、VCD、DVD等等）名稱(chēng)char視頻資料的名稱(chēng)路徑char存放視頻的路徑關(guān)鍵詞char檢索資料的關(guān)鍵詞教師char資料中授課的教師導(dǎo)演char視頻資料的導(dǎo)演年代char視頻資料的年代出品國(guó)/地區(qū)char視頻資料的出品國(guó)/地區(qū)語(yǔ)種char語(yǔ)言種類(lèi)色彩char彩色片或黑白片播放時(shí)長(zhǎng)smallint

12、視頻資料的播放時(shí)間（分）分辨率_寬度smallint原始視頻資料的寬度 （像素）分辨率_高度smallint原始視頻資料的高度（像素）采樣頻率decimal聲音采樣頻率（KHZ）幀速tinyint視頻的播放速度（幀/秒）文件大小smallint視頻資料的文件大?。∕B）上載日期smalldatetime視頻資料的上載日期評(píng)價(jià)tinyint從畫(huà)面、聲音和內(nèi)容等方面綜合評(píng)價(jià)等級(jí)（共5級(jí)）點(diǎn)擊次數(shù)int用戶(hù)觀看本資料的次數(shù)內(nèi)容簡(jiǎn)介text視頻資料的內(nèi)容簡(jiǎn)介縮略圖image視頻資料的靜態(tài)圖片流服務(wù)器上需要安裝流式服務(wù)器軟件，我們選擇RealNetworks的RealServer產(chǎn)品。RealServe

13、r 分Basic版、Plus版、Professional版和Intranet版等幾種。其中Basic版是可以免費(fèi)獲得的，它可支持25個(gè)流（25個(gè)用戶(hù)同時(shí)訪問(wèn)）；Plus版可支持60個(gè)流；Professional版和Intranet版則可支持100至500個(gè)流（需安裝相應(yīng)的協(xié)議）。RealServer具有良好的適應(yīng)性、可管理性及可靠性，能滿(mǎn)足用戶(hù)的身份驗(yàn)證、帶寬控制、實(shí)現(xiàn)基于WEB的管理等多種需求。安裝Real Server時(shí)，安裝程序會(huì)提供視頻流的工作端口，包括RTSP端口（默認(rèn)值為554）、PNA端口（默認(rèn)值為7070）、HTTP端口（默認(rèn)值為8080）、Monitor端口（監(jiān)控端口，默認(rèn)值

14、為9090）和Admin端口（管理端口，默認(rèn)值為27809）。對(duì)于端口的設(shè)置，一般我們選用默認(rèn)值即可。在配置Real Server時(shí)，要注意修改視頻資料的存放路徑，在管理面板的ConfigureGeneral SetupMount Points選項(xiàng)中，設(shè)定根目錄“/”為存放視頻資料的路徑（默認(rèn)值為C:Program FilesRealRealServerContent）。當(dāng)我們制作WEB頁(yè)面中視頻資料的存放路徑時(shí)，只要按如下格式即可：http:/流服務(wù)器的IP地址:8080/ramgen/存放視頻資料的路徑 或者 rtsp:/流服務(wù)器的IP地址:554/存放視頻資料的路徑。上述工作完成后，視頻

15、點(diǎn)播系統(tǒng)也就基本實(shí)現(xiàn)了。剩下的主要工作就是維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)和增加視頻資料。制作Realmedia格式的視頻資料，需要一臺(tái)配置較好的計(jì)算機(jī)，以縮短制作時(shí)間，提高制作效率。計(jì)算機(jī)上需要安裝視頻采集卡和制作軟件RealProducer。RealProducer支持AVI、QuickTime、MPEG等多種視頻格式文件；還可以通過(guò)視頻采集卡抓取錄像機(jī)、電視機(jī)、VCD機(jī)、DVD機(jī)等輸入的視頻信號(hào)。此外，RealProducer還可將視頻實(shí)時(shí)壓縮后送至Real Server，由Real Server實(shí)時(shí)廣播至網(wǎng)絡(luò)上，實(shí)現(xiàn)節(jié)目的網(wǎng)上直播。4 結(jié)論較C-S模式而言，基于WEB的視頻點(diǎn)播系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、支持的用戶(hù)數(shù)量多、系統(tǒng)可覆蓋的范圍廣、價(jià)格也不高，而且在網(wǎng)絡(luò)帶寬保證的情況下，視頻的畫(huà)面質(zhì)量可接近DVD效果，筆者認(rèn)為這是值得推廣的視頻點(diǎn)播系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)1 M. A. Sportack, F. C. Pappas, E. Rensing, et al, 高性能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程. 清華大學(xué)出版社, 1998.The article analyses kinds of VOD projects and introduces the VOD system based