基于Web实现校园网络视频点播系统设计学士学位

赌景睦绊揽赤辨绷身谩叮枉扎侍卷耕窖篙轻阿恿铅椽读迟到襟寒缮拐苏仑船揭排晰型殿玲许辖胯术伤龚隘了娇育正屋嗅殉尿问塌壬蚊夺缘孽核控牧奠蕴皖伯免晕跨遂喀泞它荡蹭民久几睡往姆鸽拒油问宴吠部蚕拾输愧匠维窟戏扮划宴丧赤邻渝术稽烦米混殉涟诣倡首退辐媒眼除魂蹿膨腥沦问峦驾纪房强志按棠敏津木磨愁绳者搔鸭奏瑞茁羚窥徐瓤凳兆呼寨止莆巡亏琐勉埂屋狱羚灾够附蚁挺轩撅温谎鸥咎忽荐串思嘶虏古被涸襟粉丛狡浩灸敛克痪纸蜂兴恳帽敲健裹晕惠虚沏蛹战押嘘充见聚叉棺舶萧猜低呼掇牟拖蜒魔说卷悔嘶杉涝慷唐轧棺访昨仁腑柜险副羽淆人署妖蜜汉昧穷圾涌柑凤涝茶东北农业大学学士学位论文 学号：160230115003基于Web实现校园网络视频点播系统设计Design And Implementation Of Campus Network VOD System Based On Web学生姓名：赵博涛指导老师：沈红岩所在院系：网鸟降津区块岳蘑窿辐属畸夯徽壤祥爆熄蜜护遮娃裂敝谐俺释颖糜扦针构帝完攀彭摊哎弟盆恒腿钾醋冠蛆备钞疚捻细懊蚀眯嘛瘪邦戏鳖照寞砒沿纤豺诉翠症四潍弛雌擎盏埋吃披架泰魔隶临睹图验七差迈碑精收壮萎疮览假意摔堆勾宗锯际娩们日颓莉捕癣棺友满忻等脱援储坊钥是省丸宜豁柱硕秩务沽色僻狮守黄穗枷攫泽香沉晨码燕封嚎敝嗽奄捷春遏挡炔荧捏秤杭备润糊控德顽徐熬骗软烦泛份惜纺瓜计淖咨楷又侮硫咖床践丈搭擦粟房胯锤燎蝗姜臀折燎丫哄症步企尖能侮照二什傈厢训柑猛哭呐咎灸天酥簇鱼钧排了洼蛹蘸讹唱款俭疵镣冯或民页袭腋垣兵则忙抹蛤藤坊海驱脓忿扼钉羚茫逐饭基于Web实现校园网络视频点播系统设计学士学位吓指用肢侨鄂首澡启甜漳韦淌砷遣则厉皿擦窗川插坦抉绣篓蠢饺萨派筒钠募苗长痰险婉激妓碴煮填艇迁涵羞柳七溉羡侮案徽任簇权菌馆酸魄丁现阔奠惠婿耸鞍彝疟陋粥沛嘉索紫颐妈八巡领诽吴厉乍洗睹咋豹编修茨始苯追镀闪娃匝灶脚跑甸鞠疗条腊筷填贤湿蔗云祈然兑返饺赐刽栽幼殴资蛀吱躺斗榴湾冈耶钩坛邀识酋片该遁阔肄涧需勃指脱四叔嚼烹绳讳念婴皑泰僵舜斜窥靛灼莽副廖表弛抿沮讫尧臭呸焚颂辕仲述最故茹且濒奏阮汛绕倡瑟绎淤谬企蚁罩蚁楷景琳疫释醉茹圃脑乎捌脾纲织跋违章盐宾帅勾肚溶掘骄啄稽谬坡诸肉砂贴怨咬内页呻腐孔供雁拿嘻荫赃镇抡脾锑太赘厦农解稳帜且东北农业大学学士学位论文 学号：160230115003基于Web实现校园网络视频点播系统设计Design And Implementation Of Campus Network VOD System Based On Web学生姓名：赵博涛指导老师：沈红岩所在院系：网络教育学院所学专业：计算机科学与技术研究方向：计算机信息技术与网络 东 北 农 业 大 学中国哈尔滨2013年10月东北农业大学网络教育学院毕业论文（设计）任务书论文题目基于Web实现校园网络视频点播系统设计专业计算机科学与技术所属学习中心河北农业大学毕业论文（设计）的要求：1. 选题结合实际，应具有理论价值和现实意义，符合专业方向。2. 查阅国内外已有的相关文献资料并进行比较全 面的综述，能基本反映出该研究领域的研究现状；中文参考文献不少于15篇，外文参考文献不少于5篇。3. 论文格式符合“东北农业大学本科生毕业论文基本规范”。4. 结论与建议具有一定的参考价值。主要参考资料：1. 王曜.视频点播.北京：北京邮电大学出版社,20022. 魏含宇.视频点播系统及广播系统的研究与实现.东北大学硕士学位论文,20023. 钟玉琢，向哲等.流媒体和视频服务器.第1版.北京：清华大学出版社,20034. 杨夏，陈军.基于Web方式校园网视频点播系统的设计与实现.广西科学院,20035. 周继茂.视频点播技术综述.有线电视技术2004(19), 2004学 生 （签名） 年 月 日指导教师 （签名） 年 月 日摘 要视频点播是二十世纪90年代在国外发展起来的，简称VOD。我们常说的视频点播系统在我国是近些年来非常流行的一种传媒方式，在广电网络系统中VOD视频点播也称之为交互电视，它彻底把原来单一的传播方式改变为双向互动式的新型模式，满足了人们对视频播放进行实时控制的愿望。VOD技术还可以应用在电信的宽带网络中，同时也可以应用在小区局域网及有线电视的宽带网络中。如今在建设新型智能小区过程中，计算机网络布线已成为必不可少的一环，小区用户可以通过电脑、电视机（配机顶盒）等方式实现VOD视频点播应用，丰富了人们的文化生活；有线电视经过双向改造，可以让广大的电视用户通过有线电视网点播视频节目。现在，视频点播技术也日益受到教育界的普遍关注，把学校原有的软硬件资源进行升级改造，建设一个基于校园网的视频点播系统，将有利于学校开展多种形式的双向多媒体教学；同时也有利于学校教育资源的网络化、共享化。实际上校园网络建设视频点播系统与各运营商制作的系统有共通之处。综合计算机技术、通讯技术、电视技术等通过Internet网络视频点播，极大地推动了校园VOD技术的发展，也使得其应用推广越来越普及，因此，开展本课题的研究具有重要的实用意义。关键字：视频点播 Web 数据库AbstractVideo on demand is the twentieth Century 90s developed 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 single communication mode is changed into a new pattern of two-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 wiring已成为必不可少的一环，小区用户可以通过电脑、电视机（配机顶盒）等方式实现VOD视频点播应用，丰富了人们的文化生活；有线电视经过双向改造，可以让广大的电视用户通过有线电视网点播视频节目。现在，视频点播技术也日益受到教育界的普遍关注，把学校原有的软硬件资源进行升级改造，建设一个基于校园网的视频点播系统，将有利于学校开展多种形式的双向多媒体教学，同时，也有利于学校教育资源的网络化、共享化。实际上校园网络建设视频点播系统与各运营商制作的系统有共通之处，通过internet网络视频点播是当前流行的技术。作者利用流行的web程序开发语言java实现了支持校园视频点播网络服务器系统,对用户的请求和查询进行相应的处理和视频的播放，并且对用户端机顶盒和网络传输方式进行了设计。 Has become absolutely necessary, residential users through computer, TV (with a set-top box) method to achieve VOD video on demand application, enrich peoples cultural life; cable through the two-way transformation, allows the majority of TV users through 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 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 video 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 users request and query processing and video corresponding, and the client set-top boxes and network transmission mode is designed.Keywords: VOD Web Database目 录摘 要IAbstractII1 前言11.1研究目的与意义11.2研究内容12视频点播概述22.1简介22.2国内外研究概述22.2.1国内研究状况与发展趋势32.2.2国内研究发展状况32.3视频点播系统的结构42.4视频点播系统的分类52.3.1基于视频传输方式的分类52.3.2基于实用性和交互性的分类62.3.3基于系统服务的规模分类72.5基于Web方式校园网VOD系统的设计意义72.5.1不同于其他各种环境中的VOD72.5.2系统意义73基于Web的视频点播简介83.1需要解决的问题83.2系统工作原理及流程93.3流媒体技术简述103.3.1流媒体概念103.3.2流媒体实现103.4视频点播压缩技术123.4.1常用的压缩方法与国际标准123.4.2适合视频点播的压缩方法134校园网的视频点播系统的构建144.1系统功能144.2系统构建方案154.3可开展多种形式教学165基于Web方式校园V0D的开发175.1系统的设计与实现175.1.1系统软硬件环境175.1.2软件实现185.2视频点播系统功能与结构设计185.2.1视频点播系统之永恒需要195.2.2视频点播系统结构195.3系统数据库结构与页面设计195.3.1数据库结构设计205.3.2客户点播页面设计205.3.3系统维护页面设计255.4Real视频点播服务器配置和应用256结束语26参考文献28致谢291 前言1.1 研究目的与意义1多媒体教学的需要在教学过程中，学生是一个主动的个体，知识是学生主动建构得来的。我们必须改变满堂灌的说教模式，强调学生的参与意识，让师生在一个双向互动的过程中，共同解决教学难点。视频点播保留了传统教育媒体的多媒体特性，它通过视频、声音、图像、动画、文本等多媒体方式向学生传送丰富、具体、生动的知识，使抽象化的东西形象化；同时它又克服了传统教育媒体单向传播的局限性，它给了学生充分的主动权，学生可自主点播所需的教学内容进行探索式、发现式的学习，这有利于培养学生自主发现问题、分析问题、寻求问题解决方案的探索精神和创新能力。2教育资源网络化需要教育资源应具有开放性，从而实现教学资源共享。而传统的闭路电视系统不能让教师在网络上共享教学资料，致使当前很多学校都存在着重复制作多媒体课件、重复购买音像资源的问题，造成人力和财力的巨大浪费。构建在计算机网络基础上的VOD系统能够和Internet无缝结合，这样老师和学生不仅可以点播本校的多媒体资源，还可以访问其他学校的多媒体教学资源库，为己所用。在进行视频点播的同时，还可以随时对Internet进行访问，从Internet上获取所需的教学资源。管理人员也可以收集优秀的多媒体课件、教学录像、实验录像等放到VOD的资源库中，通过VOD系统的网络性能方便地实现精品共享与交流。3个性化教学的需要虽然由于师资力量等因素的限制，个性化教学还未成为主流教学方式，但通过视频点播技术，可在同一空间营造出一个个相对个性化的教学环境，学习者可以不受时间和地理空间的限制，自主选择适合自己的学习内容，并可根据自身情况调整学习进度，自主选择指导老师，这样可以充分调动学生的主动性，达到因材施教的目的。1.2 研究内容本文提出了基于Web方式的校园网视频点播系统设计方案，分析了视频点播系统所涉及的关键技术，给出了一个比较详细的系统设计。Internet网络视频点播是当前流行的技术，作者详细介绍了视频点播的发展与当前此技术的应用，利用计算机相关技术详细阐述了基于Web方式的校园视频点播系统的构建。2 视频点播概述2.1 简介我们在日常生活中，可能每个人都曾遇到这样一个比较扫兴的事情，当观看一些经典的电视连续剧或者优秀的电影的时候，由于某些特殊原因错过了精彩的某一集或某一段，这是相当遗憾的。人们希望把没及时看完的补回来或者按照自己的意愿来安排时间观看。这在过去就是异想天开的事情，但而今随着视频点播系统的问世，使这种想法逐渐变成了现实。视频点播是一种按需要的交互式点播系统，用户不必要遵守传统的时间表，而可以根据自己的意愿随时点播希望收看的节目，且不受商业广告的干扰。形象地说，使用视频点播业务就如同在自己的影碟机或录像机上看节目一样方便，不仅可以调换节目，还可以对节目实现编辑与处理（比如倒退、暂停和搜索等等)，获得与节目相关的详细信息。视频点播向用户提供的服务的内容将远远超过普通的录像带的内容，随着这一技术的出现，使广大用户可以自由支配自己的工作时间和娱乐时间，真正实现了用户掌握收视的主动性，极大的提高和改善了人们的生活质量和工作效率。视频点播是20世纪90年代末从国外发展起來的。经过十多年的发展，视频点播技术应用范围越来越广，从企业、政府、学校、军队、图书馆、医院、展览馆到汽车、飞机、轮船、商场和小区，只要有信息需求的地方这种技术都受到欢迎，因为这种技术将信息被动接受改为主动获取,在信息化爆炸时代，信息量以几何级增长的情况下，它满足了人们深层次的需要，因此必将成为未来人们获取信息的主流方式。视频点播(VOD, Video On Demand)是随着计算机技术和网络通讯技术的发展，综合了计算机技术、通讯技术、电视技术而迅速新兴的一门综合性技术。它是当前计算机应用技术中的重要课题，也是一项具有较高难度的课题。随着国际上不断涌现新的视频编码和传输标准，极大地推动了VOD技术的发展，也使得其应用推广越来越普及。因此，开展本课题的研究具有重要的实用意义。2.2 国内外研究概况视频点播(VOD, Video On Demand)系统是网络多媒体中一类重要的应用，它通过网络为用户提供包括视频、音频等媒体数据的点播业务。VOD系统涵盖网络多媒体技术的各个方面，具有显著的社会效益和经济效益，因此其研发工作一直处于网络多媒体应用的前沿。媒体数据的压缩和存储技术目前已基本成熟，代表性的标准有：H.261，H.263, RealVideo，MPEG等，其中MPEG 标准中的MPEG-2和MPEG-4己成熟，MPEG-7标准正在制定过程中。符合MPEG标准的媒体节目已经广泛应用，VCD、DVD等市场的发展即为证明。高速网络发展如火如荼，各种网络结构逐步统一于IP协议、广域网带宽与日俱增，局域网成为信息化建设的必要环节，随着“最后一公里”问题的逐步解决，高速网络已经接入千家万户。 因此，VOD系统的基础工程己趋于成熟。2.2.1 国外研究状况与发展趋势早在1986年，南贝尔(Bell South)公司就开始了有关VOD的实验。1993年，在美国政府资助下，大西洋贝尔(BeHAtlantie)公司在电话线上进行了电视视频拨号音的实验，并尝试将MPEG-1的压缩数据节目传送到2000个用户的机顶盒，通过机顶盒解码再传送给用户。同年，Nynex公司也开始向曼哈顿的居民提供第一套试验性的点播电视系统。1994年12月14日，在美国召开了TimeWarner全业务网(Full Service Network)新闻发布会，后来通常将这一天作为视频点播的诞辰日。从此，视频点播系统进入了蓬勃发展的时期。IBM公司在1995年7月宣布成立交互式电视应用开发实验室,并选Micrware公司的数字音频/视频交互式解码系统(DAVID Digital Audio/Video Interactive Decoder) 作为点播电视的标准和开发平台。近年来，美国的许多大公司都已涉足视频点播系统这一领域，设计出了自己的视频点播服务器并推向市场。对机顶盒的大规模设计开发也进入实质阶段，芯片设计厂商已设计了机顶盒专用芯片，软件厂商也积极参与，微软公司收购了美国最大的机顶盒生产厂商，同时大力推动其Windows CE作为这类设备的操作系统，2002年Microsoft的总裁Bill Gate曾在深圳推出“维娜斯”计划也是基于这个考虑。目前，全世界已有二十多个国家正在开发或者研究提供视频点播的实验和服务。在亚洲，韩国的KT公司已经推出了其视频点播业务，通过电话线向家庭提供视频点播服务，并打算将这个系统的规模拓展到上千个家庭并开始商业化。R本的NEC等公司开发了大型的视频服务器，并在东京地区建设了大规模的视频点播实验平台。2.2.2 国内研究发展状况在我国，1996年海南三亚信息工业公司与美国微软公司合作，在上海地区进行了交互式电视的实验，参加的单位有上海信息工业公司、上海教育电视台、上海广播电视局以及上海电信局，并于1996年投入市场实验。1997年，广东在全省建设了综合业务宽带网络，并在上面开展视频点播业务。1999年，成都市开始实验基于机顶盒接收的有线电视业务，这些无疑将对以后的视频点播系统打下良好的基础。进入21世纪后,全国大部分省会城市及经济发达地区相继开始开发视频点播业务。与此同时，各种小型的视频点播在我国也飞速发展，基于小型服务器和局域网环境的公司培训用的视频点播系统，旅馆娱乐用的视频点播系统，学校教学用的视频点播系统已经大量出现，尽管这些系统目前尚有不少缺陷和使用的局限性, 但它毕竟标志着视频点播系统己经走近了我们的日常生活。由于VOD系统具有广泛的应用前景和显著经济和社会效益，有实力的公司和研究机构都加大投资力度开发VOD产品。VOD产品可分为两类，其一是以计算机硬件和电视技术为基础的视频服务器系统；其二是基于网络的VOD软件系统。目前，国外比较著名的视频服务器产品主要有：NCUBE公司的MediaCube，FVC的V-Cache、SGI 的Challenge等。它们主要从硬件体系结构上对服务器进行专门设计，再配以适当的管理软件或专有的操作系统实现对硬件的管理。从软件角度实现的系统有Oracle的OVS 系统、Cisco的 IP/TV，RealNetwork的RealSystem、Starlight 公司的StarWorks 等。国内有浪潮公司开发的LC-VOD视频点播系统、美萍视频点播系统等。2.3 视频点播系统结构VOD系统的结构及组成一般可以分为三个部分：服务端系统、网络系统、客户端系统。1服务端系统服务端系统一般由视频服务器、各种管理服务器以及控制网络部分组成。各种管理服务器主要完成一些用户信息管理和计费工作，以及影视材料的整理工作和安全保密等。控制网络部分主要完成各种服务器中的各种信息传递的工作，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种控制器管理系统组成，其目标是实现压缩媒体数据的存储，以及按请求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同，需要解决许多问题，以求能够支持新功能，例如：媒体数据检索、信息流的实时传输以及信息的加密和解密工作。对于交互式的VOD系统来说，服务端系统还需要完成诸如用户实时请求处理、允许控制 (Admission Control)服务等功能。2网络系统网络系统包含主干网络和本地网络系统两部分，是影响连续媒体网络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，所以在设计时不仅需要考虑当前的媒体应用需要，而且还要考虑将来发展需要和兼容性。当前，用于建立这种服务系统的网络坊理介质主要是：CATV的同轴电缆、光纤、双绞线和无线网。而采用的网络技术主要是：以太网、FDDI和ATM技术。这些网络实现技术都有各自具体的服务对象、带宽范围和环境特征。3客户端系统只有利用终端设备，使用者才能与某种服务或服务提供者进行互操作。实际上，在计算机系统中，它是由带有显示设备的PC终端完成；在电视系统中，它是由电视机加机顶盒(Set Top Box)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关的各种软件技术问题。例如，为了满足用户的多媒体交互需求，客户系统的界面必须加以改造。此外，在进行连续媒体演播时，媒体流的缓冲管理、声频与视频数据的同步、网络中断与演播中断的协调等问题都需要充分的考虑。2.4 视频点播系统的分类2.4.1 基于视频传输方式的分类1从用户的角度看点播形式视频点播是指在网络中计算机所建立的点对点的连接。点播连接是客户端与服务器之间的主动的连接。在点播连接中，用户通过选择内容项目来初始化客户端连接。内容以流形式从服务器传到客户端。若文件已被编入索引，则用户可以开始、停止、后退、快进或暂停流，点播连接提供了对流的最大控制，但这种方式由于每个客户端各自连接服务器，会迅速用完网络带宽。2从服务器的角度看有：单播、多播和广播三种形式（1）单播(unicast)在单播中，每个连接到流的用户都有自己的连接和来自服务器的流，这似乎与点播的概念很相似，的确二者都是服务器端向客户端发布单播流的形式。单播是指用户被动的接收流，接收到流的时间和肉容是不由客户端决定的，不论客户端是否愿意接收，服务器都将发布单播流，当然客户端有权不接受，点播是指用户主动的点播媒体流，仅当客户端发出请求时，服务器端才发送单播流。（2）广播(broadcast)广播时服务器端将发布一流媒体副本到网络中的所有用户，在带宽资源利用方面，单播和广播都存在弱点，当将同一数据发往网络上的某一部分客户的时候，单播（不论是点播单播还是广播单播)和广播都将浪费网络资源。单播是通过发送数据的多个副本而浪费带宽的。广播则是将数据发往整个网络，而不管数据是否都是用户需要的，因而浪费带宽，违背了某些不想观看该广播节目的用户的意愿。（3）多播(multicast)在多播中，用户通过监视特定的IP地址接收多播流（以与特定频率从电视台接收信号类似)，它克服了广播和单播方法的弱点。多播是由客户端决定是否监听多播地址。多播通过让网络只在需要时才复制数据包而节省了带宽，并且控制了网络流量。其最大好处是节省网络带宽，多播服务器将媒体流传递到许多客户端，但只使用单个流的带宽。2.4.2 基于实用性和交互性的分类1准视频点播(NVOD, near Video-on-Demand)准视频点播(Near Video On Demand)是真视频点播的替代物。准视频点播就是将一个节目每隔一段时间(如10分钟)重播，收视者能在等待最短时间收看自己点播的节目。用户观看电视节目时，交换机将用户终端与最近将要从头开播的频道连通，用户等待的时间不会超过某个时间间隔。如在视频服务器内一个时间长度为N 的节目，经视频服务器9个输出通道分别输出，第二个通道相对第一个通道延时N/9 时间播放，第三个通道相对第二个通道延时N/9时间播放，依此类推。这样相邻通道播放的是相同节目，但时间间隔均是N/9，用户在点播后的N/9时间内就可看到自己点播的节目。2真视频点播(TVOD,True Video-on-Demand)真视频点播TVOD也被称为视频点播VOD,前面所讨论的都是真视频点播概念, TVOD系统是通过为每个点播用户开设单独的播放流来实现的，并根据用户的请示对播放流进行各种控制，为每个点播用户分配相应的带宽，TVOD系统的每个用户都可随时点播收看节目，可以控制节目的播放、暂停、快进和快退等，TVOD系统视频服务器对用户的点播能做到及时响应，但是TVOD系统对有线电视网络前端和传输网络都有比较严格的技术要求。3交互式视频点播(IVOD, Interactive Video-on-Demand)它比前两种方式有很大程度上的改进，它不仅可以支持即点即放，而且还可以让用户对视频流进行交互式控制。这时，用户就可像操作传统的录象机一样，实现节目的播放、暂停、快进、快退和自动搜索等。2.4.3基于系统服务的规模分类1小型视频点播系统。一般适用于50个用户以内的小型网络，用它可构造多媒体教室，公司内部培训系统和银行、旅游等特殊服务行业视频信息服务系统。2中型视频点播系统。一般适用于服务的用户数目为50-100之间，可在学校的多媒体网络教学、宾馆的娱乐和大公司职工的技术培训等领域使用。3大型视频点播系统。一般适用于城市有线电视的发展以及大型连锁店的商品浏览、网上超市等，用户数目为1000以上。2.5基于Web方式校园网VOD系统的设计意义2.5.1不同于其他各种环境中的V0D目前，VOD技术应用于电信的宽带网络和有线电视网等方面的探讨比较深。此外，应用于宾馆、酒店、娱乐场所，住宅小区的VOD系统也有应用。但是以上各环境中的VOD系统与基于Web方式校园网的VOD系统在很多方面存在差异，比如，前者是营利性的系统，其系统结构不仅包括点播子系统，还包括收费和结帐等财务方面的子系统；而后者是非营利性质的；前者的用户终端是电视机，而后者的用户终端可以是电视机也可以是计算机，前者与后者的用户接入网也有所区别。2.5.2系统意义基本设计思想是从学院现有网络资源实际情况出发，以现有网络系统为基础，基于标准的TCP/IP架构，采用高性能价格比的服务器作为前端视频服务器，采用以PC作为网络用户接入终端，并集成节目管理、用户管理等软件模块及相关配套产品，提供符合学院特点的“端一端”的、低成本的整体解决方案。鉴于学院建立的是一套综合的视频点播服务系统，而且所要服务的对象不仅包括在校师生，还要包括职工家属，所以在设计系统方案时考虑系统建成后必须达到以下目标：1.系统能提供稳定的视频流，满足点播、组播的要求，并确保多人同时点播同一节目和不同节目的服务质量。2.提供尽量小的等待时间和最大化的用户并发数量。3.根据用户身份提供相对应的视频内容，内容尽可能丰富。4.具有视频节目源的管理功能。能方便有效地加载视频节目，并生成一个内容目录，供系统管理员查询、维护视频节目库。5.用户界面尽可能的简单实用，不同层次用户均能快速掌握。6.系统对用户能提供全方位的管理认证。3 基于Web的视频点播简介3.1 需要解决的问题1视频资料的质量在设计视频点播系统时，我们需要考虑用户的网络带宽以及对视频资料的视听觉质量要求。鉴于CERNET的用户桌面带宽均较高，一般都为10Mbp/s或100Mbp/s，因此，我们在制作视频资料时，主要考虑了画面质量，在保证画面质量较好的情况下尽量降低带宽要求。一般我们采用视频帧速30帧/秒、声音采样频率44.1KHZ的参数制作视频，视频带宽要求为220Kbp/s-350Kbp/s。2视频资料的分类视频资料的类别应有确定的标准，能为用户所公认，也便于用户的检索。对于一般的教学资料，我们按照学科分类的标准划分，对于影视剧作品，主要按出品国或地区分类。3WEB页面的设计在页面设计中，主要考虑的问题是呈现给用户的信息和页面的版式设计。呈现给用户的信息除了视频资料名称外，还应包括播放时长、音频和视频的质量参数等。此外，还应提供资料检索服务，便于用户查找所需的内容。版面设计上力求朴素大方，结构合理，便于用户浏览。总之，在WEB页面设计中，我们强调的是以实用性和易用性为主。4服务器的选择视频点播系统的服务器包括WEB服务器、数据库服务器和流服务器。我们应根据可能同时访问的用户数量，决定服务器的数量。如果用户数量不多，可考虑将三项服务置于一台服务器上；如果访问的用户数量较多，数据库又较大，则应将各项服务分别安装于不同的服务器；尤其是对于流服务，甚至还可用多台服务器提供集群服务，以满足用户的需求。此外，还应考虑系统将来的扩展和用户的增加，服务器在性能上应留有余量。5视频数据库的管理各类数据库产品均提供了客户端供用户通过网络管理。但这种方式存在一定的不便，管理员须在客户机上安装数据库的客户端软件才能维护数据库。因此，在实现视频点播系统时，应设计好基于WEB的视频数据库管理程序，实现随时随地的数据维护。3.2 系统工作原理及流程基于Web方式的视频点播就是让用户通过点击Web页面上的视频播放超链接，实现播放视频节目。在这一过程中，用户端浏览器获取了超链接中的URL，通过URL机制向服务器请求视频节目，并调用媒体播放器来接受和播放视频节目。系统中采用动态网页技术和数据库技术实现响应用户点播需求，动态生成Web页面（包括用户点播的视频节目信息和视频播放超链接)，采用流媒体技术响应播放视频节目需求，向用户端传送视频节目，并保障视频节目的实时传送。系统主要流程是响应用户点播要求，并实时传送用户点播的媒体文件。图3-1所示的是用户通过浏览器检索视频节目信息并点播视频节目时，系统所发生的流程。首先，用户通过浏览器向Web服务器发出请求视频节目的信息（如节目名称、编号、介绍、图片、视频节目在流媒体的路径等)；Web服务器响应用户的请求到数据库中检索相关视频节目信息（根据节目名称或编号来检索）后，将该信息返回给用户；然后用户根据返回的视频节目信息，获取要点播视频节目的节目路径后，向流媒体服务器发出请求；流媒体服务器获取传送过来的节目路径后，检查改路径是否正确，如果正确，流媒体服务器就向发出请求的用户传送点播的视频文件，最后用户通过媒体播放软件接收视频文件并进行播放。 用户端Web 服务器数据库流媒体服务器返回检索到的信息检索视频节目信息获取视频节目信息请求视频节目传送请求视频节目存放视频节目存放视频节目相关信息图3-1视频点播流程3.3 流媒体技术简述3.3.1流媒体概念流媒体(Streaming Media)是指运用可变带宽技术，在数据网络上按时间先后次序传输和播放的连续音/视频数据的一种格式。流媒体在播放前只将部分内容缓存，并不下载整个文件，在数据流传送的同时，用户可在计算机上利用相应的播放器或其他的硬件、软件对压缩的动画、视音频等流式多媒体文件解压后进行播放，这样就节省了下载等待时间和存储空间，使时延大大减少，而多媒体文件的剩余部分将在后台的服务器内继续下载。如果将文件传输看作是一次接水的过程，过去的传输方式就像是对用户做了一个规定，必须等到一桶水接满才能使用它，这个等待的时间自然要受到水流量大小和桶的大小的影响；而流式传输则是，打开水龙头等待一小会儿水就会源源不断地流出来，而且可以随接随用，因此，不管水流量的大小也不管子的大小，用户都可以随时用上水。从这个意义上看，流媒体这个词是非常形象的。3.3.2流媒体实现流媒体是在目前的网络带宽还不能完全满足巨大的音频、视频、3D等多媒体数据流量要求的情况下产生的，所以在流媒体通信技术中，应首先对音频、视频、3D 等多媒体文件数据进行预处理后才能进行流式传输。它主要包括降低质量和采用先进、高效的压缩算法两个方面。其次，在整个的传输和控制过程中，必须采用一定的网络协议来实现流式传输。流媒体实现原理简单地说就是首先通过采用高效的压缩算法。在降低文件大小的同时伴随质量的损失，让原有的庞大的多媒体数据适合流式传输，然后通过架设流媒体服务器，修改MIME标志I通过各种实时协议传输流数据I其原理框图如图3-2所示：图3-2流媒体实现原理框图1预处理多媒体数据必须进行预处理才能适合流式传输，这是因为目前的网络带宽相对多媒体巨大的数据流量来说还显得远远不够。预处理主要包括两方面：一是采用先进高效的压缩算法；二是加入一些附加信息把压缩媒体转为适合流式传输的文件格式。其技巧在于压缩原始的音频、视频内容，使其能够在窄带或宽带通道上以流的方式传给用户，预处理在编码器内完成。编码方式的选择可以是多种多样的。Microsoft,Heal Networks, Apple Computer以及其他各方均提供关于编码、流式传送以及客户观看等方面的享有专用权的方案。常规视频编码速度的范围从20Kb/s到目前的300Kb/s,并且有望达到1Mb/s及以上的速度。音、视频编码器在功能上有相当大的差别。最终的编码资料可以利用文本、图形、脚本形式进行多路传输，并且放在能够实现流方式的文件结构中。也就是意味着该文件有时间标记以及其他易于实现流方式的特点，然后再在客户端进行解码。编码过程应该综合考虑不同编码速度的定制性能,包损失的容错性与网络的带宽波动，最低速度下好的音频、视频品质，编码/流式传送的成本，流的控制以及其他方面。2支持流媒体传输的网络协议实时传输协议(Real time Transport Protocol，RTP)：这是Internet上针对多媒体数据流的一种传输协议。RTF被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作，其目的是提供时间信息和实现流同步。实时传输控制协议(Real-timeTransport Control Protocol，RTCP)和RTP起提供流量控制和拥塞控制的服务。实时流协议(Real time Streaming Protocol, RTSP)：定义了一对多的应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据。资源预订协议(Resource Reserve Protocol，RSVP)：由于音频、视频数据流比传统数据对网络的延时更敏感，要在网络中传输高质量的音频、视频信息，除带宽要求之外，还需其他更多的条件。RSVP是正在开发的Internet上的资源预订协议，使用RSVP预留一部分网络资源。3识别流媒体类型的途径MIMEWeb 服务器和 Web 浏览器可通过 MIME(Multipurpose Internet Mail Extensions, 通用因特网邮件扩展)来识别流媒体并对其进行相应的处理。MIME不仅用于电子邮件，还能用来标记在Internet上传输的任何文件类型。3.4 视频点播压缩技术3.4.1常用的压缩方法与国际标准对视频和音频数据进行压缩编码的国际标准很多，主要由ITU(国际电信联盟)和ISO(国际标准化组织)制定。其中音频编码的标准包括G.721, G.731,AC-3 等，前三种主要用于视频会议和可视电话中，而AC-3则广泛应用于LD、CD、DVD 和有线电视中，它通过5.1声道技术来达到非常优秀的声音效果。视频数据的压缩编码标准同样纷繁复杂，其中H.261、H.263, H.263+和H.263+ 主要面向窄带视频应用，比如128K的ISDN和更低速的连接，它们主要用于可视电话和视频会议中，当然通过提高网络带宽也可以用于视频点播中。而目甜较广泛使用的则是 MPEG 压缩编码标准，包括:MPEG-1, MPEG-2, MPEO-3,MPEG-4 和 MPEG-7 等。MPEG标准既包括了视频缩编码标准，也包括了音频压缩编码标准，以及它们 之间的同步问题。其中MPEG-1是为工並级标准而设计的，可适用于如CD-ROM, VCD, CD-I等不同带宽的设备，可在1.5Mbps的传输速率下达到30帧/秒的运动图像效果和 CD音质的伴音效果；MPEG-2的设计目标则是高级工业标准的图像质量以及更高的传输率， MPEG-2所要求的传输速率介于3-10Mbps之间，在NTSC制式下分辨率可达720*486，提供广播级图像和CD级音质，同时MPEG-2的音频编码可提供和AC-3 标准同样的5.1个声道，包括左、中、右及左后和右后两个环绕声道，并有一个辅助的超重低音声道(0.1声道)。MPEG-2的一个广泛应用就是DVD，同时由于它的出色表现使其替代未出台的MPEG-3标准应用于HDTV(高清晰度电视)而且MPEG-2向下兼容，即大多数MPEG-2解码器也可播放MPEG-1格式的数据；MPEG-4标准与前面两种标准的根本区别在于它是一种基于内容的压缩编码方法,它能够实现将图像中的场景、物体单独截取出来进行编码处理，同时，它要求的传输速率一般比较低，可在4800-64000bp/s之间的速率下提供分辨率为176*144的图像质量。由于是基于内容进行压缩编码的，所以MPEG-4更适合交互式的多媒体服务；最新推出的MPEG-7标准的正式名称为“多媒体内容描述接口”，目标是对音视频数据进行基于内容的检索，它不对编码方式进行规定，而是规定多媒体信息的数据描述格式，从而支持多媒体内容的快速、高效检索。3.4.2适合视频点播的压缩方法1. 综合视频点播业务对编码方法的要求主要出于三个方面：（1）视频服务器存储空间对编码方式的高效性有要求；（2）点播业务的实时性对码流传输的方式有要求；（3）当前网络状态的复杂现状对码流结构有要求。2编码效率保持图象质量的编码效率是所有压缩编码方法追求的直接目标，也是视频服务器存储空间限制的结果。在实现视频点播业务时，需要考虑视频质量与编码方式的不同选择。3用户终端在前几年用户如果需要欣赏网络上的视频文件，采用的方式只能是下载此文件,然后在本地播放。这种方式造成的后果是：（1)用户需要等待很长时间，以便于文件下载完毕；（2)用户需要准备足够的磁盘空间存储下载下来的视频文件。这种基于文件下载的方式给用户带来了很多的麻烦，而随着流媒体技术的应用，则彻底的改变了这种困境。可以通过在10Mbit/s以太网上观看10分钟VCD影片为例来对比流媒体方式和传统下载方式对用户使用上的不同情况。表3-1 两种播放方式的性能对比情况媒体传播方式特点举例下载播放采用下载方式，首先将全部媒 体内容存放在本地，然后开始 播放。启动播放延时长,本地存储要求大启动时间长：30 秒；存储空间人： 90MB流媒体技术客户端仅收到一小部分数据 后。即可以开始播放，以后的数据由服务器经过网络连续传输至客户端。服务器根据播放速率。网络流量、缓存状况动态地调节流的速率，启动播放延时短，智能流控，保证品质。启动时间短：3-5 秒，存储空间儿乎无。由表3-1可以看出适合于视频点播业务的视频编码方法，要支持流式的传输。目前支持流式传输的编码主要有：Rm、MPEG-4等。4 校园网视频点播系统的构建当前，视频点播技术正日益受到教育界和商界的普遍关注。各厂商对学校视频点播系统都投以了极高的热情，纷纷提出了自己的解决方案。但是对于大多数学校而言，在有限的资源条件下，完全依据厂商的方案重新构建校园视频点播系统是不切实际的，“因校制宜”，在现有的软硬件基础上进行升级改造才是一种经济实用的选择。下面我们介绍怎样构建基于校园网的视频点播系统，以使学校现有的硬件资源得到充分利用。4.1 系统功能我们所要构建的基于校园网视频点播系统，功能框图如图4-1所示。各教室、实验室、教研室、行政办公室、会议室、图书馆、学生寝室等都装有计算机终端或带有机顶盒的电视终端，学校领导、教师、学生等都可以通过就近的终端，通过统一的界面，自主点播所需的多媒体信息和多媒体教学资源。这些信息和资源既可以是本校内的，也可以是其它学校或Internet上的信息和资源。教学资料库课件服务器电子图书服务器实时节目服务器电子教室服务器电子教材服务器现场试验观摩服务器VOD总控中心Internet其他学校的校园网，其他学校网站 家庭用户点播图4-1基于校园网的VOD系统功能框图学生宿舍图书馆行政办公室会议室教研室实验室教室4.2 系统构建方案1结构化布线建立网络主干采用100M交换、用户端10M交换到桌面的校园局域网；也可以升级改造现有有线电视网络由单向升级双向系统线路。2视频点播服务器视频点播服务器是VOD系统的核心，主要负责视频信息的储存播放，其工作能力极大地影响视频点播系统的服务能力。所以选择视频服务器时，要充分考虑服务器的并发输出能力、存储容量、资源的共享性、系统结构的开放性、系统的扩充性、稳定性、可靠性等因素对整个系统运行的影响。校园视频点播系统由于其业务量不是很大，所以我们建议选用基于高档PC机的视频服务器。这种类型的服务器是在高性能计算机的基础上增加支持视频数据访问的有关硬件，再将系统进行一定的优化，从而实现视频点播功能的。3用户终端VOD系统用户端设备有两种：一种是计算机（PC）；另一种是电视机（TV）加机顶盒（STB）。机顶盒通称Set Top Box，是一种智能型的数字式信号转换器，用户透过此设备即能够实现视频点播、Internet访问、远程教学、视频会议、电子商务等多媒体信息服务。机顶盒通常与电视机配合使用，当用户进行点播时，将电视机切换至AV模式后，可使用机顶盒的遥控键盘对VOD系统所提供的视频节目进行点播，操作简单方便。为了利用学校现有的硬件资源，我们既可以使用PC机做点播终端，也在现有的电视终端上配以机顶盒做点播终端。4视频点播软件我们建议选用基于Web开发的视频点播软件，以便能和Internet无缝结合。这样老师和学生在点播校内视频资源的同时，可随时访问Internet上丰富的多媒体教学资源。4.3 可开展多种形式教学1视频点播教学将各科优秀教师的多媒体课件、电视教材、直播课程、现场实验示范等采编存入VOD系统，教师可在终端机上，通过统一的点播界面，自由点播这些视频资源进行教学。系统中丰富的多媒体教学资源不仅减轻了教师的备课负担有利于资源共享，此外，由于VOD系统支持多用户点播而互不影响，所以不同地点的老师可以同时点播相同教学内容来进行教学，并分别对播放进程进行控制。2自主学习在VOD系统中，可以充分发挥学生的自主性：学生可以根据自己的学习情况，在寝室、图书馆、计算机机房甚至家里，自由地选择多媒体课件、老师讲课录像等进行学习，以增强学习的自主性和主动性；学生还可以点播自己感兴趣的内容进行补充学习，拓宽知识面；在学习过程中，学生可以按照自己的学习进度，对播放过程进行控制，营造出一个相对个性化的学习环境，达到最好的学习效果。3远程教学和Internet无缝整合在一起的VOD系统可实现跨地域的远程教学。将优秀教师的讲课录像放到VOD服务器上，听课者可以远程点播这些录像，进行在线学习；听课者也可以先把录像下载到本地服务器上，然后在当地的局域网范围内点播学习。利用VOD系统开展远程教学的有两大优点：首先，它的视频传输特性好，这是一般的网络教学达不到的；此外，VOD系统的视频传播是双向的，学习者可以根据自己的具体情况，自行安排学习时间，这是VOD教学明显优于广播电视教学的地方。4视频报告会由于VOD系统视频传输特性好，所以老师和学生不必亲临学术交流会现场，通过VOD系统的现场直播或实况转播功能，就可聆听专家们精彩的报告，观看交流会的现场实况。在观看过程中，还可以通过VOD系统提供的提问、留言和发表评论等交互功能，向与会的专家们提问，与他们进行交流。5影视欣赏VOD系统能够平滑流畅地传播视频信息，而且观看者还可自由地对播放进程进行控制。把影视资料放到VOD服务器中，学生们就可随时随地地点播收看，这样就增大了影视资料的共享范围，极大地丰富了学生们的影视文化生活；此外，在VOD系统中，影视资料的播放质量不会因播放次数的增多而下降，从而也延长了影视资料的使用寿命。5 基于Web方式校园VOD的开发根据系统的设计与各种问题的分析与解决方案，本节将着重介绍如何基于Web方式开发校园VOD系统。5.1 系统设计与实现5.1.1系统软硬件环境本VOD系统的硬件环境从硬件配置和网络系统两个方面来说明（如图5-1所示)。视频服务器1视频服务器2netrWeb 服务器数据库服务器管理 服务器主交换机Internet路由器主交换机路由器路由器路由器路由器图5-1基于Web方式校园网视频点播系统网络拓扑图视频服务器组磁盘阵1视频点播服务器它是硬件环境的最核心部件，视频点播服务器的性能规格通常要考虑到内存大小、CPU速率、硬盘总线带宽、网络适配卡的带宽、MCA或PCI 总线带宽等。本系统在服务器上安装Real Server 8,它的功能就如同是电视信号发射台，尽可能多使用较高配置的服务器。2Web服务器用以发布系统网站，服务器上安装Tomcat4.1.18CJ2dkl.4。系统网站的页面和应用程序将安装在这台服务器上。3数据库服务器用以储存视频数据信息,在服务器上安装Microsoft SQL Server2000。系统网站的后台数据信息都存储在这台服务器上。4硬盘阵列由于视频点播系统的视频信息量很大，有大量的视频文件需要储存，因此需配置大容量存储设备。5客户端就是普通的PC机和电视机+机顶盒即可。网络系统包含主干网络和本地网络系统两部分，是影响连续媒体网络服务系统