南京广电宽带城域网流媒体平台的建设

网络视频业务构成及运营策略2008.4第八届全国互联网与音视频广播发展研讨会（NWC2008）1南京广电宽带城域网流媒体平台的建设南京广电网络有限责任公司传输部陶黎生王伟张劼提要：本文介绍了南京广电宽带城域网流媒体平台的建设，包括电视直播、点播、DRM下载以及存储、分发、负载均衡、记费等一系列完整的解决方案。关键词：网络直播网络点播DRM下载IP机顶盒流媒体存储负载均衡分发策略随着计算机网络、信息技术的飞速发展，互联网以其迅捷即时、信息量大等特点，成为人们获取信息的重要途径,人们的注意力已由传统媒体的电视逐渐转移到第四媒体——网络上来。长期以来，电视台节目所具有的时效性强、信息量大的特点已深入百姓的生活中，但它稍纵即逝又是其不可克服的一个缺点。随着网络基础架构和技术的发展，宽带网络将使高质量的视频、音频信息传送到千家万户；电视媒体网站视频、音频信息的网上交互与检索，促进电视媒体信息的再利用，最大程度地体现信息的价值。网络广播既有传统广播电视灵活生动的表现形式，又有互联网按需获取的交互性，如何组织、存储、管理、发布信源，充分利用电视台丰富的资源，提供个性化的服务，是办好电视媒体网站的关键。网络与电视互利互惠、优势互补将是当前电视与网络的最佳状态。放眼世界和未来，可以预见：在全球迈向“信息时代”的今天，电视将与网络在竞争中走向不断融合、创新进而达到新的繁荣。经过几年的技术跟踪和实验，我们根据南京宽带网的具体情况制定了一套行之有效的解决方案，并成功地应用于实际，在此我们提供我们的解决方案和在实践中积累的经验，与各位同行共享。1南京宽带城域网现状分析及流媒体平台体系结构南京宽带城域网的核心交换机为4Gbps，核心交换机到边缘交换机网络带宽为2Gbps，边缘交换机到小区交换机网络带宽为1000Mbps，小区交换机到楼栋交换机网络带宽为100Mbps，以太网FTTLAN用户接入带宽为接入为1.5Mbps；还有一大部分CableModem用户，一个CMTS的带宽为38Mbps，每户接入带宽为1Mbps。由于CableModem的接入带宽为共享式，以及CableModem的带宽利用率只有40%左右，所以在CableModem在满负荷情况下，用户的实际有效接入带宽只有400Kbps；而FTTLAN接入的带宽利用率为60%，且为独占，所以FTTLAN的有效接入带宽约为1Mbps。为了让这两种用户都能享受尽可能高的视觉效果，我们为CableModem和FTTLAN用户分别提供400Kbps和750Kbps的视频流。南京流媒体平台采用分布式体系结构，系统由制作、存储、管理和发布、负载均衡、用户管理平台构成。一个中心服务服务器加上三个分中心服务器，视用户的发展逐步增加分节点个数，服务服务器间可实现局部负载均衡与全局负载均衡。中心设置后台管理系统，对所有的流媒体服务器统一进行管理，对所有的服务器进行监控，及时发现服务器中存在的问题。所有关键的设备都采用在线或非在线的冗余保障措施，以避免可能产生的单点故障节点。系统可提供对大容量视频节目的管理，包括后台节目库的管理、分布点网络视频业务构成及运营策略22008.4第八届互联网与音视频广播发展研讨会（NWC2008）节目缓存的管理和定制适合视频点播服务的直观的界面。系统可集中录入、编排、制作、管理和发布网站信息（包括网页内容、格式、图片等）和流媒体文件，提高管理网站信息的效率，减少连接错误。以策略化的分布式负载均衡等方式，保证系统在多用户、传输量大时有较快的响应速度。目前系统配备1台数据库服务器，1台管理服务器，1台服务器，1台DRM服务器，1台REAL服务器，2台中心MEDIA服务器，1.8T的在线存储，3台分中心MEDIA服务器，分中心各有270G的在线存储，22台直播机，6台制作机，可实现40路电视直播﹑8路音频直播﹑media点播﹑rm点播﹑DRM下载﹑认证记费等功能。系统框图如图1所示。系统中，两台中心流媒体服务器和三台边缘流媒体服务器均配置两块网卡，一块为千兆电口网卡，主要负责内部直播、点播等媒体文件的分发，一块千兆光口网卡，供客户直播、点播媒体文件。流媒体服务器的操作系统采用Windows2003操作系统,数据库服务器、系统管理服务器、RM服务器、服务器、DRM服务器的操作系统采用REDHAT9.0，直播工作站和编辑工作站的操作系统采用Windows2000DVD信源演播中心信源视音频直播机一级主视频服务器节目制作机系统管理服务器数据库分中心1交换机WEB服务器防火墙核心交换机接入用户监视系统视音频直播信源音频直播机广播音频信源音频矩阵监听系统一级备视频服务器DRM服务器分中心2交换机接入用户分中心3交换机接入用户视音频矩阵交换机磁盘阵列图1系统图网络视频业务构成及运营策略2008.4第八届全国互联网与音视频广播发展研讨会（NWC2008）3Professional，直播系统采用广播/单播技术，点播系统采用点播/单播技术。2各部分功能2.1媒体内容制作功能媒体内容制作平台主要负责节目格式的转换,将不同格式的视音频节目压缩成wmv、wma、rm、rmvb的数据流,以及DRM加密，再上传到相应的流媒体服务器上，同时兼远程管理。所以制作机放在防火墙内，以保证系统的安全。对电视节目、录像带以及软件不能很好解码的DVD、SVCD、VCD蝶片，采用Ospreay500采集,用微软的Encoder9实时编码为所需码率的wmv。对于文件格式的信源，则采用软件编码，通过选取不同的滤镜等参数，可实现较高质量的节目流，缺点时编码时间长。软件编码支持的输入输出格式为：支持的输入格式：*.avi，*.avs文件——支持各种编码格式(Codec)*.mpg，*.mpeg，*.mpv，*.m1v——支持MPEG1或MPEG2压缩格式*.dat——VCD格式*.ifo，*.vod——带音轨、字幕选择的DVD格式支持的输出格式：*.avi——可支持各种视频或音频编码格式，并支持0~2条音轨*.wav——只输出声音*.bmp——输出图像序列*.gdr——可作为其它AVI编辑程序的帧服务器*.asf,*.wmv——微软公司的WindowsMedia流媒体格式*.rm,*.rmvb——RealNetworks公司的RealMedia9.0流媒体格式支持的编辑功能：采集视频信号编制和控制任务流程记录和恢复所有设置改变视频大小，调整视频亮度和对比度，调整视频的锐度和柔和度，取消隔行扫描效应等各种视频处理功能自由的帧率调整拼接和切割文件逐帧编辑功能自由选择视频和音频编码器音频支持AC3/MP3/OGG/WAV格式作为输入改变音频音量，并自动计算放大系数设置音频与视频的交织方式，保证音视频同步网络视频业务构成及运营策略42008.4第八届互联网与音视频广播发展研讨会（NWC2008）自由选择输入的音轨或声道与输出的音轨的对应关系自动检测并利用MMX/PIII/P4/AMD的加速功能其它功能：可以自由改变帧率。支持各种DVD和MPEG2文件的直接输入，并自动分析其中的音轨和字幕信息，即使直接输入VOD文件，也能够分析和选择音轨和字幕。DVD或MPEG2采集卡的数据的编辑和压缩可以一步完成。支持方便地制作双音轨的输出文件，并可输入双音轨的AVI文件，可将输入的多音轨直接选择并输出，或将输入的左右声道转变成两条音轨输出。可自动计算声音的放大系数，防止出现声音过小的现象。可以为其它AVI编辑程序提供帧传输服务可转换生成ASF或WMV流媒体文件。可直接压缩生成Real或者Media9.0流媒体文件。支持批量转换。2.2直播功能系统采用Osprey210采集，用微软的Encoder9实时编码为所需码率的wmv，通过管理系统实现虚拟直播，所谓的虚拟直播即定义的某一直播频道可定时调用某一直播机的实时信号，定时播放已存的文件，实现按需重组的自定义直播。5台流媒体服务器从中心直播机中拉流，5台流媒体服务器做直播的负载均衡。在直播的同时，每一直播机还兼做录制机，由管理系统为每一直播机下达录制节目单，直播机根据录制节目单定时录制节目，节目单可随时修改，录完的节目可直接上传至指定的媒体服务器中相应的栏目中供点播用，也可上传至指定的编辑机供编辑用，编辑完后再手动传至媒体服务器中相应的栏目中供点播用。由于南京宽带城域网用户接入的特殊性，每一直播流均为400kbps和700kbps，页面上的链接实际均为两个链接，根据系统管理定义的IP段，CM和LAN用户自动链接所需的高低码率流。每一直播都有节目信息。2.3DRM数字版权管理系统流媒体服务器的并发数有限，网络带宽有限，微软的媒体格式受限，有些CM用户的接入带宽无法保证，为了为用户提供更方便、更灵活、更多格式的更高质量的媒体文件，如高带宽的avi，mpeg-2，rmvb等在城域网中几乎无法在线播放的媒体文件，也为了版权的保护，我们特建了DRM服务器，供用户下载点播用。DRM采用私有密钥，专用播放器，此密钥对媒体文件全程加密，并可由管理方随时更换密钥，破密难，保密性强，专用播放器可播放现存所有格式的媒体文件，使用方便。用户下载经过数字加密的节目后，首先到管理系统进行认证，按次或按天购买License后才可在客户端播放。用户不能通过更改系统时钟的方法来去除时间限制。为了限制过多的下载，每个用户一次只能下载一个单线程的下载。2.4点播功能系统的点播系统分别采用Microsoft（wmv）和Real（rm）技术,点播内容分为视频点播和精彩录播两大类，视频点播主要分为故事片、喜剧片、伦理片、爱情片、科教片、卡通片、动作片、电视剧、科幻片、网络视频业务构成及运营策略2008.4第八届全国互联网与音视频广播发展研讨会（NWC2008）5恐怖片等十类。精彩录播主要是将好的电视节目录制下来，作为虚拟的自办频道，供用户点播，包括：新闻频道、电影频道、电视剧频道、体育频道、音乐频道、少儿频道、综艺频道、广告频道、教育频道等九类，每一频道分设子栏目。由于南京宽带城域网用户接入的特殊性，每一媒体文件均为400kbps和700kbps，页面上的链接实际均为两个链接，根据系统管理定义的IP段，CM和LAN用户自动链接所需的高低码率流。五台流媒体服务器做点播的负载均衡。2.5存储本着即节约成本又能满足片源日益增多的要求，系统的中心流媒体服务器在线存储为DAS，外挂2TSCSIRAID5磁盘阵列，并可级连，供用户点播用，保存近一个月的内容；近线存储采用4TIDERAID5磁盘阵列，供编辑和缓存用，保存近三个月的内容，；离线存储采用数据流磁带机，作为永久备份。边缘流媒体服务器采用内置SCSIRAID5磁盘阵列。2.6分发及负载均衡系统的新的媒体文件以及点播较少的媒体文件均存在中心磁盘阵列中，对于新的媒体文系统可设定时间定时自动发布到边缘流媒体服务器，对于边缘流媒体服务器中不存在但用户点播超过10次（可自定义）的节目则自动分发至边缘流媒体服务器。系统满足80%～20%的分发策略，即20%最热门的片源存在边缘流媒体服务器，而80%次热门的片源存在于中心流媒体服务器。由于每台视频服务器支持350个并发数，所以用户首先就近访问边缘流媒体服务器，在边缘流媒体服务器组中为用户分配一个负载最轻、最健康的视频服务器，若这一组服务器均满负载，则导入另一组边缘流媒体服务器，边缘流媒体服务器组均满负载则导向中心流媒体服务器组。系统中任何一台视频服务器出问题，系统仍然可正常运行，真正达到城域网的要求。系统可自定义均衡原则为带宽、连接数、CUP占用率或三者的加权。2.7管理及用户认证计费包括内容管理、直播录制管理、虚拟直播管理、用户管理、服务器管理、CDN管理、第三方管理、认证管理、计费策略管理、统计报表管理等。本系统的用户可以分为免费用户和收费用户两大类，对免费用户，实现本地认证；对收费用户，利用统一的接口向服务支撑平台提供用户资料进行验证。当客户端向服务器进行点播或直播或DRM认证时，服务器把用