基于計(jì)算機(jī)集群的網(wǎng)絡(luò)流媒體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘要】網(wǎng)絡(luò)流媒體是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，主要有視頻點(diǎn)播、視頻教學(xué)、視頻會(huì)議等，在“三網(wǎng)融合”建設(shè)和我國(guó)寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不斷發(fā)展的形勢(shì)下，網(wǎng)絡(luò)流媒體在人們生活、學(xué)習(xí)、生活中的應(yīng)用越來(lái)越多。計(jì)算機(jī)集群是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要是通過(guò)局域網(wǎng)進(jìn)行連接，相比單個(gè)計(jì)算機(jī)性價(jià)比高，將計(jì)算機(jī)集群運(yùn)用到網(wǎng)絡(luò)流媒體系統(tǒng)設(shè)計(jì)中能有效的減輕網(wǎng)絡(luò)帶寬的壓力和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟环€(wěn)定性。本文就此分析了基于計(jì)算機(jī)集群的網(wǎng)絡(luò)流媒體系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)集群；流媒體；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.引言

現(xiàn)代人們的生活離不開網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)已成為人們生活中的一部分，深深影響著人們的交流和思維方式。隨著互聯(lián)網(wǎng)寬帶的不斷建設(shè)和“三網(wǎng)融合”戰(zhàn)略的建設(shè)，越多越多的人利用互聯(lián)網(wǎng)看視頻、聽廣播等，而視頻、廣播就屬于流媒體，它可以進(jìn)行在線播放或者邊播放邊下載，具有連續(xù)性、實(shí)時(shí)性、節(jié)約空間等特點(diǎn)，為了滿足人們的需求，必須提高流媒體的儲(chǔ)存量和時(shí)效性，而傳統(tǒng)的單個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)難以長(zhǎng)期承受如此大的負(fù)荷，針對(duì)這些問題，本文提出了在計(jì)算機(jī)集群基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)流媒體系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案，具有十分重要的意義。

2.國(guó)內(nèi)外流媒體發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀

流媒體是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，主要指的是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中利用流式傳輸技術(shù)進(jìn)行視頻、音頻、多媒體文件應(yīng)用的連續(xù)時(shí)流媒體。它主要是通過(guò)特殊的壓縮方式把音頻、視頻、動(dòng)畫、廣播等多媒體文件壓縮，然后經(jīng)由視頻服務(wù)器向用戶進(jìn)行連續(xù)的、適時(shí)的傳輸，不需等到全部下載完畢，可以進(jìn)行在線觀看或者邊下載邊播放，具有連續(xù)性、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)。

當(dāng)下流媒體最常使用的格式為蘋果公司的QuickTime、微軟公司的Windows Media Technology和Real Networks公司的Real system，這些被稱為流媒體系統(tǒng)的三大主流技術(shù)。

其中，QuickTime在1991年被蘋果公司開發(fā)，幾乎能夠滿足所有個(gè)人計(jì)算機(jī)和各種靜態(tài)圖像文件、視頻、音頻的應(yīng)用，它使用的是Web瀏覽器插件技術(shù)；Windows Media Technology開發(fā)的主要目的是實(shí)現(xiàn)視音頻等多媒體文件在Internet和Intranet的傳輸。

它的組成部分主要有Media Player/Media Server以及Media Tools，市場(chǎng)前景好，是人們比較常用的一種形式；Real system主要組成部分有客戶端軟件（Client Software）、服務(wù)器端（RealServer）和制作工具（Real Producer），是使用最多的一種形式。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，流媒體在人們生活中應(yīng)用的越來(lái)越多且要求日益增加，這就要求流媒體具有儲(chǔ)存容量大、傳輸時(shí)效性高等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的單個(gè)流媒體服務(wù)器難以滿足要求，因此筆者提出了計(jì)算機(jī)集群基礎(chǔ)上的流媒體系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3.基于計(jì)算機(jī)集群的網(wǎng)絡(luò)流媒體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)集群是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一種形式，由多個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)組成，通過(guò)局域網(wǎng)進(jìn)行連接，具有性價(jià)比高、時(shí)效性強(qiáng)、儲(chǔ)存容量相對(duì)大等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)市場(chǎng)使用情況可將計(jì)算機(jī)集群分為三類，一是高可用性集群技術(shù)，主要目的是減少服務(wù)中斷時(shí)間；二是高性能計(jì)算集群技術(shù)，主要是解決單個(gè)計(jì)算機(jī)不能實(shí)現(xiàn)的問題，采用并行計(jì)算實(shí)現(xiàn)；三是高可擴(kuò)展性集群技術(shù)，主要采取的是帶均衡算法，具有數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、存儲(chǔ)容量大等特點(diǎn)。在利用計(jì)算機(jī)集群進(jìn)行流媒體設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到能用性、可用性、可擴(kuò)展性、性價(jià)比等因素。

（1）嵌入式平臺(tái)的選擇

選取威盛C7處理器作為客戶端硬件嵌入式平臺(tái)，該處理器主要使用的是VIA V4總線接口（該總線接口位寬為64bit，頻率有400MHz、533MHz和800MHz三種），C7既可支持一級(jí)緩存，又支持二級(jí)緩存，配以更高配置的FSB，性能更強(qiáng)大。此外，C7可對(duì)MMX、SSE2等Intel多媒體指令集進(jìn)行處理，同時(shí)它耗能比較低，在待機(jī)狀態(tài)下才消耗100mW電力?？傊?，C7處理器具有性能強(qiáng)大、耗能低、支持多種操作系統(tǒng)運(yùn)行等特點(diǎn)，因此使用該處理器為客戶端硬件嵌入式平臺(tái)是最為合適的。

選取Windows XP Embedded為客戶端平臺(tái)操作系統(tǒng)，主要是因?yàn)樗哂邢到y(tǒng)開發(fā)容易、支持DirectShow技術(shù)、穩(wěn)定性高、性能強(qiáng)等特點(diǎn)，具體來(lái)說(shuō)，Windows XP Embedded可以使用眾多微軟類庫(kù)相關(guān)數(shù)據(jù)，編程比較簡(jiǎn)單；它還可以支持DirectShow技術(shù)的運(yùn)用，可以有效的進(jìn)行多媒體信息處理。

（2）播放模塊設(shè)計(jì)

第一，本地文件播放模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

本文選用的客戶端平臺(tái)操作系統(tǒng)為：Windows XP Embedded，它支持DirectShow （具有直接操作硬件的能力，且處理效果高），因此將Windows XP Embedded、DirectShow與Filter有機(jī)結(jié)合起來(lái)，就可以實(shí)現(xiàn)本地文件播放。如HRESULT OpenVedio（char*FileName，HWND Play-Wnd）//打開視頻文件；BOOL Run（）；開始播放，void Close（）；關(guān)閉文件等。

第二，流播放的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

選取live555庫(kù)實(shí)現(xiàn)流播放，通過(guò)live555支持一個(gè)RTSP接收端推模式的Filter，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)流播放。它的工作原理是：CRtspFilter支持Filter功能，通過(guò)CRtsVOpPin把Filter相關(guān)視頻輸出Pin，而CRtsAOpPin把Filter相關(guān)音頻輸出Pin，然后利用StartRTSP啟動(dòng)接收外部RTSP流信息實(shí)現(xiàn)流播放。在這個(gè)過(guò)程中，必須安裝ActiveX控件。

第三，本地視頻文件管理模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)用戶利用流媒體最多的功能之一就是本地播放，為更好的實(shí)現(xiàn)本地播放，就要從服務(wù)器中選取下載列表中的文件，而本地客戶端容量是有限的，隨著用戶需求不斷增加，本地空間難以滿足用戶需求，因此要相應(yīng)的對(duì)本地播放文件進(jìn)行管理：把不需要的文件給刪掉，不需要對(duì)已存在的文件進(jìn)行重新下載，只需下載客戶端不存在的文件就行。通過(guò)這種途徑，客戶端把所有視頻文件固定放在文件系統(tǒng)中的一個(gè)文件夾內(nèi)，并對(duì)所有文件維持一個(gè)列表，記錄最近的播放時(shí)間以便下次繼續(xù)觀看。

若客戶端要重新下載一個(gè)文件，那么就要相應(yīng)的插入表項(xiàng)，因還未播放，所以沒有相應(yīng)的播放記錄，一旦視頻文件被刪除，那么文件列表也要把相關(guān)記錄給刪除。此外，對(duì)于文件的下載，客戶端會(huì)根據(jù)磁盤容量大小按播放時(shí)間對(duì)文件進(jìn)行排序。對(duì)播放列表中不存在的文件，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)刪除最長(zhǎng)時(shí)間不用的文件，保證客戶端具有充足的空間。

（3）系統(tǒng)測(cè)試與分析

在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)流媒體系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，要采取相應(yīng)措施對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和分析，看系統(tǒng)是否合理、科學(xué)。本文對(duì)系統(tǒng)測(cè)試采取的是構(gòu)建系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)，對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)的評(píng)價(jià)，在這個(gè)平臺(tái)中，主要工具有一臺(tái)中心控制器、一臺(tái)FTP文件分發(fā)服務(wù)器和三臺(tái)普通計(jì)算機(jī)。

通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，基于計(jì)算機(jī)集群的網(wǎng)絡(luò)流媒體系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能有效的減輕網(wǎng)絡(luò)帶寬的壓力和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟环€(wěn)定，值得進(jìn)一步推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]江敏，朱尚明，黨齊民.基于混合內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的流媒體系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011（6）.

[2]吳秋菊.基于WinCE終端的流媒體系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)[J].電子制作，2013（4）.

[3]吳冬冬，沈蘇彬.一種基于分段的網(wǎng)絡(luò)流媒體代理緩存策略[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011（2）.

[4]曲寶，李冰，趙萬(wàn)平.新型網(wǎng)絡(luò)流媒體系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（4）.