广东外语外贸大学卫星录播系统解决方案

广外解决方案2015-12-24 09:47

一、引言

1.1概述

广东外语外贸大学随着校园网络建设不断升级，校园网络速度的不断提高，网络成为高校电视台的一种主要传输方式，同时传统电视媒体的单向性弊端正在被校园网的交互性所克服，散发出新的生命力，为校园文化传播和教育教学服务。最近几年，流媒体技术和流媒体业务在国内的发展正在逐步走向成熟，用户随时随地在不同质量网络上通过各种智能终端（包括电脑、平板、手机等）流畅地观看视频成为基本诉求。

建设一套适合广东外语外贸大学的基于流媒体技术的视频传播平台，为大学校园文化传播提供强有力的支撑，彻底改变传统校园文化媒体的应用与服务模式。该平台具有巨大的经济和社会效益，借三网融合的契机，在云计算和大数据发展的时代，推动媒体资源服务在校园文化传播和在线教育教学领域的应用，把国内有线40个频道和卫星接收多语种的20个电视台在校内的网络进行直播，为迎合网络移动互联时代进行更新改造。

本项目旨在通过研究流媒体关键技术，解决校园现有网络条件下实现高清网络直播和点播服务问题，通过采用多屏融合的方式(电视、电脑、手机、pad等)，实现大学校园文化传媒的资源共享和多模式推广，为学校搭建基于流媒体技术的校园文化传播平台，为大学校园文化的传播、教育教学提供强大的工具。

1.2 项目背景

广外现有师生两万多名，未来会考虑扩展到大学城5W人的高清、标清视频直播点播需求。原有基于windows平台的卫星信号转播系统设备和软件已经非常落后，只能支持直播点播1000并发的需求。并且不能支持手机、PAD等直播点播观看需求。原来系统只支持720*576的标清视频直播点播,无法满足学校师生对现在主流高清视频节目的观看需求。学校原有系统不能对视频文件进行排列编单，不能实现轮播功能，不能支持直播剪切能。因此，此次升级要全面将直播点播范围覆盖到全校师生，应用流媒体最新技术，实现直播、点播各10000并发需求。充分利用学校网络资源实现电视、手机、PC各种终端全覆盖，是学校学生、老师、领导、以及未来大学城全体师生共同的诉求，所以此次升级意义重大。

1.3项目必要性

1.2.1实现个性化的电视直播和点播服务

随着网络电视节目的不断增多及专业化的播放，用户可以在更大的范围内进行自主选择。除了收看学校自已制作的电视节目外，出于高校人群分布的特点，还可以有选择的收看一定数量的国内及境外电视台的节目，例如：BBC、NOW电视台、NHK、凤凰卫视等。

网络电视集电视和互联网的优势于一身，从而使网络电视实现互动成为可能，网络电视用户可以通过互联网上网络电视台主页面上的论坛来向电视台表达自己的意见、要求，及对某一特定事件的看法，在“评论”中陈述个人的观点，用户不再是被动的接受者。

1.2.2提供丰富多彩的教学资源

　　网络电视不仅创造出集文字、语青、声像于一体的新型信息处理模型，而且还可以为学习者提供丰富的教学资源。其表现在以下两个方面：一是可以把现有各学科的教学录像带转换成串流媒体格式存放在视频服务器中，组成庞大的教学资源库，供学习者进行选择。二是学习者可以利用国际互联网获取各种知识及最新的信息。学习者足不出户就可以方便、快捷地调用所需的教学信息。这些教学信息，通过重新构建．就会产生新知识，迸发出创造性火花，这是传统的广播电视远程教育模式所永远无法实现的。

1.2.3增强学习的自主性

传统的广播电视远程教育模式，是以教师为中心的教学模式，教师在教学过程中始终处于“主宰”地位，学习者则被动地接受教师所传授的知识。

通过网络电视，可以把优秀教学资源实时传播到更广阔的范围，使学生足不出户也能随时点播老师授课的视频，在课外活动时间，利用网络电视重复播放当天教师的授课内容，使学生对当天的课程进行回顾，可以收到更好的教学效果。当然，学生的一切疑问都可以随时随地反馈到任课教师那里。

对不同层次的学习者采用步调一致的教学方式，很难满足每个学习者的需求。利用校园网网络电视开展远程教育，可以解决这一弊病．有利十建立以学习者为中心的教学模式。学习者可以根据自己的实际情况、实际需要、选择适合自己的学习时间、地点、内容、进度和方式，进行自主化学习，从而增强了学生的学习自主性。

1.2.4充分利用优秀校园网络资源提升应用软实力

　　目前国内大部分学校的网络硬件建设投入很大，校园网硬件条件非常优秀。但是校园网的网络和服务器资源使用率较低，新一代学校TV平台可以充分利用校园网优秀的网络和服务器资源，为师生提供基于校园内网和私有云的视频直播、点播服务，应用于校园文化传播和教育、教学，未来还可以基于学校TV平台拓展合适的商业运作，增加学校收益，为师生提供更好的服务，经济和社会效益巨大。

1.4项目建设目标

1.3.1主要使用功能目标

支持校园电视网络直播及时移回看

支持学校晚会及会议现场直播和录制回看

支持各种格式电影及视频网络点播

支持自定义电视频道

支持视频多码率播放

支持视频剪切与合并

支持视频内容DRM加密

支持视频播放防盗链

支持多种智能终端的播放

支持字幕功能

1.3.2 主要管理功能目标

基于Web的管理模式

各功能模块相互独立管理

相应的功能模块提供扩展API

可以管理直播频道和视频源

可以自由定义频道录制开关和时移时长

可以管理视频文件

可以配置视频文件转码规格

可以创建和管理虚拟频道

支持虚拟频道直播和轮播编单

支持视频文件和实时流的服务端剪切

支持实时流分布式部署以便无中断扩容

整个系统无单点故障

可以查询用户点击观看记录和日志。统计用户点击观看行为。

可以对上传的视频进行审核。评论审核，过滤关键词。

用户可以下载视频文件资源，可以上传视频文件。

实现三级菜单管理视频文件，可以通过标签，多维度查询相关内容。

实现权限管理：老师和学生分别设置权限观看相应视频。

1.5建设规模

　　视频服务系统的支持规模与视频本身的清晰度和码率有关，以下建设规模评估标准如下：

全高清：1080p，3Mbps

小高清：720p，1.5Mbps

标清：VGA/D1，800Kbps

1.4.1 直播建设规模

（1）直播频道规模

　　20路高清现场直播频道和50路标清

（2）时移频道规模

　　10路高清频道7天时移

　　30路标清频道7天时移

（3）直播及时移回看并发规模

可支持标清10000并发，或小高清5000并发，或高清2500并发。

1.4.2 点播建设规模

（1）支持节目数量

　　支持10000小时标清内容，或5000小时小高清内容，或2500小时高清内容。

（2）支持并发规模

可支持标清10000并发，或小高清5000并发，或高清2500并发。

二、解决方案

2.1 方案总体拓扑图

本项目采用具备扩展能力的模块化构架设计，支持设备间N+1/N+M冗余备份，实现故障自动热切换，提供故障检测手段，流服务的各个环节均无单一崩溃点，具备足够安全的存储策略与存储冗余扩展能力。整个系统设计安全、简洁、便于远程维护。用户可以通过校园内的无线热点访问学校TV的视频内容。

卫星接收机：可解码H.264/MPEG4 AVC、MPEG2，接口齐全丰富，具备广播级传输功能，拥有强大的信号接收、解扰以及解码、转码、调制性能，满足多种应用需求。

数字电视接收机：支持多种格式信号输入，包括DVB-S、DVB-S2、DVB -C、DVB-T以及ASI输入，输入信号经过 DVB-CI大卡解密后支持ASI码流输出和TS OVER IP输出。

高清编码器：具有支持1路高清HDMI音视频采集功能，编码输出双码流H.264格式，音频ACC格式。可根据需要进行自由调节。该设备集成度高，性价比高。支持RTSP/RTP/RTMP传输，支持HTTP协议等，使用方便。

在线转码器：基于基于实时流媒体的编转码系统，主要接收SDI和IP流信号，并同时输出IP流，以TS Over UDP、HLS、FLV over RTMP等方式一次性输出到各个流媒体服务器，满足机顶盒、智能电视、电脑、平板、手机等多终端对于视频直播的需求。

直播服务器：用以提供直播和时移回看的分发能力，提供多屏直播支持。采用分布式部署，扩展便捷简单，支持大规格并发。

点播服务器：用以提供点播分发能力，提供多屏点播支持。采用集群方案，实现多台服务器的负载均衡，支持大规模并发。

虚拟直播服务器：用以创建和管理虚拟直播频道，可以实现直播编单和轮播编单，输出实时流，通过直播服务器进分发。采用双机热备机制，实现数据同步和故障热切换能力。

剪切服务器：用以快速从视频文件中的剪出小的视频片段；对实时视频流进行边录制边打点剪切。采用双机热备机制，实现数据同步和故障热切换能力。

转码服务器：用以视频文件的实时转码，主要为点播、剪切和虚拟直播提供视频文件转码服务。用户多任务分配机制，可以分别为点播、剪切和虚拟直播指定不同的转码服务器，以提高系统的视频转码效率。

内容管理服务器：各采用双机热备机制，实现数据同步和故障热切换能力。内容管理服务器可自适应PC、手机、IPAD等多种终端的访问，对视频内容进行展示。

千兆交换机：与校园网络直接相连，主要承载客户端的访问链路。连接到本交换机的服务器主要提供分发能力，包括直播服务器、点播服务器和内容管理服务器。

管理工作站：可以在校园网内通过它管理整套系统。通过外网进行维护时，只需要将管理工作站映射到互联网，降低了系统内其它服务器都暴露于公网的风险，也简化了远程维护管理操作。

原有服务器使用情况说明：

充份利用原有的服务器资源，把原有的IBM X3650 （7台）及IBM X3650 M3（4台）按照服务器性能分配如下：原有服务器型号部署软件服务器使用数量IBM X3650数据库2IBM X3650内容管理 2IBM X3650转码 3IBM X3650 M3备用4 本方案采购服务器如下:服务器型号部署软件服务器使用数量NF5270M3直播3NF5270M3点播2NF5270M3虚拟直播2NF5270M3剪切2NF5270M3索引12.2 各模块关系图

2.3 原系统数据迁移

广外原有卫星录播系统经过几年的运行，积累了大量视频数据，为了能够在新的系统继续使用这些数据，需要将原有数据无缝迁移到新的系统中进行处理。数据迁移主要分为两部分数据：一是原有视频文件数据，二是原有系统中与视频对应的数据库中的信息。

　　新的软件均提供数据接口。如果原有系统有提供接口，可从原系统中读取数据，再写入新系统中；如果原有系统没有数据接口需要分析原有系统数据库的表结构，建立与新系统的数据对应关系，再从原有系统读取数据写入新的系统中。

　　所有数据的读取与写入均由程序自动完成，读取数据的过程不会破坏原有数据。当视频文件写入新系统中后，新的系统会自动完成对原有视频文件的处理，以使其满足新媒体（手机、平板等）的播放和应用需求。

二、功能介绍

3.1系统模块

　　整个系统根据功能需要主要划分为以下模块：直播、点播、转码、虚拟直播、剪切、内容管理、高清编码。各模块分工明确，独立运行，又相互协作，管理方便。

3.2.1 内容管理模块

搭建多屏融合的视频门户网站，视频内容管理系统结合直播、点播服务器软件的多屏多终端、码率自适应播放技术是创建多屏融合的视频门户网站的必备

　　与直播、点播服务器完美对接，管理直播、点播内容，视频内容管理系统已预先对接直播、点播服务器软件，只需要简单的几部配置即可轻松获取直播、点播源。

3.2.2直播模块

　　支持各种直播源输入，系统支持多个高清（标清）直播节目、一个直播节目支持多个码率的直播源、支持高清（标清）编码设备（或编码软件）的输入、支持多种协议直播流（rtmp、udp、http ts、rtsp等）的接入。支持服务端智能转换协议。不管实时流以哪种协议输入系统，都可以根据访问请求的终端设备的需要在服务器端实现转换成该终端设备支持的协议为它传输音视频数据，以最直接，最简洁的方式支持多终端多屏视频播放的需要。

　　支持多屏、多终端播放，直播服务器支持web、ios、android系统的播放，并支持多码流与自适应码流技术，系统会根据播放终端的不同，输出相应协议流的同时，输出合适的码流，以保证每个终端都能流畅播放。

　　支持直播节目时移录制功能，直播服务器支持时移录制功能，直播时您可以把直播流录制与下载。一个开启时移功能的节目，用户可以回看之前漏看的任意时间的节目，也可以在观看直播的过程中进行暂停、快进或后退的操作。另外我们实现了HLS的时移，用户在苹果客户端也能享受强大的时移功能哦。

基于云架构、支持分布式部署，直播服务器支持分布式部署，由master对多个节点服务器集中管理。特点如下：

1.完全可伸缩的设计，根据视频内容请求的并发规模随时添加分发节点，不用停止系统

的正常运行。而可以扩展成多级分发的分布式系统，理论可以无限扩容。

智能调度，各节点组成分发式系统后，调度服务器根据各节点的资源空余情况，选择最

合适的节点为终端提供音视频数据。

2.智能数据共享，当系统调度最合适的节点为终端提供服务时，如果这个节点没有终端需

要数据，提供服务的节点会自动与有这一数据的节点建立连接，并从中获取一份数据分发给

终端。

3.优化内部资源消耗，每一个节点可能有多实时音视频数据流，当某路流在一定的时间内

没有终端请求时，这个节点会自动与父级节点断开这路流的连接，从而节省这两个节点的资

源消耗以及分布式系统内部的网络资源消耗。

4.优秀的容错能力，分布式系统内任何一个节点出现问题，都不会影响整个系统正常运行。

这个节点的访问请求可以均衡地分配到系统中其它的节点中。

另外直播服务器可以部署在云端（虚拟机），使得服务的部署更灵活，更易于扩展。

3.2.3点播模块

　　任意格式视频文件的输入，多码率输出，点播服务器支持任意格式的视频文件上传，支持多码率、多画质的输出，同时点播服务器根据播放终端的不同，采用不同的输出方式，其中m3u8输出可根据网络状况自适应码率播放。

　　支持多屏、多终端播放，点播服务器支持web、ios、android系统的播放，并支持多码流与自适应码流技术，系统会根据播放终端的不同，输出相应协议流的同时，输出合适的码流，以保证每个终端都能流畅播放。

　　支持云架构，点播服务器可以部署在云端（虚拟机），使得服务的部署更灵活，更易于扩展，节约硬件部署与维护成本。

3.2.4虚拟直播模块

　　私有电视台，频道内容可调可控，虚拟直播服务器将视频文件实时流化为实时直播流，只要你有视频资源就可以创建自己的私有电视台。自己编排频道、随时调整节目单、自由插入广告。

　　输入支持任意格式的视频文件，虚拟直播服务器支持任意格式的视频文件，视频文件上传后系统自动对不符合系统要求的视频文件自动转码。虚拟直播内置转码功能，您也可以配置外部独立转码服务器，不占用虚拟直播服务器本身的系统资源，效率更高。

　　支持主流的直播流协议输出，虚拟直播服务器支持rtmp、udp协议的直播流输出，并且支持rtmp拉流、rtmp推流及udp推流三种输出方式。可轻松应用于直播服务器或其它第三方的直播分发平台。

　　EPG自动生成与更新，虚拟直播服务器在频道编排后会自动生成XML格式的EPG，用户可以根据需求下载或者通过API调用指定日期的EPG。矽伟智虚拟实时流技术，将用户自有的视频文件，按照用户的编单情况，生成虚拟实时流，通过流媒体直播服务器进行多屏多终端分发。用户可以设置一定内容的循环轮播，也可以设置内容按顺序播放；可以设置某个视频播放任意时间长度，可以比视频自身时长短，也可以比视频自身时间长；对还未播放到的编单内容可以任意调整顺序与时长。