基于虛擬化技術(shù)的IPTV服務(wù)平臺的研究與設(shè)計

張新淼

關(guān)鍵詞：虛擬化技術(shù)；IPTV；數(shù)字化校園；校園視頻公共服務(wù)平臺

中圖分類號：TN949 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）02-0066-03

1 引言

隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代教育技術(shù)逐漸引入校園，網(wǎng)絡(luò)、手機、平板電腦在學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活中逐漸成為必備的工具與媒介，新興媒體的發(fā)展逐漸打破了傳統(tǒng)校園文化的格局。因教育科研網(wǎng)出口資源緊張，教育網(wǎng)或校園網(wǎng)缺少特色視頻資源和服務(wù)，很難滿足學(xué)生對新聞時政、娛樂資訊等節(jié)目收看的需求以及對本地融合通信服務(wù)的需求，學(xué)生為滿足自身對課余文化休閑的需求而轉(zhuǎn)向互聯(lián)網(wǎng)；目前，在校學(xué)生的娛樂休閑方式（基于計算機網(wǎng)絡(luò)）基本以網(wǎng)絡(luò)視頻、在線通信（QQ等）為主，其中網(wǎng)絡(luò)視頻收看時間占到網(wǎng)絡(luò)使用時間的40%～50%。不可否認(rèn)，互聯(lián)網(wǎng)節(jié)目內(nèi)容資源豐富，但低俗、不健康的節(jié)目內(nèi)容充斥其中，已成為校園文化生活的隱患，并不利于學(xué)生身心健康的培養(yǎng)；且增加了校園網(wǎng)出口帶寬壓力。因此，搭建校園視頻資源公共服務(wù)平臺將主流媒體電視資源放在學(xué)校本地，提供優(yōu)良的本地化服務(wù)，更好地解放學(xué)校網(wǎng)絡(luò)出口壓力、豐富校園文化資源、增大公共宣傳力度、降低學(xué)生娛樂生活成本，解決學(xué)生上網(wǎng)體驗差、非法視頻泛濫等難題。

2 校園視頻資源公共服務(wù)平臺核心技術(shù)

2.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化是硬件底層系統(tǒng)抽象化的概念，該技術(shù)能夠解決物理上設(shè)備隔離及資源不足等種種問題。通過虛擬化技術(shù)，可以很輕松地消除服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備等資源的物理局限，是提升數(shù)據(jù)中心資源利用率的又一大關(guān)鍵技術(shù)。在此校園視頻資源公共服務(wù)平臺應(yīng)用了虛擬化技術(shù)，搭建底層硬件平臺。當(dāng)虛擬機出現(xiàn)故障時，通過VMware VMotion可以實現(xiàn)虛擬機的動態(tài)遷移保證視頻業(yè)務(wù)不間斷。構(gòu)建了八臺虛擬機，用于IPTV建設(shè)，其中三臺實現(xiàn)頻道視頻采集編碼和推送功能，四臺提供流媒體服務(wù)，剩余一臺實現(xiàn)認(rèn)證對接和數(shù)據(jù)備份服務(wù)。該虛擬資源管理軟件與由廣電授權(quán)的SDK接口對接，通過虛擬化管理系統(tǒng)進行實時監(jiān)控資源應(yīng)用情況，同時，由該軟件可以拓展視頻資源平臺的部署數(shù)量，科學(xué)有效地突破傳統(tǒng)校園視頻平臺的局限性，虛擬化管理平臺進行統(tǒng)一管理，使得負(fù)載的每臺服務(wù)器承擔(dān)不同的任務(wù)、扮演不同的角色，進而實現(xiàn)了服務(wù)器的負(fù)載均衡，滿足了學(xué)生的需求，有效緩解服務(wù)器壓力，方便后期增加虛擬主機，管理上更便捷。

2.2 流媒體技術(shù)

無限流媒體核心服務(wù)系統(tǒng)AMS（Any Media Serv?er）是一種完整的基于點對點網(wǎng)絡(luò)的音視頻資源運行平臺，含音視頻直播子系統(tǒng)、音視頻點播子系統(tǒng)、音頻廣播系統(tǒng)及音視頻剪輯等子系統(tǒng)，為校園網(wǎng)用戶提供完整的流媒體文件制作、音視頻點播、現(xiàn)場視頻直播，流媒體文件廣播等服務(wù)，幫助校園網(wǎng)用戶快速高效地建設(shè)網(wǎng)絡(luò)的音視頻資源運行平臺。流媒體系統(tǒng)AMS采用強勁的高性能視頻泵作為核心視頻引擎，單機并發(fā)30000名用戶，并可通過服務(wù)器虛擬機集群方式部署負(fù)載均衡，無縫遷移和資源無限擴容，充分地保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高性能，也為我校后期開發(fā)更加復(fù)雜、更人性化的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)；AMS 既支持自帶APP的接收，又支持所有主流媒體格式（MP4、MP3、MKV、AVI、ASF、WMV、WMA、RMVB、FLV、MOV 等）的在線點播，支持文檔文件（Word、Excel、PowerPoint、PDF、Flash 以及GIF 等）格式的在線閱讀；可獲取AMS、HTTP、RTMP、RTSP 和HLS 等協(xié)議的音視頻流作為源進行直播分發(fā)；所以除了傳統(tǒng)的PC接收方式外，智能手機、Android機頂盒和平板電腦等都可以流暢接收播放。具體到天津師范大學(xué)數(shù)字化校園平臺，視頻可選擇WMV9、H264。碼流范圍1kbps 至15000kbps可調(diào)，默認(rèn)為500kbps，直接輸入數(shù)字設(shè)置或可拖動滑塊設(shè)置；標(biāo)清720×576推薦500至800kb?ps，高清1280×720推薦1000至2000kbps，高清1920×1080推薦2000至3000kbps；音頻范圍8kbps至128kb?ps選擇，默認(rèn)為64kbps，可選擇MP3、WMA、AAC壓縮編碼器[1]。

3 校園視頻資源公共服務(wù)平臺設(shè)計

利用先進成熟的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與視頻技術(shù)將天津廣播電視網(wǎng)絡(luò)有限公司的直播信號引入高校，充分發(fā)揮學(xué)校網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用價值和廣電在資源、技術(shù)上的優(yōu)勢，把握高校資源建設(shè)的時代特征和全媒體時代校園文化的建設(shè)需求，遵循科學(xué)合理的管理制度和完善通用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)接口，集成各類數(shù)據(jù)資源，構(gòu)建可擴展、易于維護的、安全、穩(wěn)定和流暢的校園視頻資源公共服務(wù)平臺。校園視頻資源公共服務(wù)平臺部署在校園網(wǎng)絡(luò)圖書館匯聚交換機核心節(jié)點上，使用學(xué)生學(xué)號和姓名進行統(tǒng)一身份認(rèn)證，學(xué)生通過學(xué)號即可通過校園網(wǎng)用戶賬號密碼登錄訪問該系統(tǒng)，免費收看電視節(jié)目，拓展高校思想政治教育資源，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)出口帶寬，為廣大師生提供簡單快捷的綜合服務(wù)。

3.1 校園視頻資源公共服務(wù)平臺硬件設(shè)計

校園視頻資源公共服務(wù)系統(tǒng)平臺的搭建包括硬件設(shè)備搭建和軟件平臺部署。硬件包括光電分離器、分支分配、解碼器、直播編碼器、流媒體服務(wù)器、Web 和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、綜合管理服務(wù)器等設(shè)備的安裝連接[2]。

3.2 校園視頻資源公共服務(wù)平臺軟件設(shè)計

校園視頻資源公共服務(wù)平臺采用基于三層B/S架構(gòu)，主要包括資源訪問層、服務(wù)提供層和數(shù)據(jù)持久層。

資源訪問層：主要負(fù)責(zé)保持客戶端和應(yīng)用程序虛擬機的會話狀態(tài)、驗證師生統(tǒng)一身份認(rèn)證信息、分配用戶權(quán)限（系統(tǒng)管理員、師生用戶和系統(tǒng)審計管理員）和管理會話；另外識別來自不同終端的設(shè)備，對其進行標(biāo)識并作適配；完成將客戶端請求過濾和轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)提供層相應(yīng)的服務(wù)上。

服務(wù)提供層：負(fù)責(zé)平臺業(yè)務(wù)的實現(xiàn)，主要有基本設(shè)置管理服務(wù)、視頻資源服務(wù)、電視直播的服務(wù)、查詢服務(wù)、資費管理服務(wù)、用戶行為管理服務(wù)、熱點數(shù)據(jù)緩存服務(wù)等[3]。

數(shù)據(jù)持久層：數(shù)據(jù)持久層為文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫與業(yè)務(wù)系統(tǒng)通信的接口。通過數(shù)據(jù)持久層完成對數(shù)據(jù)庫、文件服務(wù)器等對象的訪問，也會將用戶更新的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫或文件服務(wù)器上。

校園視頻資源管理與服務(wù)的功能體系劃分為五大部分，其中底層支撐部分為基礎(chǔ)功能模塊，支撐上層應(yīng)用型功能；內(nèi)容管理為平臺核心功能，實現(xiàn)直播的各項功能和視頻資源的各項功能；用戶管理為整個系統(tǒng)的用戶基礎(chǔ)，包括跟用戶相關(guān)的統(tǒng)一身份認(rèn)證以及互動性功能；基本設(shè)置性功能是視頻資源公共服務(wù)門戶的標(biāo)準(zhǔn)配置；而多平臺適配是根據(jù)多平臺使用的需求對各部分功能在各個終端進行相應(yīng)適配，保證在多終端使用體驗良好[4]。如圖1所示。

3.3 數(shù)據(jù)集成與分布式存儲設(shè)計

數(shù)據(jù)是系統(tǒng)的根本與源泉。數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與穩(wěn)定對整個系統(tǒng)至關(guān)重要，數(shù)據(jù)集成與數(shù)據(jù)存儲方式是必須要考慮的，因此，本系統(tǒng)用戶數(shù)據(jù)與電視直播內(nèi)容與我校統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺進行了對接。

數(shù)據(jù)集成：本系統(tǒng)用戶數(shù)據(jù)來源于校園網(wǎng)用戶身份信息系統(tǒng)，可保證用戶數(shù)據(jù)的真實準(zhǔn)確，通過數(shù)據(jù)庫連接或數(shù)據(jù)采集形式獲得數(shù)據(jù)，經(jīng)過清洗轉(zhuǎn)化后保存到數(shù)據(jù)庫中，作為整個系統(tǒng)的用戶基礎(chǔ)。

電視直播播放器獲得轉(zhuǎn)碼后的IP信號，為保證能夠在Web網(wǎng)站直接播放電視頻道，將電視直播播放器與網(wǎng)站前端集成，并嵌入資費認(rèn)證的相關(guān)控制功能，以保證播放流暢，資費規(guī)則運轉(zhuǎn)正常。

電視信號的緩存及重播功能設(shè)計。在校園視頻資源應(yīng)用中，除需要提供直播服務(wù)之外，還需要進一步考慮因教學(xué)科研時間安排與視頻直播沖突所導(dǎo)致的視頻資源重播問題，針對實時廣電視頻信號，本系統(tǒng)提供為期7天的視頻直播信號緩存及重播功能，經(jīng)系統(tǒng)認(rèn)證的用戶可隨時通過瀏覽并點播緩存的視頻資源實現(xiàn)對重要電視內(nèi)容的重播與回放。

分布式數(shù)據(jù)存儲：為降低系統(tǒng)負(fù)載并提升數(shù)據(jù)管理的有效性，本項目采用分布式數(shù)據(jù)存儲的設(shè)計思想，應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，而圖片、視頻等資源存放于單獨的文件服務(wù)器，以降低應(yīng)用服務(wù)器的負(fù)載，提供系統(tǒng)效率。熱點資源或數(shù)據(jù)存放于緩存數(shù)據(jù)庫中，以提高命中率，降低服務(wù)器負(fù)擔(dān)。

數(shù)據(jù)庫可根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)模擴展為集群形式，主從數(shù)據(jù)庫同步的實現(xiàn)原理是基于快照的事務(wù)復(fù)制，主數(shù)據(jù)庫生成快照，從數(shù)據(jù)庫讀取并加載該快照，然后不停地從主數(shù)據(jù)庫復(fù)制事務(wù)日志并執(zhí)行，從而實現(xiàn)主從數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)同步。數(shù)據(jù)庫集群能夠提高訪問效率，方便數(shù)據(jù)存儲與備份。更加安全與穩(wěn)定。

文件服務(wù)器主要功能是將文件資源如視頻等從應(yīng)用服務(wù)器剝離，獨立成為文件服務(wù)器，提供文件上傳、下載、壓縮等功能。

數(shù)據(jù)緩存服務(wù)器：將熱點數(shù)據(jù)緩存于數(shù)據(jù)緩存服務(wù)器，供全局使用，提高系統(tǒng)查詢速度，負(fù)擔(dān)數(shù)據(jù)庫、文件服務(wù)器壓力[5]。

3.4 校園視頻資源公共服務(wù)平臺移動端設(shè)計

校園TV主界面包括直播、點播和精品三個模塊，直播頁面顯示的是后臺上傳的非精品上線且在播放時間的直播頻道，向上滑動列表可以顯示“查看更多”，點擊后，如果有更多節(jié)目，可以顯示更多的直播頻道，點擊直播的頻道圖標(biāo)，頁面跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的直播頻道播放頁面，在直播的播放頁面，點擊左上角的小鎖，頁面會鎖定橫屏模式，點擊左下角的收藏按鈕，彈出提示框，提示收藏成功，頁面上顯示文字會變成“取消收藏”。

點播頁面顯示的是后臺上傳的非精品上線且在播放時間的點播節(jié)目，向上滑動列表可以顯示“查看更多”，點擊后，如果有更多節(jié)目，可以顯示更多的直播頻道；點擊搜索，輸入要觀看的節(jié)目名稱，如果搜索到可以顯示出來。頁面分類顯示了視頻的圖片，點擊“電影、綜藝、電視劇”等分類，頁面會跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的分類頁面下顯示節(jié)目的詳情頁面。例如，點擊電視劇圖片，顯示對應(yīng)節(jié)目詳情頁面，頁面上會顯示對應(yīng)的集數(shù)，選擇一集，頁面會播放當(dāng)前選擇集的視頻；點播節(jié)目的詳情頁面，點擊向右的按鈕，頁面跳轉(zhuǎn)到節(jié)目的簡介頁面；點擊第幾集就播放第幾集，播放哪集，哪集的集數(shù)高亮顯示。點擊播放，頁面跳轉(zhuǎn)到播放頁面。播放頁面播放時先播放一會兒廣告，廣告之后播放點播視頻。在點播的播放頁面，點擊左上角的小鎖，頁面會鎖定橫屏模式，點擊左下角的收藏按鈕，彈出提示框，提示收藏成功，頁面上顯示文字會變成“取消收藏”。點擊下面的暫停按鈕，頁面會有暫停廣告圖片顯示，點擊快進/快退按鈕，視頻會快進/快退15s。播放頁面的右上角顯示的是當(dāng)前的時間，與手機顯示的時間同步。

精品頁面包括精品直播和精品點播，顯示的是后臺上傳的精品上線且在播放時間的直播頻道和點播節(jié)目。點擊精品直播的“更多”按鈕，頁面跳轉(zhuǎn)到精品直播頻道列表；點擊精品點播的“更多”按鈕，頁面跳轉(zhuǎn)到精品點播節(jié)目列表。點擊直播的頻道圖標(biāo)，頁面跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的直播頻道播放頁面；點擊點播的節(jié)目圖片，頁面跳轉(zhuǎn)到節(jié)目的詳情頁面，之后操作與直播/點播操作一致。

4 實施效果

校園視頻資源公共服務(wù)平臺整合直播、點播等多種媒體形式，直播視頻資源：CCTV-1、CCVT-2、CCTV-3、CCTV-4、CCTV-5、CCTV-6、CCTV-7、CCTV-8、CCTV-9、CCVT-10、CCTV-新聞、天津衛(wèi)視、湖南衛(wèi)視、浙江衛(wèi)視、江蘇衛(wèi)視、東方衛(wèi)視、北京衛(wèi)視等，共計30個頻道，其中：CCTV-1、CCTV-5、CCTV-8、湖南衛(wèi)視為高清頻道，其他頻道為標(biāo)清。精品點播還包含了豐富的多媒體教學(xué)課件。平臺不僅使電視這一主流媒體逐步覆蓋校園，而且豐富了學(xué)生的娛樂文化生活、增加了學(xué)校公共宣傳、思想政治教育和學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識的途徑。