摘要：為了滿足我國專業(yè)性院校對(duì)大型教學(xué)、講座、招生、體育賽事等全方位直播的需要，根據(jù)多媒體技術(shù)具有集成性、交互性等特點(diǎn)，充分利用高校的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)條件，建立高標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)及要求，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過前端高清攝像設(shè)備進(jìn)行視頻采集，再通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)編輯、視頻切換、視頻播放及視頻同步錄制等功能進(jìn)行高質(zhì)量集成管理，實(shí)現(xiàn)多場所、教室的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場直播，并已在首都體育學(xué)院的各項(xiàng)活動(dòng)中取得良好效果。

關(guān)鍵詞： 多媒體；網(wǎng)絡(luò)；直播；視頻；導(dǎo)播系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TP 3文章編號(hào)：1009-783X（2013）02-0190-03文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

隨著基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)帶寬逐步增加，多媒體信息在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸變得更加快捷，高清視頻通過網(wǎng)絡(luò)播放變得更加流暢，可以滿足觀看的需要，尤其是在校園網(wǎng)環(huán)境內(nèi)，完全可以滿足標(biāo)清格式的播放與接收。

1校園網(wǎng)絡(luò)與多媒體設(shè)施現(xiàn)狀及網(wǎng)絡(luò)直播需求

1.1校園網(wǎng)絡(luò)及多媒體設(shè)施現(xiàn)狀

首都體育學(xué)院通過多年的建設(shè)，相繼建成了多媒體教室、多功能會(huì)議室、多媒體報(bào)告廳、演播廳、資源平臺(tái)（VOD），以及多媒體前端發(fā)布系統(tǒng)等各類媒體設(shè)置。資源平臺(tái)（VOD）主要為師生提供教學(xué)資料、學(xué)習(xí)資料、黨建宣傳、影視資料和電視直播等功能。多媒體發(fā)布系統(tǒng)由2塊室外全彩屏、若干室內(nèi)單色屏及多塊等離子顯示屏組成，用來播放各類新聞、通知和視頻，學(xué)校的各類顯示屏分布在不同的區(qū)域，覆蓋了主要辦公區(qū)域、場館及學(xué)生宿舍區(qū)域，如圖1所示。

校園網(wǎng)絡(luò)覆蓋全院辦公區(qū)、教學(xué)區(qū)、場館區(qū)及學(xué)生宿舍區(qū)，網(wǎng)絡(luò)主干為1 000 M，完全可以滿足視頻傳輸?shù)男枰ｋS著較低碼率、高清畫質(zhì)等特性的720P、1 080I、1 080P、高清百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的大規(guī)模普及，也解決了傳統(tǒng)模擬視頻采集系統(tǒng)清晰度不足的尷尬局面[1]。

1.2大型賽事活動(dòng)、教學(xué)、科研全方位網(wǎng)絡(luò)直播的需求

首都體育學(xué)院主要辦學(xué)任務(wù)是為全國培養(yǎng)體育教育、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練及體育管理等多種高層次專門人才。每年除了大量的教學(xué)工作外，還要舉辦體育賽事、開學(xué)典禮、表彰大會(huì)、公開課、科學(xué)報(bào)告會(huì)、學(xué)術(shù)講座及文藝演出等一系列活動(dòng)。為了使全院廣大師生員工能夠在第一時(shí)間直觀地了解活動(dòng)的情況，及時(shí)進(jìn)行觀摩學(xué)習(xí)，解決場地限制人員數(shù)量的問題，利用已有條件，建立一套完整的網(wǎng)絡(luò)多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)，開展全院范圍的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場直播，進(jìn)行大范圍的實(shí)時(shí)信息交流，成為學(xué)校重要的教育信息化建設(shè)需求。

在實(shí)際活動(dòng)中，首都體育學(xué)院的視頻采集地點(diǎn)常常分散在校園各個(gè)位置，如采用傳統(tǒng)的直播方式與手段，無法將現(xiàn)場攝像機(jī)采集到的信號(hào)通過線纜傳輸?shù)饺匡@示設(shè)備上，管理員也無法通過傳統(tǒng)的視頻切換系統(tǒng)，在多媒體發(fā)布系統(tǒng)播放要顯示的內(nèi)容，這給管理員造成了使用和管理上的不便，也不能滿足學(xué)校對(duì)各種活動(dòng)在多媒體發(fā)布系統(tǒng)直播的要求。

所以，要將體育比賽、學(xué)術(shù)報(bào)告、文藝演出、教學(xué)、科研、招生等各類活動(dòng)及時(shí)地呈現(xiàn)在廣大師生面前，就必須利用學(xué)校現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)條件將攝像、傳輸、編輯、切換、播放等功能進(jìn)行高質(zhì)量集成管理，管理員在后端控制平臺(tái)上完成整個(gè)直播工作，不僅可以實(shí)現(xiàn)直播功能的要求，還大大提高了工作效率。

2網(wǎng)絡(luò)多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

2.1網(wǎng)絡(luò)多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)及要求

首都體育學(xué)院多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)的構(gòu)建目標(biāo)是：1）將各種前端視頻采集設(shè)備與多媒體發(fā)布系統(tǒng)相結(jié)合，將校園內(nèi)各視頻采集地點(diǎn)的現(xiàn)場畫面，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)饺我怙@示終端上。2）與校園VOD系統(tǒng)結(jié)合進(jìn)行節(jié)目錄制和現(xiàn)場的網(wǎng)上直播。3）實(shí)現(xiàn)視頻顯示、視頻編輯、視頻切換等功能。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求如下。

1）系統(tǒng)性能優(yōu)異。支持目前先進(jìn)的編解碼算法，支持QOS，并且方案設(shè)計(jì)要考慮到整個(gè)系統(tǒng)的QOS、擁塞控制、流量控制等問題，從而保證整個(gè)多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)圖像、語音清晰流暢。

2）系統(tǒng)管理功能全面。全面實(shí)用的系統(tǒng)管理解決方案，以實(shí)現(xiàn)賽場點(diǎn)管理、后臺(tái)管理、控制、診斷、監(jiān)測和日志管理等系統(tǒng)管理功能，通過這些管理手段保證多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3）系統(tǒng)擴(kuò)展靈活。系統(tǒng)可以接入任意的前端數(shù)字、模擬信號(hào)的視頻采集設(shè)備，不必更改網(wǎng)絡(luò)配置。

4）系統(tǒng)安全保密。整個(gè)視頻系統(tǒng)分為系統(tǒng)配置管理、業(yè)務(wù)管理、終端密碼授權(quán)等多級(jí)安全體系，并且核心設(shè)備的系統(tǒng)配置與管理應(yīng)支持物理的隔離。

5）系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。以上是首都體育學(xué)院多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，對(duì)多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了高穩(wěn)定、高質(zhì)量、易操作、易管理等多項(xiàng)要求[2]。

2.2網(wǎng)絡(luò)多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求

多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)的視頻傳輸是實(shí)時(shí)性要求較高的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，這就要求作為其基礎(chǔ)的承載網(wǎng)絡(luò)有較高的帶寬和對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)流量有較高的控制能力。多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求為：視頻帶寬+IP包頭開銷。常用的計(jì)算方法為：視頻帶寬2M×1.4=2.8 M為網(wǎng)絡(luò)帶寬的最大需求，如能滿足視頻帶寬2M×1.6=3.2 M則能更好地保證視頻效果。管理中心（連接其他N個(gè)分部會(huì)場）的網(wǎng)絡(luò)帶寬要為其他N個(gè)分部會(huì)場的網(wǎng)絡(luò)帶寬之和。

本系統(tǒng)建立在專用網(wǎng)上，多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)的通用時(shí)延小于200 ms。由于音頻、視頻的傳輸為實(shí)時(shí)的交互，因此，網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延抖動(dòng)更為至關(guān)重要，我們的要求范圍為時(shí)延小于50 ms。網(wǎng)絡(luò)上的丟包率不應(yīng)該高于1%，在超過1%以后要求系統(tǒng)必須自身具備丟包恢復(fù)機(jī)制，以保障視音頻的正常功能[3]。

2.3網(wǎng)絡(luò)多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)的構(gòu)建

首都體育學(xué)院現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)都已開通，并能提供足夠的網(wǎng)絡(luò)帶寬。系統(tǒng)的建設(shè)方案以ITU-T H.323為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)化和設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的會(huì)場數(shù)量發(fā)生變化時(shí)，在現(xiàn)有系統(tǒng)核心設(shè)備的容量范圍內(nèi)，可以方便地增加接入點(diǎn)數(shù)。

系統(tǒng)由前端監(jiān)控資源采集、視頻傳輸、管理后端及多媒體發(fā)布系統(tǒng)等幾部分組成。整個(gè)系統(tǒng)采用全網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻架構(gòu)，前端都采用高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)或普通高清攝像機(jī)進(jìn)行視頻采集，通過攝像機(jī)的網(wǎng)絡(luò)端口（或網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器）直接通過網(wǎng)絡(luò)傳輸高清視頻信號(hào)到管理后端進(jìn)行集中存儲(chǔ)和管理。傳輸主干網(wǎng)采用光纖千兆局域網(wǎng)，管理后端通過集中管理平臺(tái)來完成整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的集中預(yù)覽、控制、管理、存儲(chǔ)，以及視頻分發(fā)等功能，實(shí)現(xiàn)高清數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)集中管理。

根據(jù)首都體育學(xué)院的網(wǎng)絡(luò)狀況及多媒體設(shè)施的分布位置，首都體育學(xué)院多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

系統(tǒng)前端監(jiān)控資源的采集主要是指現(xiàn)場視頻信息的采集。本系統(tǒng)中，前端監(jiān)控設(shè)備由網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器組成，在沒有有線網(wǎng)絡(luò)的地方可以通過無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的傳輸。我們選用基于標(biāo)準(zhǔn)的H.264 算法、 百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)來采集前端視頻，攝像機(jī)預(yù)覽和回放的圖像線數(shù)也達(dá)到了700 TVL（請(qǐng)確認(rèn)與高清分辨率的關(guān)系）廣播級(jí)圖像畫質(zhì)，而且動(dòng)態(tài)視頻為全實(shí)時(shí)30幀/s。安裝在前端的高清攝像機(jī)把圖像信號(hào)采集后直接壓縮轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至管理中心，管理人員對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行編輯，經(jīng)過流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器進(jìn)入海量存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行視頻存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)廣播，一路通過VOD系統(tǒng)送至收看終端，同時(shí)在電視墻顯示系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控瀏覽，如圖3所示。

播出單路或多路視頻的切換工作由多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)視頻矩陣完成，實(shí)現(xiàn)以下功能。

1）瀏覽和控制。用戶登陸驗(yàn)證服務(wù)器，獲取授權(quán)給該登陸用戶的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)瀏覽和控制權(quán)限，在獲取的列表里面，任意調(diào)用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)到任意的窗口進(jìn)行瀏覽和控制，畫面可以自由組合與調(diào)節(jié)。

2）輪巡監(jiān)視。系統(tǒng)支持自定義分組的多路視頻圖像在某一個(gè)窗口切換，也可以在電視墻的某一個(gè)窗口調(diào)用。

3）組切。矩陣服務(wù)器支持每4畫面或者8畫面（更高配置的矩陣服務(wù)器）為一組，分成多組進(jìn)行組切換。

4）電視墻輸出。系統(tǒng)支持矩陣服務(wù)器和大屏幕液晶電視連接，這樣在瀏覽高清視頻時(shí)比傳統(tǒng)的監(jiān)視器輸出顯示更清晰。

3網(wǎng)絡(luò)多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)的應(yīng)用

首都體育學(xué)院網(wǎng)絡(luò)多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)通過前端的視頻信息采集系統(tǒng)、后端管理系統(tǒng)的協(xié)同工作，很好地實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、傳輸、編輯、管理及播放過程。

例如，首都體育學(xué)院在2011年全校運(yùn)動(dòng)會(huì)中首次進(jìn)行了全方位的現(xiàn)場直播報(bào)道。運(yùn)動(dòng)會(huì)包括開閉幕式、田徑、游泳、籃球、排球、羽毛球、武術(shù)、健美操、體育舞蹈及教職工趣味比賽等內(nèi)容，場館分布遍及全校。我們利用學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)資源，通過多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)將各個(gè)場館的比賽畫面?zhèn)鞯胶笈_(tái)控制中心，后臺(tái)管理人員實(shí)時(shí)監(jiān)控各場館情況，可以根據(jù)現(xiàn)場情況在后臺(tái)控制前端的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，捕捉現(xiàn)場的精彩瞬間，根據(jù)需要及時(shí)切換到精彩比賽的畫面，同時(shí)將畫面?zhèn)鞯教飶綀觯ㄖ鲿?huì)場）LED顯示屏，學(xué)校的資源平臺(tái)（VOD）系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)直播，遍布全校的各種顯示屏上，這樣，首都體育學(xué)院的師生無論在比賽現(xiàn)場，還是在學(xué)校的任意建筑物內(nèi)，都可以方便、及時(shí)地了解運(yùn)動(dòng)會(huì)的進(jìn)展情況及比賽結(jié)果。

4結(jié)束語

首都體育學(xué)院網(wǎng)絡(luò)多媒體導(dǎo)播系統(tǒng)利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)及多媒體條件，通過成熟可靠的技術(shù)，搭建了一個(gè)性能可靠、技術(shù)先進(jìn)、系統(tǒng)開放的視頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，承擔(dān)并圓滿完成了多次重大活動(dòng)，證明了該系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠。當(dāng)然，該系統(tǒng)還存在一些有待解決的問題，比如：有線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋畢竟有其局限性，無法做到真正的無縫銜接；而無線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性尚不能完全滿足高清視頻傳輸?shù)男枰@個(gè)問題隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展將會(huì)逐步得到解決。

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