黃石有線高清視頻網(wǎng)站架構(gòu)關鍵技術解析

梅劍鋒，劉 丹，賀 皓

（黃石有線電視臺 多媒體部，湖北 黃石 435000）

黃石有線高清視頻網(wǎng)站架構(gòu)關鍵技術解析

梅劍鋒，劉 丹，賀 皓

（黃石有線電視臺 多媒體部，湖北 黃石 435000）

黃石有線高清視頻網(wǎng)站正是有線網(wǎng)絡發(fā)展局域網(wǎng)應用的有效嘗試。要建設專業(yè)的高清視頻網(wǎng)站，必須考慮節(jié)目分發(fā)環(huán)節(jié)的建設。沒有從代碼的角度闡述建站過程，而是從網(wǎng)絡環(huán)境入手，介紹了黃石有線高清視頻網(wǎng)站的多項關鍵技術和特色應用，以及在建站過程中產(chǎn)生的多項自主研發(fā)和創(chuàng)新。黃石有線高清視頻網(wǎng)站運行一年以來，受到用戶的普遍關注和肯定?！娟P鍵詞】有線；高清；視頻網(wǎng)站

1 黃石有線高清視頻網(wǎng)站簡介

黃石有線高清視頻網(wǎng)站由于在城域網(wǎng)內(nèi)部運行，不對互聯(lián)網(wǎng)開放，故簡稱為“內(nèi)網(wǎng)”，其訪問地址為“http://10.0.0.1”。內(nèi)網(wǎng)是以提供高清影視劇點播節(jié)目為主，網(wǎng)絡電視、有線服務、游戲和軟件下載為輔的專業(yè)高清視頻網(wǎng)站，受眾為黃石有線寬帶網(wǎng)用戶，其首頁主界面如圖1所示。

圖1 首頁主界面（截圖）

2 拓撲圖和軟硬件環(huán)境

2.1 拓撲圖

內(nèi)網(wǎng)是整個城域網(wǎng)的子系統(tǒng)之一，如圖2所示。要想充分發(fā)揮其整體性能，必須了解城域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，設計時應將直接向用戶提供服務的服務器與核心設備相連，這樣可以減少用戶訪問時數(shù)據(jù)交換的中間環(huán)節(jié)，在布線方面至少采用六類千兆網(wǎng)線互聯(lián)，如有需要，可采用光纖鏈路，并結(jié)合端口聚合技術，達到數(shù)個G的傳輸帶寬。同時服務器還可以啟用多網(wǎng)卡，對外服務的網(wǎng)卡設置網(wǎng)關，直接與萬兆核心交換機相連，采用3層交換；對內(nèi)上載節(jié)目的網(wǎng)卡則不設置網(wǎng)關，直接與轉(zhuǎn)碼服務器或編輯工作站相連，采用2層交換。2層交換的特點是速度快，實際網(wǎng)速可達990 Mbit/s，3層交換的優(yōu)勢是能夠?qū)崿F(xiàn)跨網(wǎng)段訪問，滿足內(nèi)網(wǎng)設備復雜布局和對外提供服務的要求。以上2種交換技術的結(jié)合使用既充分發(fā)揮了服務器的硬件性能，也使日常的高清節(jié)目更新工作事半功倍，可見鏈路優(yōu)化對內(nèi)網(wǎng)的運維起著十分重要的作用。

圖2 內(nèi)網(wǎng)拓撲圖

2.2 軟硬件環(huán)境

由表1可看出，內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)站實際上是一個較為復雜的系統(tǒng)，其前臺和后臺頁面均使用JSP技術，后臺底層支撐和數(shù)據(jù)庫訪問采用Java語言實現(xiàn)。Web服務由Apache和Tomcat共同完成。Apache是一個Web服務器環(huán)境程序，不過它只支持靜態(tài)模板網(wǎng)頁，如果要在Apache環(huán)境下運行JSP，就需要一個解釋器來執(zhí)行JSP網(wǎng)頁，而這個JSP解釋器就是Tomcat，如果JSP要連接數(shù)據(jù)庫，就需要由JDK來提供連接數(shù)據(jù)庫的驅(qū)動，所以運行JSP的Web服務器平臺一般采用Apache+Tomcat+JDK的組合，這也是當前流行且成熟的建站模式。

表1 軟硬件環(huán)節(jié)

3 關鍵技術

3.1 FMS4.0（服務端）+FlashPlayer11.0（客戶端）播放模式[1]

FMS全稱Flash Media Server，支持flv和MP4格式在線播放。FMS相比傳統(tǒng)的HelixServer和WindowsMe?diaServer具有一個顯著的特點，就是提供“竭盡所能”的服務，能夠充分利用鏈路帶寬傳輸數(shù)據(jù)，特別適合局域網(wǎng)。內(nèi)網(wǎng)在線播放時終端接收帶寬一般可達70 Mbit/s，一部高清節(jié)目可在幾分鐘內(nèi)全部緩存完，這樣既減少了服務器在線的數(shù)量壓力，也確保了用戶體驗度。

內(nèi)網(wǎng)點播直播節(jié)目采用H.264編碼，1.6 Mbit/s視頻壓縮，MP4格式封裝，能夠利用WiFi信號，支持And?riod、iOS等系統(tǒng)多終端接收播放，客戶端解碼為Flash Player 11.0播放器，免單獨安裝，方便快捷。

圖3就是內(nèi)網(wǎng)的點播頁面，視頻數(shù)據(jù)由流媒體服務器FMS系統(tǒng)供流，同時還提供下載功能，其速度可達90 Mbit/s。

3.2 節(jié)目庫和播出庫的分離

庫結(jié)構(gòu)如圖4所示，內(nèi)網(wǎng)后臺的節(jié)目庫和播出庫是分開獨立運行的，節(jié)目上載完成后，節(jié)目庫自動識別其容量、時長、長寬像素比、碼流和路徑等文件信息；播出庫用于管理稿件信息，稿件即資源的屬性和圖片的組合，是直接面向用戶展現(xiàn)的，可進行類似Word的可視化編輯，如圖5所示。

圖3 點播頁面（截圖）

圖4 庫結(jié)構(gòu)（截圖）

圖5 稿件編輯頁（截圖）

稿件除了展示圖文并茂的效果外，還要與具體節(jié)目相關聯(lián)，這樣才能確保具體點播頁面正常播放指定的節(jié)目。關聯(lián)方法為：在圖5的A處點“視”按鈕，彈出圖6左側(cè)的“關聯(lián)窗口”，點擊“添加點播節(jié)目”按鈕，彈出右側(cè)的“節(jié)目庫”窗口，定位指定的節(jié)目即可。

“節(jié)目關聯(lián)”為節(jié)目庫和播出庫之間架起了一座橋梁，兩庫的獨立運行使得內(nèi)網(wǎng)的邏輯結(jié)構(gòu)更加清晰，更便于維護。

3.3 可視化模板

內(nèi)網(wǎng)大部分頁面是以.shtml為后綴的模板頁展現(xiàn)（Apache解析），涉及到數(shù)據(jù)庫查詢則以.jsp為后綴的動態(tài)頁或iFrame框架嵌入實現(xiàn)（Tomcat解析）。內(nèi)網(wǎng)在編輯模板時引入了一個CMSModule組件，它能嵌入DreamWeaver CS4.0主界面并生成一個新的選單，如圖7的A處所示。美工編輯人員只需掌握基本的HTML和CSS代碼就可設計出各種版式的模板。

圖6 節(jié)目關聯(lián)（截圖）

圖7 新的選單（截圖）

現(xiàn)以圖7的C處為例，展示如何將CSS+DIV靜態(tài)代碼區(qū)域的標題內(nèi)容與后臺數(shù)據(jù)庫關連，其過程如下：

1）用DreamWeaver CS4.0打開模板頁，剪切指定區(qū)域＜Div〉內(nèi)的＜ul〉、＜li〉標簽和之間的代碼，見圖8的A處。

圖8 DreamWeaver CS4.0打開模版頁（截圖）

2）插入圖7的B處“cms_01_titleList”標題組件，此時彈出圖8所示的“標題列表組件”窗口。

3）在圖8的B處空白區(qū)域粘貼剛才剪切的＜ul〉、＜li〉標簽和之間的代碼，選中具體內(nèi)容，根據(jù)需要選擇圖8的C，D，E處的按鈕，編輯電影標題，完成后會在圖8的B處自動產(chǎn)生代碼。

4）在圖8的F處“欄目ID”框填入具體的ID號，此ID為播出庫中節(jié)目分類ID值，見圖4的A處，表示模板的該區(qū)域顯示ID值對應分類的節(jié)目標題信息，即告訴模板從數(shù)據(jù)庫的哪個分類獲取數(shù)據(jù)，該操作直接與數(shù)據(jù)庫掛鉤。確定后，在圖8的A處會產(chǎn)生灰色代碼，然后發(fā)布模板使其生效。

可視化模板的意義在于使不懂程序設計的人能夠深度編輯網(wǎng)站，實現(xiàn)網(wǎng)站的快速改版。

3.4 CDN分布式架構(gòu)和節(jié)點間的數(shù)據(jù)同步

1）CDN分布式架構(gòu)

根據(jù)當前業(yè)務發(fā)展需要，只搭建了2臺流媒體服務器，組成了一個簡單的CDN網(wǎng)絡，如圖9所示。

圖9 CDN部署

下面以市中心站分前端節(jié)點為例，介紹基本配置過程。

規(guī)劃好用戶IP段，見表2。

表2 IP段規(guī)劃

在管理后臺配置IP段，如圖10所示。

圖10 配置IP段（截圖）

在管理后臺添加點播服務器節(jié)點，如圖11所示。

圖11 管理后臺添加分前端節(jié)點（截圖）

將IP段與分前端節(jié)點綁定，如圖12所示。

完成IP段綁定后，用戶進行視頻點播時，在點播窗口區(qū)域代碼中實際上嵌入了iFrame框架，框架中引入了“Tomcat端口A”（見表1）Web服務的調(diào)用，該調(diào)用向管理服務器數(shù)據(jù)庫中索取IP段劃分和CDN節(jié)點相關信息，然后“Tomcat端口A”根據(jù)用戶請求的IP地址判斷隸屬于哪一個IP段，最后將此IP段對應的點播節(jié)點IP地址發(fā)送給用戶的瀏覽器，用戶瀏覽器再向此地址請求視頻流數(shù)據(jù)，整個過程對用戶而言是透明的。由上可知，點播節(jié)目流程看似簡單，實際上很復雜。

圖12 IP段的綁定（截圖）

2）節(jié)點間的數(shù)據(jù)同步[2]

此處的同步是全鏡像同步，要求CDN網(wǎng)絡內(nèi)所有節(jié)點的存儲容量相同，利用GoodSync軟件實現(xiàn)。該軟件在添加各分前端服務器的IP地址后，會定時掃描核心節(jié)點節(jié)目庫所在路徑下是否有新的節(jié)目，一旦發(fā)現(xiàn)有更新，會馬上將新節(jié)目同步到各分前端結(jié)點的磁盤整列中，這樣就保證了分前端的節(jié)目內(nèi)容與核心節(jié)點同步更新，如圖13所示。

圖13 GoodSync同步軟件主界面（截圖）

架設CDN內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡的目的就是支持大容量高清節(jié)目流并發(fā)。傳統(tǒng)的網(wǎng)站一般只需考慮Web端的建設，而專業(yè)的視頻網(wǎng)站必須考慮內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)。本文介紹的CDN網(wǎng)絡中配置高的核心節(jié)點能夠承受1 000人同時在線，配置低的子節(jié)點也能承受約700人同時在線。內(nèi)網(wǎng)當前CDN網(wǎng)絡日均吐出量在2 Tbyte以上，日均點擊量4 500次，并可無縫擴展，理論上，支持的用戶在線數(shù)量無上限。

3.5 流量監(jiān)控[3]

1）Prtg Traffic Graph 4.0是一款通用的監(jiān)控軟件，只要符合SNMP協(xié)議，就可以對設備指定端口進行監(jiān)控，既能夠?qū)崟r監(jiān)控，又可以對流量進行統(tǒng)計。如圖14所示，21：32之前吐出流量已超過700 Mbit/s。

雙擊圖14中的曲線圖，會彈出多種時間段統(tǒng)計窗口，如圖15所示，選擇按天統(tǒng)計選項卡，A處“Port 38（gei_3/8）”代表萬兆核心交換機端口號，B處“Band?width Traffic IN”表示流媒體服務器流進該萬兆核心交換機電口的數(shù)據(jù)，也即該流媒體服務器的吐出流量，同理C處“Bandwidth Traffic OUT”表示用戶點播請求數(shù)據(jù)。在日常監(jiān)控時，應以每天“Bandwidth Traffic IN”字段作為實際吐出流量統(tǒng)計值。

圖14 實時流量監(jiān)控（截圖）

圖15 流量監(jiān)控數(shù)據(jù)統(tǒng)計（截圖）

流量監(jiān)控可單獨分配一臺低配置服務器，實行24 h監(jiān)控。

2）VNC是一款用于遠程控制的軟件，分為服務端和客戶端，在監(jiān)控服務器上安裝服務端，終端PC上安裝客戶端，可隨時查看流量數(shù)據(jù)，連接時只需輸入監(jiān)控服務器IP和密碼，整個過程如圖16所示。

圖16 VNC遠程操作（截圖）

相比其他遠程控制軟件，VNC具有操作便捷和畫面無延時的優(yōu)點。

一般網(wǎng)站都具有點擊量統(tǒng)計功能，但鮮有流量監(jiān)控功能，流量監(jiān)控對專業(yè)視頻網(wǎng)站的運營十分必要，通過每日吐出量數(shù)據(jù)對比可真實反映網(wǎng)站受關注程度和運行狀況，也有利于第一時間發(fā)現(xiàn)故障，對網(wǎng)站日常的節(jié)目更新和維護管理具有指導意義。

4 運行原理

節(jié)目上載發(fā)布和用戶點播流程如圖17所示。

5 網(wǎng)站推廣與廣告創(chuàng)收

由于內(nèi)網(wǎng)在城域網(wǎng)內(nèi)運行，不對互聯(lián)網(wǎng)開放，因此網(wǎng)站推廣顯得尤為重要。在此采取了3種方式：

圖17 節(jié)目上載發(fā)布和用戶點播流程

1）對于客戶端登錄的用戶，利用彈出頁面機制指定內(nèi)網(wǎng)首頁；

2）對于登錄賬號集成到路由器中的用戶，在首頁主界面上方設計了“桌面鏈接”的Internet快捷方式，即“設為首頁添加收藏夾桌面鏈接2013年9月25日”，也可見圖1正上方方框所示，利用一線安裝維護人員上門的機會，手工下載到用戶桌面，整個操作只需數(shù)秒鐘，不會增加一線人員的安裝維護工作量；

3）制作網(wǎng)站logo。利用AxialisIconWorkshop_6.6.2. exe軟件設計制作“favicon.ico”圖標文件，并置于網(wǎng)站根目錄，用戶訪問或建立桌面快捷方式時會顯示logo圖標，如圖18所示，這些小的改變無形中樹立了網(wǎng)站的品牌形象。

圖18 網(wǎng)站logo（截圖）

圖19 豐富多樣的廣告形式（截圖）

當網(wǎng)站的受眾群達到一定量的時候，其廣告價值就逐漸顯現(xiàn)。目前內(nèi)網(wǎng)支持多種形式的廣告發(fā)布，具體參見圖19。

6 總結(jié)

內(nèi)網(wǎng)充分挖掘了廣電系統(tǒng)節(jié)目資源豐富和有線網(wǎng)絡高帶寬的優(yōu)勢，避開了寬帶出口相對不足的劣勢，使大量投入的EPON+LAN、EPON+EoC、WiFi和光纖入戶等接入網(wǎng)設備能夠得到充分利用，發(fā)揮效益；MP4的封裝格式支持多終端接收，為將來的多屏互動打下基礎；CDN分發(fā)網(wǎng)絡支持大容量用戶并發(fā)，確保體驗度，內(nèi)網(wǎng)將成為有線網(wǎng)絡業(yè)務在PC終端上服務的載體。

[1] 黎川.用FMS4.0搭建視頻點播及文字即時聊天web程序[EB/ OL].[2013-09-20].http://task.zhubajie.com/2252348/.

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??健男

2013-11-25

【本文獻信息】梅劍鋒，劉丹，賀皓.黃石有線高清視頻網(wǎng)站架構(gòu)關鍵技術解析[J].電視技術，2014，38（12）.