1、東北農業大學學士學位論文 學號：3基于Web實現校園網絡視頻點播系統設計Design And Implementation Of Campus Network VOD System Based On Web學生：博濤指導老師：紅巖所在院系：網絡教育學院所學專業：計算機科學與技術研究方向：計算機信息技術與網絡東 北 農 業 大 學中國·2013年10月東北農業大學網絡教育學院畢業論文（設計）任務書論文題目基于Web實現校園網絡視頻點播系統設計專業計算機科學與技術所屬學習中心農業大學畢業論文（設計）的要求：1. 選題結合實際，應具有理論價值和現實意義，符合專業方向。2. 查閱國外已有的相

2、關文獻資料并進行比較全 面的綜述，能基本反映出該研究領域的研究現狀；中文參考文獻不少于15篇，外文參考文獻不少于5篇。3. 論文格式符合“東北農業大學本科生畢業論文基本規”。4. 結論與建議具有一定的參考價值。主要參考資料：1. 王曜.視頻點播.：郵電大學,20022. 含宇.視頻點播系統與廣播系統的研究與實現.東北大學碩士學位論文,20023. 鐘玉琢，向哲等.流媒體和視頻服務器.第1版.：清華大學,20034. 夏，軍.基于Web方式校園網視頻點播系統的設計與實現.科學院,20035. 周繼茂.視頻點播技術綜述.有線電視技術2004(19), 2004學 生（簽名） 年 月 日指導教師（簽

3、名） 年 月 日2 / 38摘 要視頻點播是二十世紀90年代在國外發展起來的，簡稱VOD。我們常說的視頻點播系統在我國是近些年來非常流行的一種方式，在廣電網絡系統中VOD視頻點播也稱之為交互電視，它徹底把原來單一的傳播方式改變為雙向互動式的新型模式，滿足了人們對視頻播放進行實時控制的愿望。VOD技術還可以應用在電信的寬帶網絡中，同時也可以應用在小區局域網與有線電視的寬帶網絡中。如今在建設新型智能小區過程中，計算機網絡布線已成為必不可少的一環，小區用戶可以通過電腦、電視機（配機頂盒）等方式實現VOD視頻點播應用，豐富了人們的文化生活；有線電視經過雙向改造，可以讓廣大的電視用戶通過有線電視網點播視

4、頻節目。現在，視頻點播技術也日益受到教育界的普遍關注，把學校原有的軟硬件資源進行升級改造，建設一個基于校園網的視頻點播系統，將有利于學校開展多種形式的雙向多媒體教學；同時也有利于學校教育資源的網絡化、共享化。實際上校園網絡建設視頻點播系統與各運營商制作的系統有共通之處。綜合計算機技術、通訊技術、電視技術等通過Internet網絡視頻點播，極推動了校園VOD技術的發展，也使得其應用推廣越來越普與，因此，開展本課題的研究具有重要的實用意義。關鍵字：視頻點播 Web 數據庫AbstractVideo on demand is the twentieth Century 90's develo

5、ped in abroad,referred to as VOD. VOD system, we often say is one kind of media is very popular in recent years in our country, the radio network system of VOD video on demand is also known as interactive TV, it completely to the original singlecommunication mode is changed into a new pattern of two

6、-way interactive, meet people on the video in real-time control of desire. VOD technology can also be used in the broadband network of telecommunication, but also can be applied in broadband community network and cable television. Now in the construction of new intelligent process, computer network

7、wiring已成為必不可少的一環，小區用戶可以通過電腦、電視機（配機頂盒）等方式實現VOD視頻點播應用，豐富了人們的文化生活；有線電視經過雙向改造，可以讓廣大的電視用戶通過有線電視網點播視頻節目。現在，視頻點播技術也日益受到教育界的普遍關注，把學校原有的軟硬件資源進行升級改造，建設一個基于校園網的視頻點播系統，將有利于學校開展多種形式的雙向多媒體教學，同時，也有利于學校教育資源的網絡化、共享化。實際上校園網絡建設視頻點播系統與各運營商制作的系統有共通之處，通過internet網絡視頻點播是當前流行的技術。作者利用流行的web程序開發語言java實現了支持校園視頻點播網絡服務器系統,對用戶的請求

8、和查詢進行相應的處理和視頻的播放，并且對用戶端機頂盒和網絡傳輸方式進行了設計。Has become absolutely necessary, residential users through computer, TV (with a set-top box) method to achieve VOD video on demand application, enrich people's cultural life; cable through the two-way transformation, allows the majority of TV users through

9、the cable TV network video program on demand. Now, video on demand technology is also increasingly concerned in the field of education, the upgrading of the original school of software and hardware resources, the construction of a video on demand system based on the campus network, will be conducive

10、 to the school to carry out two-way multimedia teaching, a variety of forms at the same time, the network, but also is beneficial to the school education resources sharing. In fact the construction of campus network VOD system with the operators making have in common, through the Internet network vi

11、deo on demand is a popular technology. The authors use the popular Web programming language Java to realize the support of campus VOD network server system, playing on the user's request and query processing and video corresponding, and the client set-top boxes and network transmission mode is d

12、esigned.Keywords:VOD Web Database目 錄摘要IAbstractII1 前言11.1研究目的與意義11.2研究容12視頻點播概述22.1簡介22.2國外研究概述22.2.1國研究狀況與發展趨勢32.2.2國研究發展狀況32.3視頻點播系統的結構42.4視頻點播系統的分類52.3.1基于視頻傳輸方式的分類52.3.2基于實用性和交互性的分類62.3.3基于系統服務的規模分類72.5基于Web方式校園網VOD系統的設計意義72.5.1不同于其他各種環境中的VOD72.5.2系統意義73基于Web的視頻點播簡介83.1需要解決的問題83.2系統工作原理與流程93.3流媒

13、體技術簡述103.3.1流媒體概念103.3.2流媒體實現103.4視頻點播壓縮技術123.4.1常用的壓縮方法與國際標準123.4.2適合視頻點播的壓縮方法134校園網的視頻點播系統的構建144.1系統功能144.2系統構建方案154.3可開展多種形式教學165基于Web方式校園V0D的開發175.1系統的設計與實現175.1.1系統軟硬件環境175.1.2軟件實現185.2視頻點播系統功能與結構設計185.2.1視頻點播系統之永恒需要195.2.2視頻點播系統結構195.3系統數據庫結構與頁面設計195.3.1數據庫結構設計205.3.2客戶點播頁面設計205.3.3系統維護頁面設計255

14、.4Real視頻點播服務器配置和應用256結束語26參考文獻28致291 前言1.1 研究目的與意義1多媒體教學的需要在教學過程中，學生是一個主動的個體，知識是學生主動建構得來的。我們必須改變滿堂灌的說教模式，強調學生的參與意識，讓師生在一個雙向互動的過程中，共同解決教學難點。視頻點播保留了傳統教育媒體的多媒體特性，它通過視頻、聲音、圖像、動畫、文本等多媒體方式向學生傳送豐富、具體、生動的知識，使抽象化的東西形象化；同時它又克服了傳統教育媒體單向傳播的局限性，它給了學生充分的主動權，學生可自主點播所需的教學容進行探索式、發現式的學習，這有利于培養學生自主發現問題、分析問題、尋求問題解決方案的探

15、索精神和創新能力。2教育資源網絡化需要教育資源應具有開放性，從而實現教學資源共享。而傳統的閉路電視系統不能讓教師在網絡上共享教學資料，致使當前很多學校都存在著重復制作多媒體課件、重復購買音像資源的問題，造成人力和財力的巨大浪費。構建在計算機網絡基礎上的VOD系統能夠和Internet無縫結合，這樣老師和學生不僅可以點播本校的多媒體資源，還可以訪問其他學校的多媒體教學資源庫，為己所用。在進行視頻點播的同時，還可以隨時對Internet進行訪問，從Internet上獲取所需的教學資源。管理人員也可以收集優秀的多媒體課件、教學錄像、實驗錄像等放到VOD的資源庫中，通過VOD系統的網絡性能方便地實現精

16、品共享與交流。3個性化教學的需要雖然由于師資力量等因素的限制，個性化教學還未成為主流教學方式，但通過視頻點播技術，可在同一空間營造出一個個相對個性化的教學環境，學習者可以不受時間和地理空間的限制，自主選擇適合自己的學習容，并可根據自身情況調整學習進度，自主選擇指導老師，這樣可以充分調動學生的主動性，達到因材施教的目的。1.2 研究容本文提出了基于Web方式的校園網視頻點播系統設計方案，分析了視頻點播系統所涉與的關鍵技術，給出了一個比較詳細的系統設計。Internet網絡視頻點播是當前流行的技術，作者詳細介紹了視頻點播的發展與當前此技術的應用，利用計算機相關技術詳細闡述了基于Web方式的校園視頻

17、點播系統的構建。2 視頻點播概述2.1 簡介我們在日常生活中，可能每個人都曾遇到這樣一個比較掃興的事情，當觀看一些經典的電視連續劇或者優秀的電影的時候，由于某些特殊原因錯過了精彩的某一集或某一段，這是相當遺憾的。人們希望把沒與時看完的補回來或者按照自己的意愿來安排時間觀看。這在過去就是異想天開的事情，但而今隨著視頻點播系統的問世，使這種想法逐漸變成了現實。視頻點播是一種按需要的交互式點播系統，用戶不必要遵守傳統的時間表，而可以根據自己的意愿隨時點播希望收看的節目，且不受商業廣告的干擾。形象地說，使用視頻點播業務就如同在自己的影碟機或錄像機上看節目一樣方便，不僅可以調換節目，還可以對節目實現編輯

18、與處理（比如倒退、暫停和搜索等等)，獲得與節目相關的詳細信息。視頻點播向用戶提供的服務的容將遠遠超過普通的錄像帶的容，隨著這一技術的出現，使廣大用戶可以自由支配自己的工作時間和娛樂時間，真正實現了用戶掌握收視的主動性，極大的提高和改善了人們的生活質量和工作效率。視頻點播是20世紀90年代末從國外發展起來的。經過十多年的發展，視頻點播技術應用圍越來越廣，從企業、政府、學校、軍隊、圖書館、醫院、展覽館到汽車、飛機、輪船、商場和小區，只要有信息需求的地方這種技術都受到歡迎，因為這種技術將信息被動接受改為主動獲取,在信息化爆炸時代，信息量以幾何級增長的情況下，它滿足了人們深層次的需要，因此必將成為未來

19、人們獲取信息的主流方式。視頻點播(VOD, Video On Demand)是隨著計算機技術和網絡通訊技術的發展，綜合了計算機技術、通訊技術、電視技術而迅速新興的一門綜合性技術。它是當前計算機應用技術中的重要課題，也是一項具有較高難度的課題。隨著國際上不斷涌現新的視頻編碼和傳輸標準，極推動了VOD技術的發展，也使得其應用推廣越來越普與。因此，開展本課題的研究具有重要的實用意義。2.2 國外研究概況視頻點播(VOD, Video On Demand)系統是網絡多媒體中一類重要的應用，它通過網絡為用戶提供包括視頻、音頻等媒體數據的點播業務。VOD系統涵蓋網絡多媒體技術的各個方面，具有顯著的社會效益

20、和經濟效益，因此其研發工作一直處于網絡多媒體應用的前沿。媒體數據的壓縮和存儲技術目前已基本成熟，代表性的標準有：H.261，H.263, RealVideo，MPEG等，其中MPEG 標準中的MPEG-2和MPEG-4己成熟，MPEG-7標準正在制定過程中。符合MPEG標準的媒體節目已經廣泛應用，VCD、DVD等市場的發展即為證明。高速網絡發展如火如荼，各種網絡結構逐步統一于IP協議、廣域網帶寬與日俱增，局域網成為信息化建設的必要環節，隨著“最后一公里”問題的逐步解決，高速網絡已經接入千家萬戶。 因此，VOD系統的基礎工程己趨于成熟。2.2.1 國外研究狀況與發展趨勢早在1986年，南貝爾(B

21、ell South)公司就開始了有關VOD的實驗。1993年，在美國政府資助下，大西洋貝爾(BeHAtlantie)公司在線上進行了電視視頻撥號音的實驗，并嘗試將MPEG-1的壓縮數據節目傳送到2000個用戶的機頂盒，通過機頂盒解碼再傳送給用戶。同年，Nynex公司也開始向曼哈頓的居民提供第一套試驗性的點播電視系統。1994年12月14日，在美國召開了TimeWarner全業務網(Full Service Network)新聞發布會，后來通常將這一天作為視頻點播的誕辰日。從此，視頻點播系統進入了蓬勃發展的時期。IBM公司在1995年7月宣布成立交互式電視應用開發實驗室,并選Micrware公司

22、的數字音頻/視頻交互式解碼系統(DAVID Digital Audio/Video Interactive Decoder) 作為點播電視的標準和開發平臺。近年來，美國的許多大公司都已涉足視頻點播系統這一領域，設計出了自己的視頻點播服務器并推向市場。對機頂盒的大規模設計開發也進入實質階段，芯片設計廠商已設計了機頂盒專用芯片，軟件廠商也積極參與，微軟公司收購了美國最大的機頂盒生產廠商，同時大力推動其Windows CE作為這類設備的操作系統，2002年Microsoft的總裁Bill Gate曾在推出“維娜斯”計劃也是基于這個考慮。目前，全世界已有二十多個國家正在開發或者研究提供視頻點播的實驗和

23、服務。在亞洲，國的KT公司已經推出了其視頻點播業務，通過線向家庭提供視頻點播服務，并打算將這個系統的規模拓展到上千個家庭并開始商業化。R本的NEC等公司開發了大型的視頻服務器，并在東京地區建設了大規模的視頻點播實驗平臺。2.2.2 國研究發展狀況在我國，1996年信息工業公司與美國微軟公司合作，在地區進行了交互式電視的實驗，參加的單位有信息工業公司、教育電視臺、廣播電視局以與電信局，并于1996年投入市場實驗。1997年，在全省建設了綜合業務寬帶網絡，并在上面開展視頻點播業務。1999年，市開始實驗基于機頂盒接收的有線電視業務，這些無疑將對以后的視頻點播系統打下良好的基礎。進入21世紀后,全國

24、大部分省會城市與經濟發達地區相繼開始開發視頻點播業務。與此同時，各種小型的視頻點播在我國也飛速發展，基于小型服務器和局域網環境的公司培訓用的視頻點播系統，旅館娛樂用的視頻點播系統，學校教學用的視頻點播系統已經大量出現，盡管這些系統目前尚有不少缺陷和使用的局限性, 但它畢竟標志著視頻點播系統己經走近了我們的日常生活。由于VOD系統具有廣泛的應用前景和顯著經濟和社會效益，有實力的公司和研究機構都加大投資力度開發VOD產品。VOD產品可分為兩類，其一是以計算機硬件和電視技術為基礎的視頻服務器系統；其二是基于網絡的VOD軟件系統。目前，國外比較著名的視頻服務器產品主要有：NCUBE公司的MediaCu

25、be，FVC的V-Cache、SGI 的Challenge等。它們主要從硬件體系結構上對服務器進行專門設計，再配以適當的管理軟件或專有的操作系統實現對硬件的管理。從軟件角度實現的系統有Oracle的OVS 系統、Cisco的 IP/TV，RealNetwork的RealSystem、Starlight 公司的StarWorks 等。國有浪潮公司開發的LC-VOD視頻點播系統、美萍視頻點播系統等。2.3視頻點播系統結構VOD系統的結構與組成一般可以分為三個部分：服務端系統、網絡系統、客戶端系統。1服務端系統服務端系統一般由視頻服務器、各種管理服務器以與控制網絡部分組成。各種管理服務器主要完成一些

26、用戶信息管理和計費工作，以與影視材料的整理工作和安全等。控制網絡部分主要完成各種服務器中的各種信息傳遞的工作，后臺的影視材料和數據的交換。視頻服務器主要由存儲系統和建立其上的各種控制器管理系統組成，其目標是實現壓縮媒體數據的存儲，以與按請求進行媒體信息的檢索和傳輸。視頻服務器與傳統的數據服務器在很多方面有顯著不同，需要解決許多問題，以求能夠支持新功能，例如：媒體數據檢索、信息流的實時傳輸以與信息的加密和解密工作。對于交互式的VOD系統來說，服務端系統還需要完成諸如用戶實時請求處理、允許控制 (Admission Control)服務等功能。2網絡系統網絡系統包含主干網絡和本地網絡系統兩部分，是

27、影響連續媒體網絡服務系統性能的關鍵部件。由于媒體服務系統的網絡部分投資巨大，所以在設計時不僅需要考慮當前的媒體應用需要，而且還要考慮將來發展需要和兼容性。當前，用于建立這種服務系統的網絡坊理介質主要是：CATV的同軸電纜、光纖、雙絞線和無線網。而采用的網絡技術主要是：以太網、FDDI和ATM技術。這些網絡實現技術都有各自具體的服務對象、帶寬圍和環境特征。3客戶端系統只有利用終端設備，使用者才能與某種服務或服務提供者進行互操作。實際上，在計算機系統中，它是由帶有顯示設備的PC終端完成；在電視系統中，它是由電視機加機頂盒(Set Top Box)完成。在客戶終端系統中，除了處理硬件問題外還需要處理

28、與之相關的各種軟件技術問題。例如，為了滿足用戶的多媒體交互需求，客戶系統的界面必須加以改造。此外，在進行連續媒體演播時，媒體流的緩沖管理、聲頻與視頻數據的同步、網絡中斷與演播中斷的協調等問題都需要充分的考慮。2.4 視頻點播系統的分類2.4.1 基于視頻傳輸方式的分類1從用戶的角度看點播形式視頻點播是指在網絡中計算機所建立的點對點的連接。點播連接是客戶端與服務器之間的主動的連接。在點播連接中，用戶通過選擇容項目來初始化客戶端連接。容以流形式從服務器傳到客戶端。若文件已被編入索引，則用戶可以開始、停止、后退、快進或暫停流，點播連接提供了對流的最大控制，但這種方式由于每個客戶端各自連接服務器，會迅

29、速用完網絡帶寬。2從服務器的角度看有：單播、多播和廣播三種形式（1）單播(unicast)在單播中，每個連接到流的用戶都有自己的連接和來自服務器的流，這似乎與點播的概念很相似，的確二者都是服務器端向客戶端發布單播流的形式。單播是指用戶被動的接收流，接收到流的時間和肉容是不由客戶端決定的，不論客戶端是否愿意接收，服務器都將發布單播流，當然客戶端有權不接受，點播是指用戶主動的點播媒體流，僅當客戶端發出請求時，服務器端才發送單播流。（2）廣播(broadcast)廣播時服務器端將發布一流媒體副本到網絡中的所有用戶，在帶寬資源利用方面，單播和廣播都存在弱點，當將同一數據發往網絡上的某一部分客戶的時候，

30、單播（不論是點播單播還是廣播單播)和廣播都將浪費網絡資源。單播是通過發送數據的多個副本而浪費帶寬的。廣播則是將數據發往整個網絡，而不管數據是否都是用戶需要的，因而浪費帶寬，違背了某些不想觀看該廣播節目的用戶的意愿。（3）多播(multicast)在多播中，用戶通過監視特定的IP地址接收多播流（以與特定頻率從電視臺接收信號類似)，它克服了廣播和單播方法的弱點。多播是由客戶端決定是否監聽多播地址。多播通過讓網絡只在需要時才復制數據包而節省了帶寬，并且控制了網絡流量。其最大好處是節省網絡帶寬，多播服務器將媒體流傳遞到許多客戶端，但只使用單個流的帶寬。2.4.2 基于實用性和交互性的分類1準視頻點播(

31、NVOD, near Video-on-Demand)準視頻點播(Near Video On Demand)是真視頻點播的替代物。準視頻點播就是將一個節目每隔一段時間(如10分鐘)重播，收視者能在等待最短時間收看自己點播的節目。用戶觀看電視節目時，交換機將用戶終端與最近將要從頭開播的頻道連通，用戶等待的時間不會超過某個時間間隔。如在視頻服務器一個時間長度為N 的節目，經視頻服務器9個輸出通道分別輸出，第二個通道相對第一個通道延時N/9時間播放，第三個通道相對第二個通道延時N/9時間播放，依此類推。這樣相鄰通道播放的是一樣節目，但時間間隔均是N/9，用戶在點播后的N/9時間就可看到自己點播的節目

32、。2真視頻點播(TVOD,TrueVideo-on-Demand)真視頻點播TVOD也被稱為視頻點播VOD,前面所討論的都是真視頻點播概念, TVOD系統是通過為每個點播用戶開設單獨的播放流來實現的，并根據用戶的請示對播放流進行各種控制，為每個點播用戶分配相應的帶寬，TVOD系統的每個用戶都可隨時點播收看節目，可以控制節目的播放、暫停、快進和快退等，TVOD系統視頻服務器對用戶的點播能做到與時響應，但是TVOD系統對有線電視網絡前端和傳輸網絡都有比較嚴格的技術要求。3交互式視頻點播(IVOD, Interactive Video-on-Demand)它比前兩種方式有很大程度上的改進，它不僅可以

33、支持即點即放，而且還可以讓用戶對視頻流進行交互式控制。這時，用戶就可像操作傳統的錄象機一樣，實現節目的播放、暫停、快進、快退和自動搜索等。2.4.3基于系統服務的規模分類1小型視頻點播系統。一般適用于50個用戶以的小型網絡，用它可構造多媒體教室，公司部培訓系統和銀行、旅游等特殊服務行業視頻信息服務系統。2中型視頻點播系統。一般適用于服務的用戶數目為50-100之間，可在學校的多媒體網絡教學、賓館的娛樂和大公司職工的技術培訓等領域使用。3大型視頻點播系統。一般適用于城市有線電視的發展以與大型連鎖店的商品瀏覽、網上超市等，用戶數目為1000以上。2.5基于Web方式校園網VOD系統的設計意義2.5

34、.1不同于其他各種環境中的V0D目前，VOD技術應用于電信的寬帶網絡和有線電視網等方面的探討比較深。此外，應用于賓館、酒店、娛樂場所，住宅小區的VOD系統也有應用。但是以上各環境中的VOD系統與基于Web方式校園網的VOD系統在很多方面存在差異，比如，前者是營利性的系統，其系統結構不僅包括點播子系統，還包括收費和結帳等財務方面的子系統；而后者是非營利性質的；前者的用戶終端是電視機，而后者的用戶終端可以是電視機也可以是計算機，前者與后者的用戶接入網也有所區別。2.5.2系統意義基本設計思想是從學院現有網絡資源實際情況出發，以現有網絡系統為基礎，基于標準的TCP/IP架構，采用高性能價格比的服務器

35、作為前端視頻服務器，采用以PC作為網絡用戶接入終端，并集成節目管理、用戶管理等軟件模塊與相關配套產品，提供符合學院特點的“端一端”的、低成本的整體解決方案。鑒于學院建立的是一套綜合的視頻點播服務系統，而且所要服務的對象不僅包括在校師生，還要包括職工家屬，所以在設計系統方案時考慮系統建成后必須達到以下目標：1.系統能提供穩定的視頻流，滿足點播、組播的要求，并確保多人同時點播同一節目和不同節目的服務質量。2.提供盡量小的等待時間和最大化的用戶并發數量。3.根據用戶身份提供相對應的視頻容，容盡可能豐富。4.具有視頻節目源的管理功能。能方便有效地加載視頻節目，并生成一個容目錄，供系統管理員查詢、維護視

36、頻節目庫。5.用戶界面盡可能的簡單實用，不同層次用戶均能快速掌握。6.系統對用戶能提供全方位的管理認證。3 基于Web的視頻點播簡介3.1 需要解決的問題1視頻資料的質量在設計視頻點播系統時，我們需要考慮用戶的網絡帶寬以與對視頻資料的視聽覺質量要求。鑒于CERNET的用戶桌面帶寬均較高，一般都為10Mbp/s或100Mbp/s，因此，我們在制作視頻資料時，主要考慮了畫面質量，在保證畫面質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的參數制作視頻，視頻帶寬要求為220Kbp/s-350Kbp/s。2視頻資料的分類視頻資料的類別應有確定的標準，能為用戶

37、所公認，也便于用戶的檢索。對于一般的教學資料，我們按照學科分類的標準劃分，對于影視劇作品，主要按出品國或地區分類。3WEB頁面的設計在頁面設計中，主要考慮的問題是呈現給用戶的信息和頁面的版式設計。呈現給用戶的信息除了視頻資料名稱外，還應包括播放時長、音頻和視頻的質量參數等。此外，還應提供資料檢索服務，便于用戶查找所需的容。版面設計上力求樸素大方，結構合理，便于用戶瀏覽。總之，在WEB頁面設計中，我們強調的是以實用性和易用性為主。4服務器的選擇視頻點播系統的服務器包括WEB服務器、數據庫服務器和流服務器。我們應根據可能同時訪問的用戶數量，決定服務器的數量。如果用戶數量不多，可考慮將三項服務置于一

38、臺服務器上；如果訪問的用戶數量較多，數據庫又較大，則應將各項服務分別安裝于不同的服務器；尤其是對于流服務，甚至還可用多臺服務器提供集群服務，以滿足用戶的需求。此外，還應考慮系統將來的擴展和用戶的增加，服務器在性能上應留有余量。5視頻數據庫的管理各類數據庫產品均提供了客戶端供用戶通過網絡管理。但這種方式存在一定的不便，管理員須在客戶機上安裝數據庫的客戶端軟件才能維護數據庫。因此，在實現視頻點播系統時，應設計好基于WEB的視頻數據庫管理程序，實現隨時隨地的數據維護。3.2 系統工作原理與流程基于Web方式的視頻點播就是讓用戶通過點擊Web頁面上的視頻播放超，實現播放視頻節目。在這一過程中，用戶端瀏

39、覽器獲取了超中的URL，通過URL機制向服務器請求視頻節目，并調用媒體播放器來接受和播放視頻節目。系統中采用動態網頁技術和數據庫技術實現響應用戶點播需求，動態生成Web頁面（包括用戶點播的視頻節目信息和視頻播放超)，采用流媒體技術響應播放視頻節目需求，向用戶端傳送視頻節目，并保障視頻節目的實時傳送。系統主要流程是響應用戶點播要求，并實時傳送用戶點播的媒體文件。圖3-1所示的是用戶通過瀏覽器檢索視頻節目信息并點播視頻節目時，系統所發生的流程。首先，用戶通過瀏覽器向Web服務器發出請求視頻節目的信息（如節目名稱、編號、介紹、圖片、視頻節目在流媒體的路徑等)；Web服務器響應用戶的請求到數據庫中檢索

40、相關視頻節目信息（根據節目名稱或編號來檢索）后，將該信息返回給用戶；然后用戶根據返回的視頻節目信息，獲取要點播視頻節目的節目路徑后，向流媒體服務器發出請求；流媒體服務器獲取傳送過來的節目路徑后，檢查改路徑是否正確，如果正確，流媒體服務器就向發出請求的用戶傳送點播的視頻文件，最后用戶通過媒體播放軟件接收視頻文件并進行播放。 用戶端Web 服務器數據庫流媒體服務器返回檢索到的信息檢索視頻節目信息獲取視頻節目信息請求視頻節目傳送請求視頻節目存放視頻節目存放視頻節目相關信息圖3-1視頻點播流程3.3 流媒體技術簡述3.3.1流媒體概念流媒體(Streaming Media)是指運用可變帶寬技術，在數據

41、網絡上按時間先后次序傳輸和播放的連續音/視頻數據的一種格式。流媒體在播放前只將部分容緩存，并不下載整個文件，在數據流傳送的同時，用戶可在計算機上利用相應的播放器或其他的硬件、軟件對壓縮的動畫、視音頻等流式多媒體文件解壓后進行播放，這樣就節省了下載等待時間和存儲空間，使時延大大減少，而多媒體文件的剩余部分將在后臺的服務器繼續下載。如果將文件傳輸看作是一次接水的過程，過去的傳輸方式就像是對用戶做了一個規定，必須等到一桶水接滿才能使用它，這個等待的時間自然要受到水流量大小和桶的大小的影響；而流式傳輸則是，打開水龍頭等待一小會兒水就會源源不斷地流出來，而且可以隨接隨用，因此，不管水流量的大小也不管子的

42、大小，用戶都可以隨時用上水。從這個意義上看，流媒體這個詞是非常形象的。3.3.2流媒體實現流媒體是在目前的網絡帶寬還不能完全滿足巨大的音頻、視頻、3D等多媒體數據流量要求的情況下產生的，所以在流媒體通信技術中，應首先對音頻、視頻、3D等多媒體文件數據進行預處理后才能進行流式傳輸。它主要包括降低質量和采用先進、高效的壓縮算法兩個方面。其次，在整個的傳輸和控制過程中，必須采用一定的網絡協議來實現流式傳輸。流媒體實現原理簡單地說就是首先通過采用高效的壓縮算法。在降低文件大小的同時伴隨質量的損失，讓原有的龐大的多媒體數據適合流式傳輸，然后通過架設流媒體服務器，修改MIME標志I通過各種實時協議傳輸流數

43、據I其原理框圖如圖3-2所示：圖3-2流媒體實現原理框圖1預處理多媒體數據必須進行預處理才能適合流式傳輸，這是因為目前的網絡帶寬相對多媒體巨大的數據流量來說還顯得遠遠不夠。預處理主要包括兩方面：一是采用先進高效的壓縮算法；二是加入一些附加信息把壓縮媒體轉為適合流式傳輸的文件格式。其技巧在于壓縮原始的音頻、視頻容，使其能夠在窄帶或寬帶通道上以流的方式傳給用戶，預處理在編碼器完成。編碼方式的選擇可以是多種多樣的。Microsoft,Heal Networks, Apple Computer以與其他各方均提供關于編碼、流式傳送以與客戶觀看等方面的享有專用權的方案。常規視頻編碼速度的圍從20Kb/s到

44、目前的300Kb/s,并且有望達到1Mb/s與以上的速度。音、視頻編碼器在功能上有相當大的差別。最終的編碼資料可以利用文本、圖形、腳本形式進行多路傳輸，并且放在能夠實現流方式的文件結構中。也就是意味著該文件有時間標記以與其他易于實現流方式的特點，然后再在客戶端進行解碼。編碼過程應該綜合考慮不同編碼速度的定制性能,包損失的容錯性與網絡的帶寬波動，最低速度下好的音頻、視頻品質，編碼/流式傳送的成本，流的控制以與其他方面。2支持流媒體傳輸的網絡協議實時傳輸協議(Realtime Transport Protocol，RTP)：這是Internet上針對多媒體數據流的一種傳輸協議。RTF被定義為在一對

45、一或一對多的傳輸情況下工作，其目的是提供時間信息和實現流同步。實時傳輸控制協議(Real-timeTransport Control Protocol，RTCP)和RTP起提供流量控制和擁塞控制的服務。實時流協議(Real time Streaming Protocol, RTSP)：定義了一對多的應用程序如何有效地通過IP網絡傳送多媒體數據。資源預訂協議(Resource Reserve Protocol，RSVP)：由于音頻、視頻數據流比傳統數據對網絡的延時更敏感，要在網絡中傳輸高質量的音頻、視頻信息，除帶寬要求之外，還需其他更多的條件。RSVP是正在開發的Internet上的資源預訂協議

46、，使用RSVP預留一部分網絡資源。3識別流媒體類型的途徑MIMEWeb 服務器和Web 瀏覽器可通過MIME(Multipurpose Internet Mail Extensions, 通用因特網擴展)來識別流媒體并對其進行相應的處理。MIME不僅用于電子，還能用來標記在Internet上傳輸的任何文件類型。3.4 視頻點播壓縮技術3.4.1常用的壓縮方法與國際標準對視頻和音頻數據進行壓縮編碼的國際標準很多，主要由ITU(國際電信聯盟)和ISO(國際標準化組織)制定。其中音頻編碼的標準包括G.721, G.731,AC-3 等，前三種主要用于視頻會議和可視中，而AC-3則廣泛應用于LD、CD

47、、DVD 和有線電視中，它通過5.1聲道技術來達到非常優秀的聲音效果。視頻數據的壓縮編碼標準同樣紛繁復雜，其中H.261、H.263, H.263+和H.263+ 主要面向窄帶視頻應用，比如128K的ISDN和更低速的連接，它們主要用于可視和視頻會議中，當然通過提高網絡帶寬也可以用于視頻點播中。而目甜較廣泛使用的則是MPEG 壓縮編碼標準，包括:MPEG-1, MPEG-2, MPEO-3,MPEG-4 和MPEG-7 等。MPEG標準既包括了視頻縮編碼標準，也包括了音頻壓縮編碼標準，以與它們之間的同步問題。其中MPEG-1是為工並級標準而設計的，可適用于如CD-ROM, VCD, CD-I等

48、不同帶寬的設備，可在1.5Mbps的傳輸速率下達到30幀/秒的運動圖像效果和CD音質的伴音效果；MPEG-2的設計目標則是高級工業標準的圖像質量以與更高的傳輸率，MPEG-2所要求的傳輸速率介于3-10Mbps之間，在NTSC制式下分辨率可達720*486，提供廣播級圖像和CD級音質，同時MPEG-2的音頻編碼可提供和AC-3 標準同樣的5.1個聲道，包括左、中、右與左后和右后兩個環繞聲道，并有一個輔助的超重低音聲道(0.1聲道)。MPEG-2的一個廣泛應用就是DVD，同時由于它的出色表現使其替代未出臺的MPEG-3標準應用于HDTV(高清晰度電視)而且MPEG-2向下兼容，即大多數MPEG-

49、2解碼器也可播放MPEG-1格式的數據；MPEG-4標準與前面兩種標準的根本區別在于它是一種基于容的壓縮編碼方法,它能夠實現將圖像中的場景、物體單獨截取出來進行編碼處理，同時，它要求的傳輸速率一般比較低，可在4800-64000bp/s之間的速率下提供分辨率為176*144的圖像質量。由于是基于容進行壓縮編碼的，所以MPEG-4更適合交互式的多媒體服務；最新推出的MPEG-7標準的正式名稱為“多媒體容描述接口”，目標是對音視頻數據進行基于容的檢索，它不對編碼方式進行規定，而是規定多媒體信息的數據描述格式，從而支持多媒體容的快速、高效檢索。3.4.2適合視頻點播的壓縮方法1. 綜合視頻點播業務對

50、編碼方法的要求主要出于三個方面：（1）視頻服務器存儲空間對編碼方式的高效性有要求；（2）點播業務的實時性對碼流傳輸的方式有要求；（3）當前網絡狀態的復雜現狀對碼流結構有要求。2編碼效率保持圖象質量的編碼效率是所有壓縮編碼方法追求的直接目標，也是視頻服務器存儲空間限制的結果。在實現視頻點播業務時，需要考慮視頻質量與編碼方式的不同選擇。3用戶終端在前幾年用戶如果需要欣賞網絡上的視頻文件，采用的方式只能是下載此文件,然后在本地播放。這種方式造成的后果是：（1)用戶需要等待很長時間，以便于文件下載完畢；（2)用戶需要準備足夠的磁盤空間存儲下載下來的視頻文件。這種基于文件下載的方式給用戶帶來了很多的麻煩

51、，而隨著流媒體技術的應用，則徹底的改變了這種困境。可以通過在10Mbit/s以太網上觀看10分鐘VCD影片為例來對比流媒體方式和傳統下載方式對用戶使用上的不同情況。表3-1 兩種播放方式的性能對比情況媒體傳播方式特點舉例下載播放采用下載方式，首先將全部媒體容存放在本地，然后開始播放。啟動播放延時長,本地存儲要求大啟動時間長：>30 秒；存儲空間人：90MB流媒體技術客戶端僅收到一小部分數據后。即可以開始播放，以后的數據由服務器經過網絡連續傳輸至客戶端。服務器根據播放速率。網絡流量、緩存狀況動態地調節流的速率，啟動播放延時短，智能流控，保證品質。啟動時間短：3-5 秒，存儲空間兒乎無。由表

52、3-1可以看出適合于視頻點播業務的視頻編碼方法，要支持流式的傳輸。目前支持流式傳輸的編碼主要有：Rm、MPEG-4等。4 校園網視頻點播系統的構建當前，視頻點播技術正日益受到教育界和商界的普遍關注。各廠商對學校視頻點播系統都投以了極高的熱情，紛紛提出了自己的解決方案。但是對于大多數學校而言，在有限的資源條件下，完全依據廠商的方案重新構建校園視頻點播系統是不切實際的，“因校制宜”，在現有的軟硬件基礎上進行升級改造才是一種經濟實用的選擇。下面我們介紹怎樣構建基于校園網的視頻點播系統，以使學校現有的硬件資源得到充分利用。4.1 系統功能我們所要構建的基于校園網視頻點播系統，功能框圖如圖4-1所示。各

53、教室、實驗室、教研室、行政辦公室、會議室、圖書館、學生寢室等都裝有計算機終端或帶有機頂盒的電視終端，學校領導、教師、學生等都可以通過就近的終端，通過統一的界面，自主點播所需的多媒體信息和多媒體教學資源。這些信息和資源既可以是本校的，也可以是其它學校或Internet上的信息和資源。教學資料庫課件服務器電子圖書服務器實時節目服務器電子教室服務器電子教材服務器現場試驗觀摩服務器VOD總控中心Internet其他學校的校園網，其他學校網站 家庭用戶點播圖4-1基于校園網的VOD系統功能框圖學生宿舍圖書館行政辦公室會議室教研室實驗室教室4.2 系統構建方案1結構化布線建立網絡主干采用100M交換、用戶

54、端10M交換到桌面的校園局域網；也可以升級改造現有有線電視網絡由單向升級雙向系統線路。2視頻點播服務器視頻點播服務器是VOD系統的核心，主要負責視頻信息的儲存播放，其工作能力極影響視頻點播系統的服務能力。所以選擇視頻服務器時，要充分考慮服務器的并發輸出能力、存儲容量、資源的共享性、系統結構的開放性、系統的擴充性、穩定性、可靠性等因素對整個系統運行的影響。校園視頻點播系統由于其業務量不是很大，所以我們建議選用基于高檔PC機的視頻服務器。這種類型的服務器是在高性能計算機的基礎上增加支持視頻數據訪問的有關硬件，再將系統進行一定的優化，從而實現視頻點播功能的。3用戶終端VOD系統用戶端設備有兩種：一種

55、是計算機（PC）；另一種是電視機（TV）加機頂盒（STB）。機頂盒通稱Set Top Box，是一種智能型的數字式信號轉換器，用戶透過此設備即能夠實現視頻點播、Internet訪問、遠程教學、視頻會議、電子商務等多媒體信息服務。機頂盒通常與電視機配合使用，當用戶進行點播時，將電視機切換至AV模式后，可使用機頂盒的遙控鍵盤對VOD系統所提供的視頻節目進行點播，操作簡單方便。為了利用學校現有的硬件資源，我們既可以使用PC機做點播終端，也在現有的電視終端上配以機頂盒做點播終端。4視頻點播軟件我們建議選用基于Web開發的視頻點播軟件，以便能和Internet無縫結合。這樣老師和學生在點播校視頻資源的同

56、時，可隨時訪問Internet上豐富的多媒體教學資源。4.3 可開展多種形式教學1視頻點播教學將各科優秀教師的多媒體課件、電視教材、直播課程、現場實驗示等采編存入VOD系統，教師可在終端機上，通過統一的點播界面，自由點播這些視頻資源進行教學。系統中豐富的多媒體教學資源不僅減輕了教師的備課負擔有利于資源共享，此外，由于VOD系統支持多用戶點播而互不影響，所以不同地點的老師可以同時點播一樣教學容來進行教學，并分別對播放進程進行控制。2自主學習在VOD系統中，可以充分發揮學生的自主性：學生可以根據自己的學習情況，在寢室、圖書館、計算機機房甚至家里，自由地選擇多媒體課件、老師講課錄像等進行學習，以增強

57、學習的自主性和主動性；學生還可以點播自己感興趣的容進行補充學習，拓寬知識面；在學習過程中，學生可以按照自己的學習進度，對播放過程進行控制，營造出一個相對個性化的學習環境，達到最好的學習效果。3遠程教學和Internet無縫整合在一起的VOD系統可實現跨地域的遠程教學。將優秀教師的講課錄像放到VOD服務器上，聽課者可以遠程點播這些錄像，進行在線學習；聽課者也可以先把錄像下載到本地服務器上，然后在當地的局域網圍點播學習。利用VOD系統開展遠程教學的有兩大優點：首先，它的視頻傳輸特性好，這是一般的網絡教學達不到的；此外，VOD系統的視頻傳播是雙向的，學習者可以根據自己的具體情況，自行安排學習時間，這是VOD教學明顯優于廣播電視教學的地方。4視頻報告會由于VOD系統視頻傳輸特性好，所以老師和學生不必親臨學術交流會現場，通過VOD系統的現場直播或實況轉播功能，就可聆聽專家們精彩的報告，觀看交流會的現場實況。在觀看過程中，還可以通過VOD系統提供的提問、留言和發表評論等交互功能，向與會的專家們提問，與他們進行交流。5