交互式的视频点播系统设计

周晓东 王晟

摘要：本交互式视频点播系统是基于Java平台开发的多媒体内容管理系统，继承了其安全性，跨平台等优良传统。它集成了多站点管理、内容模版模块化发布管理、多服务器发布、搜索引擎优化、流量统计、内容审核流程自定义、用户角色化管理等多项功能。不仅能处理视频文件，还可以处理文本、图片、Flash动画、图像。系统高效率的提高教学培训，同时将产品宣传与技术培训的成本降低。

关键词：网络教学;视频点播;系统设计;远程培训;现代教育

中图分类号：TP391

文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）33-0227-02

自20世纪90年代以后，Internet通讯技术突飞猛进的发展对人类日常工作和生活方式已产生深远影响，同时使传统的教学培训模式面临巨大挑战。随着21世纪教育制度的改革，网络教学与培训的开发已然成为一种新趋势，引发教育技术界很多同仁的讨论。远程教学培训具有多功能、多层次、多规格、多形式等特征，它是现代教育技术发展至今所产生的一种新的教学形式，其方便性、丰富性、科技性、及时性等优势是知识经济时代，终身学习的主要手段，也是现代教育教学必不可少的重要方式。

网站门户系统作为现代企业网络服务的统一平台，应能直接通过该平台实现用户与企业、用户与用户之间的系统培训和通信;它可以承载多种课程内容，提供多种形式的点播服务，包括音频、执行文件、视频、文字、课件、动画、图片等。教学的深度可以是基础知识、一般技能、专业知识、课外技能。教学的内容可以是日常教学用的多媒体教育资源、课件的备课教案、论文、电子图书、培训现场指导等等。真正让用户发挥更大的积极性和主动性，在不受时间和空间限制的情况下学习和共享更多的教学资源。目前，我国已有一定数量的企业培训信息中心建立了较为完善的网络基础设施，但缺乏对教学系统用户具有实际应用价值的系统解决方案。幻灯片和投影仪虽然在一定程度上丰富了教学方法，但作为一种有限的辅助手段，并没有从根本上改善传统的被动式和“填鸭式”教学。而多媒体课件点播系统是企业教学培训平台上最重要的网络应用之一。所以建设一套系统稳定、功能强大、支持大并发流、扩展性强的多媒体课件点播系统对改变企业培训教学模式，提高教学培训效率尤为重要。

1总体设计思路

1.1采用H.264高清实时编码技术

H.264编码标准是ITU-T和ISO共同制定的数字视频编码标准。与目前普遍使用的MPEG-2编码算法相比，在相同的质量下，可以节省60%的存储空间和传输带宽，与MPEG-4编码算法相比可以节省30%以上。

该系统基于先进的H.264实时视频压缩算法，可以节省更多带宽。同时，系统对采集、发送、接收到的视频进行分析处理，彻底消除了杂波和色块。在低带宽占用的情况下，可以达到清晰流畅的画面和音质，满足会议系统的视频和音频质量要求。

1.2支持超大规模用户并发要求

系统支持集群负载均衡技术，解决单服务器下传统流媒体受众规模小的局限。利用p2p技术进行数据分发和传输，可以有效地支持大规模用户（如5000多用户）的并发访问需求，解决现有网络条件下的大规模实时应用。与传统的c，s、b/s架构系统相比，它节省了更多的带宽和服务器资源。

2核心业务流程

vod是将一定数量的流媒体节目放置在多媒体资源库的中心。远程用户通过网页浏览相关节目的信息和内容，通过播放器播放自己想要观看的音频和视频节目。视频点播系统采用集中式结构或分布式结构。中心生成的程序存储在具有大磁盘列的文件服务器中。视频点播内容由中心管理。广播的形式是将网页嵌入到视频和音频窗口或弹出式广播中的技术。类似地，音频和视频窗口可以缩放和支持全屏播放。此外，VOD系统应能使用接人网提供的服务管理功能来实现计费和认证。未经授权的用户不能观看视频点播，也不能拦截视频点播流观看。具体业务流程如图1。

3高性能流媒体的技术实现

3.1內存预读缓冲技术

存在于现代计算机系统中的一个主要瓶颈是磁盘I/O性能的发展远远落后于内存和CPU。磁盘机械臂旋转盘的数据定位和读取方式决定了磁盘最突出的性能特点是读写顺序好，随机I/O不好，I/O延迟很大。

预读取可以有效减少应用程序I/O等待时间和磁盘寻道次数，是提高磁盘I/O性能的重要优化方法之一。预读涉及流媒体系统各个方面。首先，由于视频文件通常比较大，文件格式多样，当用户点播开始时会无序搜寻响应数据导致磁盘响应速度下降，当并发用户多时尤为明显。针对这一特点，系统自动根据不同格式预读取相应索引数据，极大提升点播启动速度。

3.2零拷贝内核模式

传统文件网络传输在实现上更为复杂，需要多个上下文切换。当需要传输文件时，具体如下：

1）调用read函数，将文件数据复制到内核缓冲区;

2）用read函数返回，从内核缓冲区将文件数据复制到用户缓冲区;

3）调用write函数，从用户缓冲区将文件数据复制到内核与socket相关缓冲区;

4）从socket缓冲区复制数据到相关的协议引擎。

以上是网络文件传输的传统读写方式。在该过程中，文件数据经过了从硬盘到内核缓冲区，从内核缓冲区到用户缓冲区，从用户缓冲区到socket相关缓冲区，最后从socket相关缓冲区到协议引擎这四次复制操作。

而视频服务系统的优势在于减少以上多次复制，提升文件数据传输的性能。具体的过程细节如下：

1）先将文件数据复制到内核缓冲区;

21再将从内核缓冲区复制文件数据到内核中socket相关的缓冲区;

3）最后从socket相关的缓冲区复制文件数据到协议引擎。

与传统的读写方式相比，减少了从内核缓冲区到用户缓冲区，再从用户缓冲区到socket相关缓冲区的文件复制，极大提升了整体系统性能。

4结束语

本系统用于企业远程培训及教学，能够提供包括视频、文本、图片、Flash动画、图像等各种形式的网上点播服务。基于互联网传播技术的优势，改变了过去培训教学用户被动接受视频教学的模式。真正让用户发挥更大的积极性和主动性，在不受时间和空间限制的情况下学习和共享更多的教学资源。该系统不仅有助于企业培训教学提高效率，而且极大节省了技术培训和产品宣传的成本。