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如何构建统一视频管理发布平台

时间:2018-04-16 22:36来源:知行网www.zhixing123.cn 编辑:麦田守望者

本案例介绍了如何在录播教室建设项目中规划并建设了统一视频管理和发布平台。由于目前此平台已经部署并应用,文中也结合实际使用效果来进行评价,使其平台的价值探讨更具有说服力。

  近些年,互联网视频应用得到了长足发展。网络视频已经成为最热门互联网应用之一。

  目前大多数校园网已经可以满足师生的基本上网需求,也已实现了信息化基础支撑功能,未来将更关注与教学的深度融合。随着MOOC、视频公开课和各种开放课程的兴起,校园网将拥有越来越多视频类媒体资源。这些视频媒体资源具备较高教学科研价值,是高校优化教学、发挥社会职责的关键资源,如何将这些视频管好用好是一个问题。

  不少校园网已经拥有了视频应用服务,甚至拥有多个视频系统;但因建设较早已经难以满足现在的需求。以我校为例,既有以MMS为主要技术的精品课程网站,也有使用开源软件VLC构建的视频直播系统。分散的应用系统管理维护成本较高,硬件资源利用率较低;视频标准较低,标清为主,已经难以满足高清时代需求;功能单一,没有涵盖媒体资源完整生命流程;兼容性较差,需要安装客户端软件或浏览器插件,对移动终端支持不足;依托校园网内部高带宽对校内服务效果较好,但因出口带宽制约难以对社会公众提供高质量服务。这些问题既有特定时期技术瓶颈因素也有互联互通等非技术因素,但都影响了视频应用的最终效果。

  为了充分发挥校园网教学服务职责,我校在录播教室建设项目中规划并建设了统一视频管理和发布平台。平台能够支持视频媒体生产、加工和发布各环节,可以为校园网用户和互联网用户提供服务。

  设计原则

  在系统架构上,我们坚持了如下的设计原则:

  统一平台

  涵盖媒体资源完整生命流程,包括素材采集、加工处理、发布。支持视频资源点播和直播。不论是活动现场即时流媒体直播、录播教室课程录播还是专业拍摄所得到的原始素材,都可以便捷地进入平台,非编工作站可以通过共享SAN存储网络对素材进行加工处理,成品在平台上进行发布。除了高清点播以外,还应当支持高清直播,以便开展各类大型活动直播和大型体育赛事直播。

  兼容性良好

  特别注重客户端兼容性,支持PC和移动客户端,包括主流的iOS和Android平台。支持浏览器播放,不再需要用户安装客户端和插件,以尽量降低技术支持成本。支持Flash播放器和HTML5播放器,兼顾未来发展趋势和现存老版本浏览器。

  可扩展性强

  因平台面对校内大量活跃用户和互联网众多潜在用户,因此应具有平滑扩展能力;能够与CDN和商业云服务无缝对接,以便面向全社会提供服务。

  管理运行成本低

  各组件选型应优先考虑通用性强、易于维护的知名软件,关键节点应适当冗余,尽可能将组件设计成为“无状态”模式,以尽可能降低运行维护工作量和技术难度。

  相关技术标准

  H.264/MPEG-4

  H.264/MPEG-4 Part 10(MPEG-4 Part 10称为AVC,即Advanced Video Coding)是一种视频压缩标准,一种被广泛使用的高精度视频的录制、压缩和发布格式。H.264因其是蓝光盘的一种编解码标准而著名,所有蓝光盘播放器都必须能解码H.264。它也被广泛用于网络流媒体数据如Vimeo、YouTube、以及iTunes Store,网络软件如Adobe Flash Player和MicrosoftSilverlight,以及各种高清晰度电视陆地广播(ATSC,ISDB-T,DVB-T或DVB-T2),线缆(DVB-C)以及卫星(DVB-S和DVB-S2)。与旧标准相比,它能够在更低带宽下提供优质视频(换言之,只有MPEG-2,H.263或MPEG-4第2部分的一半带宽或更少),也不增加太多设计复杂度使得无法实现或实现成本过高。另一目的是提供足够的灵活性以在各种应用、网络及系统中使用,包括高、低带宽,高、低视频分辨率,广播,DVD存储,RTP/IP网络,以及ITU-T多媒体电话系统。目前是网络高清视频事实上的标准。

  RTMP

  Real Time Messaging Protocol(RTMP)最初是由Macromedia开发的专有协议,用于Flash播放器和服务器之间通过互联网传输流媒体,包括音频、视频和数据。Macromedia已经被Adobe收购,并发布了一个不完整的RTMP版本规范供公众使用。RTMP具有较好的商业支持,有大量硬件编码器,包括IP摄像头支持RTMP协议,也有不少商业录播软件支持RTMP。但移动终端对RTMP的支持状况并不理想。

  HLS

  HTTP Live Streaming(HLS)是一个由苹果公司提出的基于HTTP的流媒体网络传输协议,是苹果公司QuickTime X和iPhone软件系统的一部分。它的工作原理是把整个流分成一个个小的基于HTTP的文件来下载,每次只下载一些。当媒体流正在播放时,客户端可以选择从许多不同的备用源中以不同的速率下载同样的资源,允许流媒体会话适应不同的数据速率。在开始一个流媒体会话时,客户端会下载一个包含元数据的extended M3U(m3u8)playlist文件,用于定位可用的媒体流。HLS只请求基本的HTTP报文,与实时传输协议(RTP)不同,HLS可以穿过任何允许HTTP数据通过的防火墙或者代理服务器,很容易使用CDN来传输媒体流。目前除了iOS以外,Android主流版本也支持HLS,甚至HTML5浏览器大多也支持HLS。虽然使用工作模式决定了HLS具有良好的网络兼容性,但也决定了HLS并不是一种实时发布方式,有不可避免的延时,在观看实况直播时只能够尽量缩短延时到可以接受的程度。

  Multicast和Unicast

  多播(multicast)也称为组播,是指把信息同时传递给一组目的地址,通常指代IP多播。IP多播是一种通过使用一个多播地址将数据在同一时间以高效的方式发往处于TCP/IP网络上的多个接收者的协议。单播(Unicast)是数据在计算机网络的传输中,目的地址为单一目标的一种传输方式。通常认为在直播体系中使用组播可以节约网络带宽降低网络设备压力。但在校园网实践中,往往效果不是非常理想,主要原因为校园网设备繁多,对组播支持程度不一,更关键的是,用户软件环境千差万别往往最终影响了组播应用效果,并带来巨大的用户支持压力。此外,视频类应用重心也已经从实况直播转向了用户自主点播、自由拖动,传统组播发挥功效的机会更少了。基于我校现状:网络架构为大二层、视频以点播为主直播为辅,我们在此项目中并未部署组播技术,未来有大量实况直播需求时再行考虑。

  分布式

  考虑到视频发布平台为I/O密集型应用,除了SSD以外,尚无硬件技术能够有效提升单台服务器I/O能力,但目前SSD仍处于容量小价格贵的阶段,无法在视频大容量存储方面实际运用。因此我们考虑用多台普通配置服务器分担I/O负载,配备尽可能多的本地直连硬盘,作为热门视频的高速缓存,传统的统一存储作为视频采集、加工处理的平台和低访问频率“冷门”视频的存放。

  云服务

  统一视频管理发布平台可以满足校内用户高速稳定访问,并也可以通过横向扩展满足不断增长的访问需求,但在对校外公众提供服务时,除了服务器运算能力和I/O能力以外,更重要的决定性因素是带宽资源。借助商业云服务平台,可以解决互联互通带宽资源,因此平台应该能够方便地与商业云平台对接。

  系统架构与描述

  视频素材上传

  通过FTP和samba提供文件级上传入口,与录播教室录播软件、非编上传工作站对接,将录制好的视频文件上传进入统一存储。通过iSCSI提供块设备级别上传途径,与IP摄像头等设备对接,将视频存储到统一存储设备。通过RTMP协议,提供实时流媒体接收途径,与现场实况H.264编码器、电视转播设备对接,接收实时流用于发布,并按需进行同步录制归档。

  视频加工处理

  将统一存储通过FC网络与StorNext服务器对接,形成共享SAN环境,为我校媒体资源中心提供非编网络支持。MAC Pro工作站通过StorNext网络访问媒体资源文件并进行加工处理,成品写入存储归档或发布。

  视频发布

  以开源软件Nginx为主,加载nginx-rtmp-module组件,形成HTTP方式静态视频文件发布和流媒体直播RTMP+HLS功能。之所以选用Nginx,一方面是效率高、功能全面、扩展方便,另外很重要的是Nginx是很流行的Web服务器软件,技术人员比较熟悉,可以降低运行维护成本。nginx-rtmp-module能够接收RTMP实时流发布给用户,同时可以完成RTMP-HLS实时转换,为移动终端用户提供服务。客户端软件可以选用常见Flash播放器或使用HTML5内嵌播放功能。此外,还可以将RTMP实时流推送到商业云服务,以便为外网公众用户提供服务。基于HTTP的点播和HLS也非常容易与CDN和商业云服务对接。

  目前此平台已经在我校部署并应用,成功与3间录播教室、3间互动教室、1套电视设备(TriCaste虚拟演播平台)对接,也完成与乐视云和Microsoft Azure云服务对接测试。目前平台已存储各类视频文件148527个,容量86T;对外发布视频964个,容量3T,点播数万次。直播方面,承担了数场校内大型活动直播,取得了较好的使用效果。经过实际使用检验,此平台为多个校内平台和网站提供了统一的视频发布服务,提高了视频利用率,有效降低了管理成本,达到了预期设计目标。

  (作者单位为西南财经大学)

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标签(Tag):视频管理发布平台
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