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烟台教育城域网流媒体应用:教学远程观摩与评

2007-03-29 点击量:

需求背景
     山东省烟台市教委多年来一直致力于教育信息化的建设。
     初期,山东烟台市教委已建设了宽带信息网。在此宽带网络基础上,运行办公自动化、公文流转、信息发布、邮件系统等数据业务,现在,随着网络基础的进一步扩展,视频会议、教学直播、远程评课、卫星节目直播等多媒体信息在网络上占据了重要的比例,目前的传输带宽为烟台市教委到13个县教委已建立了百兆城域网。
     到如今,前期的网络应用已经满足不了目前广大学生的要求,为了丰富网络应用,改善教学方式,提高各个区县的教学质量,加速各区县教学观摩、研讨与评估,烟台教委提出了建设新一代的信息化教育平台的方案要求。
需求分析
     以烟台市教委为中心,作为总部流媒体服务器;13个下属区县也可建立自己的直播系统。市教委将视频会议内容、教学直播、实时直播和录像,同时各分县自建的直播资源也可上传到市教委流媒体服务器,使13个区县能相互访问直播资源。
     整个系统以烟台市教委为中心,设立流媒体服务器,下属13个县自行建立直播系统,教学直播与市教委中心资源互连共享。会议直播由流媒体服务器提供直播录播服务,下属13个县将会议直播数据流作为自己直播系统资源,以便于更多接收端能快速便捷接收直播服务。
解决方案
     世纪葵花从技术先进性、经济适用性、安全稳定性、可扩展性等众多方面进行综合考虑,为烟台市教育城域网制定了一套完整的流媒体教学应用的解决方案。
     以烟台市教委为中心,作为总部流媒体服务器;13个下属区县也可建立自己的直播系统。市教委将视频会议内容、教学直播、实时直播和录像,同时各分县自建的直播资源也可上传到市教委流媒体服务器,使13个区县能相互访问直播资源。
     整个系统以烟台市教委为中心,设立流媒体服务器,下属13个县自行建立直播系统,教学直播与市教委中心资源互连共享。会议直播由流媒体服务器提供直播录播服务,下属13个县将会议直播数据流作为自己直播系统资源,以便于更多接收端能快速便捷接收直播服务。
     采用一体化直播系统LiveONE和KMS流媒体服务器软件有机结合。为了避免市教委流媒体服务器由于大量客户端连接,占用大量的网络资源,减轻服务器负荷,我们在下属各分县单位分别建立一体化直播系统,可将市教委提供的视频直播内容作为本县直播资源,各分县自行内部直播,这样各分县单位接收会议直播只需要访问本地直播系统服务器地址即可。
     对于不定地点的教学,使用移动编码将教学内容上传给市教委流媒体服务器,同时也可将移动课堂内容发送到本县直播服务器,不管在市里还是县里都能接收到远程教学。各分县教学内容可同时发送到市教委流媒体服务器,市教委流媒体服务器管理教师可同时观看到各分县教学内容,根据需要可选择任意一个教学内容提供网络直播教学,直播教学过程中可切播其他直播资源,如视频会议或本地磁盘里的媒体文件。
1. 设计原则
     先进性
     符合计算机、网络通讯技术和流媒体视频技术的最新发展潮流,并且是应用成熟的系统。
本系统以视频点播、直播为基础,重在视频播放,突出远程网络传输,采用整合性的设计思路,融合先进的管理思想,从而实现最佳的应用效果,达到最大程度的资源综合利用,确保系统应用模型的先进性;
本系统采用B/S网络结构,既可满足局域网快速应用的要求,又适应广域网大并发应用的需要,保证了技术上的先进性和前瞻性;
     适用性
     本系统要求按照用户的日常工作内容,结合先进的管理思想设计,能够随着业务范围的变更进行产品更新与调整,以更好的满足需要;
     可靠性
     本系统采用模块化、组件化设计,保证各模块的稳定运行,并且保证如果其中一个模块不能正常运行,其他模块不受影响;在运行环境方面,采用高性能服务器和宽带网络,可以长时间运行;
     安全性
     在系统的设计上,强化权限管理功能。每个人都可以有自己的用户名和口令,有严格的口令验证机制,所有人员只能观看自己有权限观看的内容。
     可扩充性
     本系统采用组件化的设计,易于扩充,可动态设置视频流,系统的扩容应快速、方便,增加的投资少,适应用户今后由于业务量的增加、用户访问的增多而需要增加视频服务,满足用户今后的发展需要。
2. 系统组成
     采集工作站:
     采集编码音视频,流化后并能上传给流媒体服务器,用来提供直播服务。
     A、应用方式:
电视直播和会议直播都可用LiveONE来做采集编码,将数据发送给流媒体服务器(KMS/WMS)。如果各分县使用LiveONE将直播发送给流媒体服务器同时也支持直播的发布。接收端可以直接分县直播服务器地址,也可访问总部服务器地址,LiveONE也可使用“拉资源”将服务器或其他分县的直播资源,作为自己的直播频道。
     B、性能:
采集编码多路模拟信号,编码方式可选。视频采用MPEG4、WMV7、WMV9,音频采用MP3、WMA,可实时插入字幕、图片等信息。
     流媒体服务器(KMS/WMS):
     提供直播数据流服务发布,系统支持推、拉直播数据流.系统集成数据库、WEB服务、可以视并发数量进行适当合并。可承担上100路直播数据流服务。
     A、应用方式:
     建立四个电视直播频道.可添加各分县城直播资源,可将各分县城直播内容界面切换其他媒体信息。
     B、性能:
     客户能在直播的同时随时穿插其他场景,而客户端在接收时不会间断接收,更无黑场现象,并且支持对广电用户常用的线性播出方案。直播同一路流的视频与音频同步一致性非常好,延时在1~3秒。
3. 网络拓扑图
 

 
4. 系统功能
    视频直播:
 A、全面的多媒体编码技术与标准支持
    采用先进成熟的MPEG-4编解码技术,同时视频编码还支持WMV7、WMV9,音频编码采用MP3、WMA编码,保证音视频的效果。
    支持所有主流媒体格式文件的广播(RM、RMVB、DAT、MPG等),且可随时插入字幕、增加图标。
 B、卓越的音视频同步性
    特有的传输同步技术,保证同一路流的视频与音频的永久同步一致性,还保证了不同客户终端接收画面同步。
 C、延迟时间极短
    特有的传输抖动技术,采用零缓冲技术,对媒体内容不需缓冲,使网络传输延时更加短,延时一般不超过1秒。
    对某些复杂恶劣的网络环境自动最低限度的缓冲,以保证最终用户的音频与视频的连贯与稳定性。
视频点播:
 A、系统自带流媒体网络播放器,支持各种国际主流视音频格式。
 B、视频点播响应速度极快,即点即播,无延迟,任意拖动没有停顿。
 C、通过对视频流的控制及优化处理,极大地节约了网络及硬件资源(如CPU、内存、磁盘I/O等),整个系统在使用过程中超强稳定。
 D、真正实现跨网段、跨路由进行点播广播,不需要对网络环境进行任何特别设置。
 E、支持Oracle、Sybase、SQL Server、MySQL、Access等数据库。
资源管理:
 A、支持软件和硬件实时压缩,支持多种视频采集卡
     兼容目前市面上流行的大部分采集设备(包括VFW、WDM驱动的采集卡的支持,USB、1394采集设备等),支持一机多卡和一卡多路、多卡多路等音视频采集,网络电视直播机(AVCaster)单机32路复合音视频采集编码。
 B、支持单播和组播协议,单播、组播自动协商
     支持IGMP组播,TCP、UDP单播,以及单播转发。
     采用KMS传输协议,使客户端与流媒体服务器自动协商最佳传输协议,以充分有效的利用网络带宽。接收直播时,先搜索组播数据以节省带宽,用户无须配置终端使用协议,一切自动完成。
 C、支持多级直播内容分发转播与再转播
     对于出于同一源的媒体内容,可以跨网段转发。采集、转播、录制可分别安装,并且转播服务可任意级联,使得资源配置更加合理,适合于各种网络环境。
 D、全面支持新一代网络协议IPv6
     在支持当前网络协议IPv4的基础上还全面支持新一代互联网协议IPv6,便于在不久的将来向IPv6网络平稳迁移。
 E、多种用户权限认证方式
     提供IP地址段限制,用户分组,分级别等管理方式。
 系统管理:
 A、无微不至的远程管理
     通过统一的管理端实现全面的远程管理。远程上传节目,查看用户在线状态,控制录像,设置用户级别权限等。
 B、方便、统一的管理操作
     可在统一界面中对流媒体服务、数据库、Web服务进行管理,极大的降低了管理成本,真正做到统一管理。
 C、节目管理快捷、方便
     用户可自定义节目分类,节目源发布快捷方便,能单个节目和批量节目处理,支持远程节目管理。
 D、简洁的带宽管理
     可限制系统使用的带宽,这样系统提供直播、点播或广播服务所占用的总带宽就会限制在一定范围内,不会对其它数据业务产生影响。
 E、详细、全面的系统检测
     服务器的CPU使用情况、内存的使用情况、磁盘I/O情况、网络I/O情况等技术指标,都能以图表或图形方式直观地显示。
方案评述
     通过实施本方案,烟台教委实现了远程的教学观摩和评估,教育资源的分发、积累、分享和再利用,丰富了网络应用,加快了信息传递,提高了工作效率,从而打造了一个面向整个教育城域网的数字化流媒体教育平台。