王會(huì)霞，王亞榮/Wang huixia,Wang Yarong

（1.黃岡師范學(xué)院教育科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 黃岡438000；2.武警工程大學(xué)軍事基礎(chǔ)教育學(xué)院 西安710086 ）

1 引言

多媒體計(jì)算機(jī)能夠綜合處理聲音、文字、圖像和視頻，它豐富的圖、文、聲信息和方便的交互性極大地改善了人機(jī)界面，改變了人們使用計(jì)算機(jī)的方式。隨著網(wǎng)絡(luò)寬帶化的發(fā)展，人們不再滿足于網(wǎng)絡(luò)傳輸中僅有文本、圖像或聲音這類簡(jiǎn)單的信息，而越來(lái)越希望看到更直觀、更豐富的視頻信息表現(xiàn)形式。由于傳統(tǒng)協(xié)議本身的局限性，IPv4的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對(duì)視頻傳輸和服務(wù)質(zhì)量的支持有限，而IPv6 以其巨大的地址空間、優(yōu)化的路由協(xié)議、可靠的QoS（quality of service，服務(wù)質(zhì)量）等優(yōu)勢(shì)給流媒體技術(shù)的運(yùn)用帶來(lái)了希望。

基于IPv6的流媒體在視頻傳輸過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的強(qiáng)勢(shì)，構(gòu)建一個(gè)基于IPv6的視頻資源服務(wù)平臺(tái)，該平臺(tái)可為用戶提供教育教學(xué)視頻服務(wù)、公共信息視頻服務(wù)、資源共享服務(wù)、在線答疑服務(wù)以及視頻直播及點(diǎn)播服務(wù)，在一定程度上滿足了人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息多樣化和服務(wù)質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)化的需求。

2 基于IPv6的視頻資源服務(wù)平臺(tái)工作原理與關(guān)鍵技術(shù)

2.1 視頻資源服務(wù)平臺(tái)的工作原理

客戶端的用戶通過(guò)IPv6網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)視頻服務(wù)平臺(tái)，在線收看平臺(tái)的視頻節(jié)目。通過(guò)URL 或超鏈接向平臺(tái)的Web 服務(wù)器傳遞相關(guān)參數(shù)，Web 服務(wù)器則根據(jù)請(qǐng)求實(shí)時(shí)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和讀取，并將最終結(jié)果反饋給客戶端瀏覽器，客戶端瀏覽器根據(jù)反饋的信息調(diào)用客戶端相應(yīng)的播放器，并與流媒體服務(wù)器建立連接，流媒體服務(wù)器前期工作就緒后開始向客戶端播放器傳送A/V 數(shù)據(jù)分組，用戶在數(shù)秒的緩沖等待后即可觀看平臺(tái)所提供的視頻信息；若進(jìn)行視頻直播，還需要加入編碼服務(wù)器模塊，編碼服務(wù)器將現(xiàn)場(chǎng)采集的A/V信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)編碼，并將此A/V 數(shù)據(jù)流推送給流媒體服務(wù)器，由流媒體服務(wù)器進(jìn)行視音頻流的發(fā)布。不論是視頻直播還是點(diǎn)播，后臺(tái)分區(qū)管理員均可對(duì)平臺(tái)各個(gè)模塊資源進(jìn)行管理。具體工作原理如圖1所示。

2.2 視頻資源服務(wù)平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)

（1）IPv6 技術(shù)

視頻資源服務(wù)平臺(tái)所采用的是IPv6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它是在IPv4 基礎(chǔ)上加以修改和擴(kuò)充而形成的。與傳統(tǒng)IPv4 相比，IPv6 可以更快、更方便、更安全、更適合地進(jìn)行大容量流媒體傳輸。

（2）流媒體技術(shù)

基于IPv6的視頻資源服務(wù)平臺(tái)采用的流媒體技術(shù)是基于Windows Media的流式媒體播放技術(shù)，它是由流媒體編碼器（windows media encoder）、流媒體服務(wù)器（windows media services）和客戶播放器（windows media player）構(gòu)成。編碼器先將實(shí)況內(nèi)容、預(yù)先錄制的音頻、視頻和計(jì)算機(jī)屏幕圖像轉(zhuǎn)換為Windows Media流媒體格式的視頻流信息。該視頻流經(jīng)編碼服務(wù)器的推傳遞，到達(dá)流媒體服務(wù)器并進(jìn)行視音頻流信息發(fā)布?？蛻舳说挠脩魟t調(diào)用相應(yīng)的媒體播放器接收該視頻流信息。

3 基于IPv6的視頻資源服務(wù)平臺(tái)

3.1 IPv6 視頻資源服務(wù)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境架構(gòu)

基于IPv6的視頻資源服務(wù)平臺(tái)采用的是IPv6網(wǎng)絡(luò)。以黃岡師范學(xué)院IPv6 校園網(wǎng)為例，探討視頻資源服務(wù)平臺(tái)在IPv6網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的架構(gòu)。黃岡師范學(xué)院校園網(wǎng)絡(luò)采用的是由IPv4 向IPv6 過(guò)渡的策略來(lái)實(shí)現(xiàn)IPv6網(wǎng)絡(luò)環(huán)境架構(gòu)。當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡方案主要有雙協(xié)議棧和隧道技術(shù)。黃岡師范學(xué)院校園網(wǎng)IPv4 向IPv6的過(guò)渡策略采用的是ISATAP 隧道技術(shù)，其原理如圖2所示。

當(dāng)視頻資源服務(wù)平臺(tái)發(fā)送的IPv6 數(shù)據(jù)分組在IPv4 網(wǎng)中傳輸時(shí)，雙協(xié)議棧（IPv6/IPv4）路由器首先將該IPv6 數(shù)據(jù)分組封裝到IPv4 數(shù)據(jù)分組中，即整個(gè)IPv6 數(shù)據(jù)分組成為IPv4 數(shù)據(jù)分組的數(shù)據(jù)部分，然后重新設(shè)置IPv4 數(shù)據(jù)分組部首的協(xié)議字段值，更改為41（41 表示該數(shù)據(jù)分組的數(shù)據(jù)部分是IPv6 數(shù)據(jù)分組）。當(dāng)該數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)诫p協(xié)議棧路由的另一端時(shí)，該路由即可識(shí)別并提取該IPv4 數(shù)據(jù)部分中的IPv6 數(shù)據(jù)分組，再將該數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的IPv6 主機(jī)。

3.2 IPv6 視頻資源服務(wù)平臺(tái)的硬件環(huán)境與軟件配置

根據(jù)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和實(shí)際的需求，視頻資源服務(wù)平臺(tái)流媒體服務(wù)器如圖3所示。

（1）視音頻采集設(shè)備

這是視頻資源服務(wù)平臺(tái)在進(jìn)行視頻直播時(shí)所需的前端采集設(shè)備，采集信號(hào)主要包括音頻信號(hào)和視頻信號(hào)2 部分。音頻信號(hào)可以由話筒、錄音機(jī)、展臺(tái)話筒等錄音設(shè)備采集；視頻信號(hào)則由攝像機(jī)、攝像頭等設(shè)備采集?；贗Pv6的視頻資源服務(wù)平臺(tái)在進(jìn)行視頻直播時(shí)所使用的視頻采集設(shè)備為索尼HVR-A1C 數(shù)碼攝相機(jī)，音頻采集設(shè)備為卡能MC-205 麥克風(fēng)。

圖1 視頻資源服務(wù)平臺(tái)工作原理

圖2 使用隧道技術(shù)進(jìn)行從IPv4 到IPv6的過(guò)渡

（2）流媒體編碼服務(wù)器

視頻資源服務(wù)平臺(tái)在進(jìn)行視頻直播服務(wù)時(shí)，流媒體編碼服務(wù)器發(fā)揮著核心作用。編碼服務(wù)器的主要任務(wù)是將攝像機(jī)和話筒中的A/V 信息流進(jìn)行編碼，生成適合在網(wǎng)絡(luò)上傳播的流媒體文件（如ASF、WAV 格式的文件等）。編碼服務(wù)器同時(shí)將該A/V 信息流推送給流媒體服務(wù)器，由流媒體服務(wù)器發(fā)布該流媒體發(fā)布點(diǎn)，用戶訪問(wèn)該發(fā)布點(diǎn)即可觀看實(shí)時(shí)的視頻直播。此環(huán)節(jié)中，流媒體編碼服務(wù)器決定著視頻直播的效率和質(zhì)量，編碼服務(wù)器推送的A/V 信息流越穩(wěn)定，直播的效果也就越好。與此同時(shí)，編碼服務(wù)器還能根據(jù)需求邊直播邊保存視音頻流信息。故編碼服務(wù)器應(yīng)選擇內(nèi)存和硬盤較大的PC 機(jī)作為A/V 信息流編碼機(jī)?；贗Pv6的視頻資源服務(wù)平臺(tái)的流媒體編碼服務(wù)器使用的軟件為Windows Media Encoder。

（3）流媒體服務(wù)器

流媒體服務(wù)器是視頻資源服務(wù)平臺(tái)的又一個(gè)核心部件。它通過(guò)與用戶之間直接的、實(shí)時(shí)雙向交互控制節(jié)目的播放，包括節(jié)目的選擇、播放過(guò)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，其性能直接決定平臺(tái)的總體性能。服務(wù)器支持大量的隨機(jī)動(dòng)態(tài)訪問(wèn)，具有很強(qiáng)的處理能力、存儲(chǔ)能力和I/O 能力，具備大規(guī)模視頻流并發(fā)處理能力、視頻流傳送能力?；贗Pv6的視頻服務(wù)平臺(tái)采用的服務(wù)器操作系統(tǒng)是Windows Server 2003，其自身集成了Windows Media Service 服務(wù)。

（4）Web 服務(wù)器

Web 服務(wù)器用于發(fā)布視頻資源服務(wù)平臺(tái)頁(yè)面以及運(yùn)行相關(guān)應(yīng)用程序。除了管理客戶端請(qǐng)求與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的通信外，還具有跨系統(tǒng)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、操作系統(tǒng)的能力，在B/S 三層模型中完成邏輯中間層的作用。操作系統(tǒng)可以是Windows Server 2003，其自身集成有IIS 6.0的信息服務(wù)器軟件。

3.3 視頻資源服務(wù)平臺(tái)的總體架構(gòu)

視頻資源服務(wù)平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)框架由前臺(tái)功能模塊框架和后臺(tái)功能模塊框架2 部分構(gòu)成。前臺(tái)功能模塊是用戶訪問(wèn)視頻資源服務(wù)平臺(tái)時(shí)，客戶端瀏覽器上呈現(xiàn)出來(lái)的信息；后臺(tái)功能模塊則是由管理員登錄視頻資源服務(wù)平臺(tái)的后臺(tái)，對(duì)各種視頻信息進(jìn)行綜合管理時(shí)所具備的各種功能操作。

（1）前臺(tái)功能模塊

前臺(tái)頁(yè)面主要包括動(dòng)態(tài)影視、最新影視、影視排名、推薦影視、影視直播、影視播放器等6 個(gè)主體功能模塊；前臺(tái)還設(shè)置有一個(gè)站內(nèi)影視搜索引擎，通過(guò)該引擎可以對(duì)平臺(tái)上的所有影視進(jìn)行查詢和搜索。具體功能模塊如圖4所示。

（2）后臺(tái)功能模塊

管理員登錄視頻資源服務(wù)平臺(tái)的后臺(tái)，就可以對(duì)平臺(tái)內(nèi)的影視進(jìn)行綜合管理，主要管理包括三大類別管理：影視欄目管理、影視管理和影視評(píng)論管理。其中，每個(gè)大類別管理又包括許多詳細(xì)的小類別操作，具體后臺(tái)功能模塊如圖5所示。

3.4 功能模塊設(shè)計(jì)

基于IPv6 視頻資源服務(wù)平臺(tái)應(yīng)用的目的是增加用戶瀏覽信息的趣味性與多樣性，實(shí)現(xiàn)更多優(yōu)秀影視資源共享，一方面方便了用戶對(duì)影視娛樂(lè)的欣賞；另一方面又有助于學(xué)習(xí)者的在線學(xué)習(xí)。從用戶在平臺(tái)上的活動(dòng)和平臺(tái)服務(wù)管理的角度看，視頻資源服務(wù)平臺(tái)從整體上劃分為4 個(gè)模塊：視頻直播模塊、影視點(diǎn)播模塊、用戶管理模塊和在線答疑模塊。具體如圖6所示。

圖3 視頻服務(wù)平臺(tái)流媒體服務(wù)器系統(tǒng)

視頻直播模塊包括視頻采集、視頻編碼、視頻發(fā)布3 部分，其主要功能是對(duì)攝像機(jī)、話筒中的實(shí)時(shí)A/V信息進(jìn)行同步采集、編碼以及對(duì)流信息及時(shí)發(fā)布。

影視點(diǎn)播模塊包括影視生成、實(shí)時(shí)影視瀏覽、影視在線評(píng)估。

用戶管理模塊包括用戶注冊(cè)與登錄、權(quán)限分配、用戶管理等。

在線互動(dòng)模塊包括用戶交流模塊和在線答疑模塊2 部分，一般是以用戶在線咨詢、分區(qū)管理員答疑的方式進(jìn)行在線互動(dòng)。

3.5 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)在視頻資源服務(wù)平臺(tái)中占有非常重要的地位，數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞將直接對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)編碼的效率及運(yùn)行效果產(chǎn)生影響?；贗Pv6的視頻資源服務(wù)平臺(tái)采用的是Access 數(shù)據(jù)庫(kù)。

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該先充分了解用戶在各方面的需求，包括現(xiàn)有的及將來(lái)可能增加的需求。針對(duì)基于IPv6的視頻資源服務(wù)平臺(tái)，有以下需求信息。

①用戶分為一般用戶、注冊(cè)會(huì)員、分區(qū)管理員和超級(jí)管理員。一般用戶只能瀏覽首頁(yè)視頻部分信息，只有會(huì)員及會(huì)員以上級(jí)別的才能享受視頻直播、點(diǎn)播的服務(wù)。

②在線視頻可以分為影視視頻和教育視頻2 類，每類視頻又包括視頻直播和視頻點(diǎn)播2 種視頻服務(wù)形式。

圖4 視頻資源服務(wù)平臺(tái)前臺(tái)功能模塊

圖5 視頻資源服務(wù)平臺(tái)后臺(tái)功能模塊

圖6 視頻資源服務(wù)平臺(tái)的功能模塊

③一個(gè)注冊(cè)會(huì)員可以在視頻資源服務(wù)平臺(tái)上進(jìn)行視頻點(diǎn)播或直播，且一個(gè)會(huì)員對(duì)應(yīng)多個(gè)視頻評(píng)價(jià)和在線咨詢。

④一個(gè)分區(qū)管理員對(duì)應(yīng)視頻資源服務(wù)平臺(tái)幾個(gè)分區(qū)，一個(gè)分區(qū)擁有許多視頻欄目。

分析上述平臺(tái)所需功能和需求總和，考慮到將來(lái)功能上的擴(kuò)展，主要實(shí)體之間的關(guān)系如圖7所示，數(shù)據(jù)見表1 所列。

圖7 視頻資源服務(wù)平臺(tái)實(shí)體之間關(guān)系E-R

表1 平臺(tái)主要設(shè)計(jì)

3.6 數(shù)據(jù)安全性設(shè)計(jì)

在視頻資源服務(wù)平臺(tái)安全性方面主要考慮了以下幾方面。

（1）防止SQL 注入漏洞

當(dāng)應(yīng)用程序使用輸入內(nèi)容來(lái)構(gòu)造動(dòng)態(tài)SQL 語(yǔ)句訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生SQL 注入攻擊，SQL 注入成功后，攻擊者可以隨意在數(shù)據(jù)庫(kù)中執(zhí)行命令。在程序代碼設(shè)計(jì)中，采用把一些SQL 命令或SQL 關(guān)鍵字屏蔽，可以防止注入漏洞的產(chǎn)生。

（2）防止Access 數(shù)據(jù)庫(kù)被下載

視頻服資源服務(wù)平臺(tái)開發(fā)完成后，一般情況下，Access 數(shù)據(jù)庫(kù)文件和其他文件一起被上傳到網(wǎng)站服務(wù)器上。Access 數(shù)據(jù)庫(kù)通常以文件的形式存儲(chǔ)，倘若數(shù)據(jù)庫(kù)被下載，后果將不堪設(shè)想。Access 數(shù)據(jù)庫(kù)文件的擴(kuò)展名為*.mdb 格式，這種方式很容易被用戶察覺到，因此，可以將數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)展名強(qiáng)行更改為*.asp格式。

（3）加密口令

口令是系統(tǒng)中最為敏感、最關(guān)鍵的信息，實(shí)現(xiàn)口令的安全管理和動(dòng)態(tài)更新，一般將其保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中?？诹畹募用芩惴ê芏啵贗Pv6的視頻資源服務(wù)平臺(tái)采用MD5 加密算法的加密口令。

（4）用戶登錄的判定

基于IPv6的視頻資源服務(wù)平臺(tái)是一個(gè)多用戶平臺(tái)，其中有些頁(yè)面需要用戶登錄后才能開放，如后臺(tái)管理、視頻點(diǎn)播節(jié)目等。為防止非法用戶直接調(diào)用這些頁(yè)面的功能，需要在這些頁(yè)面程序代碼前加入用戶登錄判定的代碼，可以將其寫成一個(gè)單獨(dú)的文件，然后讓所有頁(yè)面進(jìn)行調(diào)用。

數(shù)學(xué)本質(zhì)是對(duì)復(fù)雜世界的簡(jiǎn)單抽象，人類生而就潛移默化地利用數(shù)學(xué)而不自知，從有無(wú)是非等判斷，到數(shù)字、比例、精確計(jì)算、測(cè)量、決策，數(shù)學(xué)實(shí)際上應(yīng)用在人類生活的方方面面?？雌饋?lái)微積分這樣的高等數(shù)學(xué)和人類的生活沒(méi)有聯(lián)系，但是如果要作高級(jí)決策、精確計(jì)算和尖端技術(shù)，必然離不開這些高等數(shù)學(xué)。數(shù)學(xué)在本質(zhì)是對(duì)人類文化的抽象，在人類的所有學(xué)科里都要應(yīng)用到不同層次的數(shù)學(xué)原理。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于IPv6的視頻資源服務(wù)平臺(tái)所提供的資源主要包括教學(xué)視頻和影視視頻，既可以用作課堂教學(xué)，又可作為視頻信息的發(fā)布平臺(tái)。視頻資源服務(wù)平臺(tái)資源豐富、內(nèi)容充實(shí)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和可靠性。后期視頻資源服務(wù)平臺(tái)的測(cè)試選在黃岡師范學(xué)院，且已經(jīng)對(duì)實(shí)況信息源進(jìn)行了直播、點(diǎn)播測(cè)試，均獲得了成功，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了上述方法的有效性。

視頻資源服務(wù)平臺(tái)雖已設(shè)計(jì)、制作完成，但在設(shè)計(jì)和制作過(guò)程中仍存在不足之處，需要進(jìn)一步完善。

（1）技術(shù)層次可進(jìn)一步升級(jí)

視頻資源服務(wù)平臺(tái)采用的是IPv6+ASP+Access+Window Media Server 技術(shù)，針對(duì)流媒體視頻服務(wù)可以采用面向?qū)ο蟮?net 框架進(jìn)行開發(fā)，使得視頻資源服務(wù)平臺(tái)客戶需求響應(yīng)更加高效快捷；IPv6網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議對(duì)IPv6 組播、泛播將作進(jìn)一步研究與探討。

（2）功能模塊需要進(jìn)一步完善

視頻資源服務(wù)平臺(tái)中教育教學(xué)功能模塊雖可進(jìn)行遠(yuǎn)程教育教學(xué)直播、點(diǎn)播，但缺乏學(xué)生學(xué)習(xí)測(cè)評(píng)模塊，可進(jìn)一步增加在線題庫(kù)測(cè)試、試卷測(cè)評(píng)等功能模塊，有助于學(xué)習(xí)者了解自己對(duì)相關(guān)知識(shí)掌握的程度及下一步努力的方向。

1 謝希仁.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò).北京：電子工業(yè)出版社，2008

2 問(wèn)東戈.ASP 動(dòng)態(tài)網(wǎng)站程序設(shè)計(jì)教程.哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008

3 尹成瑞.青海大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009

4 王珊，薩師煊.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論.北京：高等教育出版社，2008

5 周純玉.大連水產(chǎn)學(xué)院視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).大連理工大學(xué)碩士論文，2007