张新淼

关键词：虚拟化技术；IPTV；数字化校园；校园视频公共服务平台

中图分类号：TN949 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）02-0066-03

1 引言

随着科技的发展，现代教育技术逐渐引入校园，网络、手机、平板电脑在学生的学习和生活中逐渐成为必备的工具与媒介，新兴媒体的发展逐渐打破了传统校园文化的格局。因教育科研网出口资源紧张，教育网或校园网缺少特色视频资源和服务，很难满足学生对新闻时政、娱乐资讯等节目收看的需求以及对本地融合通信服务的需求，学生为满足自身对课余文化休闲的需求而转向互联网；目前，在校学生的娱乐休闲方式（基于計算机网络）基本以网络视频、在线通信（QQ等）为主，其中网络视频收看时间占到网络使用时间的40%～50%。不可否认，互联网节目内容资源丰富，但低俗、不健康的节目内容充斥其中，已成为校园文化生活的隐患，并不利于学生身心健康的培养；且增加了校园网出口带宽压力。因此，搭建校园视频资源公共服务平台将主流媒体电视资源放在学校本地，提供优良的本地化服务，更好地解放学校网络出口压力、丰富校园文化资源、增大公共宣传力度、降低学生娱乐生活成本，解决学生上网体验差、非法视频泛滥等难题。

2 校园视频资源公共服务平台核心技术

2.1 虚拟化技术

虚拟化是硬件底层系统抽象化的概念，该技术能够解决物理上设备隔离及资源不足等种种问题。通过虚拟化技术，可以很轻松地消除服务器、网络设备、存储设备等资源的物理局限，是提升数据中心资源利用率的又一大关键技术。在此校园视频资源公共服务平台应用了虚拟化技术，搭建底层硬件平台。当虚拟机出现故障时，通过VMware VMotion可以实现虚拟机的动态迁移保证视频业务不间断。构建了八台虚拟机，用于IPTV建设，其中三台实现频道视频采集编码和推送功能，四台提供流媒体服务，剩余一台实现认证对接和数据备份服务。该虚拟资源管理软件与由广电授权的SDK接口对接，通过虚拟化管理系统进行实时监控资源应用情况，同时，由该软件可以拓展视频资源平台的部署数量，科学有效地突破传统校园视频平台的局限性，虚拟化管理平台进行统一管理，使得负载的每台服务器承担不同的任务、扮演不同的角色，进而实现了服务器的负载均衡，满足了学生的需求，有效缓解服务器压力，方便后期增加虚拟主机，管理上更便捷。

2.2 流媒体技术

无限流媒体核心服务系统AMS（Any Media Serv?er）是一种完整的基于点对点网络的音视频资源运行平台，含音视频直播子系统、音视频点播子系统、音频广播系统及音视频剪辑等子系统，为校园网用户提供完整的流媒体文件制作、音视频点播、现场视频直播，流媒体文件广播等服务，帮助校园网用户快速高效地建设网络的音视频资源运行平台。流媒体系统AMS采用强劲的高性能视频泵作为核心视频引擎，单机并发30000名用户，并可通过服务器虚拟机集群方式部署负载均衡，无缝迁移和资源无限扩容，充分地保障了系统的稳定性和高性能，也为我校后期开发更加复杂、更人性化的应用奠定了基础；AMS 既支持自带APP的接收，又支持所有主流媒体格式（MP4、MP3、MKV、AVI、ASF、WMV、WMA、RMVB、FLV、MOV 等）的在线点播，支持文档文件（Word、Excel、PowerPoint、PDF、Flash 以及GIF 等）格式的在线阅读；可获取AMS、HTTP、RTMP、RTSP 和HLS 等协议的音视频流作为源进行直播分发；所以除了传统的PC接收方式外，智能手机、Android机顶盒和平板电脑等都可以流畅接收播放。具体到天津师范大学数字化校园平台，视频可选择WMV9、H264。码流范围1kbps 至15000kbps可调，默认为500kbps，直接输入数字设置或可拖动滑块设置；标清720×576推荐500至800kb?ps，高清1280×720推荐1000至2000kbps，高清1920×1080推荐2000至3000kbps；音频范围8kbps至128kb?ps选择，默认为64kbps，可选择MP3、WMA、AAC压缩编码器[1]。

3 校园视频资源公共服务平台设计

利用先进成熟的计算机技术、网络技术与视频技术将天津广播电视网络有限公司的直播信号引入高校，充分发挥学校网络基础设施的应用价值和广电在资源、技术上的优势，把握高校资源建设的时代特征和全媒体时代校园文化的建设需求，遵循科学合理的管理制度和完善通用的技术标准，按照统一的数据标准接口，集成各类数据资源，构建可扩展、易于维护的、安全、稳定和流畅的校园视频资源公共服务平台。校园视频资源公共服务平台部署在校园网络图书馆汇聚交换机核心节点上，使用学生学号和姓名进行统一身份认证，学生通过学号即可通过校园网用户账号密码登录访问该系统，免费收看电视节目，拓展高校思想政治教育资源，节约网络出口带宽，为广大师生提供简单快捷的综合服务。

3.1 校园视频资源公共服务平台硬件设计

校园视频资源公共服务系统平台的搭建包括硬件设备搭建和软件平台部署。硬件包括光电分离器、分支分配、解码器、直播编码器、流媒体服务器、Web 和数据库服务器、综合管理服务器等设备的安装连接[2]。

3.2 校园视频资源公共服务平台软件设计

校园视频资源公共服务平台采用基于三层B/S架构，主要包括资源访问层、服务提供层和数据持久层。

资源访问层：主要负责保持客户端和应用程序虚拟机的会话状态、验证师生统一身份认证信息、分配用户权限（系统管理员、师生用户和系统审计管理员）和管理会话；另外识别来自不同终端的设备，对其进行标识并作适配；完成将客户端请求过滤和转发到服务提供层相应的服务上。

服务提供层：负责平台业务的实现，主要有基本设置管理服务、视频资源服务、电视直播的服务、查询服务、资费管理服务、用户行为管理服务、热点数据缓存服务等[3]。

数据持久层：数据持久层为文件服务器、数据库与业务系统通信的接口。通过数据持久层完成对数据库、文件服务器等对象的访问，也会将用户更新的数据保存到数据库或文件服务器上。

校园视频资源管理与服务的功能体系划分为五大部分，其中底层支撑部分为基础功能模块，支撑上层应用型功能；内容管理为平台核心功能，实现直播的各项功能和视频资源的各项功能；用户管理为整个系统的用户基础，包括跟用户相关的统一身份认证以及互动性功能；基本设置性功能是视频资源公共服务门户的标准配置；而多平台适配是根据多平台使用的需求对各部分功能在各个终端进行相应适配，保证在多终端使用体驗良好[4]。如图1所示。

3.3 数据集成与分布式存储设计

数据是系统的根本与源泉。数据的准确与稳定对整个系统至关重要，数据集成与数据存储方式是必须要考虑的，因此，本系统用户数据与电视直播内容与我校统一身份认证平台进行了对接。

数据集成：本系统用户数据来源于校园网用户身份信息系统，可保证用户数据的真实准确，通过数据库连接或数据采集形式获得数据，经过清洗转化后保存到数据库中，作为整个系统的用户基础。

电视直播播放器获得转码后的IP信号，为保证能够在Web网站直接播放电视频道，将电视直播播放器与网站前端集成，并嵌入资费认证的相关控制功能，以保证播放流畅，资费规则运转正常。

电视信号的缓存及重播功能设计。在校园视频资源应用中，除需要提供直播服务之外，还需要进一步考虑因教学科研时间安排与视频直播冲突所导致的视频资源重播问题，针对实时广电视频信号，本系统提供为期7天的视频直播信号缓存及重播功能，经系统认证的用户可随时通过浏览并点播缓存的视频资源实现对重要电视内容的重播与回放。

分布式数据存储：为降低系统负载并提升数据管理的有效性，本项目采用分布式数据存储的设计思想，应用系统内部数据存储于系统数据库中，而图片、视频等资源存放于单独的文件服务器，以降低应用服务器的负载，提供系统效率。热点资源或数据存放于缓存数据库中，以提高命中率，降低服务器负担。

数据库可根据业务规模扩展为集群形式，主从数据库同步的实现原理是基于快照的事务复制，主数据库生成快照，从数据库读取并加载该快照，然后不停地从主数据库复制事务日志并执行，从而实现主从数据库的数据同步。数据库集群能够提高访问效率，方便数据存储与备份。更加安全与稳定。

文件服务器主要功能是将文件资源如视频等从应用服务器剥离，独立成为文件服务器，提供文件上传、下载、压缩等功能。

数据缓存服务器：将热点数据缓存于数据缓存服务器，供全局使用，提高系统查询速度，负担数据库、文件服务器压力[5]。

3.4 校园视频资源公共服务平台移动端设计

校园TV主界面包括直播、点播和精品三个模块，直播页面显示的是后台上传的非精品上线且在播放时间的直播频道，向上滑动列表可以显示“查看更多”，点击后，如果有更多节目，可以显示更多的直播频道，点击直播的频道图标，页面跳转到相应的直播频道播放页面，在直播的播放页面，点击左上角的小锁，页面会锁定横屏模式，点击左下角的收藏按钮，弹出提示框，提示收藏成功，页面上显示文字会变成“取消收藏”。

点播页面显示的是后台上传的非精品上线且在播放时间的点播节目，向上滑动列表可以显示“查看更多”，点击后，如果有更多节目，可以显示更多的直播频道；点击搜索，输入要观看的节目名称，如果搜索到可以显示出来。页面分类显示了视频的图片，点击“电影、综艺、电视剧”等分类，页面会跳转到相应的分类页面下显示节目的详情页面。例如，点击电视剧图片，显示对应节目详情页面，页面上会显示对应的集数，选择一集，页面会播放当前选择集的视频；点播节目的详情页面，点击向右的按钮，页面跳转到节目的简介页面；点击第几集就播放第几集，播放哪集，哪集的集数高亮显示。点击播放，页面跳转到播放页面。播放页面播放时先播放一会儿广告，广告之后播放点播视频。在点播的播放页面，点击左上角的小锁，页面会锁定横屏模式，点击左下角的收藏按钮，弹出提示框，提示收藏成功，页面上显示文字会变成“取消收藏”。点击下面的暂停按钮，页面会有暂停广告图片显示，点击快进/快退按钮，视频会快进/快退15s。播放页面的右上角显示的是当前的时间，与手机显示的时间同步。

精品页面包括精品直播和精品点播，显示的是后台上传的精品上线且在播放时间的直播频道和点播节目。点击精品直播的“更多”按钮，页面跳转到精品直播频道列表；点击精品点播的“更多”按钮，页面跳转到精品点播节目列表。点击直播的频道图标，页面跳转到相应的直播频道播放页面；点击点播的节目图片，页面跳转到节目的详情页面，之后操作与直播/点播操作一致。

4 实施效果

校园视频资源公共服务平台整合直播、点播等多种媒体形式，直播视频资源：CCTV-1、CCVT-2、CCTV-3、CCTV-4、CCTV-5、CCTV-6、CCTV-7、CCTV-8、CCTV-9、CCVT-10、CCTV-新闻、天津卫视、湖南卫视、浙江卫视、江苏卫视、东方卫视、北京卫视等，共计30个频道，其中：CCTV-1、CCTV-5、CCTV-8、湖南卫视为高清频道，其他频道为标清。精品点播还包含了丰富的多媒体教学课件。平台不仅使电视这一主流媒体逐步覆盖校园，而且丰富了学生的娱乐文化生活、增加了学校公共宣传、思想政治教育和学习科学文化知识的途径。