视频点播解决方案.docx
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视频点播解决方案
教育行业视频点播解决方案
上海鑫剑信息技术有限公司
1教育行业视频点播应用需求概述
1.1学校应用需求分析
随着校园网建设的日趋成熟，学校为学生提供良好的网络化教学资源平台和学习环境已成为学校信息化应用不可缺少的组成部分。
视音频资源作为学习知识的重要载体，具有其他资源不可比拟的优势：
从学习者的认知效果的角度讲，单纯的提供文本和静态图片必将导致刺激形式的单一，不利于学习者学习动机的激发和学习兴趣的保持，从而影响学习者的学习效果。
而视频内容无论是呈现形式的多样性还是内容的丰富性，都比文本和静态图片有着显著的优势。
因此在学校教育教学中，引入视音频资源，丰富内容的呈现形式和手段，提供一个组织合理的视音频服务系统已经是一个不可逆转的趋势。
主要应用体现在：
学生可不受时间空间限制进行视频课程查询、检索、点播，实现自主学习；
教师可通过网络进行多媒体教学，可以对自己的课程进行录制广播；
学校可通过网络对教师进行远程视频课程培训；
学校组织公开课时可进行现场直播，其它教师不需亲临现场，只需在自己的PC机前就可实时接收……
1.2视频点播产品需求分析
目前国内外大多数视频点播产品都已经能够提供点播和直播的功能。
然而，这些产品和解决方案在移植到我国的网络教育中，用于网络化学习时却存在着很多的问题。
首先，由于这些产品和解决方案不是为教育量身定做的，在同教育领域的切合上，缺少对网络化学习的针对性，尤其是对资源的管理上有着较大的局限性和随意性，而且操作难度较大。
而学校所需要的视频点播产品，必须充分考虑到学校的特点，操作维护简单易用，资源管理方便。
其次，视频点播器是提供视音频服务的一个瓶颈，其不仅用于视音频内容的存储，而且要为用户的点播和广播请求进行服务，但单台视频点播器同时能处理的连接数是非常有限的，响应速度也不高。
目前大多数厂商解决这个问题采用的是两种策略，一是通过升级CPU，内存，存储设备等来提高视频点播器的性能，这种方案虽然能够在一定范围内起作用，但作用非常有限，扩展性也不高，最致命的是存在着单点脆弱性，当该服务器出现故障时，整个系统的服务也就停止了，因此服务也是很不稳定的。
另一种方案就是，采用多服务器组成集群，通过集群内的负载均衡来提高系统的扩展性和访问效率；但目前大部分的负载均衡方案是通过专门的硬件设备实现的，价格非常昂贵，一套用于负载均衡的设备的价钱就达到几万甚至几十万，这对远程教育来说，是一笔非常庞大的投资。
因此，学校需要一种既有优良的视音频服务性能，又有较高的性能价格比的解决方案。
最后，在视音频资源格式兼容性上，目前大多数产品都是基于一种视音频服务的平台（如微软的mediaservice或RealNetwork的Realsystem）开发的，对某一类资源支持较好，但却不能同时兼容这些资源；而教育资源是多种多样的，视音频的格式也是多种多样的，这些资源都是网络化学习的知识载体，学校需要找到一种能够最大限度地支持这些资源的方案。
综上所述，学校网络教育是个特殊的教育应用领域，一套应用于学校网络教育的视音频服务系统必需具备资源管理方便、操作维护简单易用，性能稳定可靠，性价比高，可扩展性强，视音频格式支持广泛等特点。
2鑫剑视频点播系统（GoldswordVOD）产品介绍
2.1系统简介
鑫剑视频点播系统（GoldswordVOD）是上海鑫剑信息技术有限公司在研究了国内外各种视频通信技术基础上，针对我国网络教育应用需求自主研发的网络视频应用产品。
该产品采用国际领先的流媒体核心技术——智能适应流传输技术，可运行于局域网、广域网（互联网、教育城域网）等各种复杂的网络环境。
系统可对学校视音频资源进行组织、分类和管理，为广大师生提供自主学习的视音频节目点播、现场教学和培训的直播、多媒体教学的广播服务，从而实现视音频资源的有效共享。
产品采用模块化功能设计，性能稳定可靠，操作易用且维护简单，视音频格式支持广泛，可扩展性强；不依赖于操作系统自带管理服务的独立服务器设计，在总体提高服务器性能的同时，也确保了视频点播的安全性和保密性，为学校提供了视音频服务的完整解决方案。
视频点播解决方案网络架构图
服务端主要由视频点播器、直播广播服务器、Web服务器、数据库服务器、存储设备等组成。
在小型应用中，可由单台服务器来完成上述服务端的工作。
视频点播器的作用一方面为终端用户提供视频流传输控制服务，并对流量负载提供完善的处理机制，另一方面为核心应用提供强大的系统管理服务。
直播广播服务器的作用是为用户提供实时现场直播和文件广播服务。
Web服务器主要为用户提供节目浏览、检索、查询等服务。
数据库服务器用于存储管理节目信息，为用户检索查询节目提供服务，存储管理用户信息，提供登录、认证服务，存储管理日志记录，为查询统计和维护提供服务。
由于视频点播对磁盘的数据输出速度要求特别高，况且视频数据非常占用存储资源，存储设备就是为了解决数据传输和海量存储问题而设的。
在实际应用当中，通常会先考虑利用服务器本身所带磁盘的传输存储能力，当服务器盘片的传输存储能力不够或出于其它考虑时，通常选用专业的数据存储设备。
客户端以浏览器方式访问鑫剑视频点播系统（GoldswordVOD）时，首先登录到Web服务器，接下来由数据库服务器提供服务，最后才由视频点播器、广播服务器提供视频流传输服务。
客户端接收到数据后，即时响应解压缩播放。
基于以上架构的流媒体服务能够在局域网、Intranet、Internet等各种网络环境中得以实现。
2.2系统特色
●系统自带流媒体网络播放器，支持各种国际主流视音频格式
●由于系统对视音频格式的广泛支持，管理员不需要对大量视音频资源进行格式转换，就可进行点播；
●即使在大量并发的情况下，点播响应速度仍然极快，任意拖动定位无延迟，节约用户时间，提高学习效率；
●节目源的发布快捷方便，不需要进行漫长的节目实体二次拷贝，而是以“资源管理器”的方式操作，将数据入库与内容存储分开管理；
●由于系统对视频流进行了充分的优化处理和控制，使系统对硬件和网络资源的占用率极低，系统超强稳定，长时间运行、高并发不死机，极大地节约了教育用户对硬件设备的投入成本；
●用于学校实时远程教学、培训、会议的直播系统，既支持软件压缩又支持硬件压缩，支持各种主流的视频采集卡，用户可根据实际情况自主选择；
●系统对各种主流操作系统和各种主流数据库的支持，使产品可满足不同学校（包括教育城域网）的应用环境需求；
●对于大用户量的教育用户，系统支持高并发数，支持分布式和重定向流量负载匀衡。
2.3系统功能
客户端
节目点播
可在远程或局域网内任意点播视频、音频、课件等各种多媒体节目
节目搜索
根据节目信息所包含的内容，可按名称、创作者、创建日期、格式类型、类别等方式检索查询。
按照排行时间、节目类型等设置条件查看点播排行情况
资源共享
浏览发布在页面的信息或友情链接的任意站点，共享各种资源
用户服务
用户可查看系统信息、个人设置信息、个人点播帐单、留言等
其它功能
可查看最近更新节目、推荐节目、新闻公告和广播直播节目预告以及其它使用帮助等
服务器端
节目管理
节目目录的增、删、改，权限设置、目录分权限管理、目录信息设置描述
节目合成、媒体格式转换、文件截取、节目属性信息描述、节目权限设置、节目计费设定、推荐节目设置和维护、数据库设置等
媒体内容智能动态分发、节目自动入库、数字版权管理、安全认证管理
查询节目信息，对节目信息以图表方式进行统计显示
系统数据库配置、站点地址管理、系统文件和目录拖放设置等
用户管理
用户分组管理、用户帐号管理、管理员管理、申请注册用户管理、IP地址段管理等
应用管理
用户留言板管理、新闻公告管理、频道节目预告管理、点播日志查询统计、数据库设置、匿名用户安全参数设置
实时监控
监控服务器状态：
服务器IP地址和主机名、当前在线并发流数、当前带宽占用情况、当前CPU占用率
监控在线用户状态：
用户IP地址和主机名、开始点播时间、当前带宽占用情况、用户登录帐号和用户优先级别、点播节目名和文件名
监控状态控制：
启动监控和停止监控、断开当前部分用户或所有用户、给用户发送消息和广播消息
服务器管理
服务器基本属性配置、服务器带宽管理、文件码率输出管理、服务时间段方案设置，安全设置，分布式服务器配置、负载条件和均衡调度策略管理
计费管理
可按月计费、按点播次数、按网络流量、按网络时间等方式计费；用户费用结算、查询、打印，明细统计和汇总统计报表
2.4系统性能指标
点
播
支
持
的
格
式
视频格式
MPEG1
*.dat（VCD）、*.mpg、*.mpeg、*.m1v、*.mpv
MPEG2
*.vob（DVD）、*.mpg
MPEG4
Microsoft:
*.asf、*.wmv
DivX/XviD:
*.avi、*.divx、*.xvid
Apple:
*.mov
REAL
*.rm、*.rmvb
AVI
*.avi
音频格式
*.wav、*.mid、*.mp2、*.mp3、*.mpa、*.mpe、*.wma、*.wax、*.rmi、*.ra、*.x、*.au
其它媒体格式
*.doc、*.ppt、*.xml、*.fla、*.pdf、*.exe、*.html等
客
户
端
点播响应延迟
MPEG1、MPEG4、REAL≤1秒，MPEG2≤2秒
点播拖动延迟
MPEG1、MPEG4（DivX/XviD,Apple）、REAL（rm/rmvb）无延迟，MPEG2、MPEG4（asf/wmv）稍有延迟
支持的操作系统
Windows、Linux、Unix
支持的数据库
Oracle、Sybase、SQLServer、MySQL、Access
2.5系统核心技术
●技术和应用的唯一性
⑴唯一完全模块化产品设计
⑵唯一对系统资源最大优化，内存资源占用每并发流低于1MB内存，单颗P3CPU支持多达200以上MPEG1并发流
⑶唯一采用真正的流媒体技术支持所有主流的媒体格式，包括RealSurestream（多码率的RM格式）和Quicktime格式
⑷唯一能自动识别多媒体格式和检测节目码率
⑸唯一支持用户组管理，一个用户可同时属于各种逻辑组
⑹唯一支持内容组管理，内容和组之间是一对多关系
⑺唯一支持节目信息的拖动和复制，以“资源管理器”的方式操作
⑻唯一支持数据入库与内容存储分开管理
●核心技术特点
鑫剑视频点播系统（GoldswordVOD）利用了上海鑫剑信息技术有限公司开发的当前国际领先的流媒体核心技术：
智能适应流传输技术。
智能适应流传输技术具有跨平台性、响应速度极快、高性能、超强稳定性、广泛视音频格式支持性、易扩展性等特点。
1、跨平台性
由于本技术采用了国际标准互联网协议TCP/IP作为主要网络层传输协议，而TCP/IP协议已经被各种操作系统，例如UNIX、LINUX、WINDOWS等操作系统支持，所以此项技术能够在各种操作平台上互通。
而当前其它大多数厂商所开发的流媒体技术是基于WINDOWS网络文件系统的，只能运行在WINDOWS平台。
跨平台性不仅表现在不同操作系统上的互通，而且能够跨网络平台，本传输技术上层实现了超文本传输协议（HTTP），所以只要是支持HTTP协议的网络都能通过本技术传输可控制的视频音频流。
同时本技术还能够兼容ATM网络。
2、响应速度极快
通过对各种多媒体视频音频格式进行深入的研究，我们掌握了它们的共性，也熟知它们的独特性，在此基础上我们创造了一种先进的格式预分析技术，利用该技术，能够对各种多媒体文件格式（无论其本身是否流格式）进行远程快速准确识别，而国际上尤其国内的其它同类技术开发商通常是通过对多媒体文件的扩展名来判断文件的格式，这常常导致判断错误。
同时我们还实现了实时解码技术，这进一步提高了请求响应速度。
采用以上两种技术，用户在请求流媒体服务时不必做任何缓存，服务器即时响应，用户几乎感觉不到任何延时，就能播放网上的多媒体文件。
而目前其它厂商开发的流媒体传输技术几乎无一例外，都采用了客户端缓存技术（一种古老过时的技术）来传输流媒体，更有甚者，必须将多媒体文件完全缓存到本地机器硬盘上才能进行解码读取，过长的延时和耗费系统资源让用户难以忍受。
3、高性能
由于在服务器流媒体传输技术实现的内部机制上采用了线程池、内存池技术，极大地提高了服务器的服务性能。
线程池技术使得服务器满足大量用户并发请求和提高整体性能成为可能，该技术要优于多进程技术上百倍，要优于线程独立创建方式近十倍。
内存池技术极大地提高了服务器内存利用性能。
在服务器的磁盘I/O上我们创造了半缓冲技术，该技术要比完全缓冲占用的内存资源少，而比无缓冲速度快。
在网络上采用了自动适应技术，解决了网络带宽的灵活利用的难题，由于不必为每个终端预先分配固定的网络带宽，采用实时按需分配，所以网络资源的利用得到了充分优化。
4、超强稳定性
流传输技术采用TCP传输，能够做到失败重传之外，为了适应各种复杂的网络环境，在网络传输上进一步采用了智能续传技术。
对于每一路会话（或者称作流），即使由于某种原因导致网络连接中断，通过智能续传技术，终端自动在规定的时间内重新尝试进行连接，一切都在背后执行，用户将感觉不到网络故障的存在。
而当前的其它大多数厂商所实现的流媒体技术由于没有采用续传机制，因此，一旦网络发生故障，将导致流传输中断。
5、广泛视音频格式支持性
通过对大量的多媒体格式进行分析研究，我们不仅能够支持流格式的多媒体文件进行网络传输，而且对各种非流格式的多媒体文件也能很好地支持网络传输，这是由于采用了强制流化技术的原因。
目前我们已经不仅能够支持普通的多媒体格式文件，例如：
MPEG1、MPEG2、VCD、MP3、AVI等，而且能够支持其它专有的多媒体文件格式，例如：
RealNetworks的RM、Apple的QuickTime、Microsoft的ASF/WMV、以及DIVX等文件格式。
6、易扩展性
在核心产品的研发实现上，采用了COM技术作为软件设计的规范，为将来加入新的文件格式支持，添加新的传输协议提供了便利条件。
部分软件采用的微软DirectShow技术，而这种技术使得产品在将来的的Microsoft操作系统平台扩充成为可能。
示意图如下：
3视频点播器性能分析
视频点播器作为VOD应用的核心硬件设备，在当前情况下，为充分发挥鑫剑视频点播系统（GoldswordVOD）的卓越性能，解决VOD应用的一些瓶颈，需要综合考虑与服务器的合理配制使用，具体有以下几方面。
A、服务器网卡I/O带宽所决定的服务器输出能力
B、服务器的总线和CPU的处理能力
C、磁盘阵列
D、磁盘阵列与服务器之间的I/O
E、内存容量
F、文件系统的文件读取速度
相应地，对鑫剑视频点播系统（GoldswordVOD）的性能分析如下：
①每并发流的带宽支持范围
目前国际标准和主流的视频格式主要有MPEG1、MPEG2、MPEG4（DivX）、RM、ASF/WMV、Quicktime等，每种格式具有特定的码率范围。
除某些情况下会用到高码率的视频内容外，通常在网络上应用的节目码率在64Kbps-12Mbps之间变化。
GoldswordVOD具备提供各种不同码率、不同视频格式的能力。
②CPU能力
GoldswordVOD在不同CPU运行的效率有差别，通常单颗P3CPU能支持200～260个左右的MPEG1并发流，根据每并发流的码率变化，并发数也会发生相应变化。
③内存
GoldswordVOD的内存资源占用每并发流低于1MB内存，考虑部分冗余，通常设计为每并发流占用1MB内存。
④网络接口
网络接口考虑的是视频点播器输出总带宽，根据实际并发流数量和流媒体格式而定，可选用单块或多块100M/1000M网卡。
⑤I/O能力
根据并发流数量和流媒体格式要求，确定视频点播器最大的I/O能力，通常提供80MB或160MBSCSI接口的磁盘阵列，在I/O能力要求更高时，可采取双通道或多通道SCSI接口，RAID0或RAID5。
在盘阵内部添加硬盘或增加新的磁盘阵列能达到扩展存储设备的目的。
容量根据存储量的大小而定，计算方式是：
一部90分钟左右的VCD电影约占1G，一部相同时间的DVD电影约占2G~4G；一首VCD歌曲占50M，一首DVD歌曲占100M~200M。
⑥存储设备
由于每块硬盘的最大速率有限，为避免磁盘输出速度出现瓶颈，满足并发点播要求，系统提供盘阵的硬盘个数应有一定的数量要求。
3.1视频点播器选择
在对以上因素有了全面理解之后，根据点播的并发流要求，下面，以实际数据对视频点播器的选择作具体说明。
⑴普通型视频点播器
并发流数：
60～80个MPEG1并发
服务器要求：
视频点播、WWW服务在一台服务器上，直播服务器一台，共2台服务器。
配置如下：
①视频点播器
CPU：
单P3866
内存：
256M
硬盘：
40G*3=108G/IDE（或SCSI）
网卡：
1块百兆网卡
⑵小型视频点播器
并发流数：
100～150个MPEG1并发
服务器要求：
视频点播、WWW服务在一台服务器上，直播服务器一台，共2台服务器。
配置如下：
①视频点播器
CPU：
双P3866（冗余考虑）
内存：
512M
硬盘：
36G*6=216G/IDE（或SCSI）
网卡：
2块以上百兆网卡或单块千兆网卡
3.2存储设备选择
⑴存储设备要求：
满足用户同时在线点播所需的磁盘I/O及存储要求即可，建议采用SCSI硬盘。
具体的流媒体服务和存储方案拓扑结构如下图所示：
本图表示采用双Ultra160SCSI通道的磁盘阵列作为VOD的存储设备，每个通道的传输速率的峰值可达160MB/S，其持续传输可达110MB/S，一台主机通过两个SCSI通道访问存储系统，可实现两倍的带宽，即可实现持续数据传输达到220MB/S，同时可根据将来数据增长预计而选择具备多通道扩展性的磁盘阵列，具体的存储设备的选择，请参考用户需求进行设计。
4系统运行环境
流媒体服务器运行环境
（1）操作系统
A、Windows操作系统
1.WINNTServer
2.WIN2000Server
3.WIN2003Server
备注：
如果视频点播系统安装的是WINNTServer，还必须安装有IE4.0或IE4.0以上版本浏览器和NT补丁包（IIS），NT补丁包必须为SP4以上。
B、Linux操作系统
1.红旗Redflagadvancedserver4
2.红帽子Redhat9.0以上的版本
C、Unix操作系统
1.SUN的Solaris操作系统
2.SGI的IRIX操作系统
（2）数据库
1.Oracle8i以上
2.SQLServer97/2000
3.Sybase11以上
4.MySQL
5.Access
2、客户端运行环境
1.Windows95/97/98/Me
2.WindowsNT/2000/XP/2003
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