IP网络视频点播系统的设计论文

第一章前言第一节流媒体技术概述随着计算机网络的高速发展，Internet的基础架构正日益完善，许多城市的城域网都实现了宽带化，架构了以IP为基础的无阻塞数据承载平台。同时随着现代网络技术的发展，网络的媒体效应逐渐凸现，作为第四媒体的网络开始带给人们一种新的信息模式。从在网络上出现第一张图片，到现在各种形式的网络视频、三维动画，人们的视听觉感官在网络上得到了很大的满足。但同时也面临了一种不可避免的尴尬：由于人们需求的不断提高，上网人数的不断增加，加之网络硬件设备的局限性，使得文件的大小成为网络传输一个不可忽视的参数。一方面，人们越来越欢迎宽带网络带来的更直观更丰富的新一代的媒体信息表现，希望能在网络上看到生动清晰的媒体演示，另一方面人们又不得不去面对视/音频传输所需的大量时间。如果多媒体文件需要从服务器上下载后才能播放，一个时长仅1分钟的较小的视频文件，在56kbps的窄带网络上至少需要30分钟时间进行下载，采用512kbps的ADSL下载也至少需要3分钟，并且下载播放的方式也无法满足人们对在线欣赏现场直播的需求。这就大大限制了人们在互联网上大量使用音频和视频信息进行交流。为了解决这种矛盾，一种新的网络媒体技术应运而生，这就是“流媒体技术(StreamingMedia)”。流媒体是指运用可变带宽技术，在数据网络上按时间先后次序传输和播放的连续音/视频数据的一种格式。流媒体在播放前只将部分内容缓存，并不下载整个文件，在数据流传送的同时，用户可在计算机上利用相应的播放器或其它的硬件、软件对压缩的动画、视/音频等流式多媒体文件解压后进行播放，这样就节省了下载等待时间和存储空间，使时延大大减少，而多媒体文件的剩余部分将在后台的服务器内继续下载。“流媒体”不同于传统的多媒体，它的主要特点就是运用可变带宽技术，以“视音频流（Video-AudioStream）”的形式进行数字媒体的传送，使人们在从很低的带宽（例如14.4kbps）到较高的带宽（例如10Mbps）环境下都可以在线欣赏到连续不断的较高品质的音频和视频节目。在宽带互联网大发展的时代，市场对宽带增值业务的拉动力持续快速上升，宽带增值业务必将成为宽带网络运营商未来最重要的盈利来源。基于媒体内容分发的娱乐、教育、医疗、图书馆、商业广告、游戏等等将是宽带增值业务的主要内容。这其中最重要的就是宽带视音频增值业务，即“流媒体”业务。流媒体技术的发展依赖于网络的传输条件、媒体文件的传输控制、媒体文件的编码压缩效率及客户端的解码等几个重要因素。其中任何一个因素都会影响流媒体技术的发展和应用。早期的流媒体主要是在窄带互联网上应用，受带宽条件的制约，到1999年，人们在网上也才仅仅可以看到一个很小的视频播放窗口。然而在具备一定带宽的局域网上，那时人们也很难欣赏到高品质的影音节目，原因在于音视频编码压缩算法不够先进、客户端计算机解码运算速度不够等等。虽然如此，在1999年底结束的StreamingMediaWerst99展会中，Microsoft、Intel、Apple、RealNetworks、QulckTime等公司就流媒体技术的发展和应用展开了激烈的竞争。同时，与会专家预计，未来3年内，多数的互联网用户（包括企业和个人用户）将更多地使用流媒体技术。2000年下半年，随着全球范围内的互联网升温，宽带IP网不再是梦想，越来越多的网络运营商投入到新一轮的宽带互联网的建设中。作为流媒体技术倡导者和发起者的美国RealNetworks、Microsoft、Apple等公司几乎同时向世界宣布了他们最新的流媒体技术的宽带解决方案。这表明，在短短的一年里，流媒体技术有了飞跃性发展。流媒体技术可广泛用于网上新闻发布、在线直播、网络广告、远程教育、实时视频会议等。商业网站利用流媒体播放新闻，开展音/视频直播和点播服务。企业和机构采用点播和流媒体进行员工培训、信息发布、公司介绍等，从而提高效率，节约开支。基于流媒体的应用不仅转变了传统互联网呆板的内容表现形式，使传统影视媒体市场与宽带网络的应用服务相融合，还产生了宽带VOD（VideoOnDemand）、在线音乐、远程教育、宽带收费电视等新的应用。具有强视觉冲击力的视频节目成了人们进入宽带网络的最重要的应用之一，多媒体互动成了人们对宽带网络未来发展的期待。第二节视频点播技术随着计算机网络和多媒体技术的发展，近年来对视频点播系统的需求逐渐增加。视频点播系统是一个包含硬件和软件的网络化系统，主要特征是实时和按需求地从视频服务器向客户设备传送多路、并发的视频数据流。视频点播系统可以提供不同程度的终端用户交互性。视频点播技术是随着计算机技术（特别是多媒体数据压缩解压缩技术）、网络通信技术特别是流媒体技术和电视技术而兴起的一门综合性技术[1][2][3]。视频点播系统主要由控制中心的大型计算机服务器、传输及交换网络、用户端的接收机顶盒或计算机组成。当用户发出点播请求时，该计算机服务器就会根据点播信息将存放在节目库中的影视信息检索出来，合成一个个视像数据流，通过传输网络送至用户家中，对用户而言，只须配套相应的多媒体电脑终端或者一台电视机盒、一个机顶盒以及一个视频点播遥控器。视频点播业务是交互型的多媒体业务，用户通过它可以获取视频节目、社会服务信息等影视服务，既自由地点播节目库中的视频节目盒信息，也可以对视频节目内容进行自由选择的交互式系统；另外，需要时还可以对节目实现编辑与处理（倒退、暂停、搜索等），甚至可以用视频点播系统浏览Inerternet网络，收发电子邮件等。视频点播系统可以接收多位用户同时点播同一节目，互相没有冲突。视频点播系统VOD的本质是信息的使用者根据自己的需求主动获得多媒体信息，它区别于信息发布的最大不同之处在于：一是主动性；二是选择性。它具有以下特点：（1）用户具有交互式操作的主动性；（2）为用户提供不对称的双向传输服务；（3）点播信息内容和点播时间的集中性以及分布的不均匀性；（4）信息发送与重现的实时性与同步要求。第二章需求分析为准确分析系统所要实现的功能及物理要求，根据IP网络视频点播系统的设计要求及其应用环境，对系统进行如下需求分析。第一节系统结构分析VOD（视频点播）系统是用来按用户需求将视频信息通过宽带发布的一种方式，是一种受用户控制的视频分配业务，它向用户提供交互式的、更直观、更形象的信息服务。它使分布在不同地理位置上的用户可以交互式地访问远端服务器存储的节目，用户可根据自己的喜好选择系统提供的热门影片、视频节目、游戏和各种信息。通过如下视频点播系统原理图了解到，系统管理员上传节目，管理存放视频信息的数据库，用户可以通过网络服务器点播视频。图2-1VOD系统原理图视频点播系统的硬件结构可以大致表示成如下公式：一个典型的VOD系统=视频服务器+节目资源库+网络载体+客户终端。图2-2视频点播系统的硬件结构图第二节功能需求系统由前、后台管理两部分组成，使用者为普通用户，管理员直接在数据库中对视频信息进行操作，包括对影片的添加、删除、更新等操作。普通用户在主页面上安全登录后，可以浏览各影片的信息、点播视频及下载用户感兴趣的影片。用户端主要功能设计1．按照类别显示文件，选择文件后可以查看其详细信息和观看视频内容；2．支持多种流媒体视频文件格式，包括Microsoft公司的媒体播放器支持的格式(如:*.wmv等)和Real公司RealPlayer播放器支持的格式(如:*.rm等)，并支持多个视频文件的连续播放。对当前普遍应用的PPT、Flash等格式也要给予支持；3．对文件进行查询，根据关键字的不同，查询结果均不同；4．提供下载，显示当前日期等功能；5．数据统计功能，包括用户登录次数，视频点击次数等。二、后台管理主要功能设计1．对文件类别进行添加、修改、删除、顺序调整等管理，支持三层分级结构；2．对文件内容进行添加、删除、修改、调整显示顺序、调整所属分类、调整播放列表顺序、是否特别推荐、是否是经典、是否热门、是否允许下载等管理；3．审核普通用户信息，包括用户名、密码。4．新用户通过注册后才可以使用该系统进行影片的点播和下载，保存新用户信息，为新用户下次登录提供快捷服务。系统开发方案在VisualStudio2005.NET环境下构建得B/S模式的视频点播，使用C#.NET中ASP语言来具体实现查询、点播、下载。.NET是一种面向网络、支持各种用户终端的开发平台环境。在.NET平台上快速开发种类丰富的应用程序恰恰就是C#（Csharp）。C#（Csharp）是微软推出的一种最新的、面向对象的编程语言。它使程序员可以快速地编写各种基于Microsoft.NET平台的应用程序，Microsoft.NET提供了一系列的工具和服务来最大程度地开发利用计算与通信领域。其语言组件能够用于Web服务，突出特点就是：1)简洁语言；2)精心地面向对象设计；3)与Web紧密联合；4)完整的安全性与错误处理；5)版本处理技术；6)灵活性与兼容性[4]。ActiveServerPages（ASP）是微软开发的一套服务器端脚本编写环境。ASP可以使用DatabaseAccess组件在应用程序中访问数据库。ADO提供Connection对象，可以使用该对象建立和管理应用程序和ODBC数据库之间的连接。Connection对象具有各种属性和方法，可以使用它们打开和关闭数据库连接，并且发出查询请求来更新信息[5]。目前使用最广的数据库产品就是具备完全Web支持的SQLServer2005，提供了对可扩展标记语言(XML)的核心支持以及在Internet上和防火墙外进行查询的能力，提供了以Web标准为基础的扩展数据库编程功能。VisualStudio2005是微软VisualStudio开发系列的最新版，是在VisualStudio2003基础上改进增强的一个版本，它引入一个统一的开发环境用于建立、测试和调试Windows应用程序、Web应用程序、类与定制控件、组件、甚至包括控制台应用程序，还可以使用其IDE运行单元测试，管理企业服务（例如MSMQ）以及管理SQLServer2005等。它远不只是一个集成的编辑器、编译器和调试器，它也集成了各种类型的工具辅助编程人员进行项目开发，如VisualC#.NET代码编辑器、可视化WindowsForm设计器、新的可视化Web设计器和服务器资源管理器等。它也可以扩展，如允许外接程序、新的项目类型以及新的设计器插入到开发环境中[6]。另外，它使用功能完备的可选SQLServer2005ExpressEdition数据库可以创建启用数据的应用程序。将数据库中的数据“拖放”到Windows应用程序可以创建功能完备的数据驱动应用程序。使用内置数据库设计工具可以直观地设计查询和数据库。鉴于VisualStudio2005中C#.NET及其ASP.NET、AQLServer2005开发技术的诸多优点，在本系统开发中，将采用C#.NET及其ASP.NET、SQLServer2005技术作为本系统的开发、编程及页面设计技术，完成设计所需的功能。第四节物理设备需求一、网络环境快速以太网100BASE-T作为一种局域网类型，目前已得到广泛普及，应用于各个领域。100BASE－T的一个显著特性是它尽可能地采用了IEEE802.3以太网的成熟技术。因而，它很容易被移植到传统的标准以太网环境中。另外，由于100BASE－T具有较大的网络带宽，可以较好的满足视频数据的传输，同时传输质量也能得到有效保障。因此它是一个一个经济、宽带、标准化的方案，所以本系统的网络环境将采用100BASE-T快速以太网。二、系统软硬件环境(1)数据库服务器：用以存储视频数据信息，在这台服务器上安装MicrosoftSQLServer2005。系统网站的后台数据信息都存储在这台服务器上。(2)需配置大容量存储设备。(3)开发工具和操作系统：MicrosoftVisualStudio2005中的C#.NET进行开发，Windows2000或WindowsXP的操作系统。(4)WEB服务器