1、四、北京广播电视大学昌平分校数据网络概述 8（一）北京广播电视大学现有网络结构 8五、VOD视频点播技术在北京广播电视大学昌平分校的应用 9（一）、VOD视频点播系统逻辑结构 9（二）、VOD视频点播系统设备选型 10（三）、VOD视频点播系统的分析与设计 11（四）VOD视频点播系统的实现 20（五）、音视频编解码方法 27（六）、资源管理 27（七）、流量计算 28（八）、网络安全措施 28六、方案评估 29致谢 31参考文献 32一 绪论（一）研究背景国家现代远程教育的发展，以及Internet技术和卫星宽带传输工程的实施为我国现代远程教育的发展奠定了深厚的基础。广播电视大学是一个由教育
2、部批准组织实施“人才培养模式改革和开放教育试点”的办学系统，是一所以现代电子信息技术为主要手段，采用广播、电视、文字、音像教材、计算机和网络等多种媒体进行远程教学的开放性高等学校。这种开放教育就是基于计算机网络技术基础上的现代远程教育。近年来，随着现代远程教育技术和计算机网络技术的飞速发展，作为世界上最大的远程教育教学系统，广播电视大学的教学模式己经发生了深刻的变化。目前已经发展成为我国现代远程教育的主干力量。特别是2010年，中央广播电视大学提出了建设中央开放大学的口号，目前北京广播电视大学昌平分校也正在追随中央广播电视大学的步伐，积极致力于建设开放大学的努力之中。本项目结合我校现有的计算机
3、硬件设备和网络环境，设计开发了北京市广播电视大学VOD （video on Demand）视频点播系统该系统的实现,对于我校具有较为重要的意义，它解决了“电大在线”远程教学平台在视频上传浏览功能上的欠缺,为学员搭建了一个更为高效、顺畅的视频浏览学习平台。本项目实现之后,教师打破了“电大在线”远程教学平台在视频上传上的瓶颈,同时学员可以在一个统一的平台上学习更为丰富、集中的视频资源。该项目的实现,使大量视频学习资料有了一个统一的平台,大大丰富了我校的网上教学,极大地提高了学员进行网上学习的兴趣和积极性。在当前北京广播电视大学昌平分校建设开放大学的大背景下,该系统的实现显得尤为重要。二、VOD技术
4、综述VOD（视频点播Video on Demand）即按需要的视频流播放，是近年来新兴的传媒方式，是计算机技术、网络通信技术、多媒体技术、电视技术和数字压缩技术等多学科、多领域融合交叉结合的产物。视频点播是90年代在国外发展起来的，目前我国一些城市在小范围内已有试验性的视频点播系统。视频点播系统主要由控制中心的大型计算机服务器、传输及交换网络、用户端的接收机顶盒或计算机组成。当用户发出点播请求时，该计算机服务器就会根据点播信息，将存放在节目库中的影视信息检索出来，合成一个个视像数据流，通过高速传输网络送到用户家中。对用户而言，只需配备相应的多媒体电脑终端或者一台电视机和一个机顶盒、一个视频点播
5、遥控器。VOD技术使人们可以根据自己的兴趣，不用借助录像机、影碟机、有线电视而在电脑或电视上自由地点播节目库中的视频节目和信息，是可以对视频节目内容进行自由选择的交互式系统。视频点播业务是交互型的多媒体调用业务，用户通过它可以获取影视节目、社会服务信息等影视服务，还可以对节目实现编辑与处理（倒退、暂停、搜索等等）。视频点播系统可以接收多位用户同时点播同一节目，互相没有冲突。形象地说，使用视频点播业务就如同在自己的影碟机或录像机上看节目一样方便，并且视频点播向用户提供的服务内容将远远超过普通录像带的内容，如用户甚至可以用视频点播系统浏览Internet网络，收发电子邮件等等。VOD的本质是信息的
6、使用者根据自己的需求主动获得多媒体信息，它区别于信息发布的最大不同：一是主动性、二是选择性。从某种意义上说这是信息的接受者根据自身需要进行自我完善和自我发展的方式，这种方式在当今的信息社会中将越来越符合信息资源消费者的深层需要，可以说VOD是信息获取的未来主流方式在多媒体视音频方面的表现。VOD的概念将会在信息获取的领域快速扩展，具有无限广阔的发展前景。传统的电视系统信息单向传送，用户只能被动接收。而VOD（Video On Demand），即视频点播，也称交互式电视点播系统是以“用户自主”的崭新概念为基础的双向视音频信息系统，实现了按用户需要播放视音频节目的愿掣。VOD是未来信息高速公路构架
7、的重要组成部分，也是未来信息服务中宽带业务的灵魂。该技术是计算机技术、网络通信技术、多媒体技术、电视技术和数字压缩技术等多学科、多领域融台交叉结合的产物。它是一个基于多媒体网络的应用，图1为视频点播系统硬件结构图。视频点播系统的硬件核心由4部分组成，即视频点播服务器、Web服务器、数据库服务器和硬盘阵列。图 2-1VOD技术不仅可以应用在电信的宽带网络中，同时也可以应用在小区局域网及有线电视的宽带网络中。如今在建设智能小区过程中，计算机网络布线已成为必不可少的一环，小区用户可以通过电脑、电视机（配机顶盒）等方式实现VOD视频点播应用，丰富了人们的文化生活；有线电视经过双向改造，可以让广大的电视
8、用户通过有线电视网点播视频节目。视频点播的工作过程为：用户在客户端启动播放请求,这个请求通过网络发出,到达并由服务器的网卡接收,传送给服务器。经过请求验证后,服务器把存储子系统中可访问的节目名准备好,使用户可以浏览到所喜爱的节目菜单。用户选择节目后,服务器从存储子系统中取出节目内容,并传送到客户端进行播放。通常,一个“回放连接”定义为一个“流”。采用先进的“带有控制的流”技术,支持将上百个高质量的多媒体“流”传送到网络客户机。客户端可以在任何时间播放存在服务器视频存储器中的任何多媒体资料。客户端在接收到一小部分数据时,便可以观看所选择的多媒体资料。这种技术改进了“下载”或简单的“流”技术的缺陷
9、,能够动态调整系统工作状态,以适应变化的网络流量,保证恒定的播放质量。VOD的最初出现是为了更好的满足用户对自主收看视频节目的需求，但是随着VOD技术的不断进步，其广泛的应用对大众文化和商业运作模式都将产生强烈的影响。 VOD不仅可以为终端用户提供多样化的媒体信息流，来扩大人们的信息渠道，丰富人们的精神生活；而且在医院、宾馆、飞机等场所的娱乐，公司的职员培训、远距离市场调查、公司的广告业务等领域将逐渐充斥着VOD技术的全新应用。视频服务系统（VOD）具有以下鲜明特点： 采用客户端/服务器模式，拥有完整的视频服务系统包括：独立视频服务器、网络视频流传输控制系统、应用管理系统、独立客户端解码器。完
10、全模块化设计视频服务器采用独立服务器方式，大大提高了服务器的性能，保证了视频服务器的安全性和保密性。支持各种国际标准和国际主流的视频音频格式MPEG1、VCD、SVCD、AVI、MPEG2、DVD、VOB、MPG、MPEG4、DIVX、ASF、WMV、RM、QUICKTIME、MP3、CD、MIDI、WAV、RA、AU等视音频格式。支持各种课件点播文本、图片、程序文件、动画（如FLASH）、超文本、POWERPOINT文件等。 支持单路或多路MPEG流的广播、直播、转播和录播；可截取视频、音频或视音频片段、一个画面/声音。采用智能适应流传输协议在数据传输过程中，点播端并非每时每刻占用固定网络带
11、宽，保证了流媒体服务器总带宽资源的充分利用。提供“集中式”和“分布式”两种服务系统构架支持服务器多网卡数据输出；采用“分布式”架构体系，多台服务器能大量并发同一或不同数据流，能自动实现负载均衡。采用多线程处理机制充分利用中央处理器的资源，并对内存、硬盘、网卡及服务器总I/O出口进行了优化，使得本VOD系统对系统资源的占用率比同类软件要低得多。支持多种操作系统兼容WINDOWS、LINUX、UNIX等网络操作系统和目前国际主流的数据库。可基于IP网、ATM网等网络环境提供本地或远程视频服务；支持在Cable Modem、XDSL、ISDN、DDN、帧中继等接入中应用。完善的用户权限管理支持用户组
12、管理（一个用户可同时属于各种逻辑组）、用户权限管理（用户具有特定权限）和用户带宽分配管理（给用户分配一定带宽）。支持内容组管理，内容和组之间是一对多关系，便于使用；节目信息的拖动和复制，以“资源管理器”的方式操作，简单、方便、快捷；能单个节目处理和批量节目处理。能自动识别节目格式类型、节目时长、节目码率等；具有强大的节目检索和查询功能；支持自动统计节目点播率、点播排行榜、统计计费等。支持对服务器进行时间段设置管理、总输出带宽管理、输出节目码率管理等；能实时对服务器和用户进行在线监控管理，对在线用户发送和广播消息。系统具有双重网络视频服务安全认证策略，即应用层认证和服务器核心认证。应用层认证通过
13、用户名和密码确认；服务器核心认证包括IP地址和用户名的优先权以及权限级别安全确认。采用标准格式存储数据支持视频数据的分布存储，可对不同磁盘实行分盘存储，也可集中多块盘片通过RAID技术方式存储，以减少磁盘寻道时间，提高数据的访问速度。客户端操作简单，基于WEB方式浏览访问。播放时能够及时响应拖动、暂停、快进、快退、静音、绝对定位、平衡调整、音量整播放等常用的标准控制。可以设定播放顺序、随机播放及循环播放，调整播放速率，播放慢动作和快动作。功能介绍本视频服务系统作为最新一代完整的流媒体服务系统，具有以下非常完善的核心应用和管理应用功能。核心应用功能 视频点播：客户终端能够在远程或局域网里随意自由
14、地点播各种流媒体格式的视音频节目。课件点播：客户终端能够在远程或局域网里随意自由地点播各种文本、图片、动画、执行程序等课件节目。视频广播：能够对已存储的视频向远程或本地的所有用户进行广播。客户端只要联网在线，均能接收到广播节目。视频直播：能够对来自其它外来的视频源进行实时采集、录制并实时向远程或本地的所有用户进行直播。客户端只要联网在线，均能接收到直播节目。三、用户需求分析目前,北京市电大系统的网上教学主要是通过“电大在线”远程教学平台实现的。中央电大、各省级电大、地市级电大及旗县级教学点都拥有自己的一套独立运行的“电大在线”远程教学平台,并通过各自的“电大在线”远程教学平台组织日常的网上教学
15、活动。作为一项常规工作,每年的12月份,中央广播电视大学通过各省级电大的远程教学平台对北京市44家省级电大及其所辖下级电大的教学组织情况、教师的导学工作以及学生的学习情况等进行年度检查,以便掌握北京市电大系统的教学状况,并最终形成反馈意见,促进北京市电大系统的建设。因此,目前“电大在线”远程教学平台在整个电大系统内发挥着不可替代的作用。“电大在线”远程教学平台运行己有十多年的时间,在北京市电大系统的建设和发展中发挥了重要作用然而,虽然经过了数次升级，“电大在线”远程教学平台依然存在着比较多的问题,特别是在视频资源上传浏览这一功能上,其问题相对比较明显。随着网络传输速度的提高和计算机性能的不断提
16、升,学习者对于网络媒体多样性的需求日益增加。学习者己经厌烦了千篇一律的文字资料,而视频以其直观、形象的特点,越来越为学习者所需要。伴随着学习者视频学习需求的增加,“电大在线”远程教学平台在这一方面的问题也随之越来越被突显出来。目前,我校的视频资源越来越丰富,这其中主要包括远程教育技术中心录制科每年自己制作的视频课程、每年购买的视频资源、中央电大的IP课件以及其它院校的一些共享视频课程,这些视频资源急需一个统一的发布点进行发布,以便学员能够轻松地进行个性化学习。因此,改进“电大在线”远程教学平台在视频学习方面存在的问题,建设一个高效的网上视频学习系统势在必行。四、北京广播电视大学昌平分校数据网络
17、概述（一）北京广播电视大学现有网络结构目前,北京市广播电视大学校园网实现了千兆光纤接入,百兆交换到用户桌面,实现了电信、联通、教育科研网三网互融。VOD视频点播系统目前在我校校园网内网运行,主要是学员在机房集中上课时使用,其并发量相对不是很大,因此我校目前的网络状况完全能够满足该系统的运行需求,学生在浏览视频学习资料时,可以保证做到快速、顺畅。五、VOD视频点播技术在北京广播电视大学昌平分校的应用（一）、VOD视频点播系统逻辑结构系统要求能为视频节目的“制作”、“发布”与“点播”提供完全解决方案。并建立涵盖“客户”、“数据”和“管理”3个层面的基于互联网的视频点播应用平台。具体功能如下：（1）
18、制作功能：能将 捌好的模拟信号视频节日转换成Real格式的流媒体文件。（2）发布功能：能通过耵P的方式将视频文件上传至远端的视频点播服务器。（3）点播功能：能为蜕众提供操作方便、结构清晰、外观时尚的点播平台。（4）客户层面：为观众提供节目内容简介和旧期节目重播等功能（5）数据层面：建立可靠的视频文件库和视频信息库，为用户点播、管理员查询和资料归档提供支持。（6）管理层面：建立易于操作的后白维护系统，可为电视中心管理人员提供新闻发布、编辑信息、删除旧档等功能在对用户的需求进行调研后，将视频点播系统从下至上划分为“管理层”、“数据层”和“客户层”3层结构（见图2）图 5-1 视频点播系统逻辑结构其
19、中，最低层管理层卡要解决廿日制作、发布和维护等功能，操作对象足电视中心的管理员。具体功能包括上传制作完成的视频文件、节目分类管理以及管理员根据需要添加、修改和删除视频节目的基本信息（如节目期号、发布时间、内容简介等）的功能。中间层数据层土要由“视频信息库” 和“视频文件库”两部分组成。用以储存视频文件和信息。其中，视频信息库用于储存视频节目的各类相关信息。视频文件库用于储存视频节目的视频文件。最上层客户层的设计服务对象是收看节目的观众，所以客户层界面设计必须考虑到心用操作简便、分类明确的要求。主要功能包括在线收看（用户可进行播放、暂停、全屏等操作）、旧期节目重播（用户根据需要重播旧期节目视频档
20、案）以及节目内容简介功能（便F用户了解节日内容，收看自己感兴趣的节目）等。（二）、VOD视频点播系统设备选型目前,北京市广播电视大学正积极致力于建设开放大学的努力之中,校领导相当重视我校的网上教学,因此对于我们在硬件方面的投入力度也相对比较大学校先后投入资金购进了大量网络产品,大大优化了学校的基础设施建设,改善了网上教学环境目前我校使用的较新的服务器基本都是工BM系列的,主要用作学校主站服务“电大在线”，远程教学平台服务，教务管理系统服务，VOD点播系统等服务。硬件配置具体如下表：表5-1 硬件配置（三）、VOD视频点播系统的分析与设计5.3.1 VOD 视频点播系统的功能需求北京市电大VOD
21、视频点播系统是为学员提供视频学习支持服务的一个学习台，为弥补当前“电大在线”远程教学平台所存在的不足,拟对北京市广播电视大学VOD视频点播系统提出以下功能需求:1、系统应能对学生的个人信息进行存储。2、系统应有用户注册登陆功能,防止不法用户侵入。3、鉴于电大学员都是成人,其知识层次和应用计算机网络进行学习的能力较弱且差别较大,系统应设置相关版块对学习者进行常见问题的指导。4、为使学员的学习过程更加顺畅,系统应该提供专门的视频浏览播放器。5、系统应能对公共类视频和课程视频区别存储,公共类视频在主页面公开发布,课程视频则只供登陆用户观看。应针对VOD视频点播系统的业务进行描述，从用户端发起请求，到
22、被提供业务的。5.3.2 VOD视频点播系统的设计思想本系统的设计思想是以知识点为核心重组构造相关课程的学习内容。根据上面对系统功能需求的分析,首先对系统中的知识点进行科学设计,搞清楚系统中的知识点结构和各知识点之间的关系,然后设计出各个功能模块,完成需求分析提出的各项任务。系统的应用人员分为学员、教师、系统管理员,主要应用对象是学员,教师资源的上传以及管理员对系统的维护等,都是为学员的自主化学习提供保障。北京市广播电视大学VOD视频点播系统的结构框架如图3所示图5-1 北京市广播电视大学VOD系统结构框架图由于视频文件体积普遍较大,在发布视频文件时,如果使用HTTP协议进行上传很可能会导致速
23、度缓慢,甚至上传失败等问题。因此本系统将架设FTP服务器,为教师及管理员上传视频文件提供FTP协议的上传方式,保证上传速度和成功率。FTP上传完成后的文件即可提供流媒体服务,供用户观看和下载。目前,北京市电大v0D视频点播系统尚处在系统运行初期,由1台IBM3650服务器的同一个网卡提供WEB应用、流媒体服务和FTP上传服务,当此网卡I/O过高时可以考虑扩展网卡,使用一个网卡提供流媒体服务,使用另外一个网卡提供WEB应用服务和FTP文件上传功能。5.3.3 VOD视频点播系统的技术应用下表列出的是北京市广播电视大学VOD视频点播系统在设计实现中所用到的主要技术。在系统设计之初,出于系统稳定性方
24、面的考虑,为避免系统漏洞,拟定使用的是Linux操作系统,但在服务器采购回来以后,其自带了一套正版WindowsServer2003操作系统,为了日后更好地获得厂家对硬件的维护和升级服务,目前本系统延用了其自带系统。表5-2 应用的主要技术5.3.4 系统的技术路线以下将对VOD视频点播系统所用到的主要技术作简要的介绍。IIS6.0和WindowsServer2003在网络应用服务器的管理、可用性、可靠性、安全性、性能与可扩展性方面提供了许多新的功能IIS6.0同时增强了网络应用的开发与国际性支持IIS6.0和WindowsServer2003提供了最可靠的、高效的、连接的、完整的网络服务器解
25、决方案了IIS6.0具有如下特点: 容错进程架构（应用程序池）IIS6.0的容错式进程架构将web站点和应用程序隔离到一个自包含单元之中（又称应用程序池）应用程序池为管理员管理一组Web站点和应用程序提供了便利,同时提高了系统的可靠性,因为一个应用程序池中的错误不会引起另外一个应用程序池或者服务器本身发生故障。 自动进程回收IIS6.0可以根据一组灵活的标准和条件）例如CPU利用率和内存占用情况,自动停止和重新启动发生故障的Web站点和应用程序,同时将请求放入队列。IIS6.0还可以在回收一个工作进程时对客户机的TCP/工P连接加以维护,将Web服务客户端应用 程序与后端不稳定的Web应用程序
26、隔离开来 快速故障保护如果某个应用程序在短时间内频繁发生故障, IIS6.0将自动禁用该程序,并且向所有新发出和排入队列的针对该应用程序的请求返回一个“503服务不可用”错误信息。此外,还可以触发某些定制操作,例如触发一个调试操作或者向管理员发出通知。快速故障保护可以保护Web服务器免遭拒绝服务攻击。 Web园IIS6.0的工作进程隔离模式还允许多个工作进程被配置到针对某个给定应用程序池的服务请求上,这种配置又被称作Web园（webgarden）。SQLServer200相比之前SQL家族内被广泛使SQLServer2000,SQLServer2005具有如下一些新的特点: 在线恢复使用SQL
27、Server2005版的服务器,数据库管理人员将可以在SQL服务器运行的情况下,执行恢复操作在线恢复改进了SQL服务器的可用性,因为只有正在被恢复的数据是无法使用的,而数据库的其他部分依然在线，仍然可供使用在线检索操作。在线检索选项可以在数据定义语言（DDL）执行期间,允许对基底表格!或集簇索引数据和任何有关的检索,进行同步修正。快速恢复新的、速度更快的恢复选项可以改进SQL服务器数据库的可用性。管理人员将能够在事务日志向前滚动之后,重新连接到正在恢复的数据库。 安全性能的提高SQLServer2005包括了一些在安全性能上的改进,例如数据库加密、设置安全默认值!增强密码政策!缤密的许可控制!
28、以及一个增强型的安全模式。 数据库镜像通过新数据库镜像方法,将记录档案传送性能进行延伸用户可以使用数据库镜像,通过将自动失效转移建立到一个待用服务器上,增强SQL服务器系统的可用性。5.3.5 VOD系统的技术特点在技术使用方面,北京市广播电视大学VOD视频点播系统具有如下特点: 应用.net的页面缓存、内存缓存技术,减少了对网站和数据库的访问,提高了系统的响应效率 应用.net的自定义控件技术,提高代码的复用率,提高程序的开发效率 应用了XM1技术 封装了对数据库访问的方法,提供统一的数据库访问机制 对数据库数据的访问,采用了分层访问的机制,提高了数据访问的安全性 采用存储过程实现对数据库数据的访问,提高了数据库的访问效率 扩展灵活、容错性强5.3.6 VOD视频点播系统的数据库设计本小节给出支持本系统主要功能的5个关键的数据表,分别是用户表（USer）、专业表（Specialty）、课程表（Course）、文章表（Art title）和管理员表（Admin）。为了增强系统的可扩展性,所有的表设计中预留了五个字段作为扩展字段。日后在进行系统扩展时,可以直接选用这五个预留字段,加入新的功能。下面分别对这5个表结构做详细设计。（1）用户表（User）结构详细设计:ID:用户编号;User Name:用户名;PASS word:用户密码;Created Time创建时间;True
