南京廣電寬帶城域網(wǎng)流媒體平臺(tái)的建設(shè)

1、南京廣電寬帶城域網(wǎng)流媒體平臺(tái)的建設(shè)南京廣電網(wǎng)絡(luò)有限責(zé)任公司傳輸部陶黎生王偉張勘提要：本文介紹了南京廣電寬帶城域網(wǎng)流媒體平臺(tái)的建設(shè)，包括電視直播、點(diǎn)播、DRM下載以及存儲(chǔ)、分發(fā)、負(fù)載均衡、記費(fèi)等一系列完整的解決方案。關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)直播網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播DRM下載IP機(jī)頂盒流媒體存儲(chǔ)負(fù)載均衡分發(fā)策略隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)的飛速開展，互聯(lián)網(wǎng)以其迅捷即時(shí)、信息量大等特點(diǎn)，成為人們獲取信息的重要途徑，人們的注意力已由傳統(tǒng)媒體的電視逐漸轉(zhuǎn)移到第四媒體一一網(wǎng)絡(luò)上來。長期以來，電視臺(tái)節(jié)目所具有的時(shí)效性強(qiáng)、信息量大的特點(diǎn)已深入百姓的生活中，但它稍縱即逝又是其不可克服的一個(gè)缺點(diǎn)。隨著網(wǎng)絡(luò)根底架構(gòu)和技術(shù)的開展，寬帶網(wǎng)絡(luò)將使高

2、質(zhì)量的視頻、音頻信息傳送到千家萬戶；電視媒體網(wǎng)站視頻、音頻信息的網(wǎng)上交互與檢索，促進(jìn)電視媒體信息的再利用，最大程度地表達(dá)信息的價(jià)值。網(wǎng)絡(luò)播送既有傳統(tǒng)播送電視靈活生動(dòng)的表現(xiàn)形式，又有互聯(lián)網(wǎng)按需獲取的交互性，如何組織、存儲(chǔ)、管理、發(fā)布信源，充分利用電視臺(tái)豐富的資源，提供個(gè)性化的效勞，是辦好電視媒體網(wǎng)站的關(guān)鍵。網(wǎng)絡(luò)與電視互利互惠、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)將是當(dāng)前電視與網(wǎng)絡(luò)的最正確狀態(tài)。放眼世界和未來，可以預(yù)見：在全球邁向“信息時(shí)代'的今天，電視將與網(wǎng)絡(luò)在競(jìng)爭(zhēng)中走向不斷融合、創(chuàng)新進(jìn)而到達(dá)新的繁榮。經(jīng)過幾年的技術(shù)跟蹤和實(shí)驗(yàn)，我們根據(jù)南京寬帶網(wǎng)的具體情況制定了一套行之有效的解決方案，并成功地應(yīng)用于實(shí)際，在此我們提

3、供我們的解決方案和在實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)，與各位同行共享。1南京寬帶城域網(wǎng)現(xiàn)狀分析及流媒體平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)南京寬帶城域網(wǎng)的核心交換機(jī)為4Gbps,核心交換機(jī)到邊緣交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶寬為2Gbps,邊緣交換機(jī)到小區(qū)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶寬為1000Mbps,小區(qū)交換機(jī)到樓棟交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶寬為100Mbps,以太網(wǎng)FTTLAN用戶接入帶寬為接入為1.5Mbps;還有一大局部CableModem用戶，一個(gè)CMTS的帶寬為38Mbps,每戶接入帶寬為1Mbps。由于CableModem的接入帶寬為共享式，以及CableModem的帶寬利用率只有40%左右，所以在CableModem在滿負(fù)荷情況下，用戶的實(shí)際有效接入帶寬只有40

4、0Kbps;而FTTLAN接入的帶寬利用率為60%,且為獨(dú)占，所以FTTLAN的有效接入帶寬約為1Mbps。為了讓這兩種用戶都能享受盡可能高的視覺效果，我們?yōu)镃ableModem和FTTLAN用戶分別提供400Kbps和750Kbps的視頻流。南京流媒體平臺(tái)采用分布式體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)由制作、存儲(chǔ)、管理和發(fā)布、負(fù)載均衡、用戶管理平臺(tái)構(gòu)成。一個(gè)中心效勞效勞器加上三個(gè)分中心效勞器，視用戶的開展逐步增加分節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，效勞效勞器間可實(shí)現(xiàn)局部負(fù)載均衡與全局負(fù)載均衡。中心設(shè)置后臺(tái)管理系統(tǒng)，對(duì)所有的流媒體效勞器統(tǒng)一進(jìn)行管理，對(duì)所有的效勞器進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)效勞器中存在的問題。所有關(guān)鍵的設(shè)備都采用在線或非在線的冗余

5、保障措施，以防止可能產(chǎn)生的單點(diǎn)故障節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)可提供對(duì)大容量視頻節(jié)目的管理，包括后臺(tái)節(jié)目庫的管理、分布點(diǎn)節(jié)目緩存的管理和定制適合視頻點(diǎn)播效勞的直觀的界面。系統(tǒng)可集中錄入、編排、制作、管理和發(fā)布網(wǎng)站信息包括網(wǎng)頁內(nèi)容、格式、圖片等和流媒體文件，提高管理網(wǎng)站信息的效率，減少連接錯(cuò)誤。以策略化的分布式負(fù)載均衡等方式，保證系統(tǒng)在多用戶、傳輸量大時(shí)有較快的響應(yīng)速度。目前系統(tǒng)配備1臺(tái)數(shù)據(jù)庫效勞器，1臺(tái)管理效勞器，1臺(tái)WWW效勞器，1臺(tái)DRM效勞器，1臺(tái)REAL效勞器，2臺(tái)中心MEDIA效勞器，1.8T的在線存儲(chǔ)，3臺(tái)分中心MEDIA效勞器，分中心各有270G的在線存儲(chǔ)，22臺(tái)直播機(jī)，6臺(tái)制作機(jī)，可實(shí)現(xiàn)40路電

6、視直播、8路音頻直播、media點(diǎn)播、rm點(diǎn)播、DRM下載、認(rèn)證記費(fèi)等功能。系統(tǒng)框圖如圖1所示。視音頻矩陣音頻矩陣備視呀服務(wù)器節(jié)目制作機(jī)核心公阿機(jī)圖1系統(tǒng)圖系統(tǒng)中，兩臺(tái)中心流媒體效勞器和三臺(tái)邊緣流媒體效勞器均配置兩塊網(wǎng)卡，一塊為千兆電口網(wǎng)卡，主要負(fù)責(zé)內(nèi)部直播、點(diǎn)播等媒體文件的分發(fā)，一塊千兆光口網(wǎng)卡，供客戶直播、點(diǎn)播媒體文件。流媒體效勞器的操作系統(tǒng)采用W,直播工作站和編輯工作站的操作系統(tǒng)采用Windows2000Professional,直播系統(tǒng)采用播送/單播技術(shù)，點(diǎn)播系統(tǒng)采用點(diǎn)播/單播技術(shù)。2.1 2各局部功能媒體內(nèi)容制作功能媒體內(nèi)容制作平臺(tái)主要負(fù)責(zé)節(jié)目格式的轉(zhuǎn)換，將不同格式的視音頻節(jié)目壓縮成

7、wmv、wma、rm、rmvb的數(shù)據(jù)流，以及DRM加密，再上傳到相應(yīng)的流媒體效勞器上，同時(shí)兼遠(yuǎn)程管理。所以制作機(jī)放在防火墻內(nèi)，以保證系統(tǒng)的平安。對(duì)電視節(jié)目、錄像帶以及軟件不能很好解碼的DVD、SVCD、VCD蝶片，采用Ospreay500采集，用微軟的Encoder9實(shí)時(shí)編碼為所需碼率的wmv。對(duì)于文件格式的信源，那么采用軟件編碼，通過選取不同的濾鏡等參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)較高質(zhì)量的節(jié)目流，缺點(diǎn)時(shí)編碼時(shí)間長。軟件編碼支持的輸入輸出格式為：支持的輸入格式：?*.avi,*.avs文件支持各種編碼格式(Codec)?*.mpg,*.mpeg,*.mpv,*.m1v支持MPEG1或MPEG2壓縮格式?*.da

8、tVCD格式?*.ifo,*.vod帶音軌、字幕選擇的DVD格式支持的輸出格式：?*.avi可支持各種視頻或音頻編碼格式，并支持02條音軌?*.wav只輸出聲音?*.bmp輸出圖像序列?*.gdr可作為其它AVI編輯程序的幀效勞器?*.asf,*.wmv微軟公司的WindowsMedia流媒體格式?*.rm,*.rmvb支持的編輯功能：?采集視頻信號(hào)?編制和控制任務(wù)流程?記錄和恢復(fù)所有設(shè)置?改變視頻大小，調(diào)整視頻亮度和比照度，調(diào)整視頻的銳度和柔和度，取消隔行掃描效應(yīng)等各種視頻處理功能?自由的幀率調(diào)整?拼接和切割文件?逐幀編輯功能?自由選擇視頻和音頻編碼器?音頻支持AC3/MP3/OGG/WAV

9、格式作為輸入?改變音頻音量，并自動(dòng)計(jì)算放大系數(shù)?設(shè)置音頻與視頻的交織方式，保證音視頻同步?自由選擇輸入的音軌或聲道與輸出的音軌的對(duì)應(yīng)關(guān)系?自動(dòng)檢測(cè)并利用MMX/PIII/P4/AMD的加速功能其它功能：?可以自由改變幀率。?支持各種DVD和MPEG2文件的直接輸入，并自動(dòng)分析其中的音軌和字幕信息，即使直接輸入VOD文件，也能夠分析和選擇音軌和字幕。DVD或MPEG2采集卡的數(shù)據(jù)的編輯和壓縮可以一步完成。?支持方便地制作雙音軌的輸出文件，并可輸入雙音軌的AVI文件，可將輸入的多音軌直接選擇并輸出，或?qū)⑤斎氲淖笥衣暤擂D(zhuǎn)變成兩條音軌輸出。?可自動(dòng)計(jì)算聲音的放大系數(shù)，防止出現(xiàn)聲音過小的現(xiàn)象。?可以為其

10、它AVI編輯程序提供幀傳輸效勞?可轉(zhuǎn)換生成ASF或WMV流媒體文件。?可直接壓縮生成Real或者M(jìn)edia9.0流媒體文件。?支持批量轉(zhuǎn)換。2.2 直播功能系統(tǒng)采用Osprey210采集，用微軟的Encoder9實(shí)時(shí)編碼為所需碼率的wmv,通過管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)虛擬直播，所謂的虛擬直播即定義的某一直播頻道可定時(shí)調(diào)用某一直播機(jī)的實(shí)時(shí)信號(hào)，定時(shí)播放已存的文件，實(shí)現(xiàn)按需重組的自定義直播。5臺(tái)流媒體效勞器從中心直播機(jī)中拉流，5臺(tái)流媒體效勞器做直播的負(fù)載均衡。在直播的同時(shí)，每一直播機(jī)還兼做錄制機(jī)，由管理系統(tǒng)為每一直播機(jī)下達(dá)錄制節(jié)目單，直播機(jī)根據(jù)錄制節(jié)目單定時(shí)錄制節(jié)目，節(jié)目單可隨時(shí)修改，錄完的節(jié)目可直接上傳至指

11、定的媒體效勞器中相應(yīng)的欄目中供點(diǎn)播用，也可上傳至指定的編輯機(jī)供編輯用，編輯完后再手動(dòng)傳至媒體效勞器中相應(yīng)的欄目中供點(diǎn)播用。由于南京寬帶城域網(wǎng)用戶接入的特殊性，每一直播流均為400kbps和700kbps,頁面上的鏈接實(shí)際均為兩個(gè)鏈接，根據(jù)系統(tǒng)管理定義的IP段，CM和LAN用戶自動(dòng)鏈接所需的上下碼率流。每一直播都有節(jié)目信息。2.3 DRM數(shù)字版權(quán)管理系統(tǒng)流媒體效勞器的并發(fā)數(shù)有限，網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，微軟的媒體格式受限，有些CM用戶的接入帶寬無法保證，為了為用戶提供更方便、更靈活、更多格式的更高質(zhì)量的媒體文件，如高帶寬的avi,mpeg-2,rmvb等在城域網(wǎng)中幾乎無法在線播放的媒體文件，也為了版權(quán)的保

12、護(hù)，我們特建了DRM效勞器，供用戶下載點(diǎn)播用。DRM采用私有密鑰，專用播放器，此密鑰對(duì)媒體文件全程加密，并可由管理方隨時(shí)更換密鑰，破密難，保密性強(qiáng)，專用播放器可播放現(xiàn)存所有格式的媒體文件，使用方便。用戶下載經(jīng)過數(shù)字加密的節(jié)目后，首先到管理系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)證，按次或按夭購置License后才可在客戶端播放。用戶不能通過更改系統(tǒng)時(shí)鐘的方法來去除時(shí)間限制。為了限制過多的下載，每個(gè)用戶一次只能下載一個(gè)單線程的下載。2.4 點(diǎn)播功能系統(tǒng)的點(diǎn)播系統(tǒng)分別采用Microsoftwmv和Realrm技術(shù)，點(diǎn)播內(nèi)容分為視頻點(diǎn)播和精彩錄播兩大類，視頻點(diǎn)播主要分為故事片、喜劇片、倫理片、愛情片、科教片、卡通片、動(dòng)作片、電視

13、劇、科幻片、恐怖片等十類。精彩錄播主要是將好的電視節(jié)目錄制下來，作為虛擬的自辦頻道，供用戶點(diǎn)播，包括：新聞?lì)l道、電影頻道、電視劇頻道、體育頻道、音樂頻道、少兒頻道、綜藝頻道、廣告頻道、教育頻道等九類，每一頻道分設(shè)子欄目。由于南京寬帶城域網(wǎng)用戶接入的特殊性，每一媒體文件均為400kbps和700kbps,頁面上的鏈接實(shí)際均為兩個(gè)鏈接，根據(jù)系統(tǒng)管理定義的IP段，CM和LAN用戶自動(dòng)鏈接所需的上下碼率流。五臺(tái)流媒體效勞器做點(diǎn)播的負(fù)載均衡。2.5 存儲(chǔ)本著即節(jié)約本錢又能滿足片源日益增多的要求，系統(tǒng)的中心流媒體效勞器在線存儲(chǔ)為DAS,外掛2TSCSIRAID5磁盤陣列，并可級(jí)連，供用戶點(diǎn)播用，保存近一個(gè)

14、月的內(nèi)容；近線存儲(chǔ)采用4TIDERAID5磁盤陣列，供編輯和緩存用，保存近三個(gè)月的內(nèi)容，；離線存儲(chǔ)采用數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)，作為永久備份。邊緣流媒體效勞器采用內(nèi)置SCSIRAID5磁盤陣列。2.6 分發(fā)及負(fù)載均衡系統(tǒng)的新的媒體文件以及點(diǎn)播較少的媒體文件均存在中心磁盤陣列中，對(duì)于新的媒體文系統(tǒng)可設(shè)定時(shí)間定時(shí)自動(dòng)發(fā)布到邊緣流媒體效勞器，對(duì)于邊緣流媒體效勞器中不存在但用戶點(diǎn)播超過10次可自定義的節(jié)目那么自動(dòng)分發(fā)至邊緣流媒體效勞器。系統(tǒng)滿足80吩20%的分發(fā)策略，即20%最熱門的片源存在邊緣流媒體效勞器，而80%次熱門的片源存在于中心流媒體效勞器。由于每臺(tái)視頻效勞器支持350個(gè)并發(fā)數(shù)，所以用戶首先就近訪問邊緣

15、流媒體效勞器，在邊緣流媒體效勞器組中為用戶分配一個(gè)負(fù)載最輕、最健康的視頻效勞器，假設(shè)這一組效勞器均滿負(fù)載，那么導(dǎo)入另一組邊緣流媒體效勞器，邊緣流媒體效勞器組均滿負(fù)載那么導(dǎo)向中心流媒體效勞器組。系統(tǒng)中任何一臺(tái)視頻效勞器出問題，系統(tǒng)仍然可正常運(yùn)行，真正到達(dá)城域網(wǎng)的要求。系統(tǒng)可自定義均衡原那么為帶寬、連接數(shù)、CUP占用率或三者的加權(quán)。2.7 管理及用戶認(rèn)證計(jì)費(fèi)包括內(nèi)容管理、直播錄制管理、虛擬直播管理、用戶管理、效勞器管理、CDN管理、第三方管理、認(rèn)證管理、計(jì)費(fèi)策略管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表管理等。本系統(tǒng)的用戶可以分為免費(fèi)用戶和收費(fèi)用戶兩大類，對(duì)免費(fèi)用戶，實(shí)現(xiàn)本地認(rèn)證；對(duì)收費(fèi)用戶，利用統(tǒng)一的接口向效勞支撐平臺(tái)提供

16、用戶資料進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)客戶端向效勞器進(jìn)行點(diǎn)播或直播或DRM認(rèn)證時(shí)，效勞器把用戶提供的信息如用戶名、密碼，和數(shù)據(jù)庫內(nèi)的已有用戶信息進(jìn)行比擬，假設(shè)正確，用戶就通過了用戶認(rèn)證。用戶通過認(rèn)證后，效勞器通知計(jì)費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)費(fèi)、統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)把收集到的信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫里，供后期收費(fèi)、統(tǒng)計(jì)等。用戶通過認(rèn)證后，效勞器通知電視直播效勞器或點(diǎn)播效勞器把電視送到最終用戶，以進(jìn)行收看。用戶通過WEB頁面的自效勞系統(tǒng)可以方便地充值、修改個(gè)人信息及自己的消費(fèi)日志。系統(tǒng)可監(jiān)控各效勞器的流量、在線人數(shù)、CPU等參數(shù)?？山y(tǒng)計(jì)出每一欄目及每一節(jié)目的點(diǎn)播次數(shù)、費(fèi)用、收視時(shí)間，便于運(yùn)營商調(diào)整內(nèi)容。2.8 WEB頁面WEB頁面充分表達(dá)廣電特色，方便用戶使用。WEB頁面為用戶提供最直觀的視頻節(jié)目的內(nèi)容介紹和分類，讓用戶能夠選擇自己喜歡的視頻節(jié)目來點(diǎn)播