基于Web的视频点播系统的设计与实现

基于Web的视频点播系统的设计与实现DesigningandImplementingoftheWeb-basedVODSystem郑健南京师范大学现代教育技术中心E-mail:[e-mail]本文就目前的视频点播解决方案作了分析，介绍了基于WEB的视频点播系统的方案，针对系统的设计目标、需解决的问题、系统的构成和实现作了分析讨论。本系统采用了Realmedia格式视频，使用浏览器-服务器模式。笔者认为这是普通学校可以实现、并且值得推广的视频点播解决方案。关键词：视频点播WebRealmedia1引言视频资料是现代化教学中的重要内容。以往我们在教学中如需要视频教学资料，要先去电教部门或图书馆借录像带、VCD光盘等。如果资料碰巧被其他人借走，麻烦就会更多。目前，各高校和许多中小学都建成了校园网。通过校园网和因特网，视频资料的共享已成为可能。各个教育软件商也纷纷开发了各种视频点播系统。按用户使用环境划分，视频点播系统可分为传统的客户机-服务器模式（Client-Server，缩写为C-S）和浏览器-服务器模式（Browser-Server，缩写为B-S）两种。C-S模式的缺点是客户机需要安装特定的客户端软件，而且维护、升级不方便。B-S模式是种特殊的C-S模式，它的客户端软件就是WEB浏览器。因此这就免除了客户机软件维护的麻烦，用户只要会使用WEB浏览器，就能正常使用服务器提供的资源，并且WEB浏览器大多是廉价或免费的，易于获得，软件的升级、维护也较C-S模式容易。按视频点播系统使用的视频资料格式划分，可分为MPEG、ASF、QuickTime和Realmedia几种格式。MPEG格式是通用的视频格式，至今已有MPEG1、MPEG2、MPEG4、MPEG7等多个标准。MPEG格式的视频画面质量较好，但对网络带宽要求较高，如MPEG1格式约为1-1.5Mbps。ASF视频采用MPEG4编码压缩，画面质量较好，但对网络带宽的要求较高，达到VCD画质时一般为1Mbps左右，播放视频的客户端也要求较好的配置（CPU为PIII以上，128M内存）。QuickTime格式的视频画面质量较好，但国内的用户数量不多。Realmedia格式的视频压缩率较高，可针对用户网络带宽的不同情况，选择不同的视频编码格式。在画面质量与VCD相当的情况下，带宽也仅为350Kbps左右。基于以上的分析，笔者认为在广域网上实现视频点播系统，采用Realmedia格式视频是个较好的选择。2视频点播系统的设计在设计视频点播系统前，应做好需求分析，用户是谁？用户需要什么？我们能够提供什么？等等问题都应考虑详细。以下结合笔者的工作实践，谈谈视频点播系统的设计问题。2.1系统设计目标作为教育技术部门，我们主要为师生提供教学所需的视频资料以及一些经典的影视剧作品。目前南京地区的教育和科研计算机网（CERNET）带宽已达到1Gbps，这为网上的教学资源共享提供了硬件保障。在国家积极开展的现代远程教育之际，我们学校正在将常用的教学片、影视片等送上因特网，建立一个网络视频资源库。该资源库将为CERNET的用户提供常用的视频资料，为现代远程教育的开展服务。目前该库的设计容量为400GB。近期将扩容到1TB，满足500个用户同时访问的需求。2.2需要解决的问题（1）视频资料的质量在设计视频点播系统时，我们需要考虑用户的网络带宽以及对视频资料的视听觉质量要求。鉴于CERNET的用户桌面带宽均较高，一般都为10Mbps或100Mbps，因此，我们在制作视频资料时，主要考虑了画面质量，在保证画面质量较好的情况下尽量降低带宽要求。一般我们采用视频帧速30帧/秒、声音采样频率44.1KHZ的参数制作视频，视频带宽要求为220Kbps-350Kbps。（2）视频资料的分类视频资料的类别应有确定的标准，能为用户所公认，也便于用户的检索。对于一般的教学资料，我们按照学科分类的标准划分；对于影视剧作品，主要按出品国或地区分类。（3）WEB页面的设计在页面设计中，主要考虑的问题是呈现给用户的信息和页面的版式设计。呈现给用户的信息除了视频资料名称外，还应包括播放时长、音频和视频的质量参数等。此外，还应提供资料检索服务，便于用户查找所需的内容。版面设计上力求朴素大方，结构合理，便于用户浏览。总之，在WEB页面设计中，我们强调的是以实用性和易用性为主。（4）服务器的选择视频点播系统的服务器包括WEB服务器、数据库服务器和流服务器。我们应根据可能同时访问的用户数量，决定服务器的数量。如果用户数量不多，可考虑将三项服务置于一台服务器上；如果访问的用户数量较多，数据库又较大，则应将各项服务分别安装于不同的服务器；尤其是对于流服务，甚至还可用多台服务器提供集群服务，以满足用户的需求。此外，还应考虑系统将来的扩展和用户的增加，服务器在性能上应留有余量。（5）视频数据库的管理各类数据库产品均提供了客户端供用户通过网络管理。但这种方式存在一定的不便，管理员须在客户机上安装数据库的客户端软件才能维护数据库。因此，在实现视频点播系统时，应设计好基于WEB的视频数据库管理程序，实现随时随地的数据维护。2.3视频点播系统的构成视频点播系统应包括流服务器、WEB服务器、数据库服务器、WEB浏览器和视频播放器几个部分。如图1所示。图1视频点播系统的构成示意图当用户使用WEB浏览器访问视频点播系统的WEB页面时，向WEB服务器发出请求，要求查看某段资料的信息；WEB服务器接收请求后向数据库服务器发出查询的请求，并取得查询结果；然后将关于该资料的信息传送到WEB浏览器，呈现给用户；如果用户要求播放该段资料，则由WEB浏览器向流服务器发出请求，流服务器获得请求后，传送一个包含了通信地址的头文件到用户端，视频播放器由头文件中的地址找到流服务器；接着视频播放器开始接收来自服务器的流式视频文件并进行播放。3视频点播系统的实现下面以笔者的工作实践为例，介绍视频点播系统的实现方案。我们在选择服务器时，考虑到在视频点播系统中，负荷最大的是流服务器，而WEB服务器和数据库服务器相对而言负荷较小。因此，WEB服务器选用了HPLH3（双PII400，256M内存），数据库服务器选用了联想万全2400（双PII400，256M内存），流服务器则采用了双机集群，由两台曙光I225G（双PIII650，512M内存，200G硬盘）承担。所有服务器均安装了Windows2000Server操作系统。WEB服务器的WEB服务由Windows2000Server中内置的IIS5.0提供。考虑到IIS对ASP脚本支持较好，我们在制作WEB页面时，采用了VBScript脚本语言编写ASP脚本程序，实现对视频资料数据库的查询。同时也为管理员提供基于WEB的视频数据管理。数据库服务器上安装了MicrosoftSQLServer2000。管理员可在管理工作站上安装MicrosoftSQLServer2000的客户端程序（Client），通过网络远程管理数据库服务器，进行数据的添加、更新、删除等操作。对于视频数据库的结构我们是这样安排的：一部分字段为资料的分类信息；一部分字段为资料的内在属性，如主讲教师、导演、出品国/地区等信息；还有一部分字段为视频的客观信息，如声音采样频率、帧速、视频文件大小等。详细字段分配见表1。表1视频数据库字段分配字段名称字段类型说明编号int视频资料的编号学科char资料所属的学科适用对象char适用于何种人群（成人、高中生等等）来源char视频片源种类（录像带、VCD、DVD等等）名称char视频资料的名称路径char存放视频的路径关键词char检索资料的关键词教师char资料中授课的教师导演char视频资料的导演年代char视频资料的年代出品国/地区char视频资料的出品国/地区语种char语言种类色彩char彩色片或黑白片播放时长smallint视频资料的播放时间（分）分辨率_宽度smallint原始视频资料的宽度（像素）分辨率_高度smallint原始视频资料的高度（像素）采样频率decimal声音采样频率（KHZ）帧速tinyint视频的播放速度（帧/秒）文件大小smallint视频资料的文件大小（MB）上载日期smalldatetime视频资料的上载日期评价tinyint从画面、声音和内容等方面综合评价等级（共5级）点击次数int用户观看本资料的次数内容简介text视频资料的内容简介缩略图image视频资料的静态图片流服务器上需要安装流式服务器软件，我们选择RealNetworks的RealServer产品。RealServer分Basic版、Plus版、Professional版和Intranet版等几种。其中Basic版是可以免费获得的，它可支持25个流（25个用户同时访问）；Plus版可支持60个流；Professional版和Intranet版则可支持100至500个流（需安装相应的协议）。RealServer具有良好的适应性、可管理性及可靠性，能满足用户的身份验证、带宽控制、实现基于WEB的管理等多种需求。安装RealServer时，安装程序会提供视频流的工作端口，包括RTSP端口（默认值为554）、PNA端口（默认值为7070）、HTTP端口（默认值为8080）、Monitor端口（监控端口，默认值为9090）和Admin端口（管理端口，默认值为27809）。对于端口的设置，一般我们选用默认值即可。在配置RealServer时，要注意修改视频资料的存放路径，在管理面板的Configure—GeneralSetup—MountPoints选项中，设定根目录“/”为存放视频资料的路径（默认值为C:\ProgramFiles\Real\RealServer\Content）。当我们制作WEB页面中视频资料的存放路径时，只要按如下格式即可：http://流服务器的IP地址:8080/ramgen/存放视频资料的路径或者rtsp://流服务器的IP地址:554/存放视频资料的路径。上述工作完成后，视频点播系统也就基本实现了。剩下的主要工作就是维护数据库和增加视频资料。制作Realmedia格式的视频资料，需要一台配置较好的计算机，以缩短制作时间，提高制作效率。计算机上需要安装视频采集卡和制作软件RealProducer。RealProducer支持AVI、QuickTime、MPEG等多种视频格式文件；还可以通过视频采集卡抓取录像机、电视机、VCD机、DVD机等输入的视频信号。此外，RealProducer还可将视频实时压缩后送至RealServer，由RealServer实时广播至网络上，实现节目的网上直播。4结论较C-S模式而言，基于WEB的视频点播系统实现简单、支持的用户数量多、系统可覆盖的范围广、价格也不高，而且在网络带宽保证的情况下，视频的画面质量可接近DVD效果，笔者认为这是值得推广的视频点播系统。参考文献[1]M.A.Sportack,F.C.Pappas,E.Rensing,etal,高性能网络技术教程.清华大学出版社,1998.ThearticleanalyseskindsofVODprojectsandintroducestheVODsystembasedweb.Itdiscussestheexpectedobject,someproblems,theframeworkandtheimplementationofthesystem.ThesystemusesRealmediavideoandBrowser-Servermode.Ithinktheprojectcanbeimplementedbygeneralschoolsandisworthgeneralizing.