构建高校快速VOD系统的关键技术及系统构架.doc

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710072【摘要】利用现代信息技术，运用互联网技术、卫星通信技术、多媒体技术、ATM电信技术等现代科学技术手段，采用与视频系统在线学习相结合的方式是现代教育的趋势，该文对如何构建高校快速远程VOD系统的关键技术及系统构架作了详细的描述。【关键词】现代教育，VOD系统，系统构架【中图分类号】G434 【文献标识码】C 【论文编号】10098097（2003）0100740378前言 现代教育是利用现代信息技术，运用互联网技术、卫星通信技术、多媒体技术、ATM电信技术等现代手段，采用与视频系统在线学习相结合的现代教育方式，利用这种双向教育方式，学校采用全新的模式组织教学及教学管理，学生可充分享受重点大学的教育资源，接受高水平的专业教育。视频点播（VOD）是一套基于计算机网络、多媒体、数字压缩等技术的系统。此系统要适应远程教育方面的需要，实现系统功能的全面、技术先进，除具备良好的影音特征外，还须具备较强的兼容性、简易的操作平台和可靠的稳定性。鉴于上述要求，在设计视频点播方案中应采用目前较先进的技术、价格适中的设备、易于操作的软件平台，构成一套完整的VOD视频点播系统，来充分满足现代教育的需求。一、视频点播系统及其关键技术VOD，简单地说，就是以“选择控制权在学生”的概念为基础的双向音视频信息系统。传统的广播电视教育系统是由电视台单向传送，而学生只能被动接收，权利仅限于选择频道。学生常感到有时间的时侯，几十个频道里没有想收看的课程。而等电视台播放所需的课程课件时，自己却没时间。而VOD则突破这一传统限制，在已存储的课程范围内，学生想什么时侯收看什么课程都行。实现了按学生需要播放音视频课件的理想。 视频点播系统采用先进的“带有控制的流”技术， 支持将上百个高质量的多媒体“流”传送到网络客户机。客户端可以在任何时间播放存放在服务器视频中的任何多媒体资料。提供的“带有控制的流”， 客户端在接收到一小部分数据时便可开始观看所选择的多媒体资料。这种技术改进了“下载” 或简单的“流技术的缺陷”，它能够动态调整系统工作状态，以适应变化的网络流量， 保证恒定的播放质量。其它交互式应用， 也要求多媒体服务器提供具有品质保证的视像播放和短暂的启动延时能力，“带有控制的流”正是满足这二点的关键技术。视频点播系统具有以下主要优点：1、数字化音像信息的播放质量不会因时间的推移而下降；2、学生可以很方便地通过局域网获得数字化音像信息流；3、很多学生可以同时观看不同课件而互不影响；4、多个学生可以同时观看一个课件而互不影响；5、多个学生可以在他们需要的任何时候点播想要观看的课件；6、video信息不会丢失或错放；7、学生可以容易地通过多媒体进行交互。二、视频点播系统的系统构架设计思想为了使整个系统的建设达到要求，使其具有很高的性能，因此在方案设计时应根据实际需要来进行设计和规划。 1、系统首先应具有良好的稳定性，能长期稳定地正常工作。2、本系统采用先进的技术和设备，保证学生可收看到高质量的影音课件。3、保证并发学生达到最大值时，每个学生终端仍能获得品质良好、速度流畅的影音课件。4、应充分考虑将来若干年内的发展，要充分考虑升级、扩容、扩充的可行性。5、本着实用的原则，从工程实际出发，不可盲目使用“高档”。6、对软硬件的选型均应符合更广泛的国际标准。保证系统的开放性，能使各部件方便的互换与互连。根据视频点播技术目前发展的状况，我们利用系统工程的方法提出了视频点播系统结构。视频点播系统结构视频点播系统是由采编工作站、视频服务器、机顶盒、客户端播放软件和相应的网络系统组成。系统结构如图1所示： 图1视频点播系统结构图服务器与客户端机顶盒（或PC机）采用全双工工作方式，客户端显示为Web浏览器界面，显示设备可以是电视机也可以是显示器。学生通过遥控器（鼠标或键盘）点播浏览和点播课件，机顶盒将学生请求传至服务器，服务器从磁盘阵列中调用被选课件回传给机顶盒。学生终端的软件配置非常简单：操作系统Windows9598中文版）+Web浏览器视频播放器（客户端标准插件）。整个系统是基于以太网的，网络拓扑结构为星形。网络视频点播系统是一个包括硬件和软件的网络化系统，设计的软件用于实时并按需求地从专业视频服务器向客户设备传送多路、并发的视频数据流，终端学生可交互地选择播放视频课件，并可对课件实现播放、暂停、停止、跳跃等功能。网络视频点播系统支持MPEG-（200Kbitss3Mbitss）、MPEG（1Mbitss一15Mbitss）数据流格式，系统基于TCP/IP，UDP/IP，ATM等网络协议，应用范围广泛。 VOD系统功能流程：1）通过压缩系统将各种课件转换成MPEG、MPEG等适合VOD服务器播放的流式课件。2）将课件加入到VOD服务器中。3）学生通过Web界面访问VOD服务器，点播其中的课件。 工作方式：1、通过浏览器登录学生帐号、选择服务类型；2、检索、访问各种传统多媒体资源以及浏览视频课件管理网页。浏览器通过互联网服务（Web服务器、FTP服务器等）从服务器获得信息并将结果显示在客户窗口；3、当学生选择视频服务时，浏览器调用安装在Web服务器上的视频课件管理脚本；4、课件管理脚本调用IIS的数据库承接对象，将存储在课件数据库中的视频课件列表呈现给学生；5、学生选择播放视频课件,Web服务器上的播放脚本将被调用。6、脚本通过课件服务器选择一台或多台视频服务器，并将结果返回给浏览器；7、浏览器激活视频播放器。8、视频播放器请求视频服务器传输数据，并在解码、播放影片的同时调节传输速率和响应学生VCR控制，这些控制操作由播放器与视频服务器经过协商共同完成。在课件播放完毕或者在课件播放期间，学生都可以通过与浏览器界面和播放器界面的交互，跳转到其它的网页。网络带宽： 为使学生端实现3Mbps MPEGII或15Mbps MPEG影视点播要求，系统必须保证如下的网络设备主干通道及学生端独亨通道的稳定带宽：1、对3Mbps MPEGII或15Mbps MPEG的影视点播，学生终端可采用10M100Mbps Ethernet网卡。2、对于3Mbps MPEGII的影视点播应用，在考虑了MPEG流通过IP 网传送所附带的冗余信息及其它一些因素后，在计算实际要求带宽时，须增加一定的冗余带宽。为支持MPEII3Mbps的VOD业务，经测算从VOD服务器至学生端的网络通道必须保证在任何网络运行状态下都具有稳定的3Mbps的实际网络带宽。同样的，在任何网络运行状态下对 于15Mbps MPEGI的影视点播应用，则必须保证具有稳定的2Mbps 的实际网络带宽。3、对网络系统的主干通道带宽，其上联到VOD服务器的端口通道的带宽总量必须大于所允许的最大并发学生数所占的独享带宽之和。4、由于整个网络上运行的业务不止VOD一种，接入网和主干网厂商应充分考虑到相互之间的影响，以保证这种影响减小到最低限度。 5、在VOD服务器与VOD终端设备间，对路由器的选择，应采用具有IP组播（IP Multicast）、路由器功能的交换机。 视频点播系统要求：1、网络主干为1001000M以太网。2、网络为视频点播子系统提供100M以太网接口。3、系统可扩展，当点播学生增加时，可以方便进行系统增容。4、系统支持MPEG/及其它主要视频数据格式的流式播放。5、系统需满足1000GB以上课件的存储空间。6、系统需满足视频课件的播放管理。7、系统可将模拟视频资料转换成MPEG/视频数据在硬盘存储。8、系统可将VCD、DVD盘转换成MPEG或MPEG的视频数据。三、视频点播系统设备介绍 1、机顶盒机顶盒是视频点播系统的重要构件之一，专为VOD视频点播而设计，并提供良好的接口。能为电视机提供高质量的视频图像，在电视中显示的文字和图像都能和VGA媲美。并且它还可做到双屏显示。（1）学生终端是网络与学生间的接口，主要由机顶盒与电视机组成，其基本功能包括：1）在显示屏上显示服务项目（菜单）； 2）为学生提供基本的控制和选择功能； 3）把学生的选择传送到视频服务器； 4）实时视频（MPEG-2传输流）的解码并显示； 5）指示设备工作、网络传输和课件资源的状态 （2）机顶盒组上行部分的工作包括接收学生通过遥控器发出的点播操作，并将点播操作通过电话线发送给服务器。下行部分的工作包括下变频、QAM解调、信道解码、解复用、MPEG-1音频解码和视频解码、电视信号生成。1）硬件：下变频，解调，信道解码，MPEG-1解码，上行接口，A/V接口，红外遥控接口，微处理器。 2）软件：实时操作系统内核，系统主控，解复用命令编码，拨号控制，与服务器交互的协议，学生界面，键盘管理，点播控制，课件流控制，解调控制。 3）学生简单地通过遥控器操纵机顶盒，就可以完成点播操作。2、课件采编工作站它的作用是把不同的课件源（如VCD、DVD、LD、录像带）进行计算机文件式地压缩，存储在硬盘上，同时进行分类、分声道等管理工作。本系统采用高质量采编压缩卡，可以制作MPEG-I和MPEG-II的文件，储存在磁盘阵列中。 3、磁盘阵列数据的安全存储，是每个学生极为关心的问题，当硬盘发生故障时，你宝贵的信息数据就会丢失，影响你的工作；因此，为了获得最安全的数据保存，冗余磁盘阵列RAID系统把超大容量的存储能力、高可靠性和高速存取数据结合起来，形成磁盘阵列RAID系统。磁盘阵列其内部LVD SCA背板可达80M/s传速率，把各个磁盘连接起来，由控制器进行数据分块后，并行地分别写入各个磁盘，提高数据与主机的交换速度。并且可使用Fast Wide SCSI,U1tra2 Wide SCSL ,LVD U1tra2 Wide SCSI,光纤,SAN与主机连接,提供任何学生都可以满意的吞吐量。 4、交换机（1）主干交换机 为确保高质量视频数据传送，必须在传输通道上分配或保留足够的网络资源。对此目前有两种基本的网络选择：交换式以太网或ATM网。共享式以太网是总线结构的，如果多个终端同时发送接收数据包，就可能引起数据包丢失，而重发数据包将导致网络更严重的拥堵。同时，连接到一个共享式以太网的终端越多，数据冲突的可能性就越大。因此，对于视频点播来说，交换式以太网是一种最基本的网络选择。交换式以太网使用以太网交换机进行数据包交换和传输，可以提高网络性能。（2）接入交换机接入交换机用于提供学生接入的功能，由于MPEG-的数据速率为1.2-1.5Mbps， MPEG2-的数据速率为4-8Mbps，因此应选用100Mbps以上以太网交换机。通过在机顶盒/PC机上安装电缆调制解调器和ADSL适配器，终端机能够支持HFC、ADSL接入网方案。5、播控软件对课件的播控进行控制。四、结束语通过以上的工作我们构建了快速的高校VOD点播系统，这样可为各类学生提供多层次、多样化的教育服务；信息技术的有效利用和传播，克服了传统教育方式的弊端，提高了教育水平和学生能力，使学生借助键盘和屏幕，在教室里就能遨游在知识的海洋中。Key Technologies and Architecture of a Fast-speed VOD System in the UniversityGuo Shuxia Gao YingAbstract: To apply video system in the online education is a trend. Many updated information technologies are applied in Video-On-Demand (VOD) system, including Internet, satellite communication, multimedia technology and ATM. Key technologies to construct the fast-speed VOD system in the university is analyzed and its architecture is introduced in this paper.Keywords: Modern Education, VOD System, Architecture责任编辑：木子啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊