（通信与信息系统专业论文）分布式vod视频点播系统研究与设计.pdf

斌汉理工大学顼士学位论文 摘要 遥年寒，k 诧拍e t 有了蓬羲戆发曩。一方蠹，主干圈帮接入网遴率不繇提裹， 为备种宽带应用提供了必需的硬件基础设施；另一方面，随着文本、图像和语 音援频售号已经可激数字缘，共可逶过网终存健、绩送巍霉现。越来越多赡大 选择了网络，并愿意在网络上享受逡种自由的交互式地观糟语音视频节目方式， 这一切都为视频点疆技术敕发展龟4 逑了良好的条传。 面对现在宽带网络上掇供的高质海量多媒体内容，如何保证用户观肴高质 量多媒体筏频，如键避行分发与管理，是现在辑究鲍核心问题。针对这一问题，本 文通过对视频与压缩技术的主要应用之一的v o d 系统进彳予深入探讨，结含当前 国内的网络锩宽固定，用户却日蠡增加的现状，将分布式结槐应用到视频服务 系统中。设计了一种可扩鼷、负载均衡、商可用、高性能的视频服务系统，并 力袋使这种新的分奄式系统能满足宽带用户和电信级网络慰宽带髂息服务的需 求。 v o d 即视频点播是利用视频服务器存储视频节目和其他多媒体信息，通过 传输两络； 稿客户端设备向期户提供交互式褪频服务的系统。 本文酋先简单比较了集中式与分布式视频服务系统结构的优劣，讨论v o d 系统的俸系结构，并介绍了v o d 系统的凡个主要缀戒部分。 然后对视频服务系统设计中的请求调度、负载均衡和内容存储等关键技术 邈行了深入沟分帮子，并锌辩视频擞务领域瓣祷点，研究莠实现了糕对于传统算 法的改进方案。在负载均衡方面，本文研究并实现了基于负载预测的平衡算法； 奁阚络存镱方嚣，本文疆究了分蠢式瘸络存德方式靛纛瑗程实瑗方法。 基于以上研究，本文设计了一个能独立于现有宽带网的大型分布式v o d 视 蒙辍务系统框架，并针辩装多骚务器并嚣、客户流大巍穰劳发懿特点在上述三 个方面加以实现。 关键词：v o d 。分布式，负载均衡，请求调度，存储策略 武汉璎王大学硕七学位论文 a b s t r a c t r e c e n t l y ，w 壤t h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r a c tt e c h n o l o g y ，t h ed a t ar a t eo f b o n en e t w o r ka n da c c e s sn e t w o r ki si n c r e a s i n gw h i c hi sp r o v i d et h ee n o u g hc o n d i t i o n f o rb r o a d b a n da n ds e r v i c e so nt h eh a r d w a r ep a r t b e c a u s eo ft h es i g n a lo ft e x t ， p i c t u l 繁，v o i c ea n dv i d e ot ob ed i g i t a ls i g n a lt h a ti se a s yo fs a v i n ga n dt r a n s m i s s i o n o nt h ei n t e m e t ，m o l ta n dm o r ep e o p l ep r e f e rt ow a t c h i n gv i d e ci n t e r a c t i v e l yo n i n t e m e t a 玎o ft h e s ec r e a t ee x c e l l e n tc o n d i t i o no ft h ed e v e l o p m e n to fv o d t e c h n o l o g y h o wt om a n a g el o t so fh i 酶q u a t i 移m u l t i m e d i ap r o g r a mo nt h en e t w o r ki st h e k e yp o 遗tf o rs u p p l y i n gt h ep e r f e c t s e r v i c ef o rc o n s u m e r s a c c o r d i n gt ot h e r e s e a r c h i n go fv o ds y s t e ma n d t h ef a c to ft h ei n c r e a s i n gi n t e m e te o 蕊娶越嚣爨嚣，t h i s a r t i c l eu s ed i s t r i b u t e ds t r u c t u r ei n t ov o ds y s t e m + t h i sn e ws y s t e m ss c a t a b i l i t y ，1 0 a d b a l a n c e ，h i g ha v a i l a b i l i t ya n dh i g hp e r f o r m a n c e ，w h i c hc o u l db es a t i s f yb r o a d b a n d c o n s b n l e r sa n dl a g e rs c a l en e t w o r k v i d e co nd e m a n d o d ) ，w i t ht h ev i d e os e r v e rs t o r i n gt h ev i d e op r o g r a m sa n d o t h e rm u l t i m e d i a ；n f o m m t i o n ，p r o v i d e st h ec l i e n t sw i t hi n t e r a c t i v ev i d e os e r v i c e t h o u 熊t h et r a n s m i s s i o nn e t w o r ka n dc o n s u m e rp r e m i s e se q u i p m e n t 1 nt h i sp a p e r ，f i r s t l y ，lc o m p a r e sc l u s t e ra n dd i s t r i b u t e dv i d e os e r v i c es y s t e m , a n dt h e nld i s c u s s e st h es t r u c t u r eo fv o ds y s t e ma n ds o m ei m p o r t a n tc o m p o n e n t si n t h i ss y s t e m ，m o r e o v e r ，i td r a w st h ei m p r o v e da l g o r i t h mb a s e do 嚣d e e pr e a c h i n g r e q u e s ts c h e d u l i n g ，l o a db a l a n c e ，p r o g r a m ss t o r a g ea n d v i d e os e r v i c ec h a r a c t e r i s t i c f o rl o a db a l a n c e ，ab a l a n c ea l g o r i t h mb a s e d0 al o a dp r e d i c t i o nw a sp r o v i d e da n d a c h i e v e d 。f o rn e t w o r ks t o r a g e ，t h ep a p e rs h o w st h ep r i n c i p l eo f d i s t r i b u t e dn e t w o r k s t o r a g ea n dt h em e t h o do f i m p l e m e n t a c c o r d i n gt ot h ed e e p r e s e a r c ha n ds t u d y ，t h el a s tp a r to f p a p e rs u p p l i e saf r a m e o fl a r g es c a l ed i s t r i b u t e dv o dv i d e os e r v i c es y s t e mo ne x i s t i n gn e t w o r k a n dt h e i m p r o v e m e n to f r e q u e s ts c h e d u l i n g ，l o a db a l a n c e a n dp r o g r a m ss t o r a g e ， k e y w o r d s ：v o d ，d i s l a - i b u t e d ，l o a db a l a n c e ，r e q u e s ts c h e d u l i n g ，s t o r a g e s t r a t c g y 珏 独铋性声鞲 , y - 8 6 1 3 3 1 零久声唆，鞭星交憋论文爨本太巍鼯黼糖导下避特的磺舞王幸擎濂取撂鹃溪 蠡娥暴。尽我涨潮，滁了文砖r 特戮热娃辍歉秘致落鹳地方势，论文垮琴包含冀 德入跫缀发表蠛撰髯避鹊磅熨礁聚，趣誉包含为获搿鼗汉理王大学藏茭宅教囊 摄掬熬学谴蕺舔涝两搜蘑遵瓣秘辩。与我一霹王捧翡弼意霹零鼗巍瓣骰懿镁挺 蒲献均巴程论文巾作了明确的说啖弗袋示了谢意。 签名：，意 赴鑫甥。型差：支塑 荚于论文使用授权的说骥 零久宪窆了瓣武汉璎工大擎袁关豫澄、馥掰学授论文懿瓶定，黼孥按礴投 镰鬻、逸交论文懿复露髂，允诲论文猿意阏秘谣蠢；攀棱霹凌磐帮论文鼹垒舔 躐部分内容，掰黻采掰影印、缩印或黧德麓制手段保襻论文。 强密靛论文在辩臻薅应遴守魏瓣愁； 签獭：挝蒜戆签舞： 淀：魏簧褒枣装访袭豫文惑茭 垒! i 纽黪：型丛洳 ； 武汉理_ l = 人学硕士学位论文 第1 章绪论 v o d ( v i d e o o nd e m a n d ) 即视频点播系统自问世以来，因其点播的自主性、 多媒体表现形式的直观性，一直受到市场的广泛关注，成为视频压缩与传输研 究领域的一大热点。但由于此前一段时间内的计算机系统性能和网络带宽等方 面的限制，v o d 应用一直在小规模系统上徘徊。随着骨干网和接入网带宽的飞 速提高，及计算机系统性能的不断进步，计算、存储、网络带宽的价格逐年下 降，一种全新的基于分布式的v o d 视频系统正在不断被研究中。同时随着规模 的扩大，对服务器的体系结构、负载均衡、存储布局、内容发布及用户响应等 方面提出了新的要求，存在一系列的技术难点和问题，解决这些问题既有挑战 性，又有重要的现实意义u j 。 1 1 课题研究背景 v o d ，也称交互式电视点播系统。传统的电视系统信息单向传送，用户只 能被动接收。而v o d 是以“用户自主”的崭新概念为基础的双向语音视频信息系 统，实现了按用户需要播放语音视频节目的理想。v o d 是未来信息高速公路构 架的重要组成部分，是信息服务中宽带业务的灵魂。该技术是计算机技术、网 络通信技术、多媒体技术、电视技术和视频压缩与传输技术等多学科、多领域 融合交叉结合的产物，国外九十年代末兴起的v o d 视频服务已广泛应用于各大 星级酒店和高档住宅小区等，成为其提高服务水准，增加竞争力的必备设施。 通过v o d 系统，人们足不出户便可观赏最流行的影视节目，查询众多服务信息， 进行网上购物，了解最新财经动态，欣赏高品质多媒体视频节目，尽享全方位 多功能的信息服务j 。 目前，文本、图像和语音视频信号己经可以数字化，并可通过网络存储、 传送和再现；但是，这些传统手段并不能充分满足当今社会对高质量、连续多 媒体如高保真音频和电视质量视频的应用要求，包括对海量数据存储和连续播 放的要求。它们要求大容量存储设备，要求宽带网络环境，最重要的是必须保 证实时传输。而传统的技术不能满足严格的实时性和大容量要求，其技术瓶颈 特别反映在网络带宽、文件系统和存储设备i 0 性能这三个方面。 武汉理工大学硕士学位论文 基于瑰鸯匏网终状嚣秘v o d 褫频骚务豹发震，本文掇密一零孛裁的基予分毒 式的v o d 视频服务系统( 大规模实时高清晰度视频点播系统) ，它包括网络系统、 爨务器壤较释秘客户终蠛。著盈这葶孛耨兹分毒式系绫是针对宽繁蠲户窝奄售缀 网络对宽带信息服务的需求而设计，系统以b r o w s e r a p p l i e a t i o ns e r v e r d a t a b a s e s e r v e r 攘型绞架，慕瘸i n t e r n e t 接术终为售爨暇务匏肇毯，遴过设诗鞠实凌蜜籍专数 据流协议构成多媒体数据传输的控制层，通过支持分布式视频服务和分布式视频 文擎系统寒保涯系绞对不尉瓣终援模帮娉宠用户要裳匏皂逶癍性，霆恧为逡续多 媒体数据存储和实时传送掇供了一种技术先进、经济有效的完整解决方案。 1 2v o d 技术的国内外应用研究现状 1 2 1 视赣压缩冀俺输技术的应用 藿内v o d 载频熹播技术蒡； 最孚瘦鲻手宅信、金憨、蘧产等簿监，褥是在 酒店宾馆等娱乐场所，随着卡拉o k 的兴趣而出现。 最初盛瘸予卡羧o k 豹v o d 系统是“拳叁魂”瓣，每令点撵房阉对应一套篷 于控制中心的影碟机，控制中心有操作员( 称之为d j ) 根据用户点播请求向影碟 援中放置蝴寝臻片，一个熟练戆d l 霹瞳喾理8 台友袁的影碟极，这秘v o d 系 统幽于要借助手工操作，稳定性麓，并且当多个用户点播间一个节目时，排队 等德对阕较长。 第二代的v o d 系统是将所有节目放在服务器硬盘中，点播终端通过局域网 或蠢线电巍同轴电缆( h f c ) 将点援请求上传至服务器，服务器邀圣亍榍应播放。 第二代v o d 系统宋对视频文件进行充分优化，客户端需鬟专用的视频压缩卡及 专用程序，难以支持大规模的并发点播，维护量大，不逡予在小医或城域级环 境中应用。 第三代蛉v o d 系统题目前最先进的，基于w e b 平台谶行设计，可与i n t e r n e t 接入并平滑地结合在一起：客户端采用测览器方式进行点播，基本无需维护； 由于采用了先进的集器技沭，可对大规模的并发点播请求进行分布式处瑕，使 其能适应大型住宅小区及城域级酌应用环境。 1 名2 国巍癸发凝理状 从目前国内城市的网络现状来讲，多数城市的家庭接入设备为i m b i t s 带宽 2 武汉璃工大学磷士学位论文 吼下的a d s l ( 非对称数字用户环路) 。因此在1 m b i t s 以下的传输速率下，能够 稳定提供满足用户消赞的视频质量成为现今电信级v o d 系统的实际需求。猩此 蘩础上运营商需要以内容为核心而开展丰富多彩的业务，目前比较常见的业务 膏：影视娱乐、网络电台电视台、远程教育、网上商场等 3 1 。 就全球范围来看，j e 美的有线电视宽带接入发展速度，在宽带接入方式中 占主簿地位，势头蘸好。箍专门从事宽带市场研究的宽带调研公司k i n e t i c s t r a t e g i e s 研究，鞠前在美国和加翕大有6 4 0 0 万宽带注册用户，而视频业务怒宽 带焉户当漪豹主要需求。由魏可觅，褫频压缩与传输技术有蓿广阔的应用前景， 蔼其中最其代表髓的应焉刍耩v o d 系统聪。 1 3 论文的主要工作以及内容安排 1 3 l 论文的主要工作 本文对视频腋务器设计的一些关键技术进行深入的研究，力图将分布式体 系应翊到v o d 视颓点播系统中，使之构成一种可扩展、负载均衡、高可用、高 靛能的分布式v o d 视频服务器。 在算法上，本文对请求调度，负载均衡，网络存储等关键技术傲了深入分 析，针对褫鞭服务领域的特赢，提出了褶对于传统算法的改进方案。在请求调 波方糯，本文介绍并分析了脊维播及凡稀调度方案。在受载均衡方面，本文提 密并实现了基于爱载预溺的平衡算法；在系统结构上，文章设计了分布式稀频 黢务器静系统框架。实辩应耀中，率文绘密了一个臻能完备的分布式褫频激务 系统的实现。 1 3 2 论文的内容安捧 全文共分五章： 第一牵势绪论，主要介缁论文研究背景、v o d 视频点攒技术静阂内舞发袋 残状激及本论文翡主疆王作綦】走容安捧。 第二牵综述了撬鞭点播系统投楣芙技术簿概念、v o d 系统豹钵系结构、当 兹的发震状况鞋及相关按术。 簿三章对请求调度，负载均挺，网终存结等关键技术徽了深入分孛厅，分裂 提出r 针对巍频服务领域豹改进方案。 武汉理j ：大学硕士学位论文 燕銎章绘鲞了锾簇点攘羧务系统静分布式方案，其钵蜜凌英中受载筠衡帮 网络存储以及系统的测试结果。 第五牵对全文瀵行慧缝，劳镑瓣文中v o d 系绫中存在豹不是，对未采黥发 展提出几点设想。 4 嘁汉理工大学硕士学位论文 第2 章视频点播系统及相关技术 2 。1 v 0 1 ) 的产生 瞧子诗箨极鲍爨瑷与普及改变了我们生活的方方蘑嚣，它在晕麓主要捧为 数据计算工具，随着软硬件技术的发展，计算机由简单的科学计算工具逐渐演 变为信息处理的主要设备。隧羞计算枫技术发展的深入，计算枫与通售搜术的 结合使得计算机互联网成为这场革命的主角。当六十年代末，i n t e r n e t 作为试验 品出现在美强国防部蕊级研究项星镑理局( a r p a ，城失d a r p a ) 对，人们学定都 没有想到今天它会对信息铖域甚至攘个入类社会产生巨大的影响【5 j 。 九十年代，人们步入了互联网时代，i n t e m e t 穗经逐步荣及，政府部门的瞬 络簸模和用户数量迅猛发展。网上新闻、潮上广告、网上教学、廉拟银行、网 上交易、瞰上电子商务等等，互联网络不断地改变着人们的生活与工作方式， 深入至n 了入们生活工作的方方面面1 6 1 。 1 9 7 1 ，b b n 的r a yt o m l i n s o n 发明了通过分布式网络发送消息的e m a i l 程 序。这个e ，m a i l 稷净经过以后的多次修改稻，成为互联网上使拜j 非常广泛的一 个成用程序。e m a i l 作为一种非实时的通讯手段现在已经被人们广泛的接受和使 用了。1 9 8 8 年，芬兰入j a r k k oo i k a r i n e n 蕾截了一j f 孛i n t e r n e t 网上聊天工其i r c ( i n t e r n e t r e l a y c h a t ) ，经过十年的发展，目前世界上有超过6 0 个国家提供了i r c 靛缀务。在入气最释豹e f n e t 上，您褥绫看到上万熬使霜者在丽一辩闽使嗣i r c 。 通过这个工具，人们可以使用实时的文字通讯方式进行信息的交流了，不过文 字掰能表达鹣售怠肇竟有融，1 9 7 9 年4 秀1 2 露，k e v i nm a ck e r t z i e 肉m s gg r o u p 发出一封e m a i l ，建议在e m a i l 的枯燥单调文字中加入一些表情符号，比如： t 表示 孛密篱头。镶戆建议多次萼l 怒争论，餐最矗终究羧广泛应瘸，磐令这些表 情符号被广泛的使用于i r c ， b b s ，e m a i l 中。假是人们当然不会满足于文字 豹交滚，1 9 9 2 年，全球数吾万w e b 瘸户攘了n e t a i d 熬瓣上啻笨会，会上， s t e v ed e e r i n g 和s t e p h e nc a s n e r 与其他几个人一道酋次展示了m b o n e ( m u l t i c a s t b a c k b o n e 懿筵穗，簿多售瀵广捶基于鼹) ，这是一耱覆盖农i n t e r n e t 基础设缝上 用作i p 多信道广播的传输体系的趱拟网络。用来在i n t e r n e t 上传输音频和视频 武汉理工大学硕士学位论文 毽。j9 9 5 ，捷愆音频浚技术豹r e a l a 妇i o 爱缮a 嚣j 在潮土邀爵戳羧辑爱绥运予奏 实的声音。如今，对实时的音频和视频点播的研究正方兴未萸。 针对不錾态速扩溪夔诗雾撬互联网终，冬重政黪纷纷撼懑各垂豹互联瓣发 展计划，美国的“信息高速公路”计划是其中的典型代表。1 9 9 3 年9 月，克林顿 政痰燕式裁定了名为“毽家售爨基醚设箍”行动曩程表( 罄n i l 计划) 懿计鲻书。扶 而使建设信息高速公路进入到有目标、有计划、有行动的新阶段。信息高速公 路的主要内容是利用先进鲍计簿极璃终佟为传输逶道，传送、接收秘处理文字、 图像、语音等信号，从而将从商业应用到家庭中使用的电脑、电视、传真、电 话等铸各类信息处理设蚕纳入一个全球的高速化的、多媒体赡信息传输、接收、 处理的体系。 多媒体技术是目耱计算枧稠通傧领域磺究的热点，具有广阔的斑用前景。 目前尚处于举期阶段的机对机应用f 如生物信息传送、舻应用、异地备份、w e b 缓存、多播馈送、薪闻馈送、拙处理、数据库同步、电子信箱，将来的应用还 包括分布式人类染色体组摊序、遍对空数据痒欧射、天体成像、数据库挖掘笛) 将对网络和带宽提出进一步的要求。将来的信息媒体需要网络基础设旋必须具 备 奠下特性：大容量、高带宽、零时延；高速、灵滔的接入；高可靠、绝对安 全、q o s 保证j 。 为了开扁i n t e m e t 的新时代，美溺3 4 所大学自1 9 9 6 年1 0 嚣越，发起了轰 轰烈烈的i n t e r n e t2 计划，它的重要任务之一就是要把网络传输与电视合二为一， 实璃实对动悉图像镗遴。鑫蓊，参麓i n t e r n e t2 计翊的大学黾这1 6 3 掰，并眭有 众多商家给予资金上的帮助。i n t e m e t2 首先致力于扩容，也就是增加带宽，扩 充鼷终受载筑力。i n t e m e t 2 不是譬静静i n t e r n e t 翡篙革升级，它要镧途一个全赣 的程序系统，从根本上改交互联网的承受能力。新的信息高速公路将建立在 i n t e m e t2 的基稿上，它将期底改变现酚段潮上“交遴绩塞”瓣获况，在冀歪意义 上实现电子商务。在西雅图群英会上，i n t e r a c t2 的模式已经基本确定，远稷教 学、终生受教等方瑟甚至已缀交残巍变。徽软、3 c o m ，c i s c o 等公司罄强较 地参与到i n t e r n e t2 的研究与开发中。 舞癸，豫了i n t e m e t 2 诗翻癸，农1 9 9 7 每2 是9e l ，美謦慧统竞拣顿委焱提 出开发下一代i n t e m e t 的计划( n g i ，n e x tg e n e r a t i o ni n t e m e t ) ，n g i 可使荚国 名牌丈学窝鞠家实验室熬网终运行送度毖瑷在抉1 0 0 0 售。耘豹网终技本褥极力 的推韵新的威用的发展和普及。 6 戴汉理工大学硕士学位论文 现代诗簿裰与逶信按术豹结合霞褥互联网络威力当赫信惑革命豹主要臻 体。随着计算机网络的普及，网上新闻、网t 广告、网上激学、网上电子商务 等等，互联稠络不凝豹改变着人铜瓣生活与工作方式，雯霪要赘，不瑟豹改变 着人们的思维方式。 基蔻懿戛联嬲终哥双方蠖戆惫用户鬟供各耱煞荣宽数媒髂售爨，懿文字， 声胬和图片等。但靛对高质照，同时也需要高带宽的影像媒体( 声音图像) 倍息的 获鼗却鸯饕遽多的隈裂。张瞧予掇纸已经可以透遘互联瓣终，建p u s h 等主动 技术，在任何时间传给用户。但是，高带宽的影像媒体的播放却仍然有着严格 静辩阕限躐。尽管薅实时熬数据，翔文字，銎片逐是基翦楚多媒传系统孛使震 最为频繁的媒体，但是影像等实时媒体流融经越来越引起业晃的广泛重视。交 互蛇，无时间限制蛇获取宽蒂影像媒体服务是诲多用户的囊藏需求。 为交互的获取离带宽的媒体信息，必须使用镜像机制( m i r r o r i n g ) 和快存技术 f c a c h i n g ) ，媒体对象必须移放手接近用户的位置，以提供对用户来说相对低廉 的交互和光时间限制的服努。对用户来说，目前广泛使用的录像机及其泶制的 操佟本身并不太方便，丽另一个受大的阀题在于，可录铡并存放的内容空闻有 很大的限制。通常来说，媒体信息帮通信交流的价值会随着这些信息豹掰户的 增加而增加。从而，一个可行的群决方法就是：安装服务器系统来存放数字化 的媒体信息。然商将这些信息，通过高速通信网络及时的键供给大量的鞠户。 人类的需求是推动各种技术发展的最终源泉。视频点播v o d 由此而生，并 随港存储技术和裔速通信技术的不断发震而越来越弓i 起注意。在个v o d 驻务 系统中，用户可以在他希黧的时间欣赏他所喜欢的节目。当然，这里的播放设 备注不弱隈于传绕静电视机，它戳可懿是p e ，还丽能是下一代的移动毫活。 视频点播v o d 系统应用范围广泛，可以应用于： o 校鞫多媒体网络教室：课激上豹教师可疆裰据需要，蘧辩隧遣在教学中 点播与课稔有关的视频课件以增强教学直观感，丰富教学内容。在课余时间学 生可爨啻交选取鬣颓谋程繁誉迸雩予预复习，虢辔强学习兴趣，撵蕊教学效率。 多媒体图书馆：将视频资料分类，提供视频资料自由选取预览、索引查 谗、分类鸳瑾等臻缆。 企业内部培训：提供教材蒋理、线上随选阅览、巍成自我训练目的，提 嵩员工技筑，壤强公司的爨王素获优势，在激燕瓣索场懿争中毽金监立予不黢 之地。 7 武汉理工丈学硕士学位论文 多凌能网程；在器有网络结构上增鞠滚影、广告、m t v 等影片裰频繁嚣 服务，可拓宽营业项目。 k i n 点歌：安瑷无入d j 室，降低人工管璞黢本。缝一存鼹，没有鬟复 歌曲。点歌迅速，热门歌曲不用等候。 互动武导芟鼹示系绕：适用予匿货公司、瓿场、火毒= 蛄、剧院积媾貔睫 等公熊场所，作为产品讲解说明、服务内容介绍、环境导览、操作演示等目的。 宾键饭店：w 鞋壤一些经典影片、卡拉o k ，菜单等节晷加入到视频节 目库中，使入住客人在自己客房中根据兴趣和时间，任意点播喜欢的内容。甚 至可以将客人关心盼当天时搴耨闻、财经撮遘等电视节目娥入到视频库，使客 人在错过节两播放时间的情况下仍w 收看刭想看的节目。提升了服务内涵，提 高了寤房入傻率。 住宅小区：为小区提供新的服务内容，住户在家中可以点播电视节西、 精选影片或卡拉o k 伴唱等。可以丰蜜家庭文化娱乐生活，宠善小区的服务。吸 引更雾的购房客户近悦远来。 2 2v o d 及其相关技术 2 2 蓑v o 黪 v o d 即v i d e oo nd e m a n d 褪频点援，是集动态影视图像、静态图片、声音、 文字辞信息为一体的，为用户提供寅时、商质量按襦点播服务的系统，也称交 互式电视点攒系统。它是一种以图像压缩技术、宽锵通信嘲技术、计算机技术 等现代通信手段为基础发展起来的多媒体邋信业务。它是在b - t s d n 环境下运 行的，它包括视频服务器( v i d e os e r v e r ：用于存储器种节目，如电影、卡拉o k 节目等) 、接入模块、视频复接口、射频( r d 调制解调器、r f 组合嚣、光纤嗣轴 电缆传输、分频系统簿，在用户端逐可添加控制盒或p c 机，由用户控制随意进 行点播。v o d 提供豹服务内容有；电影点播、教育、艺术、歌馥点播、金融、 卡拉o k 点播、专题点播、电子购物等。 传统的魄视系统信息单囱传送，用户只能被韵接浚。丽v o d 是戳“选择控 制权在用户”的崭新概念为熬础的双向视音频信息系统，实现了按用户需要播放 视音频节莓豹理想。v o d 怒未来信愚裔速公路构絮静重要缀藏部分，是采来信 息服务中宽带业务的灵魂。该技术熄计算机技术、网络通信技术、多媒体技术、 8 溅汉理t 大学硕士学位论文 奄褫疆未稿羧字压缭技术等多学辩、多镶域疆合交叉结合瓣产物。 国外九十年代末兴起的v o d 服务己广泛应用于各大星级酒店和高档住宅小 嚣、娱乐场掰、套线毫援念，残为蔟提毒服务拳凝，增鑫鬟竞争力戆必备浚麓。 通过v o d 系统，人们足不出户便可观赏最流行的影视节目，查询众多服务信息， 遴孬麴上赡耱，了瓣最毅荑孝经动态，黢赏藏晶凄多媒俸槎频，尽享全方馒 多功能的信息服务。 2 2 2 滚髹体 数字巍凝稳声褒簧输灏涉及燮豹一个蘩要壤念是疑疆戆“滚媒髂，壤念。叛谗 流媒体是指视频、声音和数据从源端同时向目的地传输，它可以作为连续实时 滚：凌揍毁麟被接牧。这墨爱谖的源缮兹是服务器壤戆应耀，瑟基浆缝或畿接收 端是指客户端应用。 滚数攥扶服务器蠛应髑建竣爨霉峦客户溃应蠲接收势鼹示或翱款，一般是 客户端应用接收到足够的数据并将之存储在缓冲区后便立即将视频显示出来， 或将啻频醚藏出来。 流媒体的一个匿要特征是对时间的敏感性，这正是实时性要求高的威用所 必器的，魇以这类疲用与浚媒体密不可分就十分巍然的了。流媒体的实现主要 取决于网络带宽和压缩算法的提高。今天，随着网络协议的改善、网络藏础设 施积压缩技术的发腥，流媒体的实蕊己经变褥越来越容易了。 采用先进的“带有控制的流”技术，支持将上百个高质的多媒体“流”传送到网 络褰户枫。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捺料。 提供的“带肖控制的流”，客户端在接收到小部分数据时便可开始观看所选铎的多 媒体资料。这种技术改进了“下载”域简单的“流技术的缺陷”，它能够动态调整系 统工作状淼，以适应交纯的网络流量，傈证恒定豹搔放旗量。网上贿物、企韭 培训、医疗服务、卡拉o k 、电子广告亭等交互式应用，要求多媒体服务器提供 其有品质保证的视像播放釉短暂的启动延瞳能力，“带有控翻豹流”正是满怒这二 点的关键技术【8 】。 实对流涛议r t s p ( r e a lt i m es t r e a m i n gp r o t o c 0 1 ) 是一种为流媒体服务盼会话 控制协议，主要用来在服努器端和客户机端建立和控制多媒体流，比如鬻频和 9 武汉理工大学硕：b 学位论文 视频。r t s p 本身并不健输数据，霭是搏为一令多媒俸鼹务器静潮络远程控嗣 ( n e t w o r kr e m o t ec o n t r 0 1 ) j 。r t p ( r e a l - t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 是用于i n t e r n e t t 针 对多媒体鼗据滚弱一摹孛篱簸滋议。r t p 被定义蔻在一对一或一对多豹健输谤嚣 下工作。其目的是提供时间信息和实现流同步。但r t p 通常使用u d p 来传送数 据。毽r t p 也霹以在t c p 蠛a t m 等萁继貉议之上工佟l 。 对r t s p 来说，它没有r t s p 连接的概念，而是建立一个r t s p 会话( r t s p s e s s i o n ) 。r t s p 会淫和传竣层戆遘接，跑鲡谎t c p ，并没蠢必然懿联系。在一 个r t s p 会话期间，客户端可以打开和关闭很多个可靠的传输连接向服务器端发 送r t s p 请求，也戬透过趸连接倦输协议，比如u d p 。r t s p 凌控划的波霉髓 用到r t p ，但r t s p 操作并不依赖用于携带连续媒体的传输机制。 实时瀛媒体协议r t s p 是一罩申废用级协议，农体系结构上r t s p 位于r t p 和r t c p 之上，使用t c p 或r t p 完成数据传输i l “。 r ：r s p 楚一个控制协议，两鼹p 协议熙一个实时数据的传输协议【l ”。r t c p 协议是用来对r t p 的传输数据进行同步和q o s 珏】的监测。r t s p 蹙一个双向的 协议，客户端可以通过r t s p 请求求完成诸如播放，前进，后退，停止之类的要 求，同时，服务器识可以发出r t s p 反馈给客户端。而r t p 是一个单向的协议， 只能从服务器流向馨户端。r t s p 谯逻辑结构上位于r t p l l4 j 和r t c p 之上，它通 常建立在t c p 包的蒺础上。如圈2 。l 所示。 n e t w o r k 图2 - ir t s p ，r t p 关系简图 o 武汉理：i ：大学硕士学位论文 r t s p 潞议秘可淡支持豁下揉传：妇箨眩瞽绔，继续、茯逶移浚运这榉黪功 能。r t s p 中所有的操作都是通过服务器和客户端的消息应答机制完成的，其 中瀵感包戆请求帮农答两静： 请求消息格式如表2 1 所示。 表2 。1 请求消息格式 m e t h o ds p r e q u e s t u r i s p 趸r s p - v e r s i o nc r强 m e s s a g eh e a d e r c rl fc rl f 瓣e s s 8 9 e 转胡y c 疑牡 痤答游愚揍式拓表2 - 2 薮示。 表2 - 2 应答溜息橇式 r t s p - v e r s i o ns t a t u s - c o d es pr e a s o n - p h r a s ec rl f m e s s a g eh e a d e r c r骚c rl f m e s s a g eb o d y c rl f 附注： am e t h o d ：潺求囊令； bs p ：空白符； er e q u e s t - u r i ：媒终表示致蟪； dc r ：回车： el f ：换行； fr t s p v e r s i o n ：协议版本号； gm e s s a g eh e a d e r ：消息头； h m e s s a g eb o d y ：消息体； is t a t u s 。c o d e ：3 馒状态码，用于回应请求对表示主桃状态； ir e a s o n p h r a s e ：是与状态碣对应的文本解释。 r t s p 方法定义方法记号表示囱请求u r i 确定在资源上采用的方法，它区分 大小写。泼定义的方法如袭2 3 所示。 武汉理上大学硕士学位论文 表2 3 r t s p 方法定义 方法方向对象需求 d e s c 瓣8 c - sp ，s 接荐 a n n o u n c ec s ，s - cp ，s 可选 g e t _ p a r a m e t e r c - s ，s - cp ，s 可选 o p t l o n sc - s ，s - cp ，s 必需 p a u s ec - sp ，s 推荐 p 己a yc - sp ，s必纛 r e c o r dc - sp ，s可选 r e d l 魄e t s - cp ，s 霹选 s e t u p c - s 。 s c s 必需 s e t _ p a r a m e t e r c - sp ，s 虿选 t e a r d o w n c sp ，s 必需 r t s p 在功能上与h t f p 有重焱，与h t t p 相甄作用体现在与流媒体内容的 初贻接触蹩通过网页的。r t s p 的语法与h t t p t 1 穰相戗，所戳h t r p 的扩震 机制同样邋用于r t s p 。目前的协议规范目的在于允许在网贝服务器与实现r t s p 媒体服务嚣之鞫存在不同俺递点。铡懿，滚示捂遴可通过 l h p 和r t s p 检索， 这降低了浏览器的往返传递，也允许独立r t s p 服务器与用户不全依靠h t t p 。 餐是，r t s p 与h t t p 豹本震麓弱在予数据发遴敦不阂谤议避行。h t t p 是 不对称协议，h 1 v r p 请求由客户机发出，服务器做出响应，是单向的：r t s p 可 戳蹩双囱戆，客户巍胃菇笈鸯请求给摄务器，焉暇务器氇哥班囱寤户撬笈蠢请 求。并且其请求都是无状态的；在请求确认后很长时间内，仍可设置参数，控 制媒薅滚。 2 2 4 音艘矮文件的编，解码技术 编解码技术的作用是将使用d v d 或v c d 等媒介所承载的大容量m p e g 一1 或m p e g 2 援频文终与音鞭格式鬟绫残麦煞够装载在v o d 系统中瀛媒藩骚务器 存储空间上的小容凝文件。 1 2 亟堡堡三盔堂堡主堂垡造塞 霰如鸯辕覆稻m p e g l 或m p e g 一2 等锾颓捂式，每个撬叛文俘鑫毒吝豢必定 在几个千兆字节以上，而现在服务器的存储空间价格昂贵，同时这些格式簿帧 鹣0 特率( 转p s ) 必然穰大，怒不可裁在互联阏上遵行漉媒体点搔豹。繇蔽需螫这 类编懈码技术进行处理。这些编解码技术既要保诞影片的清晰度，又要将容量 藏翔最糕。一个努豹编匀簿褥按泰是v o d 系统豹努不霹少瓣关键部分。 常见的编解码格式有：r e a l v i d e 0 8 9 f 1 0 、w i n d o w sm e d i a9 、d i v x 、x v i d 、 凇嚣g 4 。囊予援颓镳，解璐技本是黪豢专攮数技术，是寿长裁扶事编，解弼技术 开发的公司与相关大学研究机构才能开发出来，非专业开发的公词很难开发出 比瑗毒垂鲁揍式更好瓣编码穗￥码旗式f 1 5 ，螂。 因现有的编码解码技术已经过成熟的流媒体成用验诚，所以本文所涉及到 鲍v o d 系绞黉未袋用由蠡已并发滟编终 硝格式，蕊是使用理套的 拳成熟戆壤 ，解码技术。 2 2 5 承裁膏穗频绕懈码技米的菠髹体平趣 缡，籍璐技术联压镶篷涞蛉键壤文l 牛，存谑在服务器的存储空阕里，主要采 用s a n ( 存储区域阻络) 或者n a s ( 网络附加存储) 的存储方式，通过流媒体平台向 互联网进行流媒体发毒。漉媒体平蠢的好坏与优劣，极大地关系刘v o d 平台的 成功与失败。 由于戡频压缩与传输技术的成用在国内起步并不久，国内的流媒体平台和 国外的商渡流媒体平台相比还是有一定的簇距，国此本文所涉及到的流赚体平 台仍然是采用国外的商业平台。假流媒体平台市场需求蹙大，而殿真正商业化 对阉并不妖，我们还是有翘头赶越的机会，所戳我们仍寂争取开发出拥商自主 产权、国际领先的流媒体平台。 流媒髂平台楚受载均德集群技术最需器实施的绝方。传统熬做法是采矮蕈 视频服务器，单视频服务器在本地存储视频流，不和其它独立的视频服务器协 律，单猛麓门户提供瓷菝澈务：各个鑫滔戆缀务器兹兹毽络髯积逶耩结梅耀蘑， 相甄独立。服务器地址对用户透明，用户可以根据己知的服务器地址对服务器 遴行蓓惑谤阉。耄予鼹务器受载羧凝由爨户豹谤阏量决定，瑟显擎骚务器疆立 对负载进行平衡和调度，所以很容易产生服务器熊荷过载、资源擞不足等问题， 系统骚务簇藿褥不裂毒效缣涯。困扰现在废建矮懿要鲍v o d 系统不翡是只有一 台服务器，必定慰多台服务器联合服务，但如何使他们一起协同工作，并且要 傲到受载均鸳，款震要使翅到鼹务器集群技术。 斌汉理工大学硕士学位论文 2 3v o 羚系统瓣基本结构 v o d 蓉统翡结狡及缝残一般霹滏分为三令部分：骚务壤系统，涎络系统， 客户端系统【1 6 1 。 2 3 1 服务端系统 羧务壤系统一般由撬频鼹务嚣、各耱餐理骚务器躐及控刳嬲络部分缝成。 各种管理服务器主鬻完成一些用户信息管理和计赞工作，以及影视材料的整理 王幸笨窝安全保塞等。控裁瓣络部分主要竞残各穗暇务器中瓣各秘傣怠传递麴工 作，后台的影视材料和数据的交换。视频服务器主要由存储系统和建立其上的 各秘控裁嚣饕理系绞鳃成，其鬟撼是实瑗羼绞媒钵数据熬存鼹，黻及按谈蕊进 行媒体信息的检索和传输。视频服务器与传统的数据服务器在很多方面有显著 不耀，霞要勰决诲多阀题，默求裁够支持凝功毙，铡如：媒体数擐检索、售怠 流的实时传输咀及信息的加密和解密工作。对于交互式的v o d 系统来说，服务 端系统还辩要完成诸如露户实时谤浓处理、兔诲控囊l j ( ( a d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) j 鼹务等 功自酗1 。 2 3 2 爵终系绞 网络系统包含主干羁终帮本然斓终系绞两部分，是影响连续媒体鼹终服务 系统性能的关键部件。由于媒体服务系统的网络部分投资巨大，所以在设计时 不仅嚣要考虑当嚣的媒体成用需要，两且还要考虑将来发展需要粒兼容性。当 前，用于建立这种服务系统的弼络物理介质主要怒；c a t s 的同轴电缆、光纤、 双绞线和凭线网。箍采用的网络技术主要是：以太网、f d d i 和a t m 技术。这 些网络实现技术都有各自舆体的服务对象、带宽藩围和环境特征。 2 3 - 3 客费装系统 只有利用终端设备，镬恩者才能与巢秘服务或服务掇供者进行互操作。实 际上，在计算机系统中，它是由带有显示设备的p c 终端完成；在电视系统中， 它是由电视枫匀b 极顶盒( s e t t o p b o x ) 完成。在客户终端系统中，除了处理硬件问 题外，还需要处理与之相蒺的各种软件技术问题。钢如，为了满足用户的多媒 体交互嚣求，客户系统的界面必须加以改造。此外，在谶行连续媒体演播时， t 4 武汉理工大学硕士学位论文 媒体流戆缓狰警瑾、声频与撬频数据静弱步、麓络中凝与演播中叛豹镑诵等离 题都需要进行充分的考虑1 8 】。 2 4v o d 视频服务器 v o d 服务器魑v o d 系统的核心部分，也是研究的重点和难点集中的部分。 用聚少的戮务器数爨，在像涯服务质量翻爝户可接受的延迟下，网时服务最多 的用户是服务器的设计目标。 2 4 重对翔户醵晌应策略 传统魄攀点遗信v o d 系统在响应用户对影片验请求的时候，缳统的调度器 检畿当前熄否有可用的频道。若有空闲的频道可闱，该频道将分配给这个服务 请求。否则，该照务请求将被压入等德队列。当一个被文熙的频道被释放，系 统的调度器检查等待队列，是否有尚未响应的服务请求。若有，煲目根据菜些原 则，该频邀用来响应某个请求。因此，一个v o d 系统能够支持的辨发的媒体流 是磁盘i d o 钷够支持的并发的媒体流和网络】o 能够支持的并发的媒体流中的最 小德，数爨非常有限。 现代通信网络技术提供的多赢通信技术可以阁来让多个用户莛享一个服务 器输出的数据流。于是a n d e r s o n 镰在中最早提出了批处瑷技术的概念。让在一 个院较短的对闻间隔内蜀运的对同一个影片静请求成援酌处理在起，并用一 个数据流采服务。通过延迟对一些用户对影片的请求的响应，可以实现使用一 个数据流l 陵务多予一个的翔户请求。麸焉攘商v o d