天氣預報會商錄播系統(tǒng)多媒體數(shù)據(jù)庫的設計

梁小雨，陳永濤，黃 珣，陳文琴

（國家氣象信息中心，北京 100081）

天氣預報會商錄播系統(tǒng)多媒體數(shù)據(jù)庫的設計

梁小雨，陳永濤，黃 珣，陳文琴

（國家氣象信息中心，北京 100081）

中國氣象局高清錄播系統(tǒng)是天氣預報高清電視會商系統(tǒng)的重要組成部分，是一套涉及硬件編碼、存儲和軟件應用的網絡多媒體平臺。首先結合氣象行業(yè)的實際業(yè)務需求，闡述了系統(tǒng)的體系結構、硬件平臺設計。從系統(tǒng)多媒體數(shù)據(jù)庫設計入手，介紹了該系統(tǒng)媒體數(shù)據(jù)庫采用的關鍵技術，并詳細描述核心模塊設計。最后結合錄播系統(tǒng)投入業(yè)務后的使用情況，借助統(tǒng)計數(shù)據(jù)說明高清錄播系統(tǒng)對氣象預報等業(yè)務服務支撐的作用。

天氣預報；高清錄播系統(tǒng)；多媒體數(shù)據(jù)庫；.NET技術；服務器

近年來，隨著網絡技術的發(fā)展，信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣鹊玫胶艽蟮奶岣?，多媒體信息的數(shù)量急速增大，由此產生了多媒體數(shù)據(jù)庫。目前，多媒體數(shù)據(jù)庫在各行各業(yè)都有廣泛的應用，中國氣象局對多媒體數(shù)據(jù)庫的需求主要表現(xiàn)在：用戶通過網絡直播或點播收看天氣會商、用戶通過客戶端下載天氣會商的視頻資料。多媒體數(shù)據(jù)庫和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的主要區(qū)別在于多媒體數(shù)據(jù)庫要對大量的圖形、圖像、聲音、視頻等不同格式的文件統(tǒng)一管理[1]。天氣預報會商錄播系統(tǒng)（以下簡稱HD?VOD）是天氣預報高清電視會商系統(tǒng)的重要組成部分,該系統(tǒng)是一項涉及硬件編碼和軟件應用的網絡系統(tǒng)集成項目，能夠在中國氣象局局域網上實現(xiàn)實時的高清音視頻節(jié)目視頻流及計算機VGA視頻流，終端用戶可交互地選擇播放音視頻節(jié)目，并可對音視頻節(jié)目實現(xiàn)播放、暫停、停止、跳躍等功能。HDVOD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫存儲和管理與氣象有關的高清音視頻節(jié)目及計算機信號等多媒體數(shù)據(jù)，是典型的多媒體數(shù)據(jù)庫。相關人員可以通過計算機隨時隨地收看天氣會商、會議及培訓等視頻節(jié)目，有效地拓展了全國天氣預報電視會商系統(tǒng)服務用戶范圍，提高了天氣預報電視會商的效益。本文將從HDVOD系統(tǒng)結構、系統(tǒng)多媒體數(shù)據(jù)庫設計及系統(tǒng)功能實現(xiàn)等方面進行闡述。

1 HDVOD系統(tǒng)結構

HDVOD的系統(tǒng)結構由4個部分組成，分別是底層支撐平臺、會議收錄子系統(tǒng)、視頻內外網發(fā)布系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)。支撐平臺主要包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和視頻管理服務器。操作系統(tǒng)采用WIN2008Server，關系型數(shù)據(jù)庫采用SQLServer2010，流媒體數(shù)據(jù)庫選擇AdobeFMS。會議管理子系統(tǒng)包括所有硬件系統(tǒng)的配置和系統(tǒng)軟件應用。收錄子系統(tǒng)包括內網視頻收錄、外網視頻收錄、備份服務視頻收錄。視頻發(fā)布子系統(tǒng)包括內網視頻發(fā)布、互聯(lián)網視頻發(fā)布、移動媒體發(fā)布、管理網站發(fā)布和應用網站發(fā)布。系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構圖

視音頻信號與計算機信號接入到編碼器HDMI輸入接口，通過編碼器編輯成為H.264格式流文件[2]，編碼器輸出實況流由內部網發(fā)布服務器進行內部局域網高清直播發(fā)布，同時編碼器輸出相同內容低碼率實況流互聯(lián)網發(fā)布服務器進行互聯(lián)網直播同步保存。直播實況流發(fā)布完成生成Flv格式[3]流媒體文件，內部局域網的高清Flv文件自動保存在服務器直連大容量存儲磁盤陣列，互聯(lián)網的標清Flv文件保存在互聯(lián)網服務器，提供文件點播服務。

2 系統(tǒng)多媒體數(shù)據(jù)庫設計

2.1 主要技術簡介

HDVOD系統(tǒng)利用.NET平臺開發(fā)，設計三層架構、B/S管理方式，桌面管理、應用操作等通過模塊化分系統(tǒng)進行管理。.NET是一種用.NET Framework類庫編寫，并運行于公共語言運行之上的應用程序[4]。.NET能夠跨語言、跨平臺，安全性能較高，并支持互聯(lián)網標準和協(xié)議[5]。主要特點如下：

1）.NET支持多種語言，各語言之間能夠相互操作；

2）.NET支持不同結構平臺下的互操作；

3）.NET支持多種互聯(lián)網協(xié)議和標準，如HTTP、SOAP、XML等，不同結構的平臺遠程交互界面能力較強。

2.2 HDVOD多媒體數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)總表設計

數(shù)據(jù)庫設計是將業(yè)務對象轉換為表和視圖等數(shù)據(jù)庫對象的過程[6]。對于基于天氣預報視頻資源創(chuàng)建的網絡直播與點播及文件下載系統(tǒng)，多媒體數(shù)據(jù)庫設計圍繞兩個關鍵點進行：用戶和視頻。

為了實現(xiàn)用戶管理的開放性和互操作性[7]，對不同用戶設計了不同級別，分別是普通用戶、操作員、管理員。普通用戶不僅可以通過直播和點播的方式觀看視頻，還可以下載自己感興趣的節(jié)目，作為學習資料，隨時觀看。操作員只能對建立節(jié)目的采集計劃等進行操作而不能修改信息。管理員除了具備操作員和普通用戶的權限外，還有修改信息的權限，例如增加和刪除用戶、修改用戶信息、整理視頻等，因此數(shù)據(jù)庫要能夠接受不同用戶的查詢請求，經過對查詢請求的分析得到用戶的需求，返回查詢結果，除此之外，還要接受管理員的數(shù)據(jù)修改請求，從而及時更新數(shù)據(jù)庫信息。

另外，為了進行會商綜合信息統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)庫增加會議記錄數(shù)據(jù)表，系統(tǒng)根據(jù)實際需求，在天氣預報會商節(jié)目中添加當前節(jié)目的會議信息，主要數(shù)據(jù)項有會商名稱、會商主持單位、發(fā)言單位、主持人、會商開始時間、會商結束時間等。主要數(shù)據(jù)表匯總見表1。

表1 數(shù)據(jù)表匯總

2.3 功能模塊設計

根據(jù)氣象預報的特點和需求，設計了如圖2所示的模塊。

視頻采集模塊負責高標清視頻采集和配置，將高清視頻和計算機圖像進行布置和協(xié)調，并對采集下來的高清視頻進行抽幀提取，通過FTP等方式將采集的數(shù)字視頻上傳到存儲磁盤陣列和相應的數(shù)據(jù)庫中。

后臺管理模塊主要負責設備管理、任務計劃、用戶、報表、會議記錄、節(jié)目分類、上傳節(jié)目。管理并設置各類型用戶及用戶組功能權限。會議記錄是本系統(tǒng)根據(jù)實際需求開發(fā)的，記錄當前節(jié)目的會議信息，如開會單位、發(fā)言單位、主持人等。通過會議記錄分選項組合會議內容，配合錄像計劃，系統(tǒng)生成XLS表格輸出。

視頻發(fā)布模塊主要實現(xiàn)用戶登錄后直播觀看實時流及點播文件流視頻，并提供固定權限用戶上/下載功能，可以通過交互平臺完成用戶與系統(tǒng)管理中心、用戶與用戶的文本信息溝通。

圖2 主要功能模塊示意圖

3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

3.1 服務端管理功能實現(xiàn)

錄播系統(tǒng)服務端軟件具備數(shù)據(jù)保存、視頻發(fā)布、實況流轉發(fā)、應用程序管理的功能。服務端軟件通過基于Rtmpdump軟件開發(fā)的系統(tǒng)收錄工具對接入的高清信號流進行打包，整理成H.264格式的視頻文件，并將文件信息統(tǒng)一記錄于數(shù)據(jù)庫中。對收集的Flv視頻文件進行保存，并以點播流的方式發(fā)布。對接入的實時流進行轉發(fā)，提供客戶端用戶點播實時流會商節(jié)目，提供整體軟件進行統(tǒng)一管理配置平臺。天氣預報會商錄播系統(tǒng)管理平臺界面如圖3所示。

3.2 客戶端應用功能實現(xiàn)

用戶在客戶端桌面利用通用的網絡瀏覽器進入前臺發(fā)布平臺，登錄平臺后，按照個人需求選擇視頻節(jié)目進行觀看?？蛻舳伺cWeb服務器之間采用HTTP協(xié)議訪問，服務器接受客戶端的請求，提供給客戶端需要的幫助（用戶名、密碼修改、視頻點播以及視頻下載等）。天氣預報會商錄播系統(tǒng)發(fā)布平臺界面如圖4所示。

圖4 天氣預報會商錄播系統(tǒng)發(fā)布平臺界面（截圖）

3.3 實現(xiàn)文件的FTP上傳和下載功能

實況流采集完成，自動生成封包好的Flv格式文件，采集模塊可以通過FTP協(xié)議傳輸此類文件到點播發(fā)布服務器，通過傳輸配置，可配置同時上傳多臺點播發(fā)布服務器。同時服務器端還提供點播節(jié)目FTP下載，用戶可在本地計算機通過FTP下載到本機離線觀看。天氣預報會商錄播系統(tǒng)FTP上傳界面如圖5所示。

圖5 天氣預報會商錄播系統(tǒng)FTP上傳界面（截圖）

4 使用效果

中國氣象局天氣預報高清錄播系統(tǒng)能夠同時支持在線用戶量為250人，系統(tǒng)為沒有機會在現(xiàn)場參加天氣會商、會議及培訓的人員提供了學習的可能；同時，視頻點播能夠滿足不同用戶的不同需求，自主選擇視頻內容，文件下載后可以作為學習資料保存。HDVOD系統(tǒng)于2012年5月投入使用，該系統(tǒng)投入使用后的具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 2012年5月至2013年8月天氣預報高清錄播系統(tǒng)使用情況統(tǒng)計

由于氣象服務需求快速增長，預報業(yè)務能力，尤其是災害性天氣的預報能力面臨著巨大的挑戰(zhàn)[8]，天氣預報高清錄播系統(tǒng)協(xié)助氣象領域在氣象預報能力和氣象服務方面做了一定的工作，已成為很重要的業(yè)務系統(tǒng)之一。目前正在研究和開發(fā)錄播系統(tǒng)的手機客戶端，待其實現(xiàn)后，用戶不用局限于計算機，利用手機就可以隨時隨地觀看天氣預報會商，大大提高工作的便捷性。

[1] 薩師煊，王珊.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論[M].北京：高等教育出版社，2000.

[2] ITU-TH.264(04/13).Advanced video coding for generic audiovisu?al services[EB/OL].[2013-07-26].http://www.itu.int/rec/T-RECH.264.

[3] Adobe.FLV and F4V file format specification(Version 10.1)[EB/ OL].[2013-03-05].http://www.adobe.com/devnet/f4v.html.

[4]TURTSCHIA.C#.NETWeb開發(fā)指南[M].王海峰，馮義，郭衛(wèi)平，譯.北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[5]TEGELSK，BAER T..NET FrameWork編程思想[M].袁勤勇，竇蓉，馬譽賢，譯.北京：清華大學出版社，2002.

[6]丁興富.遠程教育學[M].北京：北京師范大學出版社，2002.

[7]王春芳，李湘，陳永濤，等.中國氣象局衛(wèi)星廣播系統(tǒng)（CMACast）設計[J].應用氣象學報，2012，23（1）：113-120.

[8] 矯梅燕，龔建東，周兵，等.天氣預報的業(yè)務技術進展[J].應用氣象學報，2006，17（5）：594-601.

陳永濤（1976—），碩士，高級工程師，從事流媒體技術的設計和開發(fā)；

黃 珣（1983—），碩士，工程師，從事流媒體技術的設計和開發(fā)；

陳文琴（1986—），女，碩士，助理工程師，從事流媒體技術的設計和開發(fā)。

Design of M ultimedia Database of HD W eather Forecast VOD System

LIANG Xiaoyu,CHEN Yongtao,HUANG Xun,CHEN Wenqin
（National Meteorological Information Centre,Beijing 100081,China）

High-definition weather forecast VOD system is an important part of high-definition video conference in China Meteorological Administration(CMA).The system integrates hardware encoding and software applications.The actual business requirements of the meteorological industry are combined,and the functions of HD weather forecast VOD system is proposed.The architecture of VOD system,the design of hardware platform and software module function are described in detail.Starting from the perspective of the multimedia database designing,the key technology and the core modules are described.At last,based on the service conditions and the statistical data,the VOD system provides amount of business services support for weather forecasting.

weather forecast;HDVOD;multimedia database;.NET;server

TN919.85

A

梁小雨（1969—），女，本科，工程師，從事流媒體技術的設計和開發(fā)；

??健男

2013-09-26

【本文獻信息】梁小雨，陳永濤，黃珣，等.天氣預報會商錄播系統(tǒng)多媒體數(shù)據(jù)庫的設計[J].電視技術，2014，38（8）.

中國氣象局“天氣預報會商系統(tǒng)改造項目”資助