視頻點播系統(tǒng)在校園網(wǎng)中的實現(xiàn)

摘要：本文分析了日益發(fā)展的校園網(wǎng)特點以及構(gòu)建多媒體視頻點播系統(tǒng)的重要性，并從視頻點播的總體要求、功能定位著手，提出了基于校園網(wǎng)的系統(tǒng)設(shè)計思想，詳細地闡述了視頻點播系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：視頻點播；校園網(wǎng)；流媒體

中圖分類號：G642文獻標識碼：B

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)存儲和視頻壓縮技術(shù)的高速發(fā)展，從網(wǎng)上瀏覽多媒體內(nèi)容成為網(wǎng)絡(luò)應用的一大亮點。多媒體內(nèi)容主要包括電影、動畫剪輯、演示課件、電視廣播、現(xiàn)場錄制。視頻點播(VOD)是近年來新興的一種傳媒方式，它可以實現(xiàn)隨時隨地點播教學信息，從而突破了傳統(tǒng)的集體教學的時間和空間的限制，實現(xiàn)了個性化教學。將學校現(xiàn)有的軟硬件資源進行升級改造，構(gòu)建基于校園網(wǎng)的視頻點播系統(tǒng)，將有利于開展多種形式的多媒體交互教學。

視頻點播系統(tǒng)的基本原理是將編碼、檢索后的多媒體數(shù)據(jù)存儲到存儲介質(zhì)中，服務器根據(jù)用戶的需求通過網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)傳送到用戶端，經(jīng)過解碼還原后供用戶觀看和使用。目前，有關(guān)校園網(wǎng)絡(luò)視頻點播方式主要有以下幾種：

#61548;全ATM方式。采用這種方式，視頻傳輸平滑、速度快、效果好，但費用昂貴，一般用戶承受不起。

#61548;Cable Modem方式。采用Cable接入技術(shù)和雙向傳輸技術(shù)為學生提供視頻服務，具有頻帶寬的優(yōu)點，但是這種方式的數(shù)據(jù)流量的穩(wěn)定性控制還存在問題。

#61548;ATM骨干網(wǎng)加ADSL方式。該點播方式采用的ADSL的線路承載能力有限。

可以看出這些視頻點播學習環(huán)境的研究和開發(fā)主要是基于寬帶、高速網(wǎng)絡(luò)的，開發(fā)成本也較高，而對于相對低帶寬、低速率的網(wǎng)絡(luò)如在校園網(wǎng)絡(luò)中較典型的交換式快速以太網(wǎng)的開發(fā)和研究則較少。同時對于大多數(shù)學校而言，在有限的資源條件下完全依據(jù)一些公司和廠商的方案構(gòu)建校園視頻點播學習環(huán)境是不切實際的。只有“因校制宜”，將學校現(xiàn)有的軟硬件資源進行升級改造，才是一種切實可行的選擇。

交互式VOD系統(tǒng)由前端處理系統(tǒng)、寬帶交換網(wǎng)絡(luò)、用戶接入網(wǎng)、用戶終端設(shè)備(機頂盒加電視機或加計算機)等幾個部分組成。VOD系統(tǒng)既可采用集中處理結(jié)構(gòu)，也可采用集中管理、分布處理的方式，并可靈活地選用HFC、FTTB、FTTCADSL、VDSL等多種接入方式。

1前端處理系統(tǒng)

前端處理系統(tǒng)一般由視頻服務器、磁盤陣列、節(jié)目數(shù)據(jù)庫、播控系統(tǒng)等構(gòu)成。視頻服務器的高速數(shù)據(jù)傳輸能力保證了用戶對大量的影片、視頻節(jié)目、游戲、教務信息以及其他服務的近乎即時訪問。它的突出優(yōu)點是若干用戶可從不同的時間起點觀看同一個節(jié)目，避免了精彩節(jié)目被一個用戶所獨占，或某個用戶點播后，其他用戶只能被動跟隨的情況，這對于用戶點播要求相對集中的場會尤為適合。

VOD視頻服務器保存著大量經(jīng)壓縮的圖像節(jié)目并能通過網(wǎng)絡(luò)為用戶提供所需的節(jié)目拷貝，也可以包含實時的MFEG編碼器來接入實況轉(zhuǎn)播。節(jié)目數(shù)據(jù)庫是一個存檔系統(tǒng)，保存著大量壓縮形式的電影節(jié)目，可成批下載給視頻服務器。VOD視頻服務器通過與用戶之間直接的、實時雙向交互來控制節(jié)目的播放，包括節(jié)目的選擇、播放過程的開始與終止、播放速度的控制以及不同節(jié)目之間的動態(tài)切換等。

視頻服務器為了能夠適應實時、連續(xù)穩(wěn)定的視頻流，其存儲量要大，數(shù)據(jù)速率要高，并應具備接納控制、請求處理、數(shù)據(jù)檢索、按流傳送等多種功能，以確保用戶請求在系統(tǒng)資源下的有效服務。存儲設(shè)備應采用SCSI接口，以確保高速、并行、多重I／O總線的能力?；贏TM的VOD系統(tǒng)，采用的視頻服務器是以多路自路由選擇開關(guān)(MPSR)為中心的寬帶視頻服務器。這種結(jié)構(gòu)的服務器可提供即時交互式視頻點播和延時交互式視頻點播兩種服務方式。在大量用戶同時點播時，服務器的傳輸速率很高；同時要求其他相關(guān)設(shè)備也能支持這種高傳輸速率，但這很難實現(xiàn)。為此可以在網(wǎng)絡(luò)邊緣(如ATM網(wǎng)絡(luò)前端開關(guān)處)設(shè)置視頻緩沖池，把點播率高的節(jié)目復制到緩沖池中，使部分用戶只需訪問緩沖池即可，緩沖池中沒有要點播的節(jié)目，可再去訪問服務器，這就減輕了服務器的負擔，并可以隨著用戶增加而增加緩沖池。裝載緩沖池可用150Mb／s速率，而從緩沖池中向用戶傳送節(jié)目是用2Mb／S速率，因此一個服務器可支持多個用戶。

2控制管理系統(tǒng)

控制管理系統(tǒng)是一個信令傳輸網(wǎng)絡(luò)，用于管理用戶到VOD視頻服務器的連接。由于實際的VOD系統(tǒng)中可有多個VOD視頻服務器，因此控制管理系統(tǒng)采用兩級網(wǎng)關(guān)管理。第一級在數(shù)字寬帶交換系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)中實現(xiàn)對不同頻道的選擇；第二級則完成在一個VOD視頻服務器上對特定節(jié)目的選擇。VOD信令和數(shù)據(jù)流通路具體過程如下：

(1) 通過預置信令連通機頂盒和訪問入口設(shè)備；

(2) 按照用戶要求，自主選定相關(guān)的視頻服務器，提供服務素引；

(3) 服務器系統(tǒng)的初始化可由機頂盒或視頻服務器完成；并由服務入口提供路由信息，由服務器提供節(jié)目清單；

(4) 用戶從節(jié)目單中選擇節(jié)目并將信令傳給視頻服務器；

(5) 通過網(wǎng)絡(luò)操作將節(jié)目由視頻服務器發(fā)到機頂盒；

(6) 其他信令通路都服務于操作中心的監(jiān)控、記錄等。

3ATM數(shù)字定帶交換系統(tǒng)

具備管理能力、點對點可交換的交互式VOD系統(tǒng)，其服務器、網(wǎng)絡(luò)、存取設(shè)備、用戶預定設(shè)備等都能運行于多種類型的視頻壓縮模式和不同帶寬要求的環(huán)境中。視頻服務器可根據(jù)用戶的要求把用戶點播的節(jié)目從視頻庫中取出，并通過ATM網(wǎng)絡(luò)傳送給用戶。視頻信息一般采用MPEG標準壓縮編碼，裝人ATM信元，在ATM網(wǎng)絡(luò)中傳輸。同一個網(wǎng)絡(luò)中可能有多個信息提供者，因此可以有多個視頻服務器，由網(wǎng)絡(luò)服務操作中心調(diào)配使用。服務入口的功能主要是根據(jù)用戶所要求的服務內(nèi)容將用戶與相應的服務器相連接，一個網(wǎng)絡(luò)可有多個服務入口，一個服務入口也可連接多個用戶。服務入口可作為一個獨立的網(wǎng)絡(luò)部件，也可集成到現(xiàn)頻服務器或ATM交換中心等其他部件中。服務操作中心是服務提供者用來管理和分配信息資源，并為用戶提供相關(guān)服務操作的部件。若服務提供者數(shù)量大，則服務操作中心可作為一個獨立部件；若服務提供者數(shù)量小，則一般將其集成到現(xiàn)頻服務器中。視頻庫的功能是以壓縮編碼形式存放信息文檔，訪問設(shè)備則提供網(wǎng)絡(luò)和用戶之間的連接，它一般由位于網(wǎng)絡(luò)和用戶設(shè)備(CPE)之間的設(shè)備組成。CPE包括電視機和錄像機、機頂盒及遙控器。ATM網(wǎng)絡(luò)將網(wǎng)絡(luò)各部件互連，包括”信令“和“節(jié)目數(shù)據(jù)流”，其中節(jié)目數(shù)據(jù)流應滿足用戶點播要求的速率，在連接方式上可以是點對點，或點對多點。

4傳輸系統(tǒng)

傳輸系統(tǒng)由干線傳輸系統(tǒng)和分配系統(tǒng)組成，作用是將來自VOD視頻服務器及其他信號源的信息送至用戶并回送用戶的反向信息。干線傳輸系統(tǒng)可以有光纖、同軸電纜

和無線傳輸方式等供選擇；分配系統(tǒng)有光纖(FITL)、銅線(ADSL等)、混合光纖同軸電纜(HFC)和無線(LMDS)等實現(xiàn)方式。郵電企業(yè)的一般做法是采用ADSL／HDSL／VDSL技術(shù)，在PSTN中傳輸節(jié)目；而廣電部門一般采用HFC技術(shù)，在CATV系統(tǒng)中播出節(jié)目。

從傳輸速率、實時性、交互性、經(jīng)濟性等方面考慮，三種常見網(wǎng)絡(luò)中能夠作為VOD系統(tǒng)用戶接入網(wǎng)的只能是PSTN與CATV系統(tǒng)。但是PSTN與CATV系統(tǒng)均需一定改進，PSTN需提高速率，CATV系統(tǒng)則需增加雙向通信能力。

5用戶設(shè)備

目前用戶設(shè)備主要有兩類結(jié)構(gòu)。第一類結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)終端(NT)從機頂盒分離開來，兩者間多采用E1／V24接口，可提供2Mb／S下行連接和雙向控制連接。將來會出現(xiàn)所謂標準數(shù)字家用網(wǎng)(DHN)，允許連接若干機頂盒并能重新使用現(xiàn)有雙絞線或同軸電纜來提供每秒幾十個兆比特的帶寬。第二種結(jié)構(gòu)將NT集成進機頂盒，機頂盒的基本功能是對MPEG信號解碼并與普通電視機接口。還有人機接口、條件接入(編碼)、口令控制、智能卡和信用卡閱讀器等其他功能。

6實現(xiàn)VOD的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方案

來自VOD視頻服務器的信號(155Mb/s)和傳統(tǒng)的諸如CATV等其他多媒體信號被送入中心點(Hub)進行調(diào)制，而Hub則是VOD網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字／模擬轉(zhuǎn)換的接口；前向通道接收VOD數(shù)字信號和其他多媒體信號，將其通過光纖傳送至各節(jié)點(Node)。反向信道接收來自用戶端的控制信號，加以處理后，將其送至ATM交換機及VOD視頻服務器。Node通過光纖干線接收來自Hub的前向射頻信號；通過線性放大器加以處理后，通過同軸電纜分配網(wǎng)絡(luò)傳送至用戶；Node同時也必須過濾出來自用戶的射頻反向信號，并把它經(jīng)過激光器驅(qū)動回送給Hub。

也可利用ADSL技術(shù)，于光纖節(jié)點處和用戶瑞安裝ADSL設(shè)備實現(xiàn)VOD業(yè)務及其他寬帶業(yè)務。

ATM交換機和寬帶用戶環(huán)路是發(fā)展VOD業(yè)務的關(guān)鍵技術(shù)。使用ATM技術(shù)的VOD系統(tǒng)，既能很好地服務于用戶，對網(wǎng)絡(luò)的帶寬要求又最小。目前，ATM交換機已商用化，而用戶網(wǎng)的寬帶化是開展VOD等寬帶業(yè)務最大的難題之一。光纖用戶環(huán)路(FTTH、FTTC、FTTB等)以其頻帶寬、可傳高速數(shù)據(jù)甚至高清晰度電視、能適應B－ISDN和信息高速公路發(fā)展等優(yōu)點，是未來寬帶高速用戶環(huán)路的發(fā)展方向。但由于其投資大，用戶難以承受。近期應充分利用HFC、ADSL及HDSL技術(shù)，挖掘潛力，發(fā)展VOD等寬帶業(yè)務。

結(jié)束語：視頻點播是多種先進技術(shù)融合的結(jié)晶，它不僅能夠平滑流暢地傳播視頻信息，而且賦予了用戶極大的自主選擇空間。構(gòu)建基于校園網(wǎng)的視頻點播系統(tǒng)并利用它開展多種形式的教學，有利于學生學習主動性的發(fā)揮，有利于體現(xiàn)教師的教學創(chuàng)造性，實現(xiàn)雙向多媒體組合教學?？梢灶A見，在不久的將來，視頻點播將成為學校教育中不可缺少的組成部分，從而推進數(shù)字化校園的建設(shè)。

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