交互式的視頻點播系統(tǒng)設計

周曉東 王晟

摘要：本交互式視頻點播系統(tǒng)是基于Java平臺開發(fā)的多媒體內(nèi)容管理系統(tǒng)，繼承了其安全性，跨平臺等優(yōu)良傳統(tǒng)。它集成了多站點管理、內(nèi)容模版模塊化發(fā)布管理、多服務器發(fā)布、搜索引擎優(yōu)化、流量統(tǒng)計、內(nèi)容審核流程自定義、用戶角色化管理等多項功能。不僅能處理視頻文件，還可以處理文本、圖片、Flash動畫、圖像。系統(tǒng)高效率的提高教學培訓，同時將產(chǎn)品宣傳與技術培訓的成本降低。

關鍵詞：網(wǎng)絡教學;視頻點播;系統(tǒng)設計;遠程培訓;現(xiàn)代教育

中圖分類號：TP391

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）33-0227-02

自20世紀90年代以后，Internet通訊技術突飛猛進的發(fā)展對人類日常工作和生活方式已產(chǎn)生深遠影響，同時使傳統(tǒng)的教學培訓模式面臨巨大挑戰(zhàn)。隨著21世紀教育制度的改革，網(wǎng)絡教學與培訓的開發(fā)已然成為一種新趨勢，引發(fā)教育技術界很多同仁的討論。遠程教學培訓具有多功能、多層次、多規(guī)格、多形式等特征，它是現(xiàn)代教育技術發(fā)展至今所產(chǎn)生的一種新的教學形式，其方便性、豐富性、科技性、及時性等優(yōu)勢是知識經(jīng)濟時代，終身學習的主要手段，也是現(xiàn)代教育教學必不可少的重要方式。

網(wǎng)站門戶系統(tǒng)作為現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡服務的統(tǒng)一平臺，應能直接通過該平臺實現(xiàn)用戶與企業(yè)、用戶與用戶之間的系統(tǒng)培訓和通信;它可以承載多種課程內(nèi)容，提供多種形式的點播服務，包括音頻、執(zhí)行文件、視頻、文字、課件、動畫、圖片等。教學的深度可以是基礎知識、一般技能、專業(yè)知識、課外技能。教學的內(nèi)容可以是日常教學用的多媒體教育資源、課件的備課教案、論文、電子圖書、培訓現(xiàn)場指導等等。真正讓用戶發(fā)揮更大的積極性和主動性，在不受時間和空間限制的情況下學習和共享更多的教學資源。目前，我國已有一定數(shù)量的企業(yè)培訓信息中心建立了較為完善的網(wǎng)絡基礎設施，但缺乏對教學系統(tǒng)用戶具有實際應用價值的系統(tǒng)解決方案?；脽羝屯队皟x雖然在一定程度上豐富了教學方法，但作為一種有限的輔助手段，并沒有從根本上改善傳統(tǒng)的被動式和“填鴨式”教學。而多媒體課件點播系統(tǒng)是企業(yè)教學培訓平臺上最重要的網(wǎng)絡應用之一。所以建設一套系統(tǒng)穩(wěn)定、功能強大、支持大并發(fā)流、擴展性強的多媒體課件點播系統(tǒng)對改變企業(yè)培訓教學模式，提高教學培訓效率尤為重要。

1總體設計思路

1.1采用H.264高清實時編碼技術

H.264編碼標準是ITU-T和ISO共同制定的數(shù)字視頻編碼標準。與目前普遍使用的MPEG-2編碼算法相比，在相同的質(zhì)量下，可以節(jié)省60%的存儲空間和傳輸帶寬，與MPEG-4編碼算法相比可以節(jié)省30%以上。

該系統(tǒng)基于先進的H.264實時視頻壓縮算法，可以節(jié)省更多帶寬。同時，系統(tǒng)對采集、發(fā)送、接收到的視頻進行分析處理，徹底消除了雜波和色塊。在低帶寬占用的情況下，可以達到清晰流暢的畫面和音質(zhì)，滿足會議系統(tǒng)的視頻和音頻質(zhì)量要求。

1.2支持超大規(guī)模用戶并發(fā)要求

系統(tǒng)支持集群負載均衡技術，解決單服務器下傳統(tǒng)流媒體受眾規(guī)模小的局限。利用p2p技術進行數(shù)據(jù)分發(fā)和傳輸，可以有效地支持大規(guī)模用戶（如5000多用戶）的并發(fā)訪問需求，解決現(xiàn)有網(wǎng)絡條件下的大規(guī)模實時應用。與傳統(tǒng)的c，s、b/s架構(gòu)系統(tǒng)相比，它節(jié)省了更多的帶寬和服務器資源。

2核心業(yè)務流程

vod是將一定數(shù)量的流媒體節(jié)目放置在多媒體資源庫的中心。遠程用戶通過網(wǎng)頁瀏覽相關節(jié)目的信息和內(nèi)容，通過播放器播放自己想要觀看的音頻和視頻節(jié)目。視頻點播系統(tǒng)采用集中式結(jié)構(gòu)或分布式結(jié)構(gòu)。中心生成的程序存儲在具有大磁盤列的文件服務器中。視頻點播內(nèi)容由中心管理。廣播的形式是將網(wǎng)頁嵌入到視頻和音頻窗口或彈出式廣播中的技術。類似地，音頻和視頻窗口可以縮放和支持全屏播放。此外，VOD系統(tǒng)應能使用接人網(wǎng)提供的服務管理功能來實現(xiàn)計費和認證。未經(jīng)授權的用戶不能觀看視頻點播，也不能攔截視頻點播流觀看。具體業(yè)務流程如圖1。

3高性能流媒體的技術實現(xiàn)

3.1內(nèi)存預讀緩沖技術

存在于現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中的一個主要瓶頸是磁盤I/O性能的發(fā)展遠遠落后于內(nèi)存和CPU。磁盤機械臂旋轉(zhuǎn)盤的數(shù)據(jù)定位和讀取方式?jīng)Q定了磁盤最突出的性能特點是讀寫順序好，隨機I/O不好，I/O延遲很大。

預讀取可以有效減少應用程序I/O等待時間和磁盤尋道次數(shù)，是提高磁盤I/O性能的重要優(yōu)化方法之一。預讀涉及流媒體系統(tǒng)各個方面。首先，由于視頻文件通常比較大，文件格式多樣，當用戶點播開始時會無序搜尋響應數(shù)據(jù)導致磁盤響應速度下降，當并發(fā)用戶多時尤為明顯。針對這一特點，系統(tǒng)自動根據(jù)不同格式預讀取相應索引數(shù)據(jù)，極大提升點播啟動速度。

3.2零拷貝內(nèi)核模式

傳統(tǒng)文件網(wǎng)絡傳輸在實現(xiàn)上更為復雜，需要多個上下文切換。當需要傳輸文件時，具體如下：

1）調(diào)用read函數(shù)，將文件數(shù)據(jù)復制到內(nèi)核緩沖區(qū);

2）用read函數(shù)返回，從內(nèi)核緩沖區(qū)將文件數(shù)據(jù)復制到用戶緩沖區(qū);

3）調(diào)用write函數(shù)，從用戶緩沖區(qū)將文件數(shù)據(jù)復制到內(nèi)核與socket相關緩沖區(qū);

4）從socket緩沖區(qū)復制數(shù)據(jù)到相關的協(xié)議引擎。

以上是網(wǎng)絡文件傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)讀寫方式。在該過程中，文件數(shù)據(jù)經(jīng)過了從硬盤到內(nèi)核緩沖區(qū)，從內(nèi)核緩沖區(qū)到用戶緩沖區(qū)，從用戶緩沖區(qū)到socket相關緩沖區(qū)，最后從socket相關緩沖區(qū)到協(xié)議引擎這四次復制操作。

而視頻服務系統(tǒng)的優(yōu)勢在于減少以上多次復制，提升文件數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅?。具體的過程細節(jié)如下：

1）先將文件數(shù)據(jù)復制到內(nèi)核緩沖區(qū);

21再將從內(nèi)核緩沖區(qū)復制文件數(shù)據(jù)到內(nèi)核中socket相關的緩沖區(qū);

3）最后從socket相關的緩沖區(qū)復制文件數(shù)據(jù)到協(xié)議引擎。

與傳統(tǒng)的讀寫方式相比，減少了從內(nèi)核緩沖區(qū)到用戶緩沖區(qū)，再從用戶緩沖區(qū)到socket相關緩沖區(qū)的文件復制，極大提升了整體系統(tǒng)性能。

4結(jié)束語

本系統(tǒng)用于企業(yè)遠程培訓及教學，能夠提供包括視頻、文本、圖片、Flash動畫、圖像等各種形式的網(wǎng)上點播服務?；诨ヂ?lián)網(wǎng)傳播技術的優(yōu)勢，改變了過去培訓教學用戶被動接受視頻教學的模式。真正讓用戶發(fā)揮更大的積極性和主動性，在不受時間和空間限制的情況下學習和共享更多的教學資源。該系統(tǒng)不僅有助于企業(yè)培訓教學提高效率，而且極大節(jié)省了技術培訓和產(chǎn)品宣傳的成本。