流媒体系统 篇1
（一）视频通讯系统的发展概况
视频通讯系统以其需求的广泛性满足了各类群体的需要。第一类是企业和机关。对于企业和机关来说，视频通讯系统更多地被用来传递商务信息、政务信息，处理工作事务。第二类是个人，这是一群时尚群体和需要亲情沟通的人群，视频通讯系统对于他们来说不仅是一种体验，也是一种沟通的需要。对市场而言，在这两类人群中，前者具有更多的商业价值，而后者却代表了视频通讯产品的方向和潜力。
从1990年视频通讯技术起步至今的10多年中，视频通讯主要应用于多点会议电视、远程医疗、远程监控等领域。由于建设成本高、网络要求严、组网能力弱、操作难度大、设备兼容性差等因素，传统的视频通讯系统始终无法广泛地被市场所接受，是名符其实的“贵族”通讯手段。随着视频通讯系统的普及，在IP技术以及IP网络的带动下，已经表现出系统组网灵活、管理集中高效、网络建设成熟、终端成本低廉、业务种类多样等运营特性，政府部门、公安、税务、气象、水利等领域的应用更为广泛，视频通讯已经脱下了贵族化的外衣。目前个人视频应用发展迅猛，通讯的视频化正在形成，视频这一贵族化的产品应用终于进入寻常百姓家，穿上了老百姓的家常衣服，而这一切无疑得益于互联网的迅猛发展。宽带网络的迅速普及和服务的不断提高、完善，一方面为视频技术突破提供了一个良好的应用环境，另一方面也刺激了用户对视频的个性化需求，基于IP的视频系统以前所未有的速度占据了主流市场，而且伴随着国际互联网的成熟，开始了它的“平民化”道路。现在，支持IP的视频终端越来越便宜，越来越多的网民使用摄像头，网上已经有越来越多的视频聊天俱乐部。有数据显示，目前国内40%的QQ用户通过网吧沟通，由视频应用所拉动的新一轮宽带网络的增长，将促进整个宽带产业链的良性循环。视频通信行业的收入在科技领域中增长最为迅速，这种爆炸式的增长反映了在技术品质上的不断飞跃，其中包括便捷、实时的通信、CD品质的音效以及多媒体功能。此外，IP网络、基于IP的语音以及基于IP的视频将极大降低视频通信的成本。可以说，一个新的“视频时代”已经到来。
（二）基于PC的视频通讯系统的设计
首先对基于PC的视频通讯系统进行分析，目的是设计一个应用程序，来实现即时的文字通讯、音/视频通讯和数据传输等功能;并且为了安全需求，要对用户登陆和权限进行设置，在这里用到了数据库访问功能。
先设计的是用户登陆部分。这部分工程以ACCESS创建的User.mdb为数据源，数据源里要包括用户名和密码，权限管理部分，然后在新建的工程里通过ADO连接到数据源。不同的用户可以拥有不同的权限使用和管理，可以根据用户名来设计此类权限。登陆后为主程序部分，在主程序里要实现即时文字通讯、音/视频通讯和数据传输等功能，所设计的主程序界面上共五个按钮，分别为“视频音频调节”、“视频音频请求”、“文字聊天”、“文件传输”、“帮助”以及“退出”。
1. 用户登录
主要由用户交互接口、权限生成模块、加密解密模块和数据访问模块4部分组成。这4部分的关系如图1所示。
当用户开始登录系统时，系统首先显示用户登录界面(用户交互接口)等待用户的信息输入。用户输入用户名和密码并确认后，用户交互接口从数据访问模块中读取原始的用户信息(用户名、密码等)，并通过调用加密解密模块进行加密解密处理后对密码进行校验，并根据校验结果用权限生成模块生成权限控制模块。
2. 视频通讯
“视频音频调节”和“视频音频请求”用来实现音/视频通讯功能，这一部分采用微软实时通信(RTC) API创建接口来实现。实时通信API为任何基于Microsoft Windows XP的应用程序提供了基于个人计算机的通信性能——即时消息、音视频通讯，在处理实时通信事件和处理实时流会话事件中实现。用户先进行音、视频调节后，通过单击“视频音频请求”按钮来输入IP来请求对方的应答。
3. 文字通讯
这一部分也采用微软实时通信(RTC) API创建接口来实现，属于处理实时流会话事件。
4. 数据通讯
“文件传输”是用来实现两用户间进行数据传输的功能。由于这部分采用基于TCP/IP的Winsock编程。单击此按钮后会出现文件传输界面，两用户间一个作为服务器端，另一个作为用户端进行连接后就可以实现文件的传输功能。端口号可以在1024以上自由设定。
5. 帮助
对软件的使用介绍以便用户能够快速掌握软件的使用方法。
6. 退出
（三）流媒体技术概述
流媒体是指在Internet中使用流式传输技术的连续时基媒体，如音频、视频或多媒体文件。这个词英文是“StreamingMedia”，中文翻译为“流媒体”。流媒体把连续的影像和声音信息经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包，由视/音频服务器向用户计算机连续、实时地传送。让用户一边下载一边观看、收听，而不需要等整个压缩文件下载到自己的机器后才可以观看。该技术先在用户端的电脑上创造一个缓冲区，于播放前预先下载文件的一小段数据作为缓冲，播放程序取用这一小段缓冲区内的数据进行播放。在播放的同时，多媒体文件的剩余部分在后台继续下载填充到缓冲区。这样，当网络实际连线速度小于播放所耗用数据的速度时，可以避免播放的中断，也使得播放品质得以维持。所以流媒体最显著的特征是“边下载、边播放”。与传统多媒体相比，流媒体具有以下优点：
1. 启动延迟大幅度地缩短
用户不用等待所有内容下载到硬盘上才开始浏览。一般来说，一个45分钟的影片片断在1分钟以内就能够显示在客户端上，而且在播放过程中一般不会出现断续的情况。另外，全屏播放对播放速度几乎无影响，但快进、快倒时需要时间等待。
2. 对系统缓存容量的需求大大降低
由于Internet是以包传输为基础进行断续的异步传输，数据被分解成许多包进行传输，动态变化的网络使各个包可能选择不同的路由，故到达用户计算机的时间延迟也就不同。所以，在客户端需要缓存系统来弥补延迟和抖动的影响以及保证数据包传输顺序的正确，使媒体数据能连续输出，不会因网络暂时拥堵而使播放出现停顿。虽然流式传输仍需要缓存，但由于不需要把多媒体文件所有的动画、视/音频内容都下载到缓存中，因此，对缓存的要求大大降低了。
3. 流式传输的实现有特定的实时传输协议
采用RTSP等实时传输协议，更加适合动画、视/音频在网上的流式实时传输。流媒体的应用领域十分广泛。
（四）流媒体实现原理及视频通讯中流媒体应用
简单地说，就是通过采用高效的压缩算法，在降低文件大小的同时伴随质量的损失，让原有的庞大的多媒体数据适合流式传输。然后通过架设流媒体服务器，修改MIME标识，利用各种实时协议传输流数据。流媒体实现原理图如图3所示。
为实时视频通讯的界面，以下为界面中相应的控制：
1. 视频通讯中实时流媒体事件的处理
在建立视频通讯后，实时流传输之前需要先处理流媒体事件来取得流媒体的类型，然后取得事件类型和原因，再把消息发送到会话窗口。此工程中可以使用get_MediaType () 方法接收用于音频、视频、T120和实时转送协议(RTP)事件的消息，如：
2. 视频通讯中的实时流强度控制
在视频通讯流媒体传输过程中强度事件是当扬声器或者麦克风设备的强度等级改变的时候发生的事件。应用程序可以使用get_Direction()函数获得改变的音频设备。当所用的设备被确定之后，应用程序可以取得当前的设备属性和处理改变。在视频进行的时候可以通过控件来改变音量的大小。程序控制如下：
3. 视频通讯中实时流客户事件
流媒体传输中的客户事件类型可能包括关闭连接或者闲置状态事件等。下面的程序代码则说明了客户事件是如何被处理的：
（五）文字聊天功能中的流媒体传输应用
下表为文字聊天中的各功能的详细控件说明：
1. 文字聊天中的实时流媒体传输
在两个用户间建立了文字聊天之后，也就是建立了实时流媒体传输。如果要处理各种可能的流媒体事件过程为首先取得流媒体类型，然后取得事件类型和原因，然后把消息发送到会话窗口。在此工程中可以使用get_MediaType () 方法来接收用于音/视频、T120和实时转送协议(RTP)事件的消息，类似如下：
2. 文字聊天中的实时流状态控制
在文字聊天中流传输会话状态的改变遵循和其他实时通信事件一样的过程。会话状态改变可向客户端通知一条即时消息。如下面程序所示：
3. 文字聊天中流媒体传输客户事件
在流媒体传输中的来自于客户端的客户事件类型可能包括类似关闭连接或者闲置状态等事件。下面的程序代码则说明了客户事件是如何被处理的：
（六）小结
本文介绍了基于PC的视频通讯系统的分析设计，在对相关资料进行收集调研后，对系统的组成原理和相关功能进行了分析。并利用VC++设计了主程序及相关的各子系统，包括音/视频通讯子系统、文件传输子系统等。还对网络中的流媒体技术进行详细的研究分析，对流媒体技术、流媒体传输协议、流媒体中应用的编解码进行了介绍。所设计的基于PC的视频通讯系统具有操作简单易懂、界面简洁等优点。一台基本配置的个人PC即可利用本系统实现网上多人间的视频通讯等系列功能。宽带网络的飞速发展为视频技术发展提供了一个良好的环境，同时网络用户对视频的需求性不断增强，越来越多的视频通讯技术不断成熟发展并为人们服务，可以预见视频通讯有着广泛的发展潜力。
参考文献
[1]蒲在毅, 钟乐海.流媒体传输控制的性能评价及其优化[J].长春师范学院学报, 2006 (25) .
流媒体系统 篇2
随着网络带宽的发展和用户需求的驱动,流媒体应用得到了迅速发展。流媒体应用不同于传统的多媒体应用,在数据量、Qo S等方面都有着更高的要求。而现今的流媒体系统一般采用C/S模式,运行在提供“尽力而为”服务的IP网络之上,因此很难保证QoS。又因为Internet网络具有的延迟、抖动、丢包、带宽变化及网络的异构性等特点,流媒体系统的部署和实施面临着很大的困难。
为了实现流媒体在Internet上的有效传输,人们提出了多种解决办法,其中主要有两种思想,一种是改变核心网络架构,如通过综合服务模型(Inet Serv)和区分服务模型(D i f f S e r v)来保证Qo S,但这种方法需要改变整个网络的设备,实现起来难度较大;另一种是改善边缘网络结构,通过在应用层提供一些质量控制机制来解决传输中的问题,这种方法实现起来相对简单。在端系统提供Qo S保障的控制机制有很多,其中,采用内容分发网络(C D N)已成为大规模流媒体应用的发展趋势。
2. CDN技术基本原理
CDN技术建立和覆盖在Internet网络之上,是为提高web内容的访问速度而提出的,专门用于高效传递多媒体内容。C D N技术通过引入主动内容管理、全局负载均衡和内容缓存等技术,实现将用户请求的媒体内容发布到距离用户最近的网络边缘,从而提高用户访问的响应速度,并有效解决网络拥塞,最大限度地减轻骨干网络流量。
(一)系统结构
CDN网络采用C/S结构。一个典型的C D N网络主要由四部分组成,如下图所示。
原始服务器:一般是一个流媒体服务器或由多个流媒体服务器组成的服务器机群,用于保存多媒体信息,并可实现对多媒体内容进行编码、打包、请求调度和传输等工作。
分发系统:负责将媒体内容主动地“推”到边缘的各分支节点,并通过一定的策略协调各节点的内容存储,降低对原始服务器的带宽需求。
路由请求系统:根据用户的位置及用户所请求的多媒体内容选择合适的代理服务器,并将用户的请求转发到相应的节点上。分支节点的选择可以基于用户和分支节点之间的拓扑距离,也可以基于分支节点当前的负载或分支节点的响应时间等。目前实现请求路由系统有三种典型的技术,包括:使用动态D N S的全局请求路由,在传输层的全局请求路由以及在应用层的全局请求路由。
管理系统:负责内容的管理,包括内容的实时分发、内容访问的统计和计费,同时还需要对各个分支节点进行管理。
Cache服务器:是媒体传输的中继,它从原始服务器或其它代理服务器中接收媒体内容,为端用户提供服务,同时还有选择地将内容存储到缓存空间,以便为后来的用户提供服务。利用Cache服务器的快速响应能力来为本地用户提供快捷的访问,减少访问原始服务器的次数,提高网络的处理能力。
(二)工作流程
当用户访问流媒体内容时,路由请求系统会根据用户的位置和请求的文件内容,采用DNS重定向技术将请求转发到最接近用户的最优的边缘服务器上。当用户的请求到达该节点时,如果本地Cache服务器中存储有用户请求的内容,则将多媒体内容提供给用户;如果没有,则需要从原始服务器或其他边缘服务器上获取提供给用户,并在本地Cache服务器中存储以供以后使用。
CDN实现的两个基本功能是内容的分发和传递,“分发”是将多媒体内容从原始服务器传输到边缘服务器节点,“传递”是从边缘服务器到用户的过程。
(三)传输协议
流媒体内容的传输采用实时传输协议(Real-time Transport Protocol,RTP)和实时传输控制协议(Real-time Transport Control Protocol,RTCP)。其中RTP用于封装多媒体数据及数据的描述信息,作为TCP或UDP报文的一部分在IP网络中进行传送。RTP本身不提供流量控制和拥塞控制,它靠RTCP协议实现数据的可靠传输。
传输过程中还需要实时流传输协议(Real Time Streaming Protocol,RTSP)进行流媒体会话的管理,实现播放媒体信息时的暂停、快进和快退等功能。
另外,还需要RSVP协议实现Qo S控制、SDP协议描述多媒体会话。
3. CDN关键技术
(一)内容路由
实现将用户的请求转发到最优的边缘分支节点。边缘节点的选择要依据多种因素,如用户的距离、请求的内容、节点的负载情况及节点的服务质量等。负载均衡方法的准确性和效率将直接影响整个C D N网络的性能。
一个简单实用的负载均衡方法是给每一个要考虑的因素赋予一个权值,权值的高低反映了该因素的重要程度。权值的大小可以事先设定,也可以根据用户请求内容的变化、节点负载的变化动态设定。
常见的路由方法有动态DNS的全局请求路由、传输层的全局请求路由以及应用层的全局请求路由,从网络的不同层次实现负载均衡。
(二)内容分发
实现将多媒体内容从原始服务器分发到各个边缘服务器,两种主流的内容分发技术是Push和pull。
Push是一种主动分发技术,在用户请求到来之前预先将内容分发到边缘服务器。分发的内容主要是一些请求次数多的热点内容,加快了对特定用户请求的响应速度。采用push方法时,需要对近期用户访问的情况进行统计,将以后可能会访问的内容预分发到边缘服务器。
Pull是一种被动分发技术,即按需分发,当有请求到来时才开始内容的分发。
在进行内容分发时,一般是混合使用两种方法。首先对多媒体内容的历史访问记录进行统计,并预测以后的访问量,对访问量可能较大的内容采用push方法预分发,其他的内容在有请求时再分发。
(三)内容管理
管理系统负责管理和分配边缘服务器上的内容,并监控边缘服务器上Cache缓存的访问情况,定时运行分发策略将满足条件的内容分发到距离用户最近的服务器上。
4. 流媒体对CDN的要求
流媒体内容在数据量、QoS要求等方面都与传统Web页面有着较大的差别,因此,它对CDN的设计实现提出了更高的要求。
在数据存储方面,由于流媒体包含的是动态的视频内容,无论是存储在原始服务器还是边缘服务器都需要较大的存储空间。如何有效存储多媒体内容实现较快的用户响应速度,是首先要考虑的问题。
在带宽方面,流媒体传输需要长时间占用大量的磁盘空间和带宽。为避免边缘服务器的带宽瓶颈,应在保证用户端流畅播放的同时尽量降低其带宽消耗。
另外,用户在对流媒体内容进行播放的时候需要进行各种交互,包括查找、快进和后退等,这些交互性操作也使流媒体的缓存变得复杂。
5. 结束语
CDN作为一种支持大规模、高质量的流媒体服务的关键技术已经越来越成熟,它对于提高流媒体服务的QoS、降低骨干网络的带宽消耗有明显的作用。目前越来越多的运营商已经开展了相关业务,相信CDN将会得到更广泛的应用。
参考文献
[1].杨明川.内容分发网络关键技术分析.中国电信股份有限公司北京研究院
[2].廖利,陈莹.CDN技术在流媒体中的应用.周口师范学院
基于流媒体技术的视频点播系统 篇3
关键词：流媒体；视频点播；多媒体数据库技术
中图分类号：TP312文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2007)12-21620-01
Based on flows the media technology the video on demand system
LU Feng-lian
(Weihai professional institute,Weihai 264210,China)
Abstract:Along with the wide band net and the computer performance development, flows the media technology more and more widely to apply to the video on demand system. This article mainly introduced flows the media technology and the video on demand technology principal aspect, and introduced flows the media technology in the video on demand application.
Key words:Streaming media; VOD; Multimedia Database Technology
0 引言
网络视频技术的发展无疑是 20世纪以来最重要的技术进步之一。它是以声音为基础的信息传递发展到以视像为基础的信息传递，因此越来越成为世人瞩目的热点。
VOD（video on demand）即视频点播，是近年来新兴的传媒方式，该技术是计算机技术、网络通信技术、多媒体技术、电视技术和数字压缩技术等多学科、多领域融合交叉结合的产物。它从根本上改变了传统单向传播，用户无选择权的状况，使用户不仅可观看固定节目，而且还可以选择存放在视频点播系统中的视频信息，随时点播自己想看的节目。 VOD技术早在20世纪70年代就引起人们的关注，但当时其应用范围有很大的局限性。随着“信息高速公路”的兴起和发展，数字压缩技术的出现，使得视频点播系统进入了新的领域，并且为行业用户提供了多种解决方案，满足了用户的各种需求。VOD视频点播系统旨在为用户提供一种简洁、流畅、画面质量高的多媒体观看途径，达到操作简单、功能强大、系统灵活等目的。
1流媒体技术的基本原理
1.1 流媒体技术
流媒体是一种可以使音频、视频和其它多媒体文件能在Internet及Intranet上以实时的、无需下载等待的方式进行播放的技术。简单来说就是把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放在网站服务器上，让用户一边下载一边观看、收听，而不需要等整个压缩文件下载到自己的机器后才可以观看的网络传输技术。
实现流式传输有两种方法：实时流式传输(Realtime Streaming)和顺序流式传输(Progressive Streaming)。一般说来，如果视频为实时广播，或使用流式传输媒体服务器，或应用如RTS的实时协议，即为实时流式传输；如果使用HTTP服务器，文件即通过顺序流发送。采用哪种传输方法依赖使用者的需求。当然，流式文件也支持在播放前完全下载到硬盘。流媒体实现的关键技术就是流式传输。
1.2 流媒体传输的基本原理
流式传输是边下载边观看，因此它的实现需要缓存。因为数据流以包的形式进行断续的异步传输。每一个实时的音频/视频源或者存储的音频/视频文件，在传输的时候被分解为许多包。因为网络是动态变化的，各个包选择的路由可能不尽相同，因此到达客户端的时间延迟也就不等，甚至可能先发的数据包后被收到。因此，需要缓存系统来弥补延迟和抖动带来的影响，保证数据包的顺序是正确的，从而使得音频/视频数据能连续播放。
流式传输的过程一般是这样的。用户选择某一流媒体服务后，浏览器与服务器之间使用HTTP/TCP交换控制信息，以便把需要传输的实时数据从原始信息中检索出来。然后客户机上的Web浏览器启动A/N Helper程序，使用从服务器检索相关参数对程序初始化。这些参数可能包括目录信息，A/N数据的编码类型或与A/N检索相关的服务器地址。实现流式传输一般都要专用服务器和播放器。其基本原理如图1所示。
图1 流式传输基本原理图
2 VOD视频点播的技术原理
视频点播技术是当代信息,尤其是通信网络技术，多媒体技术和计算机技术发展的产物，是一项崭新的信息服务技术。与普通电视不同之处在于观众不再是被动的观看电视台安排的节目，而是主动的点播自己所需要的节目。因此，大大增加了用户在信息服务提供中的主动性。它是综合技术，主要包括多媒体数据压缩技术，多媒体网络传输技术和多媒体数据库技术。
2.1 多媒体数据压缩技术
多媒体数据压缩技术是多媒体技术中最为关键的核心技术，其研究课题包括数据压缩比，压缩和解压缩的速度和高效快速的壓缩算法。以压缩/解压缩后的数据是否与压缩前的原始数据完全一致作为标准，可将数据压缩方法划分为无失真压缩（可逆压缩）和有失真压缩（不可逆压缩）两类。
2.2 多媒体网络技术
高速接入网和高速互联互通的传输网是VOD系统实现的有力保障。VOD中的视频音频数据时间相关性很强，对网络的延迟特别敏感，带宽和实时性要求尤为突出。 因此，应保证在任意的网络交换能力下提供给用户可靠稳定的带宽及高传输速率，具备合理动态分配网络带宽以适应多媒体数据高速率和突发性传输的要求，以保证实现高质量，平滑和动态视频的多媒体数据流传输。
2.3 多媒体数据库技术
多媒体数据量非常巨大，随着应用的扩展，系统会积累大量的多媒体数据。VOD的数据库管理系统必须保证用户能迅速方便地找到所需的素材，有效地完成对素材的各种管理任务。 因此，在VOD系统的结构设计中必须采用优化策略，可以利用数字图书馆技术，使VOD系统中的多媒体存储部分与信息处理部分在逻辑上分开实现，以改善系统性能。
3 视频点播系统的组成
3.1 前段系统
前端系统一般由视频服务器、各种档案管理服务器以及控制网络部分的设备组成。各种档案服务器主要完成一些用户信息管理和计费工作，以及影视材料的管理工作和安全保密等。控制网络部分主要完成各种服务器中的各种信息传递工作及后台的影视材料和数据的交换。视频服务器主要有存储系统和建立其上的各种控制器管理系统组成，其目标是实现压缩媒体数据的存储以及按请求进行媒体信息的检索和传输。
3.2 网络系统
网络系统包含主干网络和本地网络系统两部分，是影响连续媒体网络服务系统性能的关键部分。
由于流媒体服务系统的网络部分投资巨大，所以在设计时不仅需要考虑当前的媒体应用需要，而且还要考虑将来发展需要和兼容性。当前，用于建立这种服务系统的网络物理介质主要是：CATV 的同轴电缆、光纤、双绞线和无线网。而采用的网络技术主要是以太网、FDDI和ATM技术。这些网络实现技术都有各自具体的服务对象、带宽范围和环境特征。
3.3 客户端系统
只有利用终端系统，使用者才能与某种服务或服务提供者进行互操作。实际上，在计算机系统中，它由带有显示设备的PC终端完成；在电视系统中，它由电视机加机顶盒（Set Top Box）完成。在客户端系统中，除了处理硬件问题外，还需要处理与之相关的各种软件问题。如：为了满足用户的多媒体交互需求，客户系统界面必须加以改造。此外，在进行连续媒体演播时，对媒体流量的缓冲管理、声频与视频同步、网络中断与演播中断的协调等问题都需要进行充分的考虑。
4 流媒体技术在VOD中的应用
视频会议技术和流媒体技术相结合产生的视频点播技术使人足不出户就能选择想看的电影，感兴趣的节目，甚至是学习课程。视频点播是计算机技术，网络技术和多媒體技术相结合的产物，是一项全新的服务。
视频点播技术已经不是什么新鲜的概念了,最初的VOD应用于卡拉点播,当时的系统是半自动的,需要人工的参与。随着计算机的发展,流媒体技术逐渐应用于局域网及有线电视中，此时的技术趋于完善,但有一个困难阻碍了技术的发展,那就是音视频数据量庞大。这样服务器端不仅需要大量的存储系统，同时数据传输的负荷也很大，导致服务器无法进行大规模的点播，随着流媒体技术的出现，在视频点播方面我们可以放弃局域网而使用来实现了。由于流媒体经过了特殊的压缩编码，使得它很适合在互联网上传输。客户端采用浏览器方式进行点播，基本无需维护。同时随着宽带网的不断普及和流媒体技术的不断改进，互联网直播已经从试验阶段走向了实用阶段，并且能够提供比较满意的音频视频效果。
目前国内任何一所综合性大学或理工类大学的校园网上都有自己的VOD视频点播系统，借助局域网的高带宽，能实现高速稳定的音视频传输，为高校学生提供在线教育（课程），电影，电视转播，专家讲座，名师课程等服务，学生们可以自己决定上课时间和学习内容。在校园网上，在线点播已大学生必要的学习和娱乐手段。
5 总结语
近年来，流媒体技术在世界范围内已经有较广泛的应用。互联网的发展为流媒体提供了广阔的市场。流媒体在我国的宽带建设中被列为最主要的应用之一，越来越多提供网络在线服务的运营商开始采用网络视频媒体服务解决方案，以增强在网络服务上的优势。随着宽带网和信息家电的发展，视频点播与流媒体技术会越来越广泛地应用于办公，教学，娱乐等领域。
参考文献：
[1]胡泽，赵新梅.流媒体技术与应用[M].中国广播电视出版社,2006.
[2]周朋红，.多媒体技术与应用[M].中国水利水电出版社,2005.
[3]郭宁宁.多媒体实用技术[M].清华大学出版社,2006.
[4]王颖.流媒体技术及其在视频点播VOD中的应用[M].辽宁大学广播影视学院.
[5]张爱芹.视频点播系统VOD技术原理和应用[M].河北唐山有线电视网络公司.
流媒体系统 篇4
随着我国经济实力的发展，城市区域不断扩大、人口增多、流动加快，各种不安全因素随之增多。由于经济发展的不平衡性，两极分化在我国国内也是越来越严重，社会存在着许多不安全因素。国际上，反恐形势严峻，不容乐观。
几十年来，虽然我国公安警力也不断增长，但不能满足实际需求。2005年伦敦爆炸案的所有嫌疑人全部落网的事实给我们很好的启示，视频监控等科技手段可以转化为城市安全的直接战斗力。实践证明，“综合监控”是解决城市安全问题的重要手段之一。为了国家的安宁，为了2008年奥运的顺利进行，国家启动了“3111”平安城市工程。
中国平安城市工程，其规模之大、投资之大、影响之大是前所未有的，也是举世瞩目的。工程具有极其显著的中国特色，没有现成的模式，也没有统一的模式。
几个月来，政府、社会和产业界一直在努力工作着，取得了许多很好的共识。到目前为止，“分区监视、集中管理、统一协调”，“整体设计，分步实施，预留扩充”等指导原则被确定，“数字化、网络化”也获得共识，系统整体架构基本定型。本方案正是在这些原则之下，提供实现高效益的解决办法。仅供业界参考和指正。本方案的突出要点是：数字化、网络化、标准化、智能化、兼容性。
数字化、网络化----只有数字化易于组网、存储和应用，只有网络能实现广域和远程。
标准化----采用国际标准的MPEG4/H.264 编解码，避免非标准而造成的消耗和困扰。
智能化----大量视频监控的出路是自动化处理，只有视频智能处理和识别能实现自动化，体现监控的价值。
兼容性----要最大限度利用现有基础、系统和投资，现有监控系统和设备需要有一个平滑过渡的方法。二．需求分析
某市某区作为平安城市的试点，需要新增视频监控点8000个，多数为分散分布的高速球机。该区原有公安等模拟CCTV系统27套，相关的DVR 120 台，需要加入到本系统。某区平安城市综合视频监控系统要求以省为一级监控中心，市为二级监控中心，区公安分局为三级监控中心，派出所为四级监控中心，治安监控点为五级监控中心。本工程为三至五级中心组网，实现综合视频监控功能，要求一半的监控点有存储视频图像15天的能力，各级监控中心有海量存储系统1至多套，可以选择性存储重要的视频图像，投影大银幕1个。五级、四级多层监控中心设置64、128、256屏幕的电视墙，分别有256、512、1024路中心同时存储的能力。三级监控中心有两个，分别设在区政府和公安分局，要求所有监控中心均有对辖区的指挥调度功能。网络现有资源为百兆带宽。要求采用最佳方案，实现最大效益。
这是一个典型的城市综合视频监控系统。系统需求有如下明显特点：
实时监控和全程录像要求高：对于要求全程录像的监控点，采用与地理分布相适应的单/多路嵌入式DVR，本公司的嵌入式DVR EDVR7XXX系列，体积小，适合野外环境，可以承担此任。对于实时录像要求不高的视频监控点，可以使用性能更好的单/多路视频服务器VS 3XXX 系列和网络摄像机 EVS 4XXX 系列。
系统新增的高速球机：本公司的网络高速球 DVS 53XX 系列完全满足性能需求。
现有的模拟CCTV系统：可以采用本公司的协议网关 PG9XXX 系列，实现模拟与数字系统的无缝连接。
现有的DVR系统：多数可以与本公司的综合监控平台兼容，少数不兼容的系统，建议改用本——————————————————————————————
公司的NDVR 系列产品。
综上所述，视频监控前端的主要问题基本解决。
各级监控中心的综合管理：本公司的综合监控平台完全可以胜任。
中心存储的设备：采用网络海量存储器和本公司的录像服务器 DVMS系列可以满足需求。
各级监控中心的电视墙：采用本公司的虚拟矩阵 完全满足需求。
各级监控中心的指挥功能：由于采用本公司的嵌入式设备均具有双向语音功能，完全满足语音指挥和音频监控的需求。
两个同级监控中心的问题：本公司的综合监控平台完全支持。
复杂的管理功能：由于采用了本公司的综合监控平台，多数功能为平台固有功能，少数功能可以在极短时间内完成开发，而且性能可以得到保障。
综上所述，监控中心的主要问题基本解决。
网络带宽如果固定在百兆，按照MPEG4/H.264的压缩率，只能传输实时CIF图像350路或D1图像70路。因此，1024路同时录像的需求只能将画质降到QCIF实时，或CIF 及D1非实时。
由于采用了本公司的流媒体服务器，网络运行架构是健壮的，系统前端设备运行有保障。
系统的主要瓶颈是网络带宽。
以上为网络资源的主要考虑。
三．方案设计
作为一个大的网络工程，最重要的是选择一个好的平台。INTERCTRL深圳微控科技有限公司自主开发的综合监控平台集成了目前国外顶尖几个主流平台的核心，在此基础上加入了本土化特色，这个全新的平台健壮、高效、实用，是一个值得业界信赖的支撑软件。
根据视频监控的普遍原则和本系统特点，决定选用性价比高、功能强大的数字视频管理系统及其相关设备，组成强有力的视音频监控系统，实现网络视音频监控，并将报警系统与之无缝连接。微控科技的数字视频和安防前端系列产品皆自主研发，采用国际标准的编解码和精心定制的嵌入式操作系统，品质高、性能稳定，没有死机和病毒的问题产生。而且在视音频压缩码流的储存速度、分辨率及画质上都有很大的改善，以高性价比、实用可靠为特点，在国际同行中居领先地位。其综合监控软件平台和应用子系统流媒体服务器、录像服务器、虚拟矩阵、协议网关等具有底层健壮、接口规范、组合灵活、系统开放、逻辑清晰、大格局架构、兼容性强、界面友好等众多优点。微控科技的综合监控平台ICP 8000 系列的功能基本涵盖了平安城市的所有需求，性能稳定可靠。该平台支持各种模拟和数字视音频设备、报警系统、周界系统、门禁系统、对讲系统及无线系统，具有强大的监控管理功能。
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微控科技的综合监控平台ICP 8000 系列具有以下优点，可满足本平安城市的总体要求：
控制工业的核心支撑软件，覆盖安防、建筑、工控、家居等多个领域；
兼容国内外数字/模拟视音频、报警、门禁、周界、对讲、无线系统；
智能识别，互联互控，连锁反应；
数字与模拟互补，前端与监控中心互补，网络主机/PC/嵌入式互补；
电子地图、自由组态、面向对像、虚拟设备、远程热机备份；
前端独立工作/中心调度监控/网络资源共享；
网络分布式文件管理；
基于网络、面向监控的综合平台；
国内外优秀系统结构和解决方案的组合和集成；
基于核心技术、基于底层、基于现有设备；
一体化技术责任，解决根本性技术问题；
大格局架构，分布式跨平台系统，支持B/S、C/S；
并行处理，网络均衡，流媒体服务；
稳定可靠，高可用性，支持多级远程冗余热备份；
详细的运行及报警记录；
易于客户化定制。
图1 微控科技综合视频监控系统
四．系统架构
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根据客户需要以及实际操作的可行性，组成多层分布式系统架构模式，以总监控中心为核心，从下而上分级传输，从上而下分级控制。
监控子网处于整个监控网络结构的底层，在这一层根据需求设置视频监控点、报警点和应用逻辑，采集满足需求的高清晰或基本的视音频信号。监控子网通过网络设备与底层监控中心网络相连，将所采集的视音频信号传送到底层监控中心，然后逐层上传到最高层总控中心。
底层监控中心由于处于整个分布体系的底层位置，设置存储服务器，流媒体服务器，设置存储服务器的目的是中心录像，在系统靠前位置存储可以减轻网络的压力。提供对所监控的信号进行实时无损的高质量24小时连续录像的能力，并可以通过刻录等手段进行定期备份。设置流媒体服务器的目的是保护视频前端，转发视频流媒体，承受网络视频访问的所有压力。监控主机用于管理本层监控中心内部视频监控网络，对监控子网中各个视频编码器所采集到的视音频信号进行设置、控制，包括视频质量、音频质量、云台的控制以及录像的没置等操作。监控电脑用于职能部门和领导的日常巡视，配备无线的笔记本电脑或掌上型电脑作为移动监控点。
各层监控中心电视墙通过网络虚拟矩阵与视频监控点相连接，将其所监控到的视频画面通过电视墙显示，可可应用于日常监控以及突发情况下召开紧急现场会议及实行现场指挥。
底层监控中心通过本地网连接所有监控设备，最高层、总监控中心通过专网或宽带网的若干路由与底层网络互连。平安城市的基础网络是专网，而不是资源和性能不易控制的公共网。
总监控中心是整个分布式监控系统中的核心，处于整个网络结构的核心层，总监控中心主要是集中视音频信息，保持通道畅通。主要的反应层和管理层是区县级监控中心。区县级监控中心与底层监控中心相比，增加了中心管理服务器，中心管理服务器所负责所有监控服务器和监控点的分配，即具体调配系统资源，如监控服务器负责哪几路视音频编码器上传，而每个监控点又从哪个监控编解码器来获取所需要获得监控的视音频信号，当然也包括智能识别系统和电视墙信道分配，设置控制逻辑，管理设备和所有分布的录像文件。
通过多层分布式的管理架构和流媒体服务器组网，将网络带宽的需求降到最底，即每个监控点并不是直接到视频编码器获取视音频，而是直接从管理服务器所分配的流媒体服务器上去获取，这样就避免了当发生多个监控点同时获取一个视频编码器所采集的信号时，对此视频编码器的上行网络带宽要求非常高的局面，只需在最底层视频监控服务器的上行带宽进行一定保障即可。本方案系统结构可以保障在网络瘫痪的情况下，系统仍有基本监控能力。整个网络的结构图如下：
图2平安城市综合视频监控网络拓扑图
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图3 监控中心网络拓扑图
1、监控中心
监控中心主要设备如下：
流媒体服务器：采用微控科技 SVS 762Q , 支持2000个监控客户端连接；
录像服务器：采用微控科技 DVMS 6900R，每一台服务器支持32路同时录像；
视频工作站：采用微控科技 DVMS 6900，每一个工作站支持16路画面监控选择；
视频识别工作站：采用微控科技 DVW 7200，每一个工作站支持8路视频识别；
虚拟矩阵：采用微控科技 VIS 3200，支持4-256路电视墙；
数据采集工作站：一台PC机运行数据采集软件；
其它配套设备：如数据库，管理工作站等，与现有网络管理设备复用。
图4 底层监控中心网络拓扑图
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2、底层监控中心
底层监控中心主要设备如下：
流媒体服务器：采用微控科技 SVS 762H , 支持200个监控客户端连接；
录像服务器：采用微控科技 DVMS 6900R，每一台服务器支持32路同时录像和回放；
视频工作站：采用微控科技 DVMS 6900，每一个工作站支持16路画面监控选择；
虚拟矩阵：采用微控科技 VIS 3200，支持4-256路电视墙；
视频识别工作站：采用微控科技 DVW 7200，每一个工作站支持8路视频识别；
编解码器群：将模拟视频与数字视频转换，可根据实际情况选择路数，如本方案的16路；
DVR：对分布集中的视频监控点（摄像机/云台），可以采用微控科技的NDVR系列和嵌入式DVR系列，路数为1路，4路，6路，8路，16路，32路；
视频服务器：对分布分散的视频监控点（摄像机/云台），可以采用微控科技的视频服务器系列，路数任选；
其它配套设备：如数据库，管理工作站等，与现有网络管理设备复用。
3、功能监控点
根据总体设计，在本地专网/INTERNET的任意点，经过授权和配置可以成为视频和数据的监控点，对设备没有特殊的要求。
五．方案的核心特点
1、全数字网络视频监控
20多年来，视频监控系统经历了从第一代百分之百的模拟系统（VCR），到第二代部分数字化的系统（DVR/NVR），再到第三代完全数字化的系统（网络摄像机、视频服务器、DVX）三个阶段的发展演变。第三代数字视频监控系统以视频压缩、传输、存储和播放为核心，以网络为拓扑，以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命，受到了学术界，产业界和社会的高度重视。微控全数字网络视频监控系统以全新的视频编码技术和网络控制技术为核心，使得长期以来困扰大多数用户的远程监控等关键性问题得以解决。
本方案采用的技术是全数字网络监控技术。以数字模拟兼容，视频服务器，嵌入式DVR、网络存储，虚拟矩阵，流媒体服务器等为主要设备，监控范围不受区域限制，数量不受限制，——————————————————————————————
结构灵活，更加实用。
2、标准视频编解码方式
基于远距离的网络视频监控一个重要的难题就是视频码流的大小，过去监视系统之所以不能实现远距离监视和智能识别，就是监控的视频码流较大，不符合国际标准，需投入大量的金钱用于网络的改造，现在，微控科技的H.264/MPEG4视频服务器和DVR，DVX，DVMS采用最先进的标准视频编码技术解决了该问题。
由于采用先进的MPEG4/H.264视频压缩技术。压缩比和帧率可调，图像压缩比率400-900：1，传输质量非常理想(最高可达30帧／秒，分辨率为DVD级（704*576），每通道只占据32K-2M带宽，还可以通过降低帧数来减小网络带宽——当每秒传输为5帧时，带宽只占用60K。这种很高的图像压缩比可以适应于在窄带上的传送。
无论是与同族的视频压缩算法MPEGl和MPEG2相比，或是与ITU的H.263算法相比，H.264／MPEG4算法对视频数据的压缩率都占有明显优势，这对于有效节省视频监控中宝贵的IP带宽资源具有巨大的优势。ITU(国际电信联盟)推出的MPEG4 /H.264的图像编解码标准。在同样图像质量的情况下，MPEG4 /H.264编码数据量仅为H.263的50％左右，而且对网络传输具有更好的支持功能，MPEG4 /H.264能适应于不同网络中的视频传输，支持不同网络资源下的分级编码传输，从而获得平稳的图像质量。H.264不仅可以应用在窄带上(带宽小于64Kbps)，还可以灵活的扩展到高质量、高清晰度的宽带卜。这就保证可以满足不同用户的需求。随着网络技术的不断发展，MPEG4 /H.264的应用已经越来越普遍，成为了视频编码最新标准。微控科技的数字视频设备不是自称或号称的H.264,是完全符合国际标准的,可用官方和公用H.264播放器。
本系统选择国际标准MPEG4 /H.264编码作为首选方式。监控系统的视频编码采用H.264方式，保证较小带宽下非常好的动态视频效果，并攻克了网络不稳定下画面的流畅播发这一业界公认的技术难题。
3、多级分层分布式结构体系
全数字化技术是构成分布式系统的根本所在，正是由于全数字化的技术的全面使用，使整个监控系统的体系结构发生了根本性变化，从编码器开始，到流媒体服务器．系统监控平台，已经从传统的一个复杂而庞大的信号传输、控制、矩阵、存储等系统转变为标准的IP网络，稳定且具有管理特性的计算机网络，使得整个监控网络数字化、网络化、模块化、标准化、智能化。
分布式计算机控制。系统由中心服务器软件平台、各级流媒体服务器和视频编解码器组成，通过网络连接构成蹩个监控网。视频编码器独立完成某一区域的控制或实现某一控制功能，当系统要扩大规模时，只需在某一地市的视频监控服务器增加管理一个监控点即可，所以监控点的多少几乎没有限制且不增加系统的复杂性，系统配置十分灵活，扩展性好，极易实现大区域的监控。整个系统采用并行连接的模式，某一视频编码器本身的设备故障不影响其他视频编码器的正常工作，体现系统整体的高可靠性。
在监控中心设置流媒体服务器群集，单台容量为支持数百上千路视频监控信号同时接入。——————————————————————————————
另通过流媒体服务器群集实现多级监控点同时监看的要求。
六．功能性能特性
1、硬件配置
整个系统可以全部采用工业级计算机，以确保性能需求。
服务器全部采用群集化多机冗余热备份方式
CPU：双核
内存：256M或以上
硬盘：支持IDE、SATA及SCSI接口的硬盘，硬盘容量视录像资料所需保存时间而定
LAN：100MB以上
主板：尽量使用性能稳定的名牌同型号的硬件。
本系统选用的嵌入式设备如视频服务器、网络摄像机、编解码器、协议网关等，均为微控科技开发的高性能设备。所有设备集系统的应用软件与硬件于一体，具有易于使用、系统稳定性高、软件代码小、设备尺寸小、高度自动化、响应速度快、免病毒感染等特点，特别适合于视频监控的应用。
微控科技视频服务器系列
编解码器系列
微控科技网络摄象机系列
微控科技协议网关系列
图5 微控科技部分数字视频前端产品
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2、软件配置
本方案对服务器、工作站、监控PC没有过多的要求。为便于维护，建议采用同一的系统软件。
操作系统：WINDWS系列，LINUX 系列
数据库：ORACLE 或 SQL Server 以上
3、资源配置管理
本方案提供对系统资源和设备集中配置和管理及状态监控。系统资源包括本系统的所有视频源、报警源、数据库和系统动态信息。设备包括最高层至底层的所有管理设备。
底层监控中心可以对本地系统设备集中配置和管理及状态监控，但不负责提供外界接口。由系统组织者决定对外开放的接口和层次，以保障系统的安全可靠性能。
录像文件也是系统的重要资源。由于存储系统和设备不同，地理和物理分布各异，录像设备采用的编码方式不同，常常造成不能访问、不兼容等问题，使得录像文件的应用受到限制或造成困难。本系统新添的设备和应用采用了国际标准和先进的文件管理机制，避免了诸如此类问题的发生。
实际上，中国目前绝大多数DVR的视频流和文件是不标准的，更谈不上兼容性。由于本系统方案采用国际标准并有极强的兼容性，有能力解决过往文件和非标准系统的资源共享，此类特殊需求不在本方案范围内。
产品功能特性
4、视频监视
监控屏幕画面简洁明了：设置多个功能隐藏面板（云台控制，录像控制、控制菜单），可按需屏蔽各功能项。
支持多通道多种风格的画面预览：①支持1至最大64通道的画面，显示画面的切换模式灵活多样；②支持多分控组间的快速切换、不同分控组中任意通道的灵活切换。
客户端预览画质多样化：支持双码流功能，可根据实际应用情况，实现D1、2CIF、DCIF、CIF、QCIF等多种模式的画面预览，以适应不同场合的需要。局域网用户适合使用以上所有模式；监控主机使用ADSL上网的，建议使用CIF、QCIF传输和监控。
模拟和数字兼容：采用协议转换器控制不同厂家的CCTV矩阵和云台，采用编码技术实——————————————————————————————
现模拟/数字转换和解码技术实现数字/模拟转换。
图6 数字／模拟兼容模式
5、视频控制
主控与分控一体：软件自识别工作状态，当作为主控时，也可以兼作分控，监控本地的同时，也可以监控其它远程主机，接受远程主机报警信息，进行通道控制、分控录像等。
云台控制：直接在云台所在通道的画面上对云台进行控制。
兼容数字矩阵和模拟矩阵：可将数字视频图像画面进行多种方式的组合，然后解码还原为模拟信号，投送到电视墙上；同时可以通过串口控制模拟矩阵。
本地可直接控制控制报警盒输出：提供开关信号（开关门、警号输出等）。
提供音频监控的功能和选择。
可以远程关机和开机（选项）。
6、录像和回放
录像模式多样：按照分辨率划分，支持CIF、DCIF、2CIF、4CIF（D1），每种分辨率又分为多级。
录像触发类型多样：主控具有正常录像、视频丢失报警录像、视频运动报警录像、硬件探测报警录像四种模式，同时具有预录像功能，将报警触发前一段时间内的录像也进行打包，弥补了报警延时带来的缺陷。
根据自动工作计划中的设置，可按时、按需求选择任意报警类型组合进行布防。
回放模式灵活：
1、兼容欧美流行的时区；
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2、步进、时间进度条方式，回放模式及传统的文件列表回放模式；
3、支持画中画；，4、面可随意分配、拖曳，可以保存配置和随时调用；
5、录像回放具有参照性；
6、色彩提示使回放更加直观：回放日期搜索直观快捷；
7、同日期的录像状态由不同色彩标注；发挥数据备份功能可将有价值的视频或图片信息备份到指定设备中（备份模块支持DVD刻录数据）；
8、支持视频图像格式转换。
7、报警功能
独特的四种报警类型：视频丢失、视频运动、硬件探测、手动报警。
报警联动类型多样：硬件探头与视频探头，可以建立一对一、一对多、多对一的联动模式。
通过电子地图报警，同时通过报警盒联动警号、灯光等设备。
通过网络向监控中心报警等。
本地报警：支持多通警触发全屏，与报警盒联动，多种报警模式。
IP视频前端报警声音输出。
远程报警功能：监控主机通过网络将警信号传送至客户端。
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客户端以文字信息、屏幕叠加、电子地图、报警声音及视频通道自动连接报警通道等方式进行报警。
手动报警功能：
1）通过设置手动报警网络上传，可以将报警信息向指定IP上传；
2）客户端自动弹出远程报警信息，同时视频道自动切换至报警通道；客户端自动弹出电子地图告知报警方位。
支持求助、紧急按扭报警功能
报警联动快球：报警通道与快球关联，报警后讯速调整快球预置位。
手机短消息功能：报警触发后以短消息的方式通知相关人员对报警信息进行处理处理，将报警范围逐渐延伸（需相关硬件支持）。
8、用户和设备权限管理
本地用户权限管理
用户管理实行多级管理体制，管理权限更加明确，操作范围精细，避免受限用户误操作或接触敏感信息（音视频信息、系统设置信息及操作权限设置等）。
网络用户权限管理
网络管理实行多层管理体制，不同级别客户的操作都到一定程度的约束。例如对于云台控制权限管理，不同的用户同时控制云台时：
1）主控用户在操作时，分控用户不能控制；
2）当高级别的用户正在操作时，低级别的用户不能控制；
3）当低级别的用户正在操作时，系统可以中断低级别用户，把控制权限交给高级用户；
4）同级别的用户竞争操作同一设备时，系统响应优先取得控制权的用户，其他用户需要等待对方操作完毕之后才可以获得操作权限；
5）网络用户认证采用用户名密码或IP认证相结合的方式，使网络访问更加安全。
设备权限管理
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对每一个设备和对像实行权限管理机制和动态权限管理机制，使系统有极高的安全管理功能。
9、B/S 和C/S 结构
支持通用监控的B/S结构，在网络的任意点实行监控。
系统管理、维护采用C/S模式。
10、其它功能
电子地图：与报警联动；
提供多方位的报警方式；
色彩调整：自动按照预定时间进行多种视频参数方案的切换，达到不同光线强度下的最佳预览效果；
清盘及写盘故障信息：自动检查磁盘状态，如有磁盘损坏（物理或者逻辑损坏），及时提示；
语音广播：向指定客户端或其他主控端发送语音信息；
聊天室：向多个IP发送文字信息，作为公告、通知用；
网络状态督察：通过查看远程主机（多台/组）的运行状态，了解设备远行情况，及时处理故障信息；
文件传送：主分控之间进行数据文件传输，不必依赖第三方软件；
WEB SERVER管理：自定义IE方问的端口，避免与系统其它服务冲突；
端口信息：可自定义软件所需的传输端口，避免与网络中的其它软件发生冲突。[端口的开放性，使用户可以根据实际需要任意制定端口使用规则，所有端口都向客户开放]
免费提供IE控件开发包：用户可根据自己的喜好或者应用环境，自定义IE浏览的方式。
客户端（远程监控端）
11、视频监控
支持多通道多种风格的画面视频监控：①支持1至最大32通道的画面预习浏览，显示画面的切换模式更加灵活多样；②支持多分控组间的快速切换、不同分控组中任意通道的灵活切换（兼作客户端状态下）。
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客户端视频监控画质多样化：基于对码流功能，可根据实际应用情况，实现D1、2CIF、DCIF、CIF、QCIF等多种模式的画面视频监控效果，适应不同场合的需要。
12、远程录像
多分控组同时录像，报警触发分控录像。
录像回放灵活：同主机端功能。
13、远程报警
接受多通道、多分控组（不同IP）报警：发挥网络报警中心的作用。
报警方式多样：文字显示、电子地图告警、报警声音提示、视频提示（自动连接报警通道）。
电子地图报警：对于监控主机（组）地域上分布比较分散的情况，使用电子地图可直观反映报警的，第一时间作出反映。
14、远程控制
视频监控画面控制云台：直接在云台所在通道的画面上对云台进行控制。
远程控制矩阵：通过网络控制画面的组合、切换输出等。
远程控制主机工作状态：启/停录像，布/撤防报警，设置系统时间，启/停自动工作计划。
15、远程监察
网络督察：通过查看远程主机（多台/组）的运行关态，了解设备运行情况，及时处理故障信息。
16、远程维护
维护简便：通过网络，即可对远程主机进行参数设置与调整，免除了现场维护。
17、其它功能
站点分布：方便将地图中将相关站点视频快速切换到视频监控通道中。
语音广播：向指定客户端或其他主控端发送语音信息。
聊天室：向多个IP发送文字信息，可作公告用。
清盘写盘故障息：分控录像过程中自动检查分控磁盘状态，如有磁盘损坏（物理或者逻辑的），及时提示。
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文件传送：主分控之间进行数据文件传输，不必依赖第三方软件。
IE远程客户端
18、支持两种IE浏览方式
采用与主、分控相似的界面（功能），保持产品视觉上的一直性；
精简方式采用单路视频监控，同时可提供经客户IE界面个性化设置。
19、利用IE功能
通过IE远程监控进行多画面视频监控、监听、云台（快球控制）、远程回放录像资料、远程控制主机工作状态；
远程查看主机磁盘关况和日志情况；
可进行文字交流。（类似聊天）
20、分组同时监控
通过同一浏览器窗口；
实现对多台监控主机同时监控。
七．智能视频识别
1、基本原理
视频监控系统与设备虽然在功能和性能上得到了极大的提高，但是仍然受到了一些固有因素的限制，其中包含人类作为监控者自身生理上的弱点，也包含视频监控系统配置和以及视频监控设备在功能和性能上的局限性。这些限制因素使各类视频监控系统均或多或少的存在报警精确度不够、发生误报和漏报、报警响应时间长、录像数据分析困难等缺陷，从而导致整个系统的安全性和实用性降低。
近年来，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的迅速提高，以及各种视频信息处理技术的出现，全程数字化、网络化的视频监控系统优势愈发明显，其高度的开放性、集成性和灵活性为视频监控系统和设备的整体性能提升创造了必要的条件，同时也为整个安防产业的发展提供了更加广阔的发展空间，崭新的应用模式和市场机遇不断涌现，而智能视频监控则是网络化视频监控领域最前沿的应用模式之一。
智能视频（IV，Intelligent Video）源自计算机视觉（CV，Computer Vision）技术。计算机视觉技术是人工智能（AI，Artificial Intelligent）研究的分支之一，它能够在图像及图像描述之间建立映射关系，从而使计算能够通过数字图像处理和分析来理解视频画面——————————————————————————————
中的内容。而视频监控中所提到的智能视频技术主要指的是：“自动的分析和抽取视频源中的关键信息。”如果把摄像机看作人的眼睛，而智能视频系统或设备则可以看作人的大脑。智能视频技术借助计算机强大的数据处理功能，对视频画面中的海量数据进行高速分析，可以过滤掉用户不关心的信息，仅仅为监控者提取有用的关键信息。
智能视频监控以数字化、网络化视频监控为基础，但又有别于一般的网络化视频监控，它是一种更高端的视频监控应用。智能视频监控系统能够识别不同的物体，发现监控画面中的异常情况，并能够以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息，从而能够更加有效的协助安全人员处理危机，并最大限度的降低误报和漏报现象。在世界反恐斗争日趋严峻的今天，智能视频监控显然能够成为应对恐怖主义袭击和处理突发事件的有力辅助工具。此外，智能视频监控还可以应用在交通管理、客户行为分析、客户服务等多种非安全相关的场景，以提高用户的投资回报。
智能视频的优势
智能视频监控以普通的网络视频监控为基础，除了具备广为人知的网络视频监控的优势外，智能视频监控系统还能为用户带来更大收益：
· 24x7全天候可靠监控：彻底改变以往完全由安全工作人员的眼睛对监控画面进行监视和分析的模式，通过嵌入在前端设备（网络摄像机或视频服务器）中的智能视频模块对所监控的画面进行不间断分析。
· 大大提高报警精确度：前端设备（网络摄像机和视频服务器）集成强大的图像处理能力，并运行高级智能算法，使用户可以更加精确的定义安全威胁的特征，有效降低误报和漏报现象，减少无用数据量。
· 大大提高反应速度：识别可疑活动（例如有人在公共场所遗留了可疑物体，或者有人在敏感区域停留的时间过长），在安全威胁发生之前就能够提示安全人员关注相关监控画面以提前做好准备，还可以使用户更加确切的定义在特定的安全威胁出现时应当采取的动作，并由监控系统本身来确保危机处理步骤能够按照预定的计划精确执行，有效防止在混乱中由于人为因素而造成的延误。
· 有效扩展视频资源的用途：将视频资源应用到非安全领域，如利用商场大堂的监视系统自动识别重要用户的特征，并通知客服人员及时做好服务工作；发现人群中有人不慎跌倒时，及时通知附近的商场工作人员提供帮助。此外，智能视频系统还可以帮助零售店的老板统计当天光顾的客户数量，用以分析销售情况等等。
智能视频的主要潜在应用
智能视频的应用大体上可以分为安全相关应用和非安全相关应用两大类。安全类相关的应用是目前市场上存在的主要智能视频应用，特别是在911恐怖袭击、马德里爆炸案以及伦——————————————————————————————
敦爆炸案发生之后，市场上对于此类应用的需求不断增长。这些应用主要作用是协助政府或其他机构的安全部门提高室外大地域公共环境的安全防护。此类应用主要包括：高级视频移动侦测（Advanced VMD）、物体追踪（Motion Tracking）、人物面部识别（Facial Detection）、车辆识别（Vehicle Identification）和非法滞留（Object Persistence）等。
除了安全相关类应用之外，智能视频还可以应用到一些非安全相关类的应用当中。这些应用主要面向零售、服务等行业，可以被看作管理和服务的辅助工具，用以提高服务水平和营业额。此类应用主要包括：人数统计（People Counting）、人群控制（Flow Control）、注意力控制（Attention Control）和交通流量控制（Traffic Flow）等。
从市场的需求情况来看，随着反恐形势的不断严峻，智能视频监控系统正在越来越多的引起人们的关注，需求量处于不断上升的过程当中。从总体上看，国外的智能视频应用市场正在从“概念验证”阶段向“规模应用”阶段转化，智能视频已经慢慢开始形成为一个产业。在智能视频应用的概念模型出现后不久，一些国外的公司就已经开始着手研发相关的软硬件产品。与国外相比，国内的智能视频市场还有很大的差距，目前基本上还处于空白状态。一般在监控系统中提到的“智能视频监控”实际上还停留在普通的网络视频监控（IP监控、数字化监控、简单移动侦测）的概念上。
智能化、数字化、网络化是视频监控发展的必然趋势，智能视频监控的出现正是这一趋势的直接体现。智能视频监控设备比普通的网络视频监控设备具备更加强大的图像处理能力和智能因素，因此可以为用户提供更多高级的视频分析功能，它可以极大的提高视频监控系统的能力，并使视频资源能够发挥更大的作用。
2、基本应用模式
微控科技在自己的监控平台和视频前端引入了国外知名的智能视频识别产品和技术，其安全应用模式切合平安城市的应用，适用于室内和室外的全天候环境，可以提供一套完整的解决方案。要点如下：
在平安城市的监控中心增加视频识别模块，用于识别的视频源从视频前端中选择，是一个可组合的视频流。用于识别的路数、模式和连锁反应方式方法也是可选的。连锁反应主要是与监控、门禁系统、报警系统、执勤单位等联动。
主要识别模式如下：人群密度、定向、尾随、游荡、周边入侵、移走物体、遗留物体、敏感区域靠近等。可以根据实际情况开发和调整。
智能视频监控的结果是达成了视频监控的连续性、高精准度和快速反应，实现了视频监控的自动化。
流媒体系统 篇5
流媒体是指通过网络传播,能在本地终端播放,具有实时特征的媒体内容编码数据流,原理是把连续的音频信息经过压缩处理放到互联网上,用户首先在网络上定位资源,然后建立专门的流媒体传输通道进行信息的传输[1]。流媒体的出现大大方便了人们的生活和学习,但也随之带来非法拷贝、作品侵权等严重问题。数字水印技术是指将信息嵌入数字载体(如多媒体信息流、文档等)中,既不影响原载体的使用,也使其不易修改[2]。由于数字水印技术可以在开放的网络环境下保护流媒体信息的版权和完整,因此该技术也得到了快速发展。
国内外学者对流媒体数字水印技术开展了大量研究,Liu等人使用水印方法进行视频保护[3],水印在嵌入前需进行场景检测,能处理丢帧、帧交换、噪声等问题。Biswas等人提出自适应地向视频压缩域中添加水印的算法[4],该算法可以随压缩域被解码而自适应地调整。Ye等人提出一种自适应的视频水印方案[5],通过块分类的方法选择合适的嵌入位置,该算法充分考虑了编码时量化步长的变化,在一定程度上能满足实时的应用需求。虽然针对流媒体数字水印技术的研究较多,但由于流媒体技术融合了服务器配置、并发访问控制、智能缓存、传输协议、音频信息处理、媒体数据处理等技术,需要解决的技术问题非常多[6]。水印技术也要满足安全、鲁棒、隐蔽等要求[7],目前常用的算法都存在一定缺陷。为了解决这两个问题,本文设计并实现了一个实时流媒体数字水印系统,并提出一种快速水印算法,通过与经典的DEW算法对比,证明本算法的优势明显。结果表明本系统设计合理、性能良好。
1 基于MPEG-4实时流媒体数字水印系统的设计
进行实时流媒体数字水印技术研究时,需要一套完整的实时流媒体系统作为基础,在此基础上研究有效的水印算法。实时流媒体数字水印系统的实现主要考虑系统设计、服务器端设计和客户端设计三部分内容。
1.1系统设计
系统设计主要包括系统架构选择、编码标准选择和网络传输协议选择三部分内容。对于系统架构,实时流媒体系统的常用架构是C/S模式和P2P模式,由于本文的实时流媒体系统主要用于局域网内,并且需要一个明确的媒体源提供者角色,而且并发访问用户的数量也有限,因此使用C/S架构。对于编码标准,目前常用的编码格式是H.264,MPEG-2和MPEG-4,由于MPEG-4包含对象编码、图像分层处理等先进技术,在编码质量和计算复杂性上具有很好的平衡,因此本文采用MPEG-4格式。对于网络传输协议,考虑到成本、传输层的稳定性,并参考目前的成熟框架,本文使用应用层的RTP/RTSP协议作为实时流媒体系统的网络传输协议。
1.2服务器端设计
基于C/S模式的实时流媒体数字水印系统中,服务器端处于核心地位,服务器端包含了五个子模块:数据采集模块、MPEG-4编码器模块、数字水印嵌入模块、流媒体服务器模块和控制中心。其中,数据采集模块用于实时捕获图像数据,并对数据进行压缩编码和缓存。MPEG-4编码器模块用于对数据采集模块缓存的图像序列进行压缩编码,输出为MPEG-4码流。数字水印嵌入模块负责完成水印嵌入功能,本文的数字水印算法将在第2节详细介绍。流媒体服务器模块负责储存已有的MPEG-4视频文件,并向用户提供连接和传输服务。控制中心主要通过对服务器端运行时的实时数据进行分析,动态地调整相关参数,以保证服务器端高效稳定运行。
1.3客户端设计
客户端部署在普通PC机上,主要包括:网络连接模块、数字水印信息提取模块、视频解码与视频播放模块和控制中心四个子模块。其中,网络连接模块的作用是将用户的点播需求转化为流媒体应用规范的连接请求,并向服务器发出请求,请求通过后维护网络连接、接收视频数据。数字水印信息提取模块的作用是,只有在正确提取数字水印的前提下才允许用户对视频数据进行解码播放。视频解码与视频播放模块能够对复合ISO标准的MPEG-4视频文件与视频流进行解码。控制中心的功能是与用户操作进行交互,将用户的操作指令转化为访问请求,再通过网络连接模块通知服务器端。
2 改进的实时流媒体数字水印快速算法
目前常用的流媒体数字水印算法主要有基于离散余弦变换(DCT)系数修改的算法[8]、差分能量水印算法(DEW)[9]和基于VLC修改的算法[10]三种。但基于DCT系数修改的算法和DEW算法都有计算复杂、难以保证实时性、水印容量低的缺点,不适合应用在实时流媒体中。基于VLC修改的算法虽然适合应用在实时流媒体中,但该算法比较固定且容易被破解。因此本节参考基于VLC修改的算法,提出一种基于VLC修改且结合码流填充的水印算法。
2.1数字水印算法的基本概念
研究数字水印算法时,需要涉及最低有效位(LSB)替换方法和填充方法。LSB替换方法是指对于要处理的码流对象,将其最低有效位使用水印信息进行替换。LSB替换方法在视频处理领域得到了广泛应用,其快速简单的思想满足流媒体对实时性的要求。
当一帧数据被编码完成,需要写入码流时,需要采用填充的方法对其进行后处理,包括加入供解码用的符号位、修改码流片段头部信息、长度补齐、设定块结束符等动作。在当前的视频编码中,填充主要分为补充填充、修改填充、补充与修改结合三种。
2.2改进的数字水印算法原理
视频数据源是空间域的图像,在编码过程中经颜色空间转换和DCT变换后,其对应的频域为8×8 DCT矩阵。频域中的DCT矩阵再经过量化、熵编码、算术编码等步骤,对应到码流中的VLC,码流生成的基本过程如图1所示。
水印嵌入算法将MPEG-4码流按片段进行划分,每一个码流片段最多嵌入1 b水印信息。如果当前处理的码流片段没有被算法选中,则不进行处理。首先使用密钥生成伪随机序列,作为水印嵌入的调制模板,执行嵌入时水印信息按照模板逐比特进行嵌入。嵌入水印之后,还要保证码流不变。
水印提取算法与嵌入算法类似,首先通过密钥生成伪随机序列,然后定位码流片段,最后将码流片段中包含的水印信息提取出。提取水印时同样需要对码流片段的描述信息进行分析,以保证水印的正确提取。
2.2.1水印嵌入
水印嵌入算法分为调制水印信息和嵌入数字水印两个步骤。对于调制水印信息,使用伪随机序列对水印信息进行调制时,需要参考当前MPEG-4码流中的码流片段数量,以此作为随机数的生成空间大小,再以水印信息的长度(即比特数)作为生成空间的种子数。这样做的好处是:当MPEG-4码流中码流片段的数目大于水印信息长度时,能够比较均匀地将水印信息嵌入至整个码流中,保证信息分布的随机性。
对于嵌入数字水印,嵌入算法的思想如下:
(1)将数字水印信息序列化,方便逐位处理。
(2)根据水印调制得到的序列,在视频码流缓存中查找嵌入位置所处的码流片段。
(3)比较执行LSB嵌入之后的码流长度L1和原始码流长度L0,如果L1< L0,则使用填充的方式在码流后填零值;如果L1> L0,则撤销之前的LSB嵌入操作;如果L1= L0,则保存LSB嵌入后的码流;当码流中所有块都被处理完成后,得到新的MPEG-4码流。
2.2.2水印提取
水印提取分为生成调制模板和提取数字水印两个步骤。其中,生成调制模板与水印嵌入时使用伪随机序列调制相同。提取数字水印的思想如下:
(1)输入待解码的视频码流,首先对当前码流片段进行VLC解码;
(2)计算码流片段中最后一个VLC的游程累积和,记为i;
(3)比较i和阈值c,如果i> c,则使用LSB方法提取VLC的最低有效位;如果i c,则重新计算最后一个VLC的游程累积和,并重新比较i和c,直到码流中所有块都被处理完毕。
2.2.3本文算法嵌入阈值的选择
视频的质量和水印的不可感知性由水印嵌入前后对应帧的峰值信噪比(PSNR)衡量,PSNR值越大,进行比较的画面越接近。本文的LSB替换方法希望尽可能作用于高频信号对应的系数,所以算法选择码流片段最后一个VLC进行LSB替换。本文算法通过设置一个阈值c,用来作为码流片段最后一个VLC是否能够被LSB替换的判断阈值。当最后一个VLC的游程累积和大于c时,可以对VLC进行LSB替换。
如果c值太大(如大于50),码流片段中可能没有VLC与之对应,导致水印容量很小;如果c值太小(如小于20),会造成视频质量大幅下降,破坏水印的不可感知性。本文基于人类视觉系统(HVS)模型,通过大量实验,对MPEG-4视频流进行了分析和统计,MPEG-4视频流进行LSB嵌入前后对应帧的PSNR平均值,如图2所示。由图2可以看出,随着c值增大,PSNR逐渐上升。 c值在[15,32]之间时,PSNR变化剧烈,c值超过32后,PSNR变化平缓,因此建议c的取值范围为[30,35],本文取30。
3 系统性能评价
本节对开发的实时流媒体数字水印系统的性能进行评价,包括对水印系统的流媒体实时性能评价和对水印算法的性能进行评价。其中,水印算法的评价又分为鲁棒性、不可感知性、水印容量和计算复杂性四部分。为了进行对比,设置了两种场景,场景1的服务器与客户端位于同一个局域网内,场景2的服务器与客户端位于不同局域网内。
3.1流媒体实时性评价
衡量流媒体性能的主要指标是系统的实时性能,主要包括初始连接时间、数据传输延时和客户端接收数据包的时间分布三个因素。
3.1.1初始连接时间
初始连接时间是指从客户端发出连接请求,到第一帧视频数据传输至客户端花费的时间,初始连接时间反映了服务器端的资源查找和调度效率。在两种场景下对初始连接时间分别测试20次取平均值,场景1的初始连接时间为2.7 s,场景2的初始连接时间为18.6 s,说明服务器与客户端位于同一个局域网时初始连接时间更短。
3.1.2数据传输延时
数据传输延时是指在服务器端编码的一帧数据从编码完成,到被客户端接收解码播放所花费的时间,数据传输延时体现了流媒体网络传输的稳定性。同样在两种场景下对数据传输延时分别测试20次取平均值,场景1的数据传输延时为11.7 s,场景2的数据传输延时为26.6 s,同样慢于场景1,这表明流媒体系统的服务器端在合理的配置下提供了稳定的传输性能。
3.1.3客户端接收数据包的时间分布
由于网络传输存在抖动,会导致客户端接收数据包时出现不稳定的现象,即某个时间段内收到的数据包多,某个时间段内收到的很少,影响了客户端观看视频的连贯性。测试时,客户端从建立连接传输图像后开始,对连续60 s内收到数据包的收包时间戳进行记录,分析这连续60 s内收包时间戳在时间上的一维分布,从而判断网络的抖动程度,分布均匀说明抖动轻微。从记录开始,每1 s为一个区间,统计落在区间内的时间戳数量,如图3所示。由图3可以看出,场景1的抖动较小,这是因为网络性能较好,数据传输更稳定,丢包率也较低。
3.2数字水印算法性能评价
对水印算法的评价从鲁棒性、不可感知性、水印容量和计算复杂性四部分展开。为了直观表达,测试时将本文算法与经典的DEW算法进行对比。
3.2.1鲁棒性评价
鲁棒性体现了水印算法的安全性,本节的测试通过对水印被正确提取的概率分析水印的鲁棒性。测试时,在服务器端设置水印信息为“Welcome to the System”,测试进行10次嵌入和提取,测试结果取平均值,结果如表1所示。
由表1可以看出,DEW算法有较小的提取错误概率,而本文算法达到了零误码率,这表明本文算法可以满足正确提取的要求。
3.2.2不可感知性评价
对于流媒体视频数字水印,不可感知性是指水印嵌入前后流媒体视频的改变程度,改变越大,水印对视频数据的修改越多,画面纹理、亮度、色彩改变的程度也越大,更容易被察觉。感知度评价又可分为客观评价和主观评价。
(1)客观评价
客观评价比较的是一段视频序列在嵌入水印前后的PSNR,对比时数据源使用一段时长5 min的MPEG-4视频流。测试时从该视频流的第100帧开始,记录并计算连续35帧数据在嵌入水印前后对比的PSNR,如图4所示。其中,嵌入阈值均设为30。
由图4可以看出,本文算法的不可感知性优于DEW算法,这是由于DEW算法修改了更多的DCT系数,将子区域中大于阈值的DCT系数全部置为0,因此视觉质量较低。
(2)主观评价
主观评价的做法是:多人次对嵌入了水印的视频流通过肉眼观察其播放质量。以第120帧的画面为例,对比如图5所示。
由图5可以看出,由于使用了相同的MPEG-4视频编码器,且两种算法都是小幅修改了视频的码流,因此视频质量都比较好,通过肉眼难以看出差别。
3.2.3水印容量评价
测试对象选择一个320×240分辨率的MPEG-4视频文件,编码码率为4 Mb/s。测试时平均20帧/s视频,记录其中每帧的水印容量,测试得本文算法的水印容量为132 B,DEW算法的水印容量为7 B。按实时流媒体中每秒15帧计算 ,本文算法 的水印容 量为16 Kb/s,而DEW算法的水印容量为0.85 Kb/s。因此,本文算法的水印容量远大于DEW算法的水印容量。
3.2.4计算复杂性评价
计算复杂性的评价方法是:计算平均一帧视频数据进行水印嵌入时花费的嵌入时间,看其占平均每帧编码花费的时间比例。两种算法的对比结果如图6所示。
由图6看出,本文算法的水印嵌入耗时占编码耗时的9.3%,而DEW算法的水印嵌入耗时占编码耗时的12.4%。本文算法的计算复杂性小于DEW算法,因此更容易满足实时性要求。
4 结论
本文设计并实现了一个基于MPEG-4的实时流媒体数字水印系统,并提出了基于VLC修改和码流填充方法的实时流媒体数字水印算法,最后从鲁棒性、不可感知性、水印容量和计算复杂性四个角度出发,将本文算法与经典的DEW算法进行对比,结果表明本文的算法更适合用于对实时性和水印容量要求较高的场合。
摘要：为了将视频水印技术应用于实时流媒体的安全传输,设计并实现了一个实时流媒体数字水印系统。该系统基于客户机/服务器(C/S)架构,采用模块化的思路进行设计,服务器端支持以数字形式输入的视频流,客户端可以在解码播放的同时实时提取出数字水印信息。为了满足流媒体的实时、安全传输,提出了一种改进的水印算法,该算法计算每段码流中所有可变长度码(VLC)对应的游程累积和,当累积和大于30时修改该段码流中最后一个VLC的值。最后将该算法与经典的差分能量水印(DEW)算法在鲁棒性、不可感知性、水印容量和计算复杂性等方面进行了对比,结果表明提出的算法优势明显。
流媒体系统 篇6
随着互联网网络带宽的不断提高, 计算机性能和视音频压缩技术的飞速发展, 基于流媒体技术的视频应用越来越多。互联网的迅速发展和普及为流媒体业务发展提供了强大的市场动力, 流媒体业务正在日益流行。流媒体技术的应用将为网络信息交流带来革命性的变化, 同时使得电视台的视频节目在网络上直播点播成为可能。
1 网络流媒体直播系统主要功能及优势
网络流媒体直播系统是服务于互联网/内部网之上的视频直播应用。系统采用Flash/Media多媒体技术, 可很好地满足广电、电信等的网络视音频直播、网上广播等应用需要, 具有极好的稳定性和安全可靠性, 系统性能、结构等多方面均适应未来发展的需要[1]。
直播系统主要功能及优势:1) 对带宽的适应性高, 在窄带及宽带网络环境中均能应用自如。2) 支持直播采集的多机备份, 对访问流量实行负载均衡设计, 支持大容量用户并发访问。3) 采用多级线程池、动态IP绑定、同步侦听等先进技术, 服务器端进行实时编码压缩, 客户端进行实时解码、实时播放, 充分保证最短的时延。4) 多码流自适应设计, 系统可以根据不同用户实际网络带宽情况自动选择不同码流播放。5) 支持多种格式的多媒体数据, 支持多级多种分类方式。6) 强大的视音频文件操作功能, 支持针对视音频节目的文件操作。可在直播同时加入打点标记, 将一个直播节目按需要标记分段, 更方便以后的回放。7) 支持收看权限的管理, 可以允许或限制指定客户端进行节目收看。8) 支持开展多点直播、录播、远程分发等应用。9) 自由的参数设置, 可以灵活设置多种直播参数。10) 强大的直播管理功能, 可以进行系统管理、直播管理、用户管理、系统状态监控、视音频节目管理、网络管理等。11) 支持直播监控功能, 可在一台计算机上远程监控所有直播频道的视音频直播情况。12) 扩展性强。系统采用内容分发/负载均衡等技术, 支持多节点无限扩展应用, 支持无限级联, 全面实现跨广域网的直播支持。13) 支持视音频流的自动采集压缩及网络直播, 完全实现无人值守。
2 网络流媒体直播系统设计原则
网络流媒体直播系统设计应遵从并考虑以下原则:
1) 安全性。数据在网络上传输的安全性非常重要, 系统应具备严格的管理员分级制度, 控制授权用户的访问权限和控制权限, 防止非法操作。并能有效统计和控制用户的连接, 具备系统报警功能。
2) 稳定性。为了避免因大量用户访问本地视频服务器而出现问题, 宽带流媒体系统应采用内容分发系统 (CDN) 进行流媒体内容分发。用户直接访问最近的流媒体服务器子节点观看直播节目, 减轻了中心站点的负载压力, 提高了用户观看效果。宽带流媒体视频直播系统要具有很高的稳定性, 可以达到全天候长时间运行。
3) 扩充性。软件在规划时必须要考虑具有良好的可扩充性。系统还要支持多服务器组同时工作, 并达到负载均衡。随着用户访问量的增加, 系统可增加视频服务器, 或者采用内容分发系统来支持更多的用户连接。
4) 可移植性。系统体系结构应采用先进的三层结构系统, 具有良好的跨平台性, 可在各种操作系统、Web Server平台、硬件平台上进行方便的移植。并应采用SQL对数据层中的数据库进行管理, 使系统可采用多种数据库系统。
5) 易用性。系统应采用Web方式管理控制界面, 具备良好的操作性, 提供详细的信息或错误提示。终端用户只须装载非常普遍的Media Player播放器即可。
3 网络流媒体直播系统设计
3.1 直播系统工作原理及工作流程
网络流媒体直播系统的直播就是将现场节目通过视音频采集卡输入到工作站, 工作站根据预设进行采集、编码、压缩, 然后以流的方式送到相应服务器, 只要能连入本网络的授权用户通过Web方式, 均可以实时看到直播节目。
系统在工作过程中涉及的输入包括模拟视音频信号、直播时间表、节目素材;输出包括视音频流、节目文件及信息。系统可以根据具体的应用环境, 做到全系统的负载均衡与冗余备份, 还可以进行远程数据分发CDN等功能, 并在直播过程中, 按需要存储节目片段, 作为以后录播、点播的视频节目源。
本系统直播的实现流程如图1所示。
3.2 系统运行平台的规划设计
本系统的运行环境是Web服务器, 采用tomcat服务器的形式。开发的语言采用跨平台的JSP语言。直播系统视音频服务器采用操作系统Windows 2003。数据库采用SQL Server 2000数据库。
系统网络平台系统主要包括数据库系统、网络系统、服务器系统、数据存储系统和网络安全系统等。本系统平台的建设要求如下:
1) 充分考虑系统安全。为确保站点的安全可靠, 在服务器前端架设相应防火墙, 进行包过滤和入侵检测, 阻止或发现黑客的攻击。可以考虑追加一个流量记录服务器, 进行被动式的记录, 不发散信息, 对外不可见, 不容易被攻击, 从而能真实可靠地记录站点运行状况。
2) 提高网站承载能力。为了提高网络性能及可靠性, 对有可能成为网站瓶颈的防火墙、Web Server和Application Server等, 采用负载均衡技术, 构成多机群集、负载均衡环境。通过Web Cache设备降低网络带宽占用。
3) 备份数据库服务器。对于前期访问人数较少的情况下, 可以只使用单数据库服务器, 待网络访问人数较多时, 再采用双热备份数据库服务器, 并实现数据库服务的并行处理。
4) 较完善的功能管理。站点要提供适合视音频网上播放的管理、控制手段。系统具有高性能、安全可靠、可扩展及易于管理的特性。重要数据安全尤为重要。
3.3 内容分发及负载均衡考虑
在流媒体系统应用中要充分考虑到负载均衡与内容分发技术的应用, 以保证整个系统运行的高效率, 最大化地缓解视频数据对主干线路的压力。采用层状结构的内容分发系统 (CDN) [2], 要能消除用户终端与中心服务器之间的网络带宽瓶颈, 自动找到用户点播和网络负载的平衡点, 提高中央服务器的整体服务能力, 保证用户享有良好的访问质量。
3.4 硬件平台系统配置
根据视音频工作流程和要实现的功能, 系统涉及到的硬件设备有直播管理服务器、资料库、素材库、视音频流服务器、Web服务器、数据库服务器、采集工作站等。
流媒体服务必须能提供稳定的不间断应用服务, 并且需要提供对大量并发流的支持。视音频主服务器需要同时支持多用户同时访问一路视频节目, 需要具备高质量的视音频采集、存储和输出功能, 支持Media的流媒体技术, 同时支持至少300户的并发流, 并提供多种带宽的播放服务。不同流格式的视音频系统至少分别支持300 Gbyte以上数据的硬盘存储;硬盘数据存储要求具有Raid 5安全标准以上的数据存储容错功能。相关计算公式为
理论所需总带宽=
并发用户数×节目带宽要求÷带宽利用率 (1)
理论所需服务器数=
所需总带宽÷服务器网卡带宽 (2)
磁盘空间=数据流速率×所需时间 (s) ÷8 (3)
根据上述公式可以得出, 系统只要2台以上的具有千兆网卡服务器即可达到所需带宽。在考虑满足磁盘空间等多种因素, 决定采用2块以上的146 Gbyte硬盘。最终, 采用Dell 2850服务器作为系统的媒体服务器硬件平台, 安装Windows 2003服务器操作系统, 内置Media Server系统提供媒体服务, 具备双网卡, 一块网卡用于与用户端的通信, 另一块负责与中心存储设备进行数据传递, 并配置冗余电源及风扇。视音频采集制作工作站采用美国Viewcast公司的Osprey 210 DV捕捉板卡作为视频采集卡, 该采集卡支持SDI和DV (IEEE 1394) 。
4 流媒体直播系统功能
4.1 直播管理
根据具体应用环境, 本系统可以做到系统的负载均衡与冗余备份, 还可以进行远程数据分发等功能。还可以进行全天候直播, 并在直播的时候, 按照时间段将需要存储的节目片段存储下来。
4.2 录播管理
已经录制好的节目, 一是可以作为点播播放, 另外一种操作就是类似直播的方式, 到一定的日期和时间, 将文件播出去。在播出以前, 用户无法看到节目, 而播出的时候, 也类似于直播, 还未播出的部分, 用户无法看到。视频采集过程中可以设置不同码流的采集压缩策略, 对于不同用户的实际网络带宽情况, 系统可以自动选择不同的码流播放。
4.3 内容管理
内容管理包括内容管理和存储管理, 文件和目录的创建、存储、修改、删除, 文件和目录权限设置, 节目归档及发布, 节目发布流程管理, 节目供应商信息管理, 频道和多级栏目属性定制等。
可以对频道、节目等进行统一管理。频道管理包括频道定义 (影视类, 新闻类, 歌曲类, 综合类, 直播类, DRM下载类) 、频道风格设计 (在同一系统平台下开展网络电视、节目点播、多媒体新闻等) ;节目管理包括影片信息的维护管理、节目归档及发布、节目发布流程管理节目供应商信息管理、频道和多级栏目的属性定制等。
4.4 网络管理
网络管理系统的结构如图2所示。
4.5 用户管理
系统按照两级用户管理机制进行设置用户管理权限, 包括管理员和普通用户。第一级是用户组, 然后将各个用户归到一定的组里面。只要是用户属于这个组, 就有这个权限。权限分为两类, 一类是系统权限, 一类是对象权限。系统权限是指本系统的权限, 主要是针对管理员的, 如网络管理的权限。对象权限分为访问权限和编辑权限。
4.6 系统管理
用户可以对视音频节目进行多级的分类, 也可以将一个视音频的节目归到多个类别中。用户采集视音频进行直播时, 可以使用系统配置文件, 也可以建立自定义的配置文件。建立的配置文件信息, 同时也允许用户修改自定义配置文件的某些信息或者删除自定义的配置文件。系统进行日志保存。
5 流媒体直播扩展功能
5.1 多码流自适应机制
流媒体运营系统根据用户需求开发出多码流自适应功能, 对于同一视音频节目源 (实时直播节目源、点播节目源) , 系统管理员可以设置不同的码流, 用户在收看直播节目或者点播视频节目时, 系统会根据不同用户的实际网络带宽情况自动选择适合用户带宽的码流视频节目播放。视频直播系统独有的多码流自适应功能可以使不同接入环境的用户在直播、点播视音频节目时获得最佳的收看效果。
5.2 内容分发系统
系统采用层状结构, 以多媒体数据中心为主节点, 通过网络, 将内容分发到各地的负载分节点, 各地用户通过CDN分节点就近实现对网站的访问, 以获得最低的网络延时、达到最佳的浏览效果。对于直播节目, 系统会根据事先设置的策略, 自动将直播节目源分发到各个分节点, 用户访问时系统会根据各个负载子节点的状态自动分配到负载较低的服务器上, 有效缓解高并发访问带来的网络带宽瓶颈、流媒体服务器负载压力等问题。
5.3 系统均衡负载
系统是基于服务器CPU监测、内存监测与Web任务动态监测的动态任务分配, 可以准确地将用户访问、点播请求均衡到集群服务器中的服务器端, 使负载真正能够均衡, 让服务器集群中的每台服务器都能发挥最大的效率, 提高整体网络性能, 提高自愈性, 并确保网站关键性应用的可用性。完全基于Web的后台管理及远程监控软件, 让客户随时随地监测与控制的服务器集群状态, 随时根据网络流量、负载压力、突发事件灵活调整服务器集群中各个服务器的负载。
5.4 用户认证和管理
系统应具有完善的用户分类和认证机制;系统实现多级别的用户管理, 不同级别的用户收看相应或更低级别的节目;外部用户的认证, 可以通过后台管理系统来实现;内部用户认证, 可以直接由内部网络系统, 然后到流媒体服务器上实现视频节目服务。外部和内部用户的区分, 可以通过IP地址来实现判断。系统支持二次认证。
5.5 系统的扩容性
系统中视频服务器为域集群组, 当一组视频服务器无法满足直播并发数时, 可方便添加视频服务器, 在后台管理软件进行简单的设置, 即可实现域集群组的扩容。系统采用分布式结构体系, 系统管理进行统一管理, 可大大减轻骨干网的网络流量和视频服务器的负载。
参考文献
[1]袁晓梅.视频网络直播与流媒体的融合[J].电视技术, 2003, 27 (12) :82-84.
一种基于P2P的流媒体分发系统 篇7
当前,流媒体技术得到了广泛应用,然而流媒体数据对网络带宽资源的需求很大。传统的基于C/S模式的流媒体服务系统由于计算能力和带宽的限制,很难满足大量用户的并发请求。IP组播是解决C/S模式弊端的方案之一。但IP组播需要路由器保存每个组的状态,这就使得网络层变得复杂,在可靠传输、拥塞控制、流量控制、安全控制以及对下层网络的要求等方面都产生了很多的问题,因此IP组播没有被广泛地采用到流媒体传输技术中[1]。随着P2P技术的发展,在应用层采用组播技术[2]就成为解决C/S模式瓶颈的有效方法,并且被广泛地使用。在应用层采用组播是通过在应用层构建一个覆盖网络,这个网络中的节点是对等的,每个节点在接收数据的同时也在向其它节点发送数据,这样既减轻了服务器的负担又充分利用了每个节点的空闲资源。这种方式使得网络的负载得到很好均衡的同时,使得系统的扩展性也得到了很好的增强,并能够支持大数量的用户同时在线[3,4]。
本文利用P2P思想,通过在应用层构造覆盖网络,实现一个基于P2P的流媒体分发系统———P2PStreaming。在本系统中,节点被组织成网状。但是在同一CCluster内,节点以树的形式被组织在一起。另外,在选择父节点时,通过对各种因素的综合考虑,使得所选的父节点具有较高的Qo S。同时,系统也具有较高的稳定性和可靠性。
1 Do Net网络模型
Do Net(Date-Driven Overlay Network)[5]是一个目前较为流行的基于Gossip[6]协议的模型。在Do Net中,每个节点既是数据的接收者,也是数据的提供者。服务器是一个特殊的节点,只作为数据的提供者,称为源节点。源节点的媒体流被分成若干的数据片断(seg),并为每个数据片断按序打上序号,然后分发到网络中去。如图1所示,描述了Do Net中的节点关系和数据流向。实箭头为seg1的传输路径,点箭头为seg2的传输路径,虚箭头为seg3的传输路径。可以看到,对于不同的seg,两个邻居节点之间的数据可能是双向的,但对于同一个seg,其传输路径不构成环。还可以看到,每一个seg的传输路径实际上还是形成了一棵树。这棵树的形成并不是预先存在的,节点之间通过彼此通告相互的缓冲区状况确定自己伙伴节点是否包含需要的数据,然后通过请求调度算法从某个邻居节点获取数据。在取得数据后,又可以为别的节点提供数据,而成为父节点。只有在数据被分发后,数据分发路径所形成的树才能显现出来。
2 P2PStreaming系统模型建立
在设计应用层覆盖网络时,一方面,由于P2P结构有其自身的特点,另一方面,流媒体数据在传输的时候具有实时性、顺序性、本地缓冲保存的非持久性等特点,因此要考虑以下几点:
(1)可扩展性在P2P网络中,随着节点的不断加入,网络规模会很大,因此要考虑到它的可扩展性。
(2)充分利用网络资源在进行节点功能模块设计时,要充分的利用每一个Peer的计算资源和带宽资源,实现功能的分散化。
(3)鲁棒性在P2P网络中,每个节点的行为都是不可预知的,而且在节点的数量比较大的时候,节点的加入和离开比较频繁。因此一个用来维护稳定的节点管理系统是必须的。
(4)延迟尽可能小流媒体数据的一个显著特点就是它的实时性,对于某一片数据,用户必须在某一规定的时间段内得到,否则就没有意义。因此,该网络一定要保证数据的高效传输。
2.1 P2PStreaming系统的网络拓扑结构
2.1.1 系统内实体的定义
在本文所设计的P2PStreaming系统网络模型中,共有六种实体,分别定义如下:
定义1媒体服务器MSer对音视频数据进行编解码的Server称为MSer。
MSer把实时采集到的音视频数据或者已经存在的音视频数据进行解码,并对外输出,从而形成可通过流的形式在网络上传输的媒体数据。
定义2目录服务器DSer把用来发布所有节目的Server称为DSer。
DSer以网页的形式向用户提供服务,所有广播者发布的频道都可以在DSer中显示出来。用户在登录DSer后,可以查看到当前已经存在的广播频道。
定义3广播服务器BSer把广播一个频道的节点称为BSer。
任何一个加入P2PStreamng系统并且在该系统中作为一个频道源的节点都是BSer。BSer从MSer处获取媒体数据,并对外广播该频道,是一个广播簇的根节点。BSer知道MSer的具体地址和端口,并从MSer处获取媒体数据,放入自己的缓冲区中。同时,把这个频道的一些相关信息发送到DSer处,由DSer发布这个频道的存在及其相关的链接信息。BSer是与之对应的CCluster的簇首。
定义4转播节点RPeer把既接收数据又转发数据的节点称为RPeer。
RPeer兼有客户端和服务器的双重特点。RPeer在观看某个节目时,先登录DSer,查看上面的具体节目信息,并通过链接信息找到该节目的BSer,然后根据后文所述的节点选择算法,选择一个合适的节点作为父节点并请求数据。该节点播放节目时,如果有其它节点向它请求服务,它就会把该数据发送给请求节点。这类节点的特点是它既请求数据又转发数据。
定义5叶子节点LPeer只接收数据,但并不转发数据的节点称为LPeer。
LPeer与RPeer具有相同的功能,但因为没有子节点,因此并不进行数据转发。
定义6频道簇CCluster把所有播放同一个频道的簇称为一个CCluster。
在同一个CCluster内,BSer是这个CCluster的簇首,其余的Peer,或者是RPeer,或者是LPeer。从数据传输路径上来看,这些在同一CCluster中的节点形成了一个树形结构的P2P覆盖网络。
2.1.2 系统的拓扑结构
如图2所示为P2PStreaming系统拓扑结构图。系统具有中心目录服务器DSer。对于播放同一频道的用户,把它们划分在同一CCluster内。从数据传输的路径角度来看,这些用户被组织成了树的形式。在该簇内,BSer是树根,其余的节点,或者是RPeer,或者是LPeer。在CCluster1内,BSer1、RPeer1、RPeer2、LPeer1、LPeer2、LPeer3被组织成树的形式传输CCluster1中的媒体数据;在CCluster2内,BSer2、RPeer2、RPeer3、RPeer4、LPeer4、LPeer5、LPeer6被组织成树的形式传输CCluster2中的媒体数据。但是,同一个节点相对于不同的簇,可能会扮演不同的角色,比如其中的节点RPeer2,该节点同时传输CCluster1和CCluster2的数据。在CCluster1内,RPeer2从BSer1处获取数据,然后又把数据发送给LPeer3,因此该节点是RPeer。但在CCluster2内,该节点只从BSer2处获取数据,但并不转发数据,因此又是LPeer。
另外,对于CCluster,该簇内的BSer也可以称为该CCluster的超级节点,因为它负责了CCluster内的主要管理工作,比如节点加入的管理、父节点失效的管理等。
2.2 节点管理
2.2.1 节点间管理协议
节点之间关系的维护和状态的了解都是通过节点管理协议来进行的。而节点管理协议是通过节点间相互发送消息来完成。在这些消息中,包含有节点负载状况、节点在线时间、节点与根节点之间的距离等与节点所能提供服务质量密切相关的消息。如表1所示,列出了部分与服务质量密切的响应消息。
在表1中,P_Load F是该节点的负载因子,P_Load F可由式(1)得到。其中,Peer.Load表示节点Peer当前的负载,β是过载系数,β的取值范围是0<β<1。当节点的服务能力较强时,而且当Peer.Load小于某个范围时,都可以认为该节点仍然有较强的服务能力,此时就可以取较大的β值。Peer.Max Load表示节点Peer可以容纳的最大负载。
2.2.2 父节点的选择
在选择父节点时,还有一个要考虑的重要因素是这两个节点之间的物理距离,当这个距离比较小时,数据传输的延迟也会比较小。把在选取父节点时,要考虑到的距离称为距离因素,用Dis F(Peeri,Peerj)来表示。其值在0和1之间,两节点间的距离越小,值越大;反之则越小。
在选择节点时要考虑表1中的4个因素,即P_Hop、P_Grade、P_Load F和Dis F。把这四个因素结合起来就可以表示这个节点的可用性(Usability)。Usability可由式(2)计算得到。在式(2)中,每一种因素前面都有一个系数,这个系数的大小表示该因素在计算Usability时的权值。
在进行节点选择时,式(2)中的四个因素都直接影响该节点所能得到Qo S。不同的因素反映了不同的方面。P_Load F是节点负载能力的反映,如果该节点的负载较小,说明该节点仍有较多的可用资源,这时可以适当地增加α的值来提高该节点的Usability。Dis F是节点之间距离的反映,其系数σ可以根据网络的状况来决定,对于一个负载比较轻的网络,可以选用较大的σ值。反之则可选用比较小的σ值。P_Hop反映的是节点到根节点的距离,其值越小,说明中间经过的节点数越少,则获取媒体数据所需的绝对延迟也会越小,同时相对于该CCluster所生成的树,在降低树的高度,维护树的平衡也起到非常大的作用。P_Grade反映节点在线时长,级别越高,在线时间越长,能够提供的服务也相对越稳定。对于动态性特别高的P2P网络,这个因素在提高网络的Qo S方面尤为重要。
2.2.3 节点的退出
(1)节点的正常退出当节点Peer A离开的时候,如果是LPeer,则Peer A只需要向其父节点发一个退出请求,通知父节点释放为Peer A提供服务的资源,组播树的其它节点维持不变。然而,如果节点Peer A不是叶子节点,则节点Peer A的离开会导致Peer A的所有后续子节点失去服务,所以在节点Peer A离开之前,必须为Peer A的所有子节点重新分配父节点。重新分配父节点时,Peer A只把它的直接子节点(用集合“C”来表示)作为一个子树重新定向给新的服务节点。采用这种分配方法可以把节点离开所产生的影响降底到最小。理想的情况下,在这个CCluster中,只有C中的节点知道父节点的离开,而C的子节点则感觉不到该CCluster的结构已经发生了变化。非理想的情况下,C内的节点及C的后继节点可能会因为数据的延迟而产生画面的抖动,但这种情况下,对P2PStreaming的拓扑结构却不会产生大的影响。
(2)节点的异常退出由于种种原因,节点可能在任意时刻在没有发送任何消息的情况下突然中断离开。系统为了检测到这种状况,每个节点需要周期性地向他们的父节点和子节点发送消息,说明自己工作正常。如果某个节点在几个周期内都没有收到子节点的消息,则认为子节点己经非正常离开,该节点将回收服务子节点的资源,同样子节点在几个周期内都没有收到父节点的消息,则认为父节点已经非正常地离开,该节点就要重新加入网络。重新加入的方法与节点在第一次加入系统时的方法相似。不同的是,此时,这些节点不用再去BSer处获取其它节点信息,而是直接从自己缓存的邻居节点中找到一个合适的父节点并请求数据。
3 性能分析
通过上述对Do Net模型进行的分析和对P2PStreaming模型的介绍可知,P2PStreaming模型和Do Net模型都是在应用层构建的覆盖网络,但是它们在节点选择和数据传输方面却存在明显区别。
3.1 节点选择算法不同
Do Net是随机选择节点进行调度,而不考虑节点的底层物理网络拓扑的匹配,这样使得系统的启动延时和网络异构带宽的适应性不好。如节2.2.2所述,本文在选择父节点时却考虑了四种因素。父节点选择时,尽量按照它们的底层物理网络进行匹配,从而可以选择物理距离较小的父节点,这样就大大减少了节点之间的数据传输延迟,也降低了整个网络的负载。另外其它三种因素的考虑都可以保证所选的父节点能够提供较高的Qo S,而Do Net中却没有这样的机制来保证一个较高的Qo S。
3.2 数据流传输策略不同
Do Net采用基于请求的数据调度策略,节点之间首先互相交换各自缓存中存在的媒体数据的指示信息BM(buffer map),然后将自己的缓存中缺失的数据从其他声明拥有该数据的节点处请求过来,以补全自己缓存中的数据。
由图3可以看出,Peer B在向Peer A请求Data Packti时,需要节点Peer A和Peer B进行3次通信。本文假设Peer B和Peer A之间的数据传输延迟为τdelay,节点进行缓存影射(BM)和请求发送的周期为λ(其中BM的平均时间τBM=0.5λ,发送请求的平均时间τreqest=0.5λ)。另外,τsend的存在是因为节点A在收到请求后,需要对请求的数据包按照一定的顺序进行发送,且发送过程在周期λ内完成,因此其平均值τsend=0.5λ。由图3可知,在数据请求的传输策略下,数据包在两个节点之间传递的平均延迟Packetdelay可以表示为:
而在P2PStreaming系统中,Peer A收到数据包Data Packeti后能够立即将其转发至Peer B,因此,数据包传递的平均时间仅为τdelay。由此可见,基于请求的数据调度策略会导致数据包传递的延迟大幅度增加。另外,在基于请求的数据调度策略中,节点需要周期性地向邻居节点发送BM信息和请求,使得网络流量中控制信息的比重较高,导致系统的控制开销增大,这也是基于请求数据调度策略的不足之处。
4 结束语
结合C/S和P2P的特点,本文设计了一个基于P2P的流媒体分发系统,详细描述了系统的拓扑结构、节点管理机制。该系统具有如下特点:
(1)功能分散化通过DSer、BSer、Peer这三层结构,把服务器端的主要负担进行转移,并分散到系统内的各个节点上;
(2)数据延迟小通过特定的节点选择算法和数据传输方式,一方面减小了端到端的传输延迟,另一方面也减小了源到终点之间的延迟;
(3)适应性强通过完善的节点管理机制,使得节点的加入和离开对系统的影响都很小;
(4)扩展性好由于采用的是P2P的模式,因此,加入系统的用户越多,系统的性能会越好。
参考文献
[1]林彤,钱华林,葛敬国,等.面向混合网络的半覆盖组播路由协议[J].软件学报,2007,18(10):25722583.
[2]章淼,徐明伟,吴建平.应用层组播研究综述[J].电子学报,2004,32(12):2225.
[3]杨路明,彭凯.基于节点异构性优化的P2P流媒体传输技术[J].计算机工程与应用,2006(29):177179.
[4]Gao Wen,Huo Longshe,Fu Qiang.Recent Advances in Peer-to-Peer Media Streaming Systems[J].China Communications,2006(10):5257.
[5]Zhang X,Liu J,Li B.DONet/CoolStreaming:A Data-driven Overlay Network for Live Media Streaming[C]//Proceedings of IEEE INFO-COM,2005,3:21022111.
酒店多媒体信息系统安装方案研究 篇8
关键词：电视数字化；IP和DVB技术；多媒体
中图分类号：TP37文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)15-30856-03
Hotel Information Systems to Install Multimedia Research Program
ZHU Hong-bing
(Lishui College, Computer Science Department, Lishui 323000, China)
Abstract:The system greatly enhanced the program integrated information hotel interactive capacity to meet Guest leisure, entertainment and information needs. Due to the product-on-demand function is based on Digital Video, good to meet the digital television to the development trend; Decoders terminal products and the integration of IP DVB technology, can carry the digital television business. Digital Cable TV after no improvement system, the protection of the hotel's long-term investment
Key words:Digital TV; IP and DVB technology; Multimedia
1 引言
本系统中的点播服务器和解码终端都已经在市场上广泛应用，是运营商级别的解决方案。媒体管理系统专门配置了方便用户管理的架构，稳定可靠，可以方便地对整个系统进行管理和配置。该系统大大提升了酒店综合信息交互能力，满足住客休闲、娱乐和信息化的需求。由于该产品点播功能是基于数字视频的，很好的满足了电视数字化的发展潮流；解码终端产品也融合了IP和DVB技术，可以承载数字电视业务，在有线电视数字化后也无须改造系统，保护了酒店的长远投资。
2 系统描述和配置
酒店多媒体信息服务系统由媒体管理子系统、编码/点播服务器子系统以及双模机顶盒子系统组成。系统组成框图。
考虑软硬件配置可以根据酒店的实际情况来定，一般支持200并发的流媒体服务器，即可以满足大多数酒店的需求。如果采用MPEG-4编码格式，每台可配置6块73G硬盘，做完Raid5后共有约350G存储空间，可存储500小时以上的MP4节目。对酒店来说初期可以满足点播片库的需求，如果今后有更大容量存储的需要时，可通过加挂磁盘阵列来解决。这样的话可得出如下配置建议：
酒店VOD配置建议：
2.1 媒体管理子系统
(1)权限管理
媒体管理系统登录采用分级的权限管理，保证了系统管理的层次性与安全性。
(2)系统设置
媒体管理系统基本设置功能，可以帮助运营者方便得进行系统的配置管理。
(3)节目信息管理
媒体管理系统的节目信息管理可以方便的维护服务器上的媒体文件，媒体文件又按照单剧与多剧进行了分类，其中多剧是指连续剧类的需要压成多个文件的片子。
(4)片源添加
在媒体管理系统的节目信息管理中，用户也可以方便得往播放页面模板中添加服务器中已经上传的片子。
(5)机顶盒管理
媒体管理系统的机顶盒管理可以对每个机顶盒进行开通和关闭，并且前台可以方便地通知某个房间的用户相关的信息，比如补交押金等。
2.2 编码/服务器子系统
2.2.1 编码和内容制作子系统
编码和内容制作系统是媒体制作及生成工作工具的总称，本项目包括如下两个模块：
a、媒体转码工具
实现制定目标文件格式的转码；
它可以实现从不同格式源文件到目标格式文件的转换；
支持DVD、VCD、Mpeg1、Mpeg2等输入格式的文件到目标格式文件的转码；
支持转码的批量操作，即定制批量转码任务，一次性转换多个文件。在该批量操作中，可以制订输出不同的文件格式、码流、分辨率。
b、媒体剪辑：实现新闻打点，以及广告片生成功能
对媒体文件，系统提供广告预览片生成的功能。该功能可以实现：
从源文件中抽取部分片断，生成新的媒体文件；
可以配置的参数如下：源文件、起始时间、时长、目标文件；（其中<起始时间、时长>成对出现，可以有多个）
支持批量操作，通过脚本的方式可以同时对多个文件进行处理，以减少人工操作。在批量操作中，对每个文件可以配置不同的参数。
2.2.2 流服务器子系统
该系统的主要功能是内容分发、负载均衡以及认证管理等；
内容分发和负载均衡（CSG/MSC）；
内容分发系统由内容服务网关（CSG）和媒体服务控制器（MSC）构成。
(1)内容服务网关（CSG）
内容服务网关CSG (Content Service Gateway)，负责通过一组设定的导向策略（如内容引擎权重、负载状况、内容在引擎中分布状况等），将用户的内容请求导向到最佳的内容引擎，使用户可以得到最好的服务，实现本地智能化负载均衡。
(2)流媒体服务引擎MSC
流媒体服务引擎是集中优化的流传输性能的服务器，可以广泛应用于大规模的电信运营商的宽带流媒体应用。
a.运载级的流媒体视频服务
b.提供可升级的灵活设置
c.高性能媒体传输
d.特技播放支持
e.高级交互内容应用支持
f.符合ISMA 标准
(3)认证计费接口AuthView
AuthView的目的是控制内容服务过程中的安全性。其功能包括两部分：
(1)认证功能
a.对用户的有效性进行验证；
b.对内容防盗链的保护。
(2)日志功能
2.2.3 双模机顶盒子系统
双模机顶盒是酒店多媒体服务系统的终端部分，它即可以提供多媒体服务，也可以提供数字电视服务。配合加密卡还可以收看收费的数字电视节目。双模机顶盒采用的是DVB质量的解码器，因此图像清晰度高。双模机顶盒除了DVB的接口还提供以太网接口，可支持数字电视业务，流媒体业务和浏览器业务。不仅如此，还可以在双模机顶盒的基础上开发了丰富的增值业务，如点播，网站，BBS,互动广告等。各种餐饮服务的开放时间、设施地理位置、消费价格等。
2.2.4 酒店公告
酒店可随时针对任意指定客户端发送滚动字幕消息，如酒店通知、活动信息、提醒补交押金提示等。
2.2.5 康乐服务
提供酒店美容、舞厅、卡拉OK厅、健身中心、游泳池、棋牌室等各种娱乐场所的介绍，包括设施地理位置、可预订时间、一般消费价格、当天活动及优惠等。
提供酒店购物中心的位置（可能有多个）、所提供的主要商品、土特产等
酒店提供的钓鱼花园的情况，要着重介绍钓鱼花园的优美的环境和体贴服务。还有景致：对于花园式的酒店，提供各种标志景致的介绍等。
2.2.6 留言服务
一些针对个人住客的信息可以直接反馈到某个客房的机顶盒中，当打开电视机后即可获得。
例如住客要求的提醒服务、总台留言、订餐确认等。
2.3 电视节目
可以接收数字电视节目。节目菜单指引可以将正在播放和即将播放的节目在电视上像菜单一样显示出来，住客可以像点菜一样选中某个节目直接观看，这样和普通一个个频道查看的方式不同，更具智能化和人性化。
节目菜单指引有两种模式，一种是住客可以根据自身的喜好来选择电视节目中感兴趣的节目，屏幕的菜单条上是符合国家SI标准的各种节目类别，屏幕下部显示的是符合该节目类别的在各个频道中正在播出和即将播出的节目；另外一种模式是按频道索引，住客选中一个频道后，该频道正在播出和即将播出的所有节目会呈现在电视屏幕上。
2.4 影视点播
提供个性化的界面和详细的影片资讯，可以提供影片的介绍和预览功能。
媒体管理子系统会自动根据事先录入的影片分类、信息生成节目列表。住客可以在节目列表中选择需要观看的节目，当用户确认会为此付费观看后，该节目立刻播放。
视频点播不同与数字电视，它使住客可以从网络上随时选取自己喜欢的电影或其他节目并立即播放，还可像操作家用录像机一样轻松地控制节目源的播放状况，像暂停、快进、倒退或搜寻某一片段等。
由于不同级别的住户会点播不同级别的片源内容，这样的话酒店可以进行对不同类型的影片进行不同级别的定价。也可以对不同类型的住户制定不同的点播收费策略，这些策略的制订和管理都是媒体管理子系统所支持的。
2.5 呼叫服务
客人可通过遥控器发送酒店定制的服务消息，进行酒店相关服务的预定和预约，酒店服务总台即可根据这些信息提供相关的服务，服务可包括：送报、送餐、叫醒、医护、洗衣、前台、退房等。
这些服务非常能体现酒店的特色服务，可以结合酒店的实际情况进行定制和修改，有助于提高酒店的客房服务质
2.6 综合技术
采用IBM PowerPC 芯片组，主频超强，性能卓越，性价比合理。基于稳定的嵌入式LINUX系统研发，性能稳定，扩展性强。
实现DVB-C数字电视机顶盒的全部功能。强大的视频多媒体处理功能，通过IP网络可以进行MPEG4的视频点播。可以在数字有线电视和IP点播之间无缝切换。
支持电子节目导航(EPG)，方便用户收看，提供EPG设计和逻辑规划服务。
目前支持市面上主流的CA、中间件及VOD系统，集成结果均经过大规模应用考验。
支持付费节目的收视。可存储多达200个以上、可编辑的广播电视节目；支持市场上流行的各种CA系统。
支持电视网页等数据广播功能； 支持视频点播、电子邮件、网络购物、短信等各种网络、多媒体服务功能。
3 结论
通过本系统的安装能够大力的提高酒店的竞争能力，在本系统中还存在一些缺陷，系统采用模块式结构，点播服务器可根据容量需要在线堆叠，可进行平滑升级，无论服务器，机顶盒，还是媒体管理系统都采用权限管理策略，同时系统的运行都有监控进程保证系统的安全运行，希望能够在实践使用中能够不断的改善。
参考文献：
[1]郝金星. 网络环境下的信息交流模式初探[J]. 情报科学,2003,21(1).
[2]丁建超. 中国青 FLASH MX 高级实例教程——ACTIONG SCRIPT[M]. 中国青年出版社,2004.
[3]金明花，李冉，邹婷. FLASH MX2004从入门到精通[M]. 中国青年出版社,2004.
[4]Gordon, RS Macromedia. flash MX 2004: Beyond the basics hands-on training. LIBR J 129(20):152-152 DEC 2004.
[5]毛耀, 杨颂华, 祖正容, 叶海滨. New Dynamic Website Solution Based on Flash[J]. 西南民族学院学报(自然科学版), 2001,(3).
[6]芮新芳. XML与数据库的信息交互西安[J]. 邮电学院学报, 2005,10(1).
[7]蒋东兴，罗念龙，戚丽沈，培华. 园网络教学系统及其关键技术研究[J]. 计算机应用，2001,9.
[8]王克宏 编译. JAVA语言与SQL接口[M]. 北京：清华大学出版社,1997.4.
[9]http://www.hit.edu.cn.
[10]严蔚敏, 等. 数据结构[M]. 北京：清华大学出版社，1997.
[11]王晓东. 计算机算法设计与分析. 电子工业.
多媒体会议系统方案 篇9
会议系统的主要功能是完成各种类型会议的各项议程及会务工作的实施，同时兼顾厅堂的专业扩音音质，使其能满足各种演出要求。在设计系统时，我们精心挑选系统设备，使完成后的系统具有先进性、实用性、高可靠性及方便扩展等特点，同时，考虑系统的性能价格比，力争在满足使用要求的基础上保证系统的经济性。本方案是根据业主对扩声系统、投影系统的要求，并结合我公司多年从事会议系统的经验进行设计和选型的。
1.1设计依据和指导思想
1.1.1设计依据
GYJ―25―86厅堂扩声系统设计及测量规范
GB4959―95厅堂扩声系统测量方法
WH0301―93扩声系统声学特性指标及测量方法
GBJ76―84厅堂混响时间测量规范
GB/T14197―93扩声系统设备互连用连接器的应用
GB/T14197―94扩声系统设备互连的优选配接值
GB/T15644―95视听系统设备互连用连接器的应用
1.1.2设计指导思想
本次多功能会议系统应结合福州海关业务技术用房的建筑功能及特点，保证系统的可靠运行，系统设计应遵循以下原则：
先进型原则――采用的系统结构应该是先进的、开放的体系结构，和系统使用当中的科学性。
实用性原则――能够最大限度的满足实际工作的要求，把满足用户的业务管理作为第一要素进行考虑，采用集中管理控制的模式。
可扩充性、可维护性原则――要为系统以后的升级预留空间，系统维护是整个系统生命周期中所占比例最大的，要充分考虑结构设计的合理、规范对系统的维护可以在很短时间内完成。
经济型原则――在保证系统先进、可靠和高性能价格比的前提下，通过优化设计达到最经济的目标。
流媒体系统 篇10
关键词：电力线通信,视频监控,RTP,H.264
随着人们安全防范意识的不断增强，视频监控系统以其直观、方便、信息内容丰富等优点而广泛应用于金融、交通、公安、电力、宾馆等领域。目前，市场上的监控系统大多采用以太网作为传输媒介，因此在许多场合需要重新布线，而这样必然导致成本的增加。电力线通信技术(Power Line Communication,PLC)是利用电力线网络传输数据的一种通信方式。作为世界上覆盖范围最广的网络，电力线作为视频监控系统的接入和传输媒介，具有无需额外布线、组网方便、成本低等优点。目前，国际上已制定了电力线通信的相关标准，如14 Mbit·s-1的Home Plug 1.0标准，85 Mbit·s-1的Home Plug 1.0 Turbo标准以及200 Mbit·s-1的HomePlug AV标准[1]，形成了一整套PLC技术标准体系，基本覆盖了所有电力线通信的应用领域。
本文提出了一种基于电力线通信技术的视频监控系统，系统分为前端视频服务器终端、电力线传输网络、视频监控中心3部分。视频服务器端由摄像头采集视频数据，经过ARM11微处理器s3c6410进行H.264硬件编码[2,3]、RTP封包后发送给电力线载波模块，电力线载波模块将其封装成PLC帧格式后通过电力线网络进行传输;视频监控中心接收到电力线上传输的数据后先由电力线载波模块进行解调，之后传输给监控中心的计算机进行软件解码处理，最后显示实时视频。电力线载波视频监控的显著优点就是分布范围广，能够容易地在居民小区、工厂企业、超市、医院等地方布局，无需重新布线或改造，可实现即插即用，轻松构建网络化监控平台。
1 系统总体设计
系统总体结构如图1所示。
总体系统分为硬件设计和软件设计。硬件设计部分主要包括视频采集模块、s3c6410微处理器模块、PLC调制解调模块。其中，s3c6410微处理器模块是硬件系统设计的核心，它负责整个嵌入式系统的管理与调度。通电后，s3c6410微处理器自动加载相关外围硬件设备驱动，控制视频采集模块获取实时视频流数据，并对获取的数据进行H.264硬件编码，之后对其进行RTP封包并通过RJ45网络接口发送到PLC调制解调模块，最后由PLC调制解调模块进行PLC帧格式的封装并发送到电力线网络进行传输。
软件设计工作分为前端视频服务器端软件和监控中心软件两部分。前端视频服务器软件设计包括建立嵌入式Linux开发环境、移植摄像头和网卡等相关外围设备驱动程序、编写视频数据采集和H.264压缩编码代码、编写通信模块代码等。监控中心软件设计包括网络数据接收及解包模块代码、视频数据解码模块代码以及界面显示代码。系统软件流程如图2所示。
2 系统硬件设计
2.1 ARM处理器模块
该模块硬件电路设计框图如图3所示。
系统主控芯片采用三星公司基于ARM1176JZF-S内核的S3C6410处理器，这是一款低功耗、高性价比的RISC处理器，拥有强大的内部资源和视频处理能力。它内部集成了一个MFC(Multi-Format vide Codec)，支持MPEG-4、H.263、H.264等多种视频编解码标准。
NAND Flash采用容量为256 MB的K9F2G08U0M芯片，用来存放启动代码、内核代码、根文件系统及应用程序。SDRAM使用两片64 MB的Samsung K4X51163PC芯片，工作电压为3.3 V，用于存取系统运行时的程序和数据。以太网卡芯片采用台湾DAVICOM公司生产的10/100 Mbit自适应以太网卡芯片DM9000AE，从而实现以太网物理层和数据链路层的连接。
2.2 PLC调制解调模块
该模块硬件原理框图如图4所示。
模块采用Intellon公司的INT6400和INT1400芯片组作为核心芯片[4]。INT6400的内核是基于ARM926EJ-S的32位处理器，作为一个MAC和PHY一体化的电力载波芯片，INT6400完全遵循Home Plug AV标准。
通电启动前，系统软件已经固化存储在SPI Flash中，系统启动时，代码被拷贝到SDRAM中运行。RJ45接口的数字信号通过PHY芯片AR8032的MII接口传输到INT6400，经过D/A转换变成模拟信号，再由INT1400进行放大处理后经耦合电路耦合到电力线上进行传输，完成一次典型的发送过程。接收过程刚好相反，只是从电力线上接收到的信号在耦合之后还需要经过一个带通滤波器，进行降噪处理后再送到INT1400进行增益调节。
传输过程中，数据的收发控制和系统任务调度由INT6400内部的ARM9内核完成。
3 系统软件设计
系统软件设计分为前端视频服务器终端软件设计和视频监控中心软件设计两部分。
3.1 视频服务器终端软件设计
视频服务器终端的软件设计主要包括嵌入式Linux系统定制和应用程序开发组成。系统采用Linux2.6.36作为嵌入式平台的操作系统，通过对内核的裁剪移除本系统不需要的外围设备驱动，并移植了USB摄像头驱动、DM9000AE网卡等驱动程序，这样就构建了应用程序稳定运行所需要的操作系统环境。应用程序开发是该软件模块设计的核心，主要包括视频数据采集、H.264硬件编码、RTP协议打包传输3部分。
3.1.1 视频数据采集
在Linux系统中，摄像头作为视频采集设备，其编程操作遵循V4L2[5](Video for Linux 2)规范。V4L2是Linux下视频采集设备的标准API，它为用户空间提供了一套完整的接口函数，通过这些函数可以对视频采集设备进行打开、读写、关闭等操作。
视频采集流程如图5所示。首先调用open()函数以阻塞方式打开摄像头设备，设备名为”/dev/video0”，然后通过ioctl()函数设置视频采集参数，如图像大小、对比度、数据格式等，例如设置的数据格式为YUV422。在V4L2中有两种读取数据采集方式:一种是通过调用read()函数直接读取设备;一种是通过内存映射函数mmap()将视频数据映射到用户缓冲区再进行读取。后者更加方便高效，因此本文采用第二种方式读取采集数据。采集到的视频数据为YUV422格式，而H.264编码器要求的输入视频格式为YUV420P，因此为了将采集到的视频数据送至H.264编码器编码，还需要将YUV422格式的视频数据转化为YUV420P格式，转换过程通过FFmpeg开源库提供的API完成。
3.1.2 H.264编码
S3C6410处理器内部集成一个多媒体硬件编解码模块MFC[6]，支持MPEG-4、H.263、H.264编解码，具有良好的编解码性能。文中通过该MFC模块进行H.264硬件编码，操作系统加载了MFC驱动后，应用程序可以像操作普通函数文件一样调用MFC函数接口完成视频数据H.264硬件编码。
3.1.3 RTP协议打包及传输
H.264编码后的视频数据分为两个不同的层:视频编码层(Video Coding Layer,VCL)和网络适配层(Network Adaptation Layer,NAL)。视频编码层主要负责以高效的编码方式表示视频数据，而网络适配层则根据网络要求对数据进行封装，使得视频编码层数据适于网络传输。根据RFC3984[7],H.264视频流的封包模式有3种:单一NAL单元模式，组合封包模式和分片封包模式。(1)对于长度<MTU(最大传输单元)大小的NAL单元，将其放入RTP包的载荷部分，构成一个RTP包;(2)对于图像参数集、序列参数集等长度特别小的NAL单元，将其进行组合后放入一个RTP包;(3)如果NAL单元的长度>MTU，则对该NAL单元进行分片分割后，分别放入几个RTP包。
封装后的RTP包通过UDP协议的套接字经由网络接口发送到PLC调制解调器模块进行PLC帧格式的封装，之后通过电力线网络发送出去。
3.2 监控中心软件设计
监控中心软件主要完成H.264视频数据流接收、软件解码以及界面显示。网络数据的接收，采用UDP Socket套接字编程，H.264视频流的软件解码采用开源免费快平台的视频和音频流解决方案FFmpeg完成，界面显示通过调用开源跨平台的多媒体库SDL(Simple Direct Medie Layer)完成。监控中心软件流程如图6所示。
4 系统测试及分析
在实验室内进行测试，监控前端采用本文设计的视频服务器终端，监控主机采用PC机。监控前端设置视频采集分辨率为640×480，视频传输速率为25帧/秒，分别运行服务器端程序和客户端程序，观察到视频监控效果如图7所示，视频播放流畅，较好地满足了实时性的要求。
5 结束语
结合电力线载波通信技术、流媒体技术，基于ARM11处理器S3C6410和嵌入式Linux操作系统，设计了一种可以通过电力线传输的视频监控系统，并在实验室内进行了组网实验。实验结果表明，该方案是可行的，较好地满足了视频监控的要求。但是，电力线作为通信媒介传输视频流时，传输质量与传输的距离、电网拓扑结构的复杂程度有很大关系。当传输距离过长，或室内电网拓扑过于复杂时，数据失真非常严重。
参考文献
[1]ZENG Xu,LIANG Ming,LIU Huaizhi.Monitoring system of distribution running states based on broadband power line communication[C].Guangzhou:International Conference on Power System Technology,2006.
[2]郭巧云,许雪梅,李岸,等.基于ARM11的无线视频监控系统的设计[J].计算机测量与控制,2010,18(8):1786-1788,1791.
[3]WIEGAND T,SULLIVAN G.The emerging H.264/H.26L video coding standard[C].Rochester,NY:Tutorial at ICIP,2002.
[4]Intellon.INT6400 homeplug AV MAC/PHY transceiver[M].USA:Intellon,2010.
[5]MICHAEL H S.Video for Linux two API specification revision 0.24[M/OL].(2008-03-04)[2013-05-10]http://v4l2spec.bytesex.org/v4l2spec/v4l2.pdf.
[6]Samsung.S3C6400/6410 Linux2.6.21 MFC API REV3.00[M].Korea:Samsung,2008.