CCAI校园网视频解决专业技术方案.docx
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CCAI校园网视频解决专业技术方案
CCAI校园网视频解决方案
引言校园网的建设随着教育产业的兴起和发展也逐渐呈现出蓬勃向上的态势。
尤其是各级重点学校的网络硬件平台的建设，其水平和质量都非常之高，在世界范围内作横向比较也毫不逊色。
但是，困惑也随之而来，具体表现为以下几个方面：
A、校园网投入大，但没有用在教育主业上。
B、网络仅用在办公自动化中，投资效益低。
C、无法实现充分共享。
即享受好的教育资源的学生很有限；同样的课程需要年复一年的教授；同样的问题需要一次次重复回答；材质差异明显的学生按同一模式接受教育，做不到因材施教。
计算机网络技术在教育产业中的应用现状和由此产生的问题引起了教育界和计算机界对于计算机网络条件下教案模式的思考。
教案模式在网络条件下最终会变化成什么样子？
目前和将来一段时间内网络技术发展到底能导致产生哪些更富成效的教育手段，逐步推动教案模式的改变？
随着多媒体技术的不断发展，特别是多媒体传输技术的突破，使网络多媒体教案得以实现。
现在已经有许多的成熟的产品可以用来组建网络多媒体教案的解决方案。
下面我们来讨论校园网视频系统的解决方案。
一系统需求1、通过校园网实现音、视频实况转播、视频预订，制作并存储节目。
2、在校园网上实现VOD教案。
3、广播领导讲话。
二方案建议通过视频点播、广播通信模式，在校园网络基础之上，即可实现系统的需求的软硬件。
三系统实现目标可用于计算机网络上的电视会议，广播领导讲话，楼宇监控，网上培训教案，电视节目播放，现场实况转播，多媒体资料和动态视频节目检索、点播（VOD），发布信息等，使传统的计算机网络成为具有多种用途的多媒体网络。
CCAI_视听在线视频服务系统
一、前言：
各种视频应用系统介绍
视频点播比传统视频服务（电视广播）更加符合人们的需求，各种方式的视频点播系统纷纷涌现。
根据采用的传输方式不同，有基于有线电视线路传输的点播方式和基于电脑网络传输的点播方式。
基于有线电视线路传输的点播方式又分模拟方式和数字方式；而基于网络传输的方式又包括窄带计算机网络视频应用系统和宽带系统。
根据提供服务的模式不同，有采用文件共享方式，以文件服务基础提供的视频服务和以专用点播服务程序提供为流媒体数据进行专门优化的服务模式。
二、CCAI_视听在线视频服务软件系统
CCAI作为一家专业的视频应用软件开发商，推出的CCAI_视听在线基于标准的TCP/IP和RTP/PTCP/RSVP协议架构，能够提供包括视频点播、视频广播、实时转播以及实况录像等在内的完整的视频解决方案，同时具有较为完善的PC、无盘工作站等端末支持以及用户管理、曲目管理、计费管理等系统，在存储、集群、点播性能等方面均有较为满意的效果，能够提供完整的视频点播方案以及软硬件配套方案。
1、视频点播
CCAI_视听在线点播服务是利用TCP/IP网络传输用户指定的存放在服务器上的视频/音频资源以供用户观看/收听的一套软件系统。
它提供了让用户按照自己的喜好选择节目进行播放的功能。
它代替了传统电视节目播放那种将用户置于完全被动的地位，使用户可以根据自己的需要选择节目。
CCAI_视听在线支持各种视频音频格式，为用户提供更多选择，同时节目列表功能更加方便用户点播。
支持歌词显示功能，令整个欣赏过程更加完美。
2、直播系统
在网络中利用电视接收系统或者其他摄像设备的信号，作为信号源；通过实时转播服务器将信号源转换为数字动态视频流信号，通过计算机网络以组播的方式传送到接收广播的用户端，所有的用户端就可以观看网络转播的现场MPEG－1全动态图象。
实时视频转播可作为实时加密付费电视信号转播，只有付费购买服务的用户才可接受该频道。
更可以为付费用户开通录像功能，用户可将喜爱的节目录制下来。
实时视频转播可作为现场实时转播，将现场摄像头拍摄的信号通过转播工作站直接连入网络或接入城域网即可进行现场实时转播。
直播系统更可以用于远程教案，超媒体显示技术、实时交流系统令教课程更加易于接受和理解，同时录像功能可以使学生将教案过程录制下来，以供课后复习巩固使用。
普通PC（赛扬500/128MBDRAM）可以支持12路实况转播/台。
使用工控机可以支持24路实况转播/台。
3、视频会议
视频会议功能可以将各个不同区域的会议现场有机组织起来，节约了召开会议的时间和费用。
视频会议保持传统会议的现场感，可以语音交流还可以使用文字交流。
同时，CCAI_视听在线系统还提供了录像功能，可以将整个会议状况记录下来，作为单位档案，具有保存价值。
4、远程监控
使用工控机可以支持24路实况转播/台。
高质量监控画面和声音，任意点观看监控现场，画面跃变录像，超长时间录像。
详见《数码音视频监控系统》。
5、数码电视台
就象传统的电视台，服务商可轻松地添加许多有特色的组播频道，再为每个频道添加许多节目，并定义好每个节目的播放时序，这样，系统将自动生成节目预告单，用户可随时在网上查阅。
此种方式有如下的用途和优点：
a每个频道只算一路视频流，却可以让无限的用户观看
b不会产生广播风暴，网络负载十分轻松
c不必使用传统的广播器材（编辑播放机群、切换台等等），节省一大笔金钱和人力
d可轻松计费，不必再让用户购买安装解码器
e可将热门节目进行循环组播，既可满足大量用户对新片的需求，又可大大降低网络的负载，以进行更有效的服务和经营
6、提供远端的用户管理和监控软件
服务商可轻松地通过该软件实时监视网络上所有的视频服务器及正在获取服务的所有用户的服务情况（谁何时开始访问哪台视频服务器的什么节目或什么频道等等）并有权随时停止对某个用户的服务，此种方式有如下的用途和优点：
a该信息来自视频服务软件的内核,十分可靠
b可综合监视视频服务的运行状况
c可直观监视网络的运行状况,为管理优化网络提供依据
7、提供完善的计费功能
服务商可轻松地通过该软件实时的对用户进行计费，并随时产生用户费用清单。
对于欠费的用户，系统将停止对该用户的服务并提示该用户欠费情况，给用户的消息可由管理员自定义。
此种方式有如下的用途和优点：
a为服务商和用户提供服务记录和统计,核定费用
b催款
c可由管理员定义每个节目、每个频道、每个用户组、每个时段的收费标准
d带有免费预览时间、新片预告等功能
e多种计费方式为服务商提供实用、丰富的经营方式，更能为用户接受，避免包月方式造成的服务单一、点播泛滥、缺乏活力和新鲜感的缺点
8、提供中英文全文检索、模糊检索和分类检索功能
a可以同时检索视频、文字、WEB页面、网站等资源
b快速高效的汉字全文检索技术
三、视频服务器技术
1、支持多并发用户
软件对多并发用户提供良好支持，视频服务软件占用CPU时间极少，并发访问用户数量仅受网络带宽和磁盘访问速度的限制。
在使用高性能SCSI硬盘的情况下10M网络支持同时6个VCD并发用户；
100M网络支持同时数十个VCD并发用户。
在安装了多个100M网卡的单台服务器上可以支持超过200个用户进行VCD级别的点播。
在安装了1000M网卡的单台服务器上可以支持数百个用户进行VCD级别的点播。
通过服务器集群支持城域网级别的视频点播。
视频广播和直播系统支持无限用户。
2、支持服务器集群
CCAI_视听在线支持多服务器集群结构，可以有上百个以上的视频服务器协同工作，支持同时点播的并发用户数上万以上。
CCAI_视听在线系统能够自动侦测视频服务器是否启动，能够自动协调各服务器内容的分配与增删等,自动形成当前最新的曲目总表供用户点播。
如果一个曲目在多个服务器中出现，客户端点播该曲目时，会自动在多个服务器中检索，找到一台负载最轻的点播服务器可以提供服务的服务器点播，这一切用户是完全不知道的。
点播用户根本不用关心系统的多服务器架构，感觉上就是一套系统在提供服务。
CCAI_视听在线系统具有自动平衡播放压力的功能，在某台服务器播放繁忙时能够自动搜索另外视频服务器上相同的播放资料。
视频服务器产生变化时，客户端无需重新配置，从而减轻用户及系统管理员的负担。
3、集群的优点
如果一个曲目在多个服务器中出现，客户端点播该曲目时，会自动在多个服务器中检索，找到一台可以提供服务的服务器点播，这一切对用户是完全透明的。
点播用户根本不用关心系统的多服务器架构，感觉上就是一套系统在提供服务。
CCAI_视听在线系统具有自动平衡服务器服务压力的功能，优先访问比较不繁忙的服务器，在某台服务器比较繁忙时能够切换到其他有存储该节目的视频服务器上。
CCAI_视听在线服务器集群除了同时服务的用户数得到线性增长外，存储容量也得到线性增长。
不同CCAI_视听在线服务器除了少量（20％左右）的存储容量存放点播频率较高的节目外，其余的大部分（80％左右）的存储容量存放不同的节目。
4、集群的扩展性
视频服务器产生变化时，客户端无需重新配置，从而减轻用户及系统管理员的负担。
CCAI_视听在线集群与操作系统实现的集群不同，属于视频点播层次的集群，不需要操作系统提供集群功能。
集群功能还可以使多至几十台视频服务器的分布处理，使服务器之间可以跨越不同的地理区域，便于城域网内多个IDC协同提供服务，以获取规模优势。
相应的，直播系统也可以分布在各个区域，提供多个远程教案环境或监控环境的现场实况图像。
支持数十个会议现场的远程会议。
5、远程分发
可以将本地的视频资源同时上传至n个远程服务器，服务器将会根据设置自动将该节目发布出来。
6、同步超媒体
以往的视频服务系统，都只能播放视频和音频部分，而非视频/音频媒体是无法和视频/音频结合的。
由于编辑制作一个视频节目需要大量时间和金钱，导致服务提供商几乎无法对自己的资源做任何有利于自己的改进。
CCAI_视听在线视频服务系统支持超媒体，它使得服务提供商、学校在即便不能编辑现有视频素材的情况下，也能对自己提供的视频服务增加其它格式的媒体，例如电子文本或图片。
这项功能可以提供以下好处：
在播放视频节目的同时，同步显示预先设置好的其它媒体。
通过这项功能，当点播MP3时，可以实现歌词同步显示。
也可以由学校提供对听力节目的解释等等。
甚至可以插播广告，以提高收益。
在直播教师讲课实况图像的同时，由教师控制，在学生端电脑屏幕同步显示其它媒体，包括电子化文本，图片，动画，其它视频。
教师可以把复杂的理论通过多种表现方式在授课过程中传达给学生。
在进行视频会议时，主持人也可以发布演讲稿等内容。
超媒体支持是CCAI_视听在线对现阶段各视频服务系统的一项革新，它大大扩大了视频服务的应用范围，必将对这个领域产生重大而深远的影响。
四、客户端技术
1、流畅的视频图像及声音
支持全屏幕，每秒25-30帧流畅的DVD、VCD、DivX、wmv的播放。
支持MPEG-1/VCD、DAT、MPG、AVI等多种视频格式。
支持MP3、MP2、MPA、WAV、AIF等多种音频格式。
支持MPEG-2/DVD视频文件（后缀名VOB）。
支持MPEG-4/DivX视频文件,以MPEG-1的编码率，接近DVD的质量。
支持WindowsMedia系列格式视音频文件，包含高质量的视频流。
支持高清晰度，高动感的DVD,支持持续码率超过10Mbps的高质量DVD片源的点播。
2、即时响应的播放控制
挑选播放清单，操作简单明了，无需学习，即使不懂计算机也能流利操作。
通过鼠标及支持键盘热键操作。
播放控制功能多，可以暂停、快进、后退、静音、定位播放、平衡调整、音量调整，可以设定播放顺序、随机播放及循环播放等。
可调整播放速率，可以播放慢动作，也可以播放快动作。
采用通用遥控器接收装置，支持上百种红外遥控器点播，用户可选用自己满意的红外遥控
3、客户端实时录像
在进行实况转播、远程教案、视频会议等过程中，用户可以将当前播放视频存盘，存盘生成的文件是标准的MPG格式的文件。
录制下来的视频图像质量十分清晰，这样可以随意录制电视节目，代替传统VCR。
录像功能是CCAI_视听在线视频系统的特色功能。
4、基于web的全面解决方案
CCAI_视听在线系统基于流行的Web方案，直接在Web内播放，同时支持全屏、热键及所有控制功能。
Web方案是流行的趋势，也是未来发展方向。
Web简单易懂，无需过多的培训。
Web方案也容易与其他主页有机融合。
CCAI_视听在线从客户端到CCAI_视听在线管理系统，均采用Web进行操作管理。
5、客户端可实时交流
当进行实况转播、远程教案、视频会议时，客户端之间可以就自己关心的话题实时交流。
当转播电视新闻或球赛时，用户交流可以增进小区居民之间的沟通。
而远程教案过程中的提问和反馈更是必不可少的。
6、客户端可远程控制云台
在监控或会议主持的过程中，必然要对现场情况进行手工精确定位，客户端在观看视频的同时可远程遥控云台和摄像机。
7、强大的多级全文检索功能
CCAI_视听在线支持包括多级分类、演唱者、曲目资料、介绍资料、歌词等等在内的资料的全文检索。
五、广泛的应用网络平台
CCAI_视听在线可运行于基于IP技术的多种网络上，包括10M/100M以太网、千兆以太网、电缆调制解调器（CableModem）、不对称数字用户线路（ADSL）、ATM及带LAN仿真的其他网络。
六、视频服务系统对外部的要求
1、对网络带宽的要求
以VCD为例，每个点播用户如果点播VCD，必占1.5Mbps带宽，点播MP3需要独占128Kbps带宽。
因此，每个10M网段最多只能满足6个用户同时点播VCD，100M网段最多只能满足50-60个用户点播VCD。
系统设计时，需要考虑网络其他应用所需要的网路流量，因此，一般情况下，每个10M网段设计时不应超过4个并发用户，每个100M网段设计时不应超过40个并发用户，每个1000M网段设计时不应超过400个并发用户，留一部分的带宽作为其他应用。
对于DVD，大部分的DVD片码率在6Mbps左右，但是也有部分的超高质量DVD,码率超过8Mbps，动态码率可达10Mbps。
CCAI_视听在线支持持续及动态码率超过10Mbps的超高质量DVD。
对于普通的DVD片，10M交换到桌面，就可以支持，对于超高质量DVD，需要100M共享或100M交换网络才能支持。
直播系统采用256K-1.125Mbps传输速率，由于采用组播技术，它所占用的网络带宽不因用户数量多寡而改变，仅因系统提供服务节目的数量而变化。
如果同时传送多路节目，将需要多倍网络带宽。
2、网络结构
对于只采用单CCAI_视听在线视频服务器系统，其网络结构为：
第一层：
100M主干交换机，100M/1000M连接服务器
第二层：
10M交换机连桌面，10M交换机的100M级联端口上连100M主干交换机
对于采用多个1000M端口的CCAI_视听在线视频服务器集群系统，其网络结构为：
第一层：
1000M交换机，1000M连接服务器
第二层：
100M二级交换机，1000M级联端口上连1000M主干交换机
第三层：
10M交换机连桌面，10M交换机的100M级联端口上连100M二级交换机
3、对客户端需求的方案
a、计算机方案介绍
作为CCAI_视听在线视频系统的客户端，支持标准的计算机方案。
采用计算机方案，支持所有的Window应用系统，支持所有的CCAI_视听在线3.0视频点播，视频广播，实时转播功能。
根据不同的硬件配置，支持MP3,MPEG-1/VCD,MPEG-2/DVD,MPEG-4/DivX,MPEG-4/ASF等多种视频格式。
计算机方案，采用XVGA作为显示器，可得到很好的效果。
也可选支持TV-OUT电视机输出。
b、PXE无盘工作站介绍
作为CCAI_视听在线视频系统的客户端，也可以采用无盘工作站方案。
PXE无盘工作站与标准PC一样，可以运行Window98系统。
两者的使用方法，功能都一样，可最大程度保证视频点播客户端功能在无盘站的应用与有盘计算机一样。
无盘工作站与普通计算机一样，由主板，CPU，RAM，网卡等组成，可以采用显示器，也可以采用电视机作为显示输出。
无盘工作站不配置硬盘、光驱、软驱等存储设备，所有的操作系统，应用软件均存储在BIOS及网络中心的服务器上。
无盘工作站功能强大，支持PC的几乎所有功能，且随用户的需求的不断变化，可不断增加新的功能，保护了用户的投资。
无盘工作站其实就是一台没有配置硬盘的计算机，通过TVOut接口可以采用电视机作为输出显示器。
在无盘工作站的基础上增加硬盘，显示器，就可扩展成为一台标准的计算机。
同样可运行所有计算机可运行的应用。
无盘工作站的CPU,RAM等器件均为标准的计算机器件，可独立升级，扩展。
无盘工作站网络启动服务器：
无盘工作站网络启动服务器，作为网络中无盘工作站网络启动使用。
网络中所有无盘工作站的操作系统、应用软件均存储在这台服务器上。
无盘工作站网络启动服务器可以和CCAI_视听在线的WWW服务器合用或采用单独的服务器。
DivX:
采用最新的MPEG-4压缩标准，码流及存储空间与MPEG-1/VCD相近，提供与MPEG-2/DVD相近的质量。
4、网络技术
a、网络多媒体控制
多媒体优先
CCAI_视听在线支持RTP/RTCP/RSVP多媒体流控制、支持802.1p国际标准。
CCAI_视听在线多媒体信号传输功能在100M、10M以太网环境中，表现良好。
带宽预分析
CCAI_视听在线服务器会分析最近的网络繁忙程度，从而决定是否接受新用户的请求。
有效避免网络带宽不够，造成其他用户的点播质量受影响。
b、流点播、流广播
及时响应，低延时
CCAI_视听在线基于多媒体视频流的方式进行点播与广播接收，因此，反应快，只有1－3秒的延时。
防止网络抖动
在点播的客户端及服务器，CCAI_视听在线设置了多级的缓存机制，从而保证在网络抖动的情况下，客户端仍然可获得流畅的视频音频。
c、Multicast多播机制
多播技术，也就是MultiCast技术，它可允许无限多的用户收看所需节目，同时能够大大节约有限的网络资源。
多播技术，能够将信息只传输给想收看的用户。
没有用户收看的网段将自动由网络路由器将信号过滤掉。
这不同于原有的广播技术BROADCAST，即无论是否被浏览，数据流都会传送到每个结点同时数据流被复制给所有的接收者，浪费了宝贵的网络资源。
节省网络带宽
CCAI_视听在线广播系统以及实时转播系统全部采用多播技术，在支持TCP/IP及多播协议的网络环境中，能够利用有限的带宽，一个频道一个固定带宽，传播给需要接受的用户，同时还可以针对用户进行计费、控制等等。
d、跨路由，支持防火墙
对于大规模视频应用，例如城域网范围，CCAI_视听在线支持不同网络之间的应用。
支持防火墙和代理服务器。
e、支持第三层路由交换
CCAI_视听在线可以支持第三层路由交换。
在TCP/IP大型网络中，必须将网络用户分段管理，而不同TCP/IP网段的机器之间的通讯必须经过路由器的参与。
视频数据是大流量的数据，如果通过传统路由跨网段访问VOD服务器，则会加重路由器的负担，影响性能及吞吐量，但现在成熟而廉价的第三层路由交换技术得到普及，这能够解决这个问题。
CCAI_视听在线也支持虚拟网多网段，视频服务器拥有多个IP地址，每个IP地址对应一个不同的虚拟网段，并可指定每个网段用户可以访问的服务器的IP地址。
5、硬盘方案
磁盘性能将是最大程度影响视频点播服务器的性能的要素！
推荐采用存储成本较低的7200转SCSI硬盘
推荐不要采用磁盘阵列系统！
直接使用多个单独的SCSI或IDE硬盘,CCAI_视听在线系统将管理这些视频硬盘。
大多数的服务器机型需采用SCSI硬盘或热插拔SCSI硬盘组成大容量存储器。
由于每个SCSI硬盘都有自己专用的ASIC芯片，具有乱序读写、预测等能力、专有的SCSI命令集能对多用户并发的随机读写提供和IDE方式无法比拟的优异性能。
当使用磁盘阵列技术组合n个硬盘后，其吞吐量将超过单个硬盘，这看上去似乎更好，实际不然。
这是指单个用户访问时比单个硬盘的吞吐量，由于视频服务器是面对上百用户同时访问，而每个用户吞吐量都在1.5MB（10Mb）以下，所以将这些用户分散到n个硬盘上同时读写，将远远优于n个硬盘组成的磁盘阵列的性能。
奥妙在于磁头寻道和定位将耗费大量的时间，磁盘阵列的磁头全部响应一个操作，而n个磁盘却可以独立应付不同的客户群。
为节约投资，也可以采用ATA-100/ATA-66接口的IDE硬盘。
IDE硬盘的最大缺陷：
当磁盘进行读写操作时，占用CPU时间严重，使系统无法支持多并发用户访问。
七、CCAI_视听在线管理
CCAI_视听在线的所有管理模块均基于Web,操作简洁。
1、用户管理及权限管理
CCAI_视听在线提供用户管理功能及权限管理功能。
所有资源都可独立定义权限，用户只能使用他拥有访问权限的资源。
CCAI_视听在线支持用户组管理，同一组内用户拥有相同权限，用户可以属于不同组，使权限管理更加灵活方便。
点播内容实行目录级别的资料访问权限管理，只要定义好权限，今后该目录内的所有资料均遵循该权限规则。
2、功能强大的计费管理
CCAI_视听在线系统同时提供三种计费规则，包括基本计费规则、计费优惠规则、计费统计规则，三种计费规则有机地结合起来，就形成了非常完整的计费管理。
CCAI_视听在线系统的计费模块针对小区和相关应用而设计。
基本计费规则：
支持按流量、按点播时间计算及按节目类型计算点播费用。
不同的曲目分类、曲目类型、权限、点播地址等的组合可以设定不同的费用。
每笔点播记录通过在基本计费规则库中匹配符合的规则，可计算出单笔基本应交费用。
计费优惠规则：
每笔点播记录通过基本计费规则计费后，可再根据优惠规则进行优惠，最终确定该笔点播应交费用。
不同的星期、不同的假日、不同的时间段组合可定义不同的优惠规则。
计费统计规则：
每月的计费金额汇总后，可根据统计规则进行处理，最终确定每个用户的该月应交费用。
支持最低费用、封顶费用、优惠费用、折扣处理与启用失效日期等等。
3、自动点播排行榜
用户点播的曲目资料自动进入排行榜，分当日排行、周排行、月排行、季度排行、年度总排行及指定日期排行等，所有排行榜均可以针对不同的曲目类型进行。
4、智能化节目扫描定位，自动发布
CCAI_视听在线通过定义发布类型，从而实现了基于目录结构的智能节目发布功能。
只要设定好发布内容类型描述，则今后目录中新增或者删除的节目资料均可以自动进入存档数据库中，并且自动归类，无需手工参与操作，大大减轻了管理员的负担。
5、采用标准通用的存储格式
CCAI_视听在线视频数据支持FAT、FAT32及NTFS格式，在FAT、FAT32及NTFS格式中达到I/O最高性能，数据不需要专用格式存储，极大的简化了视频服务器对视频数据的处理。
用户可以使用如资源浏览器Explorer、磁盘管理器等常用工具管理自己的VOD数据分区的内容，确保兼容开放。
用户的视音频资料、VCD光盘、DVD光盘的内容可以使用资源浏览器Explorer拷贝到视频服务器即可。
CCAI_视听在线视频数据除了接受CCAI_视听在线的管理外，也可以接受其他程序的管理，比如对数据进行各种分析的管理或其他应用等。
通用存储格式方便CCAI_视听在线的扩展、与其他系统的集成，方便进行二次开发应用。
6、客户端免维护
CCAI_视听在线客户端安装完后，一切服务页面代码升级均在服务器实现，客户端无需进行改动。
八、CCAI_视听在线系统性能指标
1、客户端性能指标
赛扬500Mhz可以同时观看4个频道或视频流，PIII800Mhz可以同时观看6个频道或视频流。
节目点播延迟时间：
0.1－3秒
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