摘要：本文分析了日益發(fā)展的校園網(wǎng)特點(diǎn)以及構(gòu)建多媒體視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的重要性，并從視頻點(diǎn)播的總體要求、功能定位著手，提出了基于校園網(wǎng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，詳細(xì)地闡述了視頻點(diǎn)播系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：視頻點(diǎn)播；校園網(wǎng)；流媒體

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和視頻壓縮技術(shù)的高速發(fā)展，從網(wǎng)上瀏覽多媒體內(nèi)容成為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一大亮點(diǎn)。多媒體內(nèi)容主要包括電影、動(dòng)畫剪輯、演示課件、電視廣播、現(xiàn)場錄制。視頻點(diǎn)播(VOD)是近年來新興的一種傳媒方式，它可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地點(diǎn)播教學(xué)信息，從而突破了傳統(tǒng)的集體教學(xué)的時(shí)間和空間的限制，實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化教學(xué)。將學(xué)?，F(xiàn)有的軟硬件資源進(jìn)行升級改造，構(gòu)建基于校園網(wǎng)的視頻點(diǎn)播系統(tǒng)，將有利于開展多種形式的多媒體交互教學(xué)。

視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的基本原理是將編碼、檢索后的多媒體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)介質(zhì)中，服務(wù)器根據(jù)用戶的需求通過網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)傳送到用戶端，經(jīng)過解碼還原后供用戶觀看和使用。目前，有關(guān)校園網(wǎng)絡(luò)視頻點(diǎn)播方式主要有以下幾種：

#61548;全ATM方式。采用這種方式，視頻傳輸平滑、速度快、效果好，但費(fèi)用昂貴，一般用戶承受不起。

#61548;Cable Modem方式。采用Cable接入技術(shù)和雙向傳輸技術(shù)為學(xué)生提供視頻服務(wù)，具有頻帶寬的優(yōu)點(diǎn)，但是這種方式的數(shù)據(jù)流量的穩(wěn)定性控制還存在問題。

#61548;ATM骨干網(wǎng)加ADSL方式。該點(diǎn)播方式采用的ADSL的線路承載能力有限。

可以看出這些視頻點(diǎn)播學(xué)習(xí)環(huán)境的研究和開發(fā)主要是基于寬帶、高速網(wǎng)絡(luò)的，開發(fā)成本也較高，而對于相對低帶寬、低速率的網(wǎng)絡(luò)如在校園網(wǎng)絡(luò)中較典型的交換式快速以太網(wǎng)的開發(fā)和研究則較少。同時(shí)對于大多數(shù)學(xué)校而言，在有限的資源條件下完全依據(jù)一些公司和廠商的方案構(gòu)建校園視頻點(diǎn)播學(xué)習(xí)環(huán)境是不切實(shí)際的。只有“因校制宜”，將學(xué)校現(xiàn)有的軟硬件資源進(jìn)行升級改造，才是一種切實(shí)可行的選擇。

交互式VOD系統(tǒng)由前端處理系統(tǒng)、寬帶交換網(wǎng)絡(luò)、用戶接入網(wǎng)、用戶終端設(shè)備(機(jī)頂盒加電視機(jī)或加計(jì)算機(jī))等幾個(gè)部分組成。VOD系統(tǒng)既可采用集中處理結(jié)構(gòu)，也可采用集中管理、分布處理的方式，并可靈活地選用HFC、FTTB、FTTCADSL、VDSL等多種接入方式。

1前端處理系統(tǒng)

前端處理系統(tǒng)一般由視頻服務(wù)器、磁盤陣列、節(jié)目數(shù)據(jù)庫、播控系統(tǒng)等構(gòu)成。視頻服務(wù)器的高速數(shù)據(jù)傳輸能力保證了用戶對大量的影片、視頻節(jié)目、游戲、教務(wù)信息以及其他服務(wù)的近乎即時(shí)訪問。它的突出優(yōu)點(diǎn)是若干用戶可從不同的時(shí)間起點(diǎn)觀看同一個(gè)節(jié)目，避免了精彩節(jié)目被一個(gè)用戶所獨(dú)占，或某個(gè)用戶點(diǎn)播后，其他用戶只能被動(dòng)跟隨的情況，這對于用戶點(diǎn)播要求相對集中的場會(huì)尤為適合。

VOD視頻服務(wù)器保存著大量經(jīng)壓縮的圖像節(jié)目并能通過網(wǎng)絡(luò)為用戶提供所需的節(jié)目拷貝，也可以包含實(shí)時(shí)的MFEG編碼器來接入實(shí)況轉(zhuǎn)播。節(jié)目數(shù)據(jù)庫是一個(gè)存檔系統(tǒng)，保存著大量壓縮形式的電影節(jié)目，可成批下載給視頻服務(wù)器。VOD視頻服務(wù)器通過與用戶之間直接的、實(shí)時(shí)雙向交互來控制節(jié)目的播放，包括節(jié)目的選擇、播放過程的開始與終止、播放速度的控制以及不同節(jié)目之間的動(dòng)態(tài)切換等。

視頻服務(wù)器為了能夠適應(yīng)實(shí)時(shí)、連續(xù)穩(wěn)定的視頻流，其存儲(chǔ)量要大，數(shù)據(jù)速率要高，并應(yīng)具備接納控制、請求處理、數(shù)據(jù)檢索、按流傳送等多種功能，以確保用戶請求在系統(tǒng)資源下的有效服務(wù)。存儲(chǔ)設(shè)備應(yīng)采用SCSI接口，以確保高速、并行、多重I／O總線的能力?；贏TM的VOD系統(tǒng)，采用的視頻服務(wù)器是以多路自路由選擇開關(guān)(MPSR)為中心的寬帶視頻服務(wù)器。這種結(jié)構(gòu)的服務(wù)器可提供即時(shí)交互式視頻點(diǎn)播和延時(shí)交互式視頻點(diǎn)播兩種服務(wù)方式。在大量用戶同時(shí)點(diǎn)播時(shí)，服務(wù)器的傳輸速率很高；同時(shí)要求其他相關(guān)設(shè)備也能支持這種高傳輸速率，但這很難實(shí)現(xiàn)。為此可以在網(wǎng)絡(luò)邊緣(如ATM網(wǎng)絡(luò)前端開關(guān)處)設(shè)置視頻緩沖池，把點(diǎn)播率高的節(jié)目復(fù)制到緩沖池中，使部分用戶只需訪問緩沖池即可，緩沖池中沒有要點(diǎn)播的節(jié)目，可再去訪問服務(wù)器，這就減輕了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，并可以隨著用戶增加而增加緩沖池。裝載緩沖池可用150Mb／s速率，而從緩沖池中向用戶傳送節(jié)目是用2Mb／S速率，因此一個(gè)服務(wù)器可支持多個(gè)用戶。

2控制管理系統(tǒng)

控制管理系統(tǒng)是一個(gè)信令傳輸網(wǎng)絡(luò)，用于管理用戶到VOD視頻服務(wù)器的連接。由于實(shí)際的VOD系統(tǒng)中可有多個(gè)VOD視頻服務(wù)器，因此控制管理系統(tǒng)采用兩級網(wǎng)關(guān)管理。第一級在數(shù)字寬帶交換系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對不同頻道的選擇；第二級則完成在一個(gè)VOD視頻服務(wù)器上對特定節(jié)目的選擇。VOD信令和數(shù)據(jù)流通路具體過程如下：

(1) 通過預(yù)置信令連通機(jī)頂盒和訪問入口設(shè)備；

(2) 按照用戶要求，自主選定相關(guān)的視頻服務(wù)器，提供服務(wù)素引；

(3) 服務(wù)器系統(tǒng)的初始化可由機(jī)頂盒或視頻服務(wù)器完成；并由服務(wù)入口提供路由信息，由服務(wù)器提供節(jié)目清單；

(4) 用戶從節(jié)目單中選擇節(jié)目并將信令傳給視頻服務(wù)器；

(5) 通過網(wǎng)絡(luò)操作將節(jié)目由視頻服務(wù)器發(fā)到機(jī)頂盒；

(6) 其他信令通路都服務(wù)于操作中心的監(jiān)控、記錄等。

3ATM數(shù)字定帶交換系統(tǒng)

具備管理能力、點(diǎn)對點(diǎn)可交換的交互式VOD系統(tǒng)，其服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存取設(shè)備、用戶預(yù)定設(shè)備等都能運(yùn)行于多種類型的視頻壓縮模式和不同帶寬要求的環(huán)境中。視頻服務(wù)器可根據(jù)用戶的要求把用戶點(diǎn)播的節(jié)目從視頻庫中取出，并通過ATM網(wǎng)絡(luò)傳送給用戶。視頻信息一般采用MPEG標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼，裝人ATM信元，在ATM網(wǎng)絡(luò)中傳輸。同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中可能有多個(gè)信息提供者，因此可以有多個(gè)視頻服務(wù)器，由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)操作中心調(diào)配使用。服務(wù)入口的功能主要是根據(jù)用戶所要求的服務(wù)內(nèi)容將用戶與相應(yīng)的服務(wù)器相連接，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可有多個(gè)服務(wù)入口，一個(gè)服務(wù)入口也可連接多個(gè)用戶。服務(wù)入口可作為一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)部件，也可集成到現(xiàn)頻服務(wù)器或ATM交換中心等其他部件中。服務(wù)操作中心是服務(wù)提供者用來管理和分配信息資源，并為用戶提供相關(guān)服務(wù)操作的部件。若服務(wù)提供者數(shù)量大，則服務(wù)操作中心可作為一個(gè)獨(dú)立部件；若服務(wù)提供者數(shù)量小，則一般將其集成到現(xiàn)頻服務(wù)器中。視頻庫的功能是以壓縮編碼形式存放信息文檔，訪問設(shè)備則提供網(wǎng)絡(luò)和用戶之間的連接，它一般由位于網(wǎng)絡(luò)和用戶設(shè)備(CPE)之間的設(shè)備組成。CPE包括電視機(jī)和錄像機(jī)、機(jī)頂盒及遙控器。ATM網(wǎng)絡(luò)將網(wǎng)絡(luò)各部件互連，包括”信令“和“節(jié)目數(shù)據(jù)流”，其中節(jié)目數(shù)據(jù)流應(yīng)滿足用戶點(diǎn)播要求的速率，在連接方式上可以是點(diǎn)對點(diǎn)，或點(diǎn)對多點(diǎn)。

4傳輸系統(tǒng)

傳輸系統(tǒng)由干線傳輸系統(tǒng)和分配系統(tǒng)組成，作用是將來自VOD視頻服務(wù)器及其他信號源的信息送至用戶并回送用戶的反向信息。干線傳輸系統(tǒng)可以有光纖、同軸電纜

和無線傳輸方式等供選擇；分配系統(tǒng)有光纖(FITL)、銅線(ADSL等)、混合光纖同軸電纜(HFC)和無線(LMDS)等實(shí)現(xiàn)方式。郵電企業(yè)的一般做法是采用ADSL／HDSL／VDSL技術(shù)，在PSTN中傳輸節(jié)目；而廣電部門一般采用HFC技術(shù)，在CATV系統(tǒng)中播出節(jié)目。

從傳輸速率、實(shí)時(shí)性、交互性、經(jīng)濟(jì)性等方面考慮，三種常見網(wǎng)絡(luò)中能夠作為VOD系統(tǒng)用戶接入網(wǎng)的只能是PSTN與CATV系統(tǒng)。但是PSTN與CATV系統(tǒng)均需一定改進(jìn)，PSTN需提高速率，CATV系統(tǒng)則需增加雙向通信能力。

5用戶設(shè)備

目前用戶設(shè)備主要有兩類結(jié)構(gòu)。第一類結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)終端(NT)從機(jī)頂盒分離開來，兩者間多采用E1／V24接口，可提供2Mb／S下行連接和雙向控制連接。將來會(huì)出現(xiàn)所謂標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字家用網(wǎng)(DHN)，允許連接若干機(jī)頂盒并能重新使用現(xiàn)有雙絞線或同軸電纜來提供每秒幾十個(gè)兆比特的帶寬。第二種結(jié)構(gòu)將NT集成進(jìn)機(jī)頂盒，機(jī)頂盒的基本功能是對MPEG信號解碼并與普通電視機(jī)接口。還有人機(jī)接口、條件接入(編碼)、口令控制、智能卡和信用卡閱讀器等其他功能。

6實(shí)現(xiàn)VOD的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方案

來自VOD視頻服務(wù)器的信號(155Mb/s)和傳統(tǒng)的諸如CATV等其他多媒體信號被送入中心點(diǎn)(Hub)進(jìn)行調(diào)制，而Hub則是VOD網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字／模擬轉(zhuǎn)換的接口；前向通道接收VOD數(shù)字信號和其他多媒體信號，將其通過光纖傳送至各節(jié)點(diǎn)(Node)。反向信道接收來自用戶端的控制信號，加以處理后，將其送至ATM交換機(jī)及VOD視頻服務(wù)器。Node通過光纖干線接收來自Hub的前向射頻信號；通過線性放大器加以處理后，通過同軸電纜分配網(wǎng)絡(luò)傳送至用戶；Node同時(shí)也必須過濾出來自用戶的射頻反向信號，并把它經(jīng)過激光器驅(qū)動(dòng)回送給Hub。

也可利用ADSL技術(shù)，于光纖節(jié)點(diǎn)處和用戶瑞安裝ADSL設(shè)備實(shí)現(xiàn)VOD業(yè)務(wù)及其他寬帶業(yè)務(wù)。

ATM交換機(jī)和寬帶用戶環(huán)路是發(fā)展VOD業(yè)務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。使用ATM技術(shù)的VOD系統(tǒng)，既能很好地服務(wù)于用戶，對網(wǎng)絡(luò)的帶寬要求又最小。目前，ATM交換機(jī)已商用化，而用戶網(wǎng)的寬帶化是開展VOD等寬帶業(yè)務(wù)最大的難題之一。光纖用戶環(huán)路(FTTH、FTTC、FTTB等)以其頻帶寬、可傳高速數(shù)據(jù)甚至高清晰度電視、能適應(yīng)B－ISDN和信息高速公路發(fā)展等優(yōu)點(diǎn)，是未來寬帶高速用戶環(huán)路的發(fā)展方向。但由于其投資大，用戶難以承受。近期應(yīng)充分利用HFC、ADSL及HDSL技術(shù)，挖掘潛力，發(fā)展VOD等寬帶業(yè)務(wù)。

結(jié)束語：視頻點(diǎn)播是多種先進(jìn)技術(shù)融合的結(jié)晶，它不僅能夠平滑流暢地傳播視頻信息，而且賦予了用戶極大的自主選擇空間。構(gòu)建基于校園網(wǎng)的視頻點(diǎn)播系統(tǒng)并利用它開展多種形式的教學(xué)，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的發(fā)揮，有利于體現(xiàn)教師的教學(xué)創(chuàng)造性，實(shí)現(xiàn)雙向多媒體組合教學(xué)。可以預(yù)見，在不久的將來，視頻點(diǎn)播將成為學(xué)校教育中不可缺少的組成部分，從而推進(jìn)數(shù)字化校園的建設(shè)。

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