校园网网络直播系统设计

于雷

摘要：在分析校园网网络直播系统的需求基础上，进行了网络直播系统方案设计，阐述了系统实现的关键技术。

关键词：会议直播；视频会议；远程视频；视频点播；视频直播

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）10-2385-03

Abstract： Based on the analysis on demand of Campus Network Live System， the network broadcast system design is carried on， and finally the key technology to achieve the final system is explained.

Key words： conference live；video conferencing；remote video；video-on-demand；video broadcast

随着计算机技术和Internet的日新月异， 面向广大师生提供以流媒体为主的网上现场直播服务已经从实验阶段走向了实用阶段，直播技术因良好的人机交互性和流媒体传输技术倍受教育行业青睐，IP网络，例如局域网、互联网，将课堂内容直播出去，课堂内容包括视频、音频以及计算机屏幕内容，客户端通过IE浏览器收看直播课堂内容，同时，也可以把课堂情景进行实时录制，通过视频点播系统，让更多的学生通过互联网进行远程学习，方便了学生的学习，提高了教学效果。基于此，根据当前网络直播系统的发展情况，以及各学校对网络直播系统的需求，提出了一套具有针对性的校园网网络直播解决方案。

1 需求分析

经过深入的调研，结合学校的具体情况，确定了校园网网络直播系统的需求如下：

1）系统应有专门的直播服务器配合采集卡可以对摄像机信号，有线电视信号，卫星信号采集，通过广播可以对局域网用户进行现场直播；也可以通过机器本身的文件，对文件进行直播；亦可通过系统自带的转播服务器进行局域网到广域网再到局域网的视频直播，系统在直播的同时也实时将直播信号保存下来。

2）系统具有负载均衡功能可以无限扩展直播路数，在直播的同时对信号进行压缩转码以节省带宽，应兼容多种媒体格式，可与现有的硬件视频会议系统相结合，能够将硬件视频会议录制的内容直播和转播出去，亦能通过视频采集卡采集视频会议中的信号，进而进行直播和转播。

3）系统采用局域网多播广域网单播结合转播服务器可以使用有限的带宽来满足远程教学点的直播需要，并且操作简单无需专人维护。

4）流媒体直播系统能够提供高并发流的视频直播服务，系统应采用标准的B/S架构，客户端可通过浏览器进行操作，并且直播流可以根据需求的增加而随时扩展。

5）系统应支持直播和点播，可以根据学校的带宽和具体需求进行无缝扩展。

6）具有网络电台的功能，VOD系统可将学校自己录制的各种教学影片通过强制流技术为用户提供直播和点播服务，并能轻松接驳摄像机、摄像头、监控机、有线电视等信号输出设备，用户和选择直播或录播。

7）支持多路直播（网络电视台），能进行7*24小时手动或自动定时直播，系统还可对卫星/有线电视节目（如CCTV体育台、中央台、新闻台等），进行直播；也可对某些现场授课、会议、比赛等场景进行直播，系统在进行某些直播的同时可按需要将节目进行定时录制，录制后的节目可自动发布到VOD系统平台中供用户进行点播学习。

8）视频点播系统支持预缓冲技术，保证在用户断线后（30秒内）网络接通，视频点播信号将不会中断。

9）系统应支持用户在线注册，对不同用户设置不同权限，确保用安全，按照IP段时间段对用户点播节目进行控制。

10）充分的考虑老师在教学中的需要，应具备多种教学辅助功能，如：学生在观看视频教学的同时，亦可即时与教师进行在线交流。

2 方案设计

2.1 方案概述

网络直播系统解决方案是一项涉及多种硬件和软件的网络系统集成项目，针对上述的实际需求，网络直播系统能够在网络上实现以下功能模块：

1）直播模块：网络直播软件可实现系统网络音视频直播服务，音视频直播主要将有线电视、卫星电视或活动现场进行直播，系统支持多路并发直播，并能够支持定时录播及自动发布；直播子系统功能包括：直播信号实时采集压缩，录播管理，频道管理，节目管理，多码流管理，公告插播和用户认证。

2）点播模块：从专业视频服务器向客户端传送多路、并发的音视频节目、课件节目等，终端用户可交互地选择播放音视频节目，并可对音视频节目实现播放、暂停、停止、跳跃等功能，支持对现有各种媒体格式节目的点播。点播子系统功能包括，频道管理，节目源管理，视音频信息发布，点播控制，用户认证，公告插播和报表统计。

2.2 系统整体架构

系统整体分为两大模块，“直播系统”和“视频点播”平台，在两大组成部分之下，系统又分别通过各个子模块来充分响应用户的需求。分别为：“直播、直播转发、录制自动发布”功能。“视频点播”系统包括“资源点播”、“资源编目”、“远程上传”子系统，以下为整体系统模块结构图：

3 模块设计

3.1 软件开发环境

系统软件采用完全基于标准的B/S模式，在Windows Server 2003+IIS6.0应用平台，数据库系统采用SQL SERVER 大型数据库系统，服务器开发工具采用微软ASP.Net开发实现，实现用户对视频文件的在线点播及管理员的后台操作。视频文件及用户信息的存取选用SQL SERVER 2008数据库，在程序中设置搜索、最近更新及点击排行等功能以给用户提供更完善的服务。代码编写用Java语言实现，同时还用到ActiveX、Visual Stiduo、VB6.0、 HTML和XML等制作网站的常用工具软件。设计成的系统使用通用的服务器配置，在网络上用符合工业标准的视频采集卡采集节目源，自动压缩编码生成一系列支持WMV、RM标准格式和多种码流速率的流媒体文件，通过HTTP和RSTP协议向客户层提供结果。在通用的网络上利用流传输技术，用同一网站系统，实现节目源的点播、直播和广播与系统后台管理于一体的流媒体信息服务与管理系统。

3.2 视频直播模块设计

工作人员通过系统直播平台，以采集卡、摄像机、麦克风相配合在所需要的场景，如：会议现场、比赛现场、授课现场、重大表演现场直接进行网络直播，供不在场人员进行观看。并可在直播的同时进行现场录制，录制完成后通过远程上传工具发布到点播平台供今后观看学习。视频直播业务流程实现流程如图2所示。

用户使用IE浏览器登陆系统后，首先对用户的合法性进行验证，非法用户将无法进入系统，合法用户将进入直播节目列表界面，用户选择直播节目频道后，系统检查客户端是否安装有相应的播放器，若没有安装有相应播放器，则需要下载安装相应播放器（RealPlayer、MediaPlayer等，），然后使用播放器进行节目播放。

4 关键技术

4.1 基于Web的编解码技术

视频实时传输要求视频的高效压缩和能够适应各种网络中的远程实时传输，为了减轻视频流量压力，采用最先进的MPEG-4图像编解码技术对视频信号进行实时编码压缩，再利用实时流媒体传输技术对编码后的MPEG-4数据流进行传输，既缩减了视频所占的带宽，又保证了图像的质量，使得直播平台更加的稳定和高效。

4.2流媒体传送技术

网络带宽依然是大多数网络流媒体交互应用的瓶颈，由于网络带宽不足或者带宽不稳定，网络带宽的实时稳定性根本无法得到保证，导致编解码压缩后的音频信息可能无法完整的传输给接收方，或造成通信中断，更有甚者，常会因为音频传递质量差而导致信息的接收方误判传递信息，从而造成更大损失，基于此，点播接收方式下，系统采用内容分发网络（CDN）技术，使用户尽可能就近访问视频流，在保证服务质量前提下，避免浪费骨干网络带宽；在广播接收方式下，采用组播技术，把数据包发送到特定组播组，实现“一次发送，组内广播”，减轻了主干网的负担，提高了数据传送效率。此外，为了进一步提高服务器的服务性能，采用了线程池、内存池技术管理流媒体传送技术的内部机制。

4.3智能续传技术

当前大多数流媒体技术没有采用续传技术，导致一旦网络发生故障，流媒体传输就出现中断，视频就无法流畅地播放，大大影响了用户即时播放体验；为了适应各种复杂的网络环境，采用了智能续传技术，在规定的时间内实现对于每一路流媒体重新进行尝试连接，保证了资源传输的连续性，不会因为意外的失败而需要重新开始，避免浪费时间，使用户感觉不出曾经出现网络故障。

4.4负载均衡管理技术

系统采用多种负载均衡策略，扫描每台流媒体服务器的服务端口，当发生某台流媒体服务器存在故障，则立即停用该台设备，并将该台设备从整个负载均衡队列中删除，策略根据URL数量、系统负载、响应时间等分配流量，支持全局动态负载均衡和各节点间的本地动态负载均衡，提供高效的流量平衡和用户数限制管理机制，满足了多个并发流的业务需求，大大的提高网络管理调度能力、并发性能和扩展性能。

5 结束语

用户使用本网络直播系统，可以在会议现场、教学课堂、大型运动会等轻松配置远程直播服务器，将现场的视频及音频信号传送回主流媒体服务器，通过主流媒体服务将信号广播到系统所覆盖到的任何终端上，每一个客户端都可以登录视频点播系统来接收信号，浏览资源，直播的同时可以将所需的信号自动保存为本地流媒体文件，供日后点播之用。

参考文献：

[1] 胡兵.移动式网络直播实训平台的构建与实践[J].现代教育技术，2013（10）.

[2] 刘刚义.流媒体技术在农业科技音视频网络直播系统构建中的应用[J].电子世界，2013（12）.

[3] 刘艳丽.基于流媒体技术的校园网络直播系统的构建[J].中国现代教育装备，2010（3）.

[4] 高剑.利用Windows Media流媒体技术构建网络直播系统[J].中国高新技术企业，2010（30）.