流媒体点播系统

流媒体点播系统量子流媒体点播系统什么是流媒体？流媒体简单来说就是应用流技术在网络上传输的多媒体文件，而流技术就是把连续的影象和声音信息经过压缩处理后放上网站服务器，让用户一边下载一边观看、收听，而不需要等整个压缩文件下载到自己机器后才可以观看的网络传输技术。该技术先在使用者端的电脑上创造一个缓冲区，于播放前预先下载一段资料作为缓冲，于网路实际连线速度小于播放所耗用资料的速度时，播放程序就会取用这一小段缓冲区内的资料，避免播放的中断，也使得播放品质得以维持。为什么需要流媒体系统？当今社会，Internet和多媒体技术正以惊人的速度改变着人们的工作、学习和生活方式，也正在引起教育领域的深刻变革，使教育体制和教育模式产生新的重大的飞跃。人们利用网络技术，结合现代教育技术，为适应21世纪社会经济和科技发展对高素质创造型人才的需要，逐渐改变教学方式，使其向在教师指导下的学生自主式学习的环境发展。网络教育的形式多种多样，但是都不能离开多媒体制作和使用，音频和视频的交流一直是信息传播的主要途径。现在的多媒体网络课件，传统的教学录像和录音，在教育教学过程中都占据着不可替代的重要地位。结合计算机技术和网络，音视频服务已经成为现代网络教学中不可缺少的一部分内容。视音频点播是近年来新兴的传媒方式。它提供了让用户按照自己的喜好选择节目进行播放的功能。它改变了传统电视节目播放那种将用户置于完全被动的地位，使用户可以根据自己的需要选择节目。使用视音频教学服务点播系统，教师可在教学中实现随时随地点播教学课件完成教学，从而丰富教学内容，突破了传统的集体教学的限制，实现了多媒体个性化教学，可以达到最佳的教学效果。流媒体系统，还可以让学生根据自己的需求来点播教学录像和录音，来完成相关课程的预习和复习等过程。该系统可以实现一些会议、活动等的实况转播和直播，可以提供基于计算网络的视频点播、广播和实况直播应用的电视台服务。宽带网视频点播最初的VOD应用于卡拉ok点播，当时的VOD系统是半自动的需要人工参与。随着计算机的发展，VOD技术逐渐应用于局域网及有线电视网中，此时的VOD技术趋于完善，但有一个困难阻碍了VOD技术的发展，那就是音视频信息的庞大容量。这样服务器端不仅需要大量的存储系统，同时还要负荷大量的数据传输，导致服务器根本无法进行大规模的点播。同时由于局域网中的视频点播覆盖范围小，用户也无法通过互联网等网络媒介收听或观看局域网内的节目。此时流媒体技术出现了，在视频点播方面我们完全可以遗弃局域网而使用互联网，由于流媒体经过了特殊的压缩编码，使得它很适合在互联网上传输。客户端采用浏览器方式进行点播，基本无需维护。由于采用了先进的机群技术，可对大规模的并发点播请求进行分布式处理，使其能适应大规模的点播环境。随着宽带网和信息家电的发展，流媒体技术会越来越广泛的应用于视频点播系统，也许有一天你也可以在自己的家中欣赏到与电视节目相当的流式视频节目。就当前而言，很多大型的新闻娱乐媒体都在Internet上提供基于流技术的音视频节目，如国外的CNN、CBS以及我国的中央电视台、北京电视台等，有人将这种Internet上的播放节目称之为webcast。图1-3为CCTV网站的视听在线栏目。流媒体系统中的术语网络广播技术一般来说，网络广播多采用流媒体技术。流媒体：流媒体播放技术是近年来发展最迅速的网络广播技术。流是连续传输的数据，典型的流有音频流和视频流。一般而言，流采用类似于广播的方式，以恒定的速率传输数据，播放的时间与传输以及原始记录的时间是完全相同的。流可以由实况信号源，如摄像机的图像和广播电台的声音，或预先存储在磁盘上的视、音频文件组成。流媒体播放技术采用边下载边播放的方式，因此用户不必等待全部下载完即可立即听到声音或看到图像，播放完的数据也不保留在用户的计算机磁盘上。流媒体播放技术的优点是即时播放，可以直播，该技术先在使用者端的电脑上创造一个缓冲区，在播放前预先下载一段资料作为缓冲，当网路实际连线速度小于播放所耗用资料的速度时，播放程序就会取用这一小段缓冲区内的资料，避免播放的中断，也使得播放品质得以维持。网络广播协议单播、广播和组播是网上视频点播常用的几种手段。单播(Unicast)：顾名思义，也就是用户点什么就播放什么。好处自然就是用户可以随意选择自己想看的内容，可以自由控制视频内容的播放，包括暂停、停止、快进和倒退等等。这也是目前大多数的提供视频服务的网站所采取的方式。但因为用户可以随意控制自己播放的内容，所以每个用户必须独自享用自己的带宽，每个用户都要占用一个流，同时，对服务器的负担也是特别大。因此，大家可以看到目前提供视频服务的网站通常同时在线收看的人数都有限，达到人数限制以后，服务器也就不能再继续连接了。广播(Broadcast)：其实就跟我们现实生活中的广播电视差不多，反正大气中都是我们的信号，只要打开电视机，频率对了就可以看得到。同时，谁也不影响谁，不会因为多了一个收看的用户而影响了图像质量。这对于大量的在线用户来说的确是很有好处的。其缺点就是大家谁都不能像看VCD一样暂停、快进和倒退，你顶多只能换另一个频道，但却无法控制其节目的播放。路由器或者网桥都不转发广播信号。组播(Multicast)：通常也叫多播，它提供了一种给一组主机传送消息的方法。它与广播不同的是，它可以指定一组机器，而不是广播中的所有机器。使用组播时，通常需要指定组IP地址，组IP地址在IP数据报中的目的地址一栏中说明。在组播过程中只需要播出一个节目流，所以与单播比起来，网络负担比较轻，但在组播方式中用户只能被动地接收，也不能选择接收的时间；在接收过程中也不能对节目流进行控制。此外，组播方式能否实现还与网络中路由器的配置有关系，很多的路由器在配置时均不允许组播方式的IP包通过以减少网络流量。网络广播方式网络广播的方式可以分为直播和点播两种主要形式。目前各个网站都提供直播和点播服务，但多以点播服务为主。直播(Live)：是电台或电视台实际播出节目的网上传输形式。优点是时效性强，生动实际，用户可以在第一时间获取信息；其主要问题是用户不能选择关心的部部分，会一直占用带宽资源。另一方面直播也无法利用二次通过等优化压缩技术，因此在码率和图像质量上难以达到最优的程度。直播主要应用于重大活动的即时报道。点播(On-demandAudio/Video)：将节目根据内容做成一个个片段，用户可以根据标题或分类选择所关心的片段收听收看。点播可以更合理地满足用户的要求，也能较好地利用带宽资源，是目前广泛采用的网上广播形式。流媒体系统的组成流媒体系统通常由视频服务器、通信网络、客户端设备、制作管理系统等四大部分组成。视频服务器：大量存储视频节目信息，处理用户的交互式命令信息发送视频数据。通信网络：主干网要求较高的带宽，连接视频服务器和制作管理系统。客户端设备：完成视频节目信息的播放，接收交互式命令信息。制作管理系统：完成视频节目的编辑及制作，视频数据库的管理，VOD系统用户的管理等。系统架构量子流媒体系统在总体设计上采用了客户端服务器模式，客户端基于B/S方式浏览访问服务器，服务端采用“分布式”架构服务体系。服务端：服务端主要由媒体服务器、广播服务器、直播服务器、Web应用服务器、数据库服务器、专业存储设备等组成。在小型应用中，可由单台服务器来完成上述服务端的工作。媒体服务器：一方面是为终端用户提供流畅的视音频流传输服务，另一方面为系统管理员提供强大的视音频流监控服务；广播服务器：为用户提供各种视音频文件的广播；直播服务器：为用户提供实时现场直播和电视节目直播；Web应用服务器：主要为用户登录、浏览、查询节目提供服务，进行页面管理；数据库服务器：主要存储节目信息，为用户检索查询节目提供服务，存储用户信息，提供登录、认证服务；专业存储设备：由于视音频数据非常占用存储资源，专业存储设备主要是为了解决海量数据存储问题而设的，在实际应用当中，通常会首先考虑利用服务器本身所带磁盘的存储能力，当服务器磁盘存储能力不够或出于其它考虑时，通常要选用专业的数据存储设备。客户端：客户端以浏览器方式访问量子流媒体系统时，首先是登录到Web服务器，接下来由数据库服务器提供服务，最后才由媒体服务器、广/直播服务器提供视音频流传输服务。客户端接收到数据后不须任何预读，立刻响应，实时进行解压缩播放。下面介绍一下量子流媒体系统在分布式安装和集群部署方面的具体方案。分布式安装本产品的分布式安装方案可以按照媒体服务器、数据库服务器、WEB应用服务器、直播服务器、广播服务器来部署，同时也可以将这些模块任意组合进行分布式安装。下图是一种分布式安装的方案。集群在流媒体系统中，视频服务器一般都需要提供点播服务，点播流格式的文件对服务器的负载量提出了很高的要求，而目前的网络吞吐速率以及服务器处理能力都很有限。为了协调这两方面的矛盾，量子流媒体系统在硬件上采用视频服务器集群提供视频服务，在软件上采用负载均衡调度的方法动态调整各视频服务器的负载量，使用户的请求总是在负载量最轻的视频服务器上得到响应。本产品通过视频服务器集群实现动态负载均衡的拓朴图如下：说明：主服务器可以兼负服务端的各项工作，同时作为主媒体服务器。用户向主服务器发出请求后，由主服务器判断哪个均衡服务器（副媒体服务器）负载较轻，向其发出请求，则由此均衡服务器将节目发送给客户端。如果进行了分布式安装，则客户端的请求经由WEB应用服务器发送给主媒体服务器后，由主媒体服务器调度各均衡服务器实现负载均衡。技术优势量子流媒体系统在网络传输控制中采用了“智能适应流传输”协议，利用智能化的侦查检测手段，对整个服务系统中的网络带宽资源、数据流量、客户端请求信息等实施全方位实时监测，并利用智能控制手段，完全动态调度数据传输，控制带宽流量。所以，在数据流传输过程中，接收端并非每时每刻都占用网络带宽，从而保证了服务器端总带宽资源的充分利用。“智能适应流传输”协议在网络技术上的突破，使量子流媒体系统在网络带宽资源的利用率上，要比一般的流媒体系统至少高出30%以上。智能适应流传输技术具有响应速度快、高性能、超强稳定性、广泛视音频格式支持性、易扩展性等特点。响应速度快在对各种多媒体视音频格式进行深入研究的基础上，我们采用了一种先进的格式预分析技术，利用该技术，能够对各种多媒体文件格式（无论其本身是否流格式）进行远程快速准确识别。而国际上尤其国内的其它同类技术开发商通常是通过对多媒体文件的扩展名来判断文件的格式，这常常导致判断错误。同时本产品还实现了实时解码技术，进一步提高了请求响应速度。采用以上两种技术，用户在请求流媒体服务时不必做任何缓存，服务器即时响应，用户几乎感觉不到任何延时，就能播放网上的多媒体文件。而目前其它厂商开发的流媒体传输技术几乎无一例外地都采用了客户端缓存技术来传输流媒体，更有甚者，必须将多媒体文件完全缓存到本地机器硬盘上才能进行解码读取，这样造成过长延时和过度耗费系统资源。高性能本产品在服务器流媒体传输技术实现的内部机制上采用了线程池、内存池技术，极大地提高了服务器的服务性能。线程池技术使得服务器满足大量用户并发请求和提高整体性能成为可能，该技术要优于多进程技术上百倍，要优于线程独立创建方式上十倍。内存池技术极大地提高了服务器内存利用的性能。在服务器的磁盘I/O上我们创造了半缓冲技术，该技术要比完全缓冲占用的内存资源少，而比无缓冲速度快。在网络上采用了自动适应技术，解决了网络带宽的灵活利用的难题，由于不必为每个终端预先分配固定的网络带宽，采用实时按需分配，所以网络资源的利用得到了充分优化。超强稳定性本产品使用的流传输技术采用TCP传输，除了能够做到失败重传之外，为了适应各种复杂的网络环境，在网络传输上进一步采用了智能续传技术。对于每一路会话（或者称作流），即使由于某种原因导致网络连接中断，通过智能续传技术，终端自动在规定的时间内重新尝试连接，一切都在背后执行，用户将感觉不到网络故障的存在。而当前的其它大多数厂商所实现的流媒体技术由于没有采用续传机制，一旦网络发生故障，将导致流传输中断。广泛视音频格式支持性通过对大量的多媒体格式进行分析研究，本产品不仅能够支持对流格式多媒体文件的网络传输，而且由于采用了强制流化技术，对各种非流格式的多媒体文件也能很好地支持网络传输。遵循MPEG1、MPEG2、MPEG4等国际视音频压缩标准，支持VCD、SVCD、AVI，DVD、VOB、MPG，DIVX、ASF、WMV以及RM、QuickTime等视频格式；支持MP3,MIDI,WAV,RA,AU等音频格式。易扩展性在本产品研发的核心实现上,采用了COM技术作为软件设计的规范,为将来加入新的文件格式支持,添加新的传输协议提供了便利条件。部分软件采用的微软DirectShow技术,而这种技术使得产品在将来的Microsoft操作系统平台扩充成为可能。运行环境服务器服务器配置：最低配置：CPUP4以上、内存256M、硬盘20G建议配置：CPUXeon2.4G、内存256MDDR、硬盘SCSI操作系统：Windows2000ServerServicePacket4InternetInformationServer5.0注：本产品在windows2000advanceserver的操作系统下与在Windows2000Server操作系统下没有区别。数据库：MicrosoftSQLServer2000(SP3)(standard)。客户端客户端配置：最低配置：CPUceleron466、内存32M建议配置：CPUPIII500、内存128M操作系统：Windows98/98SE、Windows2000、WindowsXPIE:IE5.0以上显示模式：800X60016位真彩色及以上