高等院校高清視頻直播系統(tǒng)的構(gòu)建

王志獻(xiàn) 薛宗瓏 部洪超 薛瑞 葉紅

【摘要】視頻直播在高等院校中的發(fā)揮著越來越重要的作用，因此，構(gòu)建一套適合學(xué)校需要的高清視頻直播系統(tǒng)至關(guān)重要，本文介紹了利用組播技術(shù)和虛擬機(jī)技術(shù)構(gòu)建校園高清視頻直播系統(tǒng)的方法。

【關(guān)鍵詞】高清 視頻直播 構(gòu)建

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，高等院校已經(jīng)普遍實(shí)現(xiàn)了主干千兆百兆到桌面，甚至是萬兆主干，千兆到桌面的高速網(wǎng)絡(luò)。視頻具有形象直觀，表現(xiàn)力強(qiáng)，是其他媒體無法替代的。所以，利用先進(jìn)的流媒體技術(shù)來開展網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)，網(wǎng)絡(luò)電視，視頻會(huì)議等應(yīng)用，具有非常大的實(shí)用價(jià)值，也是數(shù)字化校園建設(shè)不可或缺的組成部分。視頻直播在教學(xué)中可以將教學(xué)名師的現(xiàn)場(chǎng)講授傳送到其他教室或和個(gè)人電腦終端，使更多人的不受空間的限制，卻能一起聽同一堂課?？梢詫W(xué)術(shù)報(bào)告通過視頻直播，傳送到千萬個(gè)電腦終端，使更多的人，聆聽專家的報(bào)告。

一、現(xiàn)狀分析

我校在2004年購(gòu)入一套商業(yè)化視頻直播軟件，但因?yàn)楫?dāng)時(shí)的技術(shù)水平限制，圖像分辨率是標(biāo)清，圖像清晰度差，對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求高，運(yùn)行不穩(wěn)定。隨著技術(shù)電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和視頻編碼技術(shù)的發(fā)展，原有的系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足新時(shí)代對(duì)圖像清晰度的需要。所以急需一套圖像清晰度高，能滿足大帶寬，高并發(fā)的適應(yīng)學(xué)校需要的系統(tǒng)。

二、高清視頻直播系統(tǒng)的構(gòu)成

高清直播系統(tǒng)主要由視頻采集端、編碼器和視頻服務(wù)器組成，如圖1所示。

采集端有攝像機(jī)、話筒、視頻切換臺(tái)、調(diào)音臺(tái)以及燈光等設(shè)備組成。攝像機(jī)拍攝到的圖像信號(hào)，通過視頻切換臺(tái)，進(jìn)行鏡頭的切換和選擇，話筒采集到的音頻信號(hào)送到調(diào)音臺(tái)進(jìn)行聲音的混合和放大等處理。調(diào)音臺(tái)輸出的視頻信號(hào)和調(diào)音臺(tái)輸出的音頻信號(hào)一起送到編碼器。編碼器是一種將視頻信號(hào)和音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為流媒體的軟硬件設(shè)備，既有硬件的編碼器，也有通過采集卡、電腦和相應(yīng)的編碼軟件組成的編碼器。相對(duì)來說，后一種方式更經(jīng)濟(jì)和靈活。編碼器輸出的流媒體數(shù)據(jù)流，通過網(wǎng)絡(luò)推送到服務(wù)器，由服務(wù)器進(jìn)行發(fā)布和為用戶提供視頻服務(wù)。用戶通過服務(wù)器提供的鏈接就能看到直播現(xiàn)場(chǎng)的圖像了。

三、高清視頻直播系統(tǒng)的設(shè)備選型

攝像機(jī)應(yīng)該配置3到4臺(tái)，選用具有HD-SDI接口的專業(yè)攝像機(jī)，SDI是數(shù)字分量串行接口的首字母縮寫，這種接口具有連接簡(jiǎn)單，傳輸距離遠(yuǎn)，圖像質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)。而HD-SDI接口是一種廣播級(jí)的高清數(shù)字輸入和輸出端口，其中HD表示高清信號(hào)。HD-SDI接口采用同軸電纜，以BNC接口作為線纜標(biāo)準(zhǔn)，有效距離為100M。

視頻切換臺(tái)，我們選用了索尼公司的無線傳播工作站AWS-750，它包括視頻切換臺(tái)、流媒體編碼器、錄像機(jī)、調(diào)音臺(tái)、字幕機(jī)、遙控?cái)z像機(jī)控制器并支持多個(gè)監(jiān)視器。使用內(nèi)部 SSD 可以錄制長(zhǎng)達(dá)十小時(shí)的視頻和音頻，創(chuàng)建圖形元素并將其添加到圖像中，控制連接的遙控 PTZ 攝像機(jī)（平移、俯仰和變焦），執(zhí)行多種效果和劃像以增強(qiáng)制作功能，并通過Internet即時(shí)串流輸出。此外，還提供全功能六聲道調(diào)音臺(tái)，以制作獨(dú)立的音頻混合。

話筒我們選用了索尼公司的無線套裝UWP-D11，具有性能穩(wěn)定，音質(zhì)好，傳輸距離遠(yuǎn)，而且具有LINE音頻傳輸功能，簡(jiǎn)化了操作，方便了工作。

編碼器采用具有HD-SDI接口的USB高清視頻采集卡，筆記本電腦安裝編碼軟件，來實(shí)現(xiàn)視音頻信號(hào)到流媒體的轉(zhuǎn)換。

四、服務(wù)器的安裝和調(diào)試

本系統(tǒng)的安裝和調(diào)試主要是編碼器和服務(wù)器。服務(wù)器使用windows操作系統(tǒng)的主機(jī)上，安裝虛擬化軟件，我們采用的是Vmware。新建虛擬機(jī)打開新建虛擬機(jī)向?qū)В渲妙愋皖愋瓦x擇“典型”，安裝來源選擇“稍后安裝操作系統(tǒng)”?？蛻魴C(jī)操作系統(tǒng)選擇Windows server 2008 x64。

然后點(diǎn)擊自定義自定義硬件，內(nèi)存和處理器，可以根據(jù)需要設(shè)置。這里我們內(nèi)存設(shè)為2G，處理器設(shè)置為使用2個(gè)核心。點(diǎn)擊確定，這樣虛擬機(jī)就設(shè)置好了。

添加發(fā)布點(diǎn)。右鍵點(diǎn)擊發(fā)布點(diǎn)，打開發(fā)布點(diǎn)添加向?qū)?，為發(fā)布點(diǎn)起一個(gè)名字，添加一個(gè)廣播發(fā)布點(diǎn)，內(nèi)容類型選擇編碼器。編碼器URL填寫Push：*，意思是編碼器推流傳遞。這樣服務(wù)器就設(shè)置完成了，等到編碼器安裝調(diào)試好以后，推送成功后，再運(yùn)行公告向?qū)?，完成web頁(yè)面的生成。

五、編碼器的安裝和調(diào)試

我們利用windows media編碼器和windows media services配合完成高清視頻的直播。在筆記本上安裝USB高清視頻采集卡的驅(qū)動(dòng)程序，然后安裝Windows media編碼器，安裝完成后，打開編碼器，新建一個(gè)會(huì)話，選擇廣播實(shí)況事件。在設(shè)備選項(xiàng)選擇視頻采集卡和聲卡，然后配置視頻采集卡，根據(jù)需要調(diào)節(jié)圖像分辨率和幀率，配置聲卡，選擇音頻輸入端口和調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的強(qiáng)弱。廣播方法選擇推送到服務(wù)器，在服務(wù)器和發(fā)布點(diǎn)填寫視頻服務(wù)器的IP地址和端口，以及發(fā)布點(diǎn)的名稱。在編碼選項(xiàng)里，根據(jù)需要選擇視頻的分辨率和編碼的碼率，點(diǎn)擊完成，這樣編碼器就設(shè)置好了。

六、結(jié)語(yǔ)

這套高清視頻直播系統(tǒng)經(jīng)過2年多的使用，運(yùn)行穩(wěn)定，圖像清晰，在學(xué)校110周年校慶、開學(xué)典禮、畢業(yè)典禮和各種學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)中發(fā)揮了重要作用。但它只支持微軟的系統(tǒng)，不能在安卓手機(jī)和蘋果手機(jī)上進(jìn)行收看，具有一定的局限性。今后，我們會(huì)繼續(xù)研究和探索，構(gòu)建一套能夠滿足桌面和移動(dòng)終端的高清視頻直播系統(tǒng)，來更好地為學(xué)校的教學(xué)、科研服務(wù)。

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