基于視頻轉(zhuǎn)碼與IP組播的網(wǎng)絡(luò)影院系統(tǒng)設(shè)計

楊 雄

（福州大學(xué)至誠學(xué)院，福建 福州 350002）

基于視頻轉(zhuǎn)碼與IP組播的網(wǎng)絡(luò)影院系統(tǒng)設(shè)計

楊 雄

（福州大學(xué)至誠學(xué)院，福建 福州 350002）

云教室方案是由“服務(wù)器+云終端+交換機(jī)+云教室管理平臺”組成，采用先進(jìn)的云計算和虛擬化技術(shù)構(gòu)建的云教室軟硬件一體化平臺，不僅能夠滿足各種教學(xué)軟件的授課要求，還可以滿足流暢播放高清視頻的教學(xué)要求。其中的“網(wǎng)絡(luò)影院”就是可以讓老師在教師機(jī)上通過VLC播放媒體文件，學(xué)生在云終端上不必下載視頻文件就可以實時流暢觀看到該視頻。文章利用VLC的實時視頻轉(zhuǎn)碼和組播功能，并結(jié)合云終端Linux系統(tǒng)的GStreamer流媒體播放框架構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)影院系統(tǒng)，不僅能夠支持720P高清視頻的流暢播放，而且對視頻源格式無限制，從而擴(kuò)大了云教室方案的應(yīng)用場景。

云教室；網(wǎng)絡(luò)影院；VLC；視頻轉(zhuǎn)碼；IP組播

在授課當(dāng)中老師經(jīng)常需要向?qū)W生廣播視頻或向所有學(xué)生展示某個學(xué)生屏幕，如計算機(jī)課、實驗課。這是目前教學(xué)軟件中常用的功能?？墒窃谠平淌襕1]場景中，由于學(xué)生桌面都是虛擬桌面，如果將音視頻發(fā)送給多個學(xué)生的虛擬桌面，會造成服務(wù)端壓力大，占用網(wǎng)絡(luò)帶寬高[2]。且由于虛擬桌面的解碼能力弱，會造成以下問題：（1）學(xué)生端播放不流暢；（2）教師端與學(xué)生端播放不同步。

本文提出的基于視頻轉(zhuǎn)碼與IP組播的網(wǎng)絡(luò)影院系統(tǒng)的創(chuàng)新點主要如下：（1）教師端采用標(biāo)準(zhǔn)RTP協(xié)議，利用局域網(wǎng)中路由器的組播功能，將音視頻流組播到客戶端，達(dá)到減少網(wǎng)絡(luò)流量的效果。（2）教師端基于VLC[3]開源播放器進(jìn)行定制，包括定制播放器界面、優(yōu)化編解碼參數(shù)、解決播放卡頓問題、支持1080P視頻。（3）編碼為標(biāo)準(zhǔn)H264流，容易兼容不同的學(xué)生端播放器，擴(kuò)展性好。（4）將視頻流在本地采用硬解進(jìn)行解碼、播放，以提高視頻的流暢。（5）在播放過程中加入自定義音視頻同步控制和低網(wǎng)絡(luò)延時處理，提高視頻播放體驗[4]。

1 云教室網(wǎng)絡(luò)影院方案

1.1 云教室網(wǎng)絡(luò)影院方案

本文提出的適用于云教室的網(wǎng)絡(luò)影院框架如圖1所示。

網(wǎng)絡(luò)影院中教師端使用的是VLC是VideoLAN公司出品的多媒體播放器，是一款自由、開源的跨平臺多媒體播放器及框架，在大多數(shù)平臺上支持硬件解碼功能，可播放大多數(shù)多媒體文件，以及DVD、音頻CD、VCD及各類流媒體協(xié)議。它能作為Unicast或Multicast的串流服務(wù)器在IPV4或IPV6的網(wǎng)絡(luò)上使用。

本文中所使用的VLC 2.1.5版，教師機(jī)使用的是Windows 7系統(tǒng)。通過對VLC源代碼的修改，使其不僅能夠支持打開文件播放時實時轉(zhuǎn)碼和組播服務(wù)器的功能，而且還能夠完成與客戶端之間的命令相互。在播放視頻文件時，將視頻格式轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一720P大小、H.264壓縮的視頻，然后再進(jìn)行組播，如此能夠支持不同的視頻格式。

圖1 云教室網(wǎng)絡(luò)影院框架

學(xué)生端的云終端[5]操作系統(tǒng)是基于ARM的嵌入式Linux系統(tǒng)，其上的網(wǎng)絡(luò)影院客戶端基于GStreamer[6]流媒體播放框架實現(xiàn)[3]。GStreamer是一款功能強(qiáng)大的通用流媒體應(yīng)用開發(fā)框架，采用基于插件和管道的體系架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)插件間的無縫融合，為媒體播放器的開發(fā)提供了極大的便利。該云終端的硬件平臺為Hi3716CV200，它能夠支持GStreamer的框架的視頻硬解碼功能，能夠支持1080P的H.264的視頻硬解碼，完成能夠滿足組播的720P的H.264視頻格式。但由于目前的云終端方案中一般是使用百兆或千兆網(wǎng)絡(luò)，1080P視頻對網(wǎng)絡(luò)帶寬要求較高，而且720P高清視頻已經(jīng)能夠滿足實際的需求，所以在實際方案中僅使用720P高清視頻，但如果局域網(wǎng)硬件升級，能使用G級網(wǎng)絡(luò)，那也可以通過修改網(wǎng)絡(luò)影院服務(wù)端的配置文件即可支持1080P高清視頻。采用基于ARM的云終端，與X86云終端相比，不僅同樣能夠支持720P高清視頻的流暢播放，而且降低了接近50%的硬件成本。

1.2 網(wǎng)絡(luò)影院服務(wù)端關(guān)鍵代碼實現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)影院服務(wù)端需要能夠在選擇文件播放時將其進(jìn)行轉(zhuǎn)碼后再通過UDP廣播播放，流程如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)影院服務(wù)端視頻播放流程

關(guān)鍵參數(shù)為：

其功能為將視頻轉(zhuǎn)碼為H264格式，視頻大小為1280x720，幀率為25.同時將視頻輸出復(fù)制為屏幕和udp廣播，組播地址和端口為：239.1.1.1:5004。

1.3 網(wǎng)絡(luò)影院客戶端關(guān)鍵代碼實現(xiàn)

GStreamer是一個創(chuàng)建媒體應(yīng)用程序的框架，其主要用途是構(gòu)建媒體播放器。GSstreamer是基于插件的，具有任何符合規(guī)范的插件都可以方便地插入已定義的數(shù)據(jù)流管道的優(yōu)點，因此，可以簡化媒體播放器的開發(fā)流程，提高可移植性。

一個典型的基于GStreamer的媒體播放器如圖3所示。

云終端的gst-plugins-base組件包內(nèi)內(nèi)置了硬件解碼插件hicodec，并且修改了xvimagesink插件以支持視頻從SDK的VO模塊輸出。

網(wǎng)絡(luò)客戶端的播放流程如圖4所示。

2 結(jié)語

本文提出的一種基于云教室場景下實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)影院流暢播放的方法，利用局域網(wǎng)中路由器的組播功能，將音視頻流組播到學(xué)生端，從而減少網(wǎng)絡(luò)流量；教師端基于VLC開源播放器進(jìn)行定制，包括定制播放器界面、優(yōu)化編解碼參數(shù)，教師端的編碼采用標(biāo)準(zhǔn)H264流；將要播放的視頻流在學(xué)生端采用硬件進(jìn)行解碼；同時在播放過程加入音視頻同步控制播放。該方法解決云教室下網(wǎng)絡(luò)影院播放720P高清視頻流暢度低的問題，實現(xiàn)學(xué)生端播放流暢以及教師端和學(xué)生端音視頻實時同步。

圖3 GStreamer媒體播放器框架

圖4 網(wǎng)絡(luò)客戶端的播放流程

[1] 賀媛婧.“云教室”應(yīng)用模式探討[J].軟件導(dǎo)刊，2015（5）：199-201.

[2] 郭庚雄.高清視頻在“云教室”的應(yīng)用[J].計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2014（10）：221-222.

[3] 呂鵬，李莎.構(gòu)建基于VLC的網(wǎng)絡(luò)電視直播系統(tǒng)[J].電腦知識與技術(shù)，2009（7）：1705-1706.

[4] 魏紅宇.海洋環(huán)境信息云計算身份認(rèn)證技術(shù)研究[D].青島：中國海洋大學(xué)，2011.

[5] 葉競，葉水勇，陳清萍，等.云終端技術(shù)研究與系統(tǒng)建設(shè)[J].電力信息與通信技術(shù)，2015（5）：77-82.

[6] 孟凡飛，劉金海，吳宗澤.基于GStreamer的嵌入式流媒體播放器的設(shè)計[J].微計算機(jī)信息，2010（20）：31-32.

Design of network cinema system based on video transcoding and IP multicast

Yang Xiong
（Fuzhou University Zhicheng College, Fuzhou 350002, China）

The cloud classroom program is composed of “server + cloud terminal + switch + cloud classroom management platform”,the use of advanced cloud computing and virtualization technology to build cloud classroom software and hardware integration platform,not only to meet the teaching requirements of a variety of teaching software, but also to meet the smooth playback of high-de fi nition video teaching requirements. One of the “Internet Cinema” is that teachers can use VLC to play media fi les on the teacher’s machine, and students can watch the video in real time in real time without having to download video fi les on the cloud terminal. In this paper, we use VLC’s real-time video transcoding and multicasting capabilities, combined with GStreamer streaming media playback framework of cloud terminal Linux system to build a network theater system that not only supports smooth playback of 720P HD video but also unlimited video source format expand the cloud classroom program scenarios.

cloud classrooms; network cinema; VLC; video transcoding; IP multicast

楊雄（1986— ），男，福建莆田人，高級工程師，碩士；研究方向：云計算，嵌入式應(yīng)用。