网络教学平台中视频点播系统的设计

刘申菊　田　丹

[摘要]视频点播是计算机技术、网络通信技术、多媒体技术、电视技术等多学科多领域融合交叉的产物，网络教学平台中视频点播系统的引入，可实现教师授课视频的上传及点播，已成为网络教学平台的重要功能之一。通过对视频点播系统的关键技术指标的分析，阐述网络教学平台中视频点播系统的设计方案，主要包括系统的体系结构、视频服务器设计、存储结构设计等内容。

[关键词]网络教学 视频点播 服务器

中图分类号：TP3文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0220038－01

近几年来，网络教学平台的建立已经成为实施网上教育的技术基础。建立起具有互动性强、教学个性化、教学资源共享、多媒体数字教学等特点的网络教学平台，才能够在现有资源的基础上利用教学平台提供的各种功能，开展和实施网上教育。而网络教学平台中视频点播系统的引入，打破了传统教学工作中，教师在有限的时间内无法反复的对某一部分的课程进行说明，而学生在课后也无法对课程内容进行回顾的常规，将老师的授课视频上传上网，通过提供视频点播，使学生能更深入的理解课上所学知识，因此视频点播系统也成为了网络教学平台的重要功能之一。

一、视频点播系统的关键技术指标

目前VOD系统都能支持多种视频音频数据格式，多媒体信息量非常大。此外VOD系统必须是一个实时系统，要求视频音频数据以实时数据流形式传输。因此，要支持多个并发用户的多种流格式点播请求，必须要认真考察网络带宽、I/O带宽、服务损失率等关键技术指标，才能确保所设计的VOD系统有效、经济、实用。

（一）网络带宽。校园网大多以TCP/IP方式组网，其网络带宽是指网络传输数据的吞吐量。VOD系统网络带宽是指桌面系统与服务器连接时通过网络传输多媒体数据的吞吐量，表现在客户端的VOD网络带宽为所点播音频视频流的带宽，表现在服务器端的VOD网络带宽为多用户并发点播音频视频流的带宽迭加。如百兆网络最多只能满足50-60个用户同时点播VOD，这就是受服务器端的网络带宽瓶颈限制的结果。

（二）I/O带宽。I/O带宽是指服务器与I/O设备之间传输数据的吞吐量。由于VOD系统多媒体数据流经过网络汇聚在服务器端，因此VOD系统I/O带宽主要考察服务器与I/O设备之间的数据吞吐能力，一般是指服务器与大容量存储设备之间的带宽，设计时更多考虑的是IDE硬盘、SCSI硬盘、RAID系统、SAN系统等外设的接口数据传输带宽。

（三）服务损失率。从用户角度出发，要考察VOD服务损失率指标，是指当用户申请音视频服务时，他被拒绝的可能性有多大。在设计过程中，使VOD系统整体性能价格比达到最优的同时，应尽量降低VOD系统的服务损失率。

二、网络教学平台中视频点播系统的设计方案

（一）系统的体系结构。网络教学平台中视频点播系统设置了四层软件体系结构来支持流媒体应用，具体包括通信接口层、网络抽象层、资源管理层和媒体播放层。

通信接口层负责确定通信方式是采用基于TCP协议还是基于建立在UDP协议的NAT穿透方式基础上的TCP over UDP协议，创建和解析XML格式消息等；网络抽象层负责加入P2P网络和维护节点路由信息，确定数据请求策略和转发策略；资源管理层负责对接收到的数据进行缓存、组包，并且作为服务器，把流数据发送到媒体播放层和其他节点；媒体播放层则负责对节点收到的流媒体数据进行播放，它并不关心流媒体数据的来源。

（二）视频服务器的设计。视频服务器是VOD系统中最关键的组成部分，主要负责视频资源的存储播放，并支持VCR操作，其工作能力极大的影响着VOD系统的服务能力和服务质量。

1．服务器的硬件设计。服务器负载比客户端大的多，所以硬件要求也较高。一般情况下，流媒体服务器端涉及的硬件包括：（1）视频源，如DVD-RAM光盘库、摄像机、电视机等可以提供视频内容的设备；（2）编码器，如流媒体采集卡和采集、编码一体化的设备；（3）流媒体服务器，一般采用专用的视频服务器，它可以处理大量并发流。

视频服务器和普通的服务器有一些相同的特点，如它们都是网络的中心设备，并且需要为节点提供服务，但是视频服务器在视频应用方面做了专门的改进，最为显著的就是它引入了专有的体系结构，这种体系结构存储量大，并且支持多种大容量存储设备，这样就满足了视频数量巨大的这一特点的要求；采用高速的SCSI硬盘和SCSI接口或者光纤接口连接在线存储器，而并非是普通服务器使用的IDE存储器和IDE接口，这就适应了流媒体数据的处理要求实时性很强的特点；采用专门设计的I/O系统连接视频处理的专门设备，从而得到了视频服务领域大规模并行服务。

2．服务器的功能描述。服务器作为P2P网络超级节点，它具有以下功能：（1）网络管理：监视节点的运行状况，显示网络状况，节点统计等；（2）资源管理：存放媒体文件，为节点提供流媒体资源的检索和定位，文件点播次数统计等；（3）用户管理：维护所有节点的状态信息，帮助节点加入P2P网络，协助节点实现基于UDP协议穿透NAT的相互通信；（4）流媒体服务器：向系统的少数节点提供流媒体服务。

（三）存储结构的设计。存储结构是指VOD系统存储视频文件的物理或逻辑组织形式。在传统VOD系统中，存储系统大多采用由SCSI硬盘组成的大容量系统，也有采用更昂贵的RAID、SAN系统，这样的VOD系统存储成本占服务器相当大比重，一般在50%-75%以上。因此，寻找性能价格比较好的低价位存储体，是突破VOD视频服务器低价位的关键。

SQL SERVER2000数据库引擎提供了集成的XML支持，增强了在WEB开发中的可用性，所以它是一个理想的数据库软件。

根据系统功能要求，数据库中需要三种表：

1．文件表，用于描述服务器中存储的流媒体文件信息。

2．节点信息表，用于维护当前正在点播某一特定文件的客户端信息。

3．延迟划分表，用于描述客户端到服务器的延迟，这在一定意义上说明了它们之间的物理距离。

（四）客户端的设计。软件客户端作为P2P网络节点，它同时具有Client功能和Server的部分功能：

1．网络管理，主要包括登录服务器，加入P2P网络以及维护路由信息。

2．流媒体服务，用于管理己下载的媒体节目文件信息，还可以作为其它节点的流媒体服务器提供流媒体服务。

3．数据请求管理，以特定的数据请求算法向其他节点请求数据，对接收到的流媒体数据进行重排序。

4．媒体播放，采用媒体播放器的控件实现节目播放。

三、总结

在我国，视频点播系统作为信息产业高速发展的产物，正逐渐成为一项广泛的行业应用。而在网络教学平台中使用视频点播系统，能帮助学校提高教学现代化、科技化水平，充分显示学校形象与档次，增加学校特色教学项目种类，有助于学校在教学中独树一帜，获得师生和家长的青睐，并可为学校带来直接显著的教与学的质量提高。