地震科普視頻點播系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

葉佳寧， 何 霆

（廣東省地震局， 廣州 510070）

0 引言

互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展促進(jìn)了流媒體技術(shù)的成長，自1995年推出的第一個互聯(lián)網(wǎng)流媒體播放器以來， 流媒體應(yīng)用有了爆炸性的增長[1]， 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于網(wǎng)上新聞發(fā)布、 在線直播、 網(wǎng)絡(luò)廣告、 遠(yuǎn)程教育、 實時視頻會議等[2]。 目前， 地震科普的宣傳還存在以下問題： ①地震科普宣傳還處在傳統(tǒng)模式。 無論是媒體報道、 書籍還是科普館內(nèi)的展板展示， 都是以一種靜態(tài)的方式讓人們了解地震知識； ②我國是地震多發(fā)的國家， 近年來的幾次大震引起了人們對地震知識的渴望， 可是由于地震科普宣傳的視頻資料往往在電視播出， 難于留檔認(rèn)真學(xué)習(xí)； ③互聯(lián)網(wǎng)上的地震科普視頻宣傳資料往往掛在某個普通Web 服務(wù)器的上面， 當(dāng)多個客戶端對視頻進(jìn)行瀏覽時， 服務(wù)器通常不堪重負(fù)而造成死機(jī)的情況時有發(fā)生。 因此， 將流媒體技術(shù)應(yīng)用于地震知識的科普宣傳的中， 不但彌補(bǔ)了以靜態(tài)圖片和文字方式傳播地震知識存在的不足，而且有效地滿足了更多客戶端瀏覽視頻資料的需求， 對地震知識的科普宣傳具有重要的實際意義。

1 流媒體技術(shù)概述

流媒體是指在互聯(lián)網(wǎng)及企業(yè)網(wǎng)上使用流式傳輸技術(shù)的連續(xù)時基媒體， 其在播放前無需下載整個文件， 僅需將開始部分內(nèi)容存入內(nèi)存， 其他數(shù)據(jù)流隨時傳送隨時播放， 其關(guān)鍵技術(shù)就是流式傳輸。 流媒體傳輸系統(tǒng)主要由編碼工具、 流媒體數(shù)據(jù)資源、 流媒體服務(wù)器、 傳輸網(wǎng)絡(luò)、 客戶端播放器等構(gòu)成， 具有啟動延時短、 體積小、 便于存儲、對帶寬要求不高、 可雙向交流、 有效保證節(jié)目的版權(quán)等優(yōu)點[3]。

1.1 視頻點播技術(shù)

視頻點播（Video on Demand，VOD）是基于流媒體技術(shù)的一種應(yīng)用， 是指根據(jù)用戶的要求播放視頻， 主要包括多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)、 數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。 VOD 是一種受用戶控制的視頻分配業(yè)務(wù)， 使用戶可交互地訪問遠(yuǎn)端服務(wù)器所存儲的豐富節(jié)目源， 可極大增加用戶在信息服務(wù)提供中的主動性[4]。

視頻點播系統(tǒng)由三個部分組成： 服務(wù)端系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和客戶端系統(tǒng)。 服務(wù)端系統(tǒng)主要完成以下幾個功能： 媒體數(shù)據(jù)檢索、 信息流的實時傳輸以及實現(xiàn)對用戶實時請求的處理、 訪問許可控制、VCR（Video Cassette Recorder）功能（如，快進(jìn)、暫停、重繞等）的模擬。 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)媒體流的傳輸。 客戶端系統(tǒng)即提供與服務(wù)端系統(tǒng)相應(yīng)的播放器， 讓媒體流能順利的輸出播放[5]。

1.2 視頻直播技術(shù)

視頻的直播技術(shù)也是基于流媒體技術(shù)的應(yīng)用之一。 國內(nèi)現(xiàn)有的" 網(wǎng)絡(luò)視頻直播" 大致分兩類，一是在網(wǎng)上提供電視信號的觀看， 例如各類體育比賽和文藝活動的直播， 這類直播原理是將電視（模擬）信號通過采集， 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入電腦，實時上傳網(wǎng)站供人觀看， 相當(dāng)于 “網(wǎng)絡(luò)電視”； 另一類則是真正意義上的 “網(wǎng)絡(luò)直播”： 在現(xiàn)場架設(shè)獨立的信號采集設(shè)備（音頻+視頻）導(dǎo)入導(dǎo)播端（導(dǎo)播設(shè)備或平臺）， 再通過網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器， 發(fā)布至網(wǎng)址供人觀看。 這類網(wǎng)絡(luò)直播較前者的最大區(qū)別就在于直播的自主性： 獨立可控的音視頻采集，完全不同于轉(zhuǎn)播電視信號的單一收看[6]。

視頻直播技術(shù)與視頻點播系統(tǒng)技術(shù)的區(qū)別在于： 視頻直播對視頻源的事實的觀看， 沒有交互可言， 相當(dāng)于視頻的廣播， 而視頻點播是對以往的視頻源進(jìn)行回放， 可以滿足客戶端的互動， 并強(qiáng)調(diào)信息的娛樂性和個性化。

2 視頻點播系統(tǒng)的總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本視頻點播系統(tǒng)主要用戶是所有對地震知識感興趣的公眾， 因此該視頻點播系統(tǒng)采B/S 架構(gòu)，主要由流媒體服務(wù)器、 Web 服務(wù)器、 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、 Web 瀏覽器以及錄制電視軟件五部分構(gòu)成。其中流媒體服務(wù)器是視頻點播系統(tǒng)的核心， 主要響應(yīng)用戶點播請求、 提供穩(wěn)定的視頻流、 響應(yīng)用戶在點播過程中的交互， 并滿足多用戶點播請求等； Web 服務(wù)器的主要功能是在B/S 框架下為用戶提供一個交互手段； 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用來存儲視頻數(shù)據(jù)信息， 包括視頻的內(nèi)容與路徑； Web 瀏覽器的主要功能是在其中嵌入一個流媒體播放器，滿足能上網(wǎng)即可點播觀看。 錄制電視軟件軟件是將電視播出的地震科普宣傳片進(jìn)行錄制， 并以flv格式保存， 以便公眾點播。

2.2 系統(tǒng)的模塊劃分

視頻點播系統(tǒng)主要分為三個模塊： 電視錄制模塊、 視頻點播模塊、 視頻管理模塊， 如圖1 所示。 電視錄制模塊依賴于視頻直播技術(shù)， 視頻點播模塊依賴于視頻點播技術(shù)， 而視頻管理模塊依賴于數(shù)據(jù)庫平臺。 每個模塊獨立存在， 最終形成基于流媒體技術(shù)的地震科普視頻點播系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)模塊圖Fig.1 System Block Chart

2.2 系統(tǒng)總體流程

視頻點播系統(tǒng)工作原理為[7]： 用戶使用Web 瀏覽器訪問Web 服務(wù)器， 由Web 服務(wù)器查詢數(shù)據(jù)庫獲取被點播視頻的統(tǒng)一資源定位符（URL）， 然后啟動流媒體播放器按照獲取的URL 發(fā)起請求， 流媒體服務(wù)器接受請求并發(fā)送流媒體數(shù)據(jù)， 最后在Web 瀏覽器端的流媒體播放器上進(jìn)行播放， 如圖2 所示[7]。

圖2 系統(tǒng)流程圖Fig.2 System flowchart

3 系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 Flash Media Server

Flash Media Server（FMS）是Adobe( Macromedia)公司推出的開發(fā)流媒體的服務(wù)器軟件， 擁有獨特的可編程流媒體環(huán)境， 包括豐富的應(yīng)用程序接口（API）和服務(wù)器組件， 可在大規(guī)模部署環(huán)境下提供錄制和實況直播， 如視頻點播、 實況網(wǎng)絡(luò)廣播、播客、 視頻/音頻聊天等應(yīng)用[7]。

FMS 的功能平臺包含了server 端（存放服務(wù)端腳本文件和其他資源）和client 端( SWF 文件)， client端 與server 端 通 過 RTMP（Real －Time Message Protocol）協(xié)議相互通信[8]； server 端主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸， 由client 端發(fā)送請求， server 端執(zhí)行數(shù)據(jù)查詢和計算并返回結(jié)果值， 通常需要保持長時間的連接。 FMS 技術(shù)架構(gòu)模式如圖2 所示， Web 服務(wù)器通過HTTP 協(xié)議發(fā)布嵌入了交互式Flash 動畫文件（SWF 文件）的網(wǎng)頁， SWF 文件作為客戶端程序通過RTMP 協(xié)議與FMS 服務(wù)器進(jìn)行通信， 實時獲取以Flash 視頻格式發(fā)布的多媒體數(shù)據(jù)流， 成為net-work stream 即網(wǎng)絡(luò)流， 其他用戶也可以同時連接到相同的FMS 接收信息、 更新數(shù)據(jù)等[8]。

FMS 集成了Flash 多媒體交互性及實時數(shù)據(jù)流的特色， 可以通過網(wǎng)絡(luò)存儲錄制下來的音頻、 視頻， 也可以共享數(shù)據(jù)對象， 并將這些音頻、 視頻和共享數(shù)據(jù)對象傳遞給多個客戶端， 實現(xiàn)實時同步共享， 相比傳統(tǒng)的基于Web 的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)來說更具備良好的使用性[8]。

3.2 電視錄制模塊

錄制音視頻的功能是針對電視播出的視頻進(jìn)行錄制。 從連接電視的機(jī)頂盒上獲取電視的音視頻流， 利用視頻采集卡Syntek STK1150 將其從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號， 用ffmpeg 進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，同時將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)發(fā)送到流媒體服務(wù)器上。 客戶端通過RTMP 協(xié)議登錄到流媒體服務(wù)器上對視頻進(jìn)行錄制， 并將文件保存在客戶端的本地， 錄制的數(shù)據(jù)流被保存為Flash Video（FLV）格式， 并最終上傳到流媒體服務(wù)器的點播路徑下， 而在數(shù)據(jù)庫中保留視頻信息。 具體流程如圖3 所示。

圖3 電視錄制模塊流程圖Fig.3 TV recording module flowchart

3.3 視頻播放模塊

該模塊主要是實現(xiàn)遠(yuǎn)程語音、 視頻等多媒體信息的實時傳播功能． 以FMS 和Web 平臺為核心，通過flash 軟件自制一個flash 播放器的swf 組件，將swf 組件插入html 網(wǎng)頁中， 使用java script 語言對其調(diào)用， 以便播放來自Flash Media Server 的FLV 流文件。 主要代碼如下:

其中xxx 代表視頻信息的路徑。

3.4 視頻文件的管理模塊

視頻文件的管理模塊包括新增、 刪除、 修改視頻信息三個功能。 其中新增功能就是將新的視頻文件上傳至流媒體服務(wù)器， 并對不是flv 格式的視頻文件進(jìn)行文件格式的轉(zhuǎn)換， 并將具體信息保存在數(shù)據(jù)庫中。 刪除功能是刪除數(shù)據(jù)庫中的視頻信息和流媒體服務(wù)上過時的視頻文件。 修改功能是為防止管理人員的誤操作， 可以通過此功能修改在數(shù)據(jù)庫中視頻的信息。

視頻文件的新增功能為管理員將已錄制成功的視頻或者是現(xiàn)成的視頻進(jìn)行上傳功能， 現(xiàn)有的視頻格式包括: MPEG、 AVI、 MP4、 RM、 RMVB、WMV、 FLV 等主流媒體形式。 為了解決格式的差異， 在windows 系統(tǒng)的服務(wù)器上部署了開源的視頻格式轉(zhuǎn)換工具ffmpeg， 并將ffmpeg 作為一個模塊，對文件格式的轉(zhuǎn)換另寫程序進(jìn)行二次開發(fā)， 最終作為一個服務(wù)提供給上傳的視頻。 除FLV 格式之外， 其它視頻均通過視頻格式轉(zhuǎn)換工具ffmpeg， 以異步方式的系統(tǒng)調(diào)用， 將上傳的各種視頻格式轉(zhuǎn)換為FLV 格式視頻保存在流媒體服務(wù)器的點播路徑下， 并抽取該影片的縮略圖作為視頻的顯示信息， 然后將此信息保存于數(shù)據(jù)庫中。 利用c# 開發(fā)的上傳視頻轉(zhuǎn)換為FLV 格式的主要代碼如下：

{ \ 其中Srcfile 為被轉(zhuǎn)換的文件， Exportfile 為轉(zhuǎn)換后的文件， WAndH 轉(zhuǎn)換后的高寬設(shè)置

刪除功能為視頻管理員提供刪除視頻及視頻信息的功能。 具體代碼如下：

修改功能為視頻管理員提供修改視頻信息的功能。 具體代碼如下：

4 應(yīng)用實例

視頻點播系統(tǒng)現(xiàn)在已在內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行測試， 當(dāng)客戶端由瀏覽器向Web 服務(wù)器發(fā)送請求申請觀看某個地震科普視頻時， 由Web 服務(wù)器通過視頻id 向數(shù)據(jù)庫查詢視頻在流媒體服務(wù)器上的地址， 最終由流媒體服務(wù)器向客戶端分發(fā)數(shù)據(jù)包， 完成整個視頻播放流程。 圖4 為視頻播放的畫面。

圖4 地震科普視頻在瀏覽器中播放圖Fig.4 The chart of earthquake science video playback in the browser

5 結(jié)語

本文所設(shè)計的地震科普視頻點播系統(tǒng)， 通過互聯(lián)網(wǎng)的平臺向公眾普及地震科普知識。 首先，利用視頻為公眾提供了有別于傳統(tǒng)模式的地震科普宣傳； 其次， 對電視播出的地震科普節(jié)目進(jìn)行錄制， 方便公眾進(jìn)一步查閱學(xué)習(xí)。 再次， 通過流媒體技術(shù)， 能夠滿足更多的用戶需求。 但是， 本系統(tǒng)仍存在不足之處： 第一， 未對科普視頻進(jìn)行分類； 第二， 對于電視節(jié)目的錄制， 通常要事先對著電視選好頻道后， 才可在客戶端進(jìn)行錄制，如果在客戶端存在軟遙控， 則可在客戶端進(jìn)行選擇頻道進(jìn)行錄制。 這些不足之處將在后續(xù)的開發(fā)研究工作中逐步完善。

[1] 周小文. 流媒體技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展趨勢探討[J]. 新聞知識,2007（9）： 80-81.

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[4] 溫春香.基于流媒體技術(shù)的視頻點播系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 軟件導(dǎo)刊， 2010（5）： 78-79.

[5] 百度百科. 視頻點播技術(shù)[EB/OL]. [2014-05-18]. http://baike.baidu.com/view/10291.htm.

[6] 百度百科. 網(wǎng)絡(luò)視頻直播[EB/OL]. [2014-05-07]. http://baike.baidu.com/view/4880975.htm?fromTaglist.

[7] 孔令孜， 蘭宗寶， 郭宇. 基于流媒體技術(shù)的農(nóng)業(yè)實用技術(shù)視頻點播系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2013（3）： 182-185.

[8] 張亞飛． NET for Flash FMS 動態(tài)網(wǎng)站開發(fā)手札[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2010．