鼎点天源视频点播N-VOD系统技术白皮书

1、北京世纪鼎点软件有限公司 2003-11 目 录 第一章 产品概述 .1 第二章 体系结构 .2 第三章 系统特点 .3 3.1 高性能计算技术 .3 3.1.1 节目分块存储 .3 3.1.2 多线程并发调度 .4 3.1.3 内存预测预读 .4 3.1.4 动态负载均衡 .5 3.2 开放性设计理念 .5 3.2.1 对流媒体格式的广泛支持 .5 3.2.2 对硬件平台的广泛支持 .6 3.2.3 对操作系统的广泛支持 .6 3.2.4 多媒体课件点播能力 .7 3.2.5 对网络协议的广泛支持 .7 3.2.6 支持多种播放前端 .7 3.2.7 开放的 API 接口设计.7 3.3 完

2、备的系统功能 .8 3.3.1 流媒体功能： .8 3.3.2 系统管理功能 .8 3.3.3 用户应用功能 .8 3.4 多层次安全体系 .9 3.4.1 主机安全 .9 3.4.2 数据安全 .9 3.4.3 应用安全 .10 第四章 技术指标 . 11 4.1 技术体系 . 11 4.2 服务器 . 11 4.3 客户端 . 11 第五章 应用功能 .12 5.1 流媒体功能 .12 5.1.1 点播功能 .12 5.1.2 广播功能 .13 5.2 系统管理功能 .13 5.2.1 用户管理 .13 5.2.2 节目管理 .14 5.2.3 设备管理 .14 5.2.4 广播管理 .1

3、4 5.2.5 系统监控 .15 5.2.6 系统配置 .15 5.3 用户应用功能 .16 5.3.1 STB 机顶盒 .16 系统设置. 16 自动升级. 16 节目查询. 16 网络电视. 17 使用帮助. 17 多制式输入输出. 17 5.3.2 PC 播放器.17 Web 页面系统功能. 17 播放器功能. 18 “鼎点天源”视频点播 N-VOD 系统技术白皮书 第一章 产品概述 视频点播，英文名称 VOD（Video on Demand） ，也称为交互式点

4、播系统，是随着计算 机技术和网络通讯技术的发展，综合了计算机技术、通讯技术、电视技术而迅速新兴的一门 综合性技术。它利用了网络和视频技术的优势，彻底改变了过去收看节目的被动方式，实现 了节目的按需收看和任意播放，集动态影视图像、静态图片、声音、文字等信息为一体，为 用户提供实时、交互、按需点播服务的系统。 “鼎点天源”视频点播系统是世纪鼎点公司针对政府，学校，军队，企业等行业用户的 需求研发出的新一代高科技软件产品，它可被广泛的应用于电子政务、网络教育、图书馆、 企业培训、媒体娱乐等领域。 通过与政府部门现有的 OA 系统对接， “鼎点天源”视频点播系统可以成为电子政务系 统的一部分，为政府工

5、作人员或领导提供时政资料的查询，下载，点播。 在远程教育领域， “鼎点天源”视频点播系统可以和“鼎点天源”视频会议系统在底层 充分结合，为用户提供“非实时教学实时教学”的全方位远程教育平台。 在军队，企业，医院，图书馆等单位中，管理员可以利用“鼎点天源”视频点播系统对 已有的大量音视频资料进行分类，整理，入库。可以通过管理系统为不同身份的用户设置不 同的使用权限。从而实现对大量音视频资料的有效，合理，安全利用。 “鼎点天源” 视频点播系统采取先进分布式体系结构， 支持多个物理服务器之间的负载 均衡和互为备援。能够为用户提供高效，稳定的视频点播服务。 “鼎点天源” 视频点播系统采用自主研发的统一

6、的视频泵实现了对所有主流媒体格式的 支持，包括：MPEG 1/2/4，WMV，ASF，RM，RAM，AVI，MP3，WAVE。从而能够大大 减轻管理负担，能够适应各种网络情况和用户需求。 “鼎点天源” 视频点播系统具有全面的跨平台特性和开放性： 支持 Intel X86， Sparc， Sun HP HPPA，SGI MIPS，Alpha 等硬件平台；支持 Microsoft Windows 2000/XP/Server 2003， Linux，Solaris，Irix，HP-UN 等操作系统；支持与第三方 CA 系统，OA 系统，计费系统在 不同层次上的快速对接。 “鼎点天源”视频点播系统实

7、现了完备的系统功能，建立了多层次的安全体系。 北京世纪鼎点软件有限公司 1 “鼎点天源”视频点播 N-VOD 系统技术白皮书 所有这些特点使得该系统可以适应各种复杂的网络环境， 可以在充分满足不同行业用户 灵活需求的同时，为用户节省大量投资。因此，具有极为广阔的应用前景。 第二章 体系结构 “鼎点天源”视频点播系统采用先进的分布式体系结构： 分布式体系结构 “鼎点天源”视频点播系统中，一个服务器节点（UNIT）由一台应用服务器，一台管 理服务器，一台或数台媒体服务器组成。 用户对视频点播系统的应用常常采用从小范围试点到逐步升级扩容的方法。 分布式的体 系结构带给用户灵活的扩容选择，通过简单的扩

8、充媒体服务器的数量，UNIT 的负载能力就 可以成倍增强，而媒体服务器也无需采用非常高端的服务器。而在集中式的方案中，用户的 升级就意味着原有服务器的淘汰。 分布式结构的容灾能力要大大优于集中式结构。 在分布式结构中， 各个服务器可以互为 备援，UNIT 局部的系统故障不会对全局产生灾难性的影响，用户甚至根本感觉不到系统对 局部的故障的补救过程。 北京世纪鼎点软件有限公司 2 第三章系统特点3.1 高性能计算技术3.1.1 节目分块存储传统的节目存储方式是把视频节目以文件方式存储,一个文件一般完全放在一个硬盘上,但是由于用户的需求并不是平均的,如果有的节目热度很高,就会造成该节目所在硬盘过于繁

9、忙,相反,其他热度不高的节目所在的硬盘又会处于空闲状态,这是对硬盘I/O资源的很大浪费。虽然目前有各种形式的硬盘RAID功能,但是RAID功能不能跨盘阵实现,容量受到制约,并且RAID功能没有对视频点播应用进行优化。基于RAID技术之上,“鼎点天源“系统使用了独创的分盘存储技术(节目内容的条带化存储。 节目分盘存储“鼎点天源”视频点播系统中引入了设备的概念,每个视频文件在存储之前被划分为固定大小的数据块。系统将这些数据块按一定的算法分布在不同的设备中。分盘存储技术针对VOD应用做了专门优化,全面利用了硬盘资源和系统IO性能,不但能够提高系统的并发能力,而且平衡了硬盘的负载,能够有效延长硬盘的平

10、均使用寿命。3.1.2 多线程并发调度多线程技术旨在最大限度的利用计算机的CPU等硬件资源,从而提高用户投资的性价比。值得注意的是,即使硬件和操作系统支持多线程并发,但是也有可能因为软件设计原因,一个线程因为等待另一个线程的结束而发生阻塞。因此,能否最大限度的发挥多线程并发的优势,不仅取决于硬件和操作系统的支持,软件设计也是一个非常重要的因素。“鼎点天源”系统充分利用了多线程机制的并发性,从节目的读取,缓存,输出和对用户的响应,方方面面都使用了多线程技术,因此能够充分发挥CPU的性能。 3.1.3 内存预测预读在一般的VOD系统中,节目一般保存在硬盘阵列中,而硬盘本质上属于机械设备,是计算机中

11、速度较慢的硬件,如果所有的用户点播请求都实时的到硬盘读取,不但使硬盘超负荷运转,缩短了硬盘的使用寿命,而且CPU资源也会被大量占用来处理IO请求;另一方面,在视频信息的读取和播放过程中,网络尤其是城域网,广域网的情况是非常复杂的,经常会发生网络带宽不稳,抖动或延迟,进而导致视频数据流播放不稳定。基于上面两点原因,“鼎点天源”采用了内存预读和缓存机制。“鼎点天源”系统在服务器端和客户端都设置了缓冲区。该机制可以有效的平衡硬盘,CPU,网络和客户端的负载状况。当磁盘读取能力,网络瞬时带宽和客户端播放速率不匹配时,系统仍可以最大限度的保证用户的观看效果。适当增加内存缓冲区的数量,缓冲能力也会有所增加

12、。系统会更加稳定。此外由于缓冲区的数据依据一定的算法可以重复利用,因此减少了对硬盘的读取频率,从而能够有效的延长硬盘的使用寿命。 “内存预读缓冲”示意图3.1.4 动态负载均衡 动态负载均衡在分布式体系结构中,用户请求首先到达应用服务器,由应用服务器选择一台负载较轻的媒体服务器来继续处理用户的请求,这样就在各个媒体服务器之间达到了负载均衡的目的,使得每个媒体服务器的性能都得到最大的发挥,每个用户的请求都得到最及时的响应。3.2 开放性设计理念3.2.1 对流媒体格式的广泛支持“鼎点天源”系统支持所有目前流行的流媒体编码格式如:MPEG 1/2/4, WMA,WMV, ASF, RA, RM,

13、MP3, WA V等,且所有格式的流均采用统一的视频泵,无须外挂任何第三方的视频泵。在广泛支持各种流格式的情况下还保证系统的简单稳定和良好的可管理性。世纪鼎点依靠自身强大的技术力量,研发了国内第一个自主知识产权,统一的视频泵,实现了仅使用一个视频服务器对所有媒体格式的支持,不同于其他厂商的需要外挂不同的视频服务器的模式,统一的视频泵使得系统结构更加简洁,维护管理更加方便,同时由于掌握了全面的核心技术,我们可以对用户提供更加深入的定制开发服务,这些都是外挂视频服务器的系统所很难做到的。目前,各种流媒体格式竞争十分激烈,各种格式的影片都很多。“鼎点天源”能够对流媒体格式进行广泛的支持,使得用户能够

14、轻松的把各种格式的片源直接导入数据库,大大减轻了用户的管理成本和负担。广泛支持流媒体格式能够使VOD系统适应各种复杂的网络带宽,不同的流媒体格式各自有不同的特点,比如MPEG II适合于高带宽的网络,而RM适合低带宽网络,因此支持不同的流媒体格式可以在不同的带宽情况下提供给用户完善的点播服务。流媒体格式的发展正处于群雄逐鹿的时期,各种媒体格式互不相让,各自拥有一部分稳定的市场份额。面对未来的发展,只有提供对流媒体格式的广泛支持,才能最大限度的适应未来媒体格式的发展,保护用户投资。否则如果支持的媒体格式单一,一旦这种媒体格式被淘汰,用户的投资利益将受到极大损害。3.2.2 对硬件平台的广泛支持鼎

15、点天源系统支持目前大部分的主流硬件平台,包括Sun的Sparc架构,HP的HPPA 架构,SGI的MIPS架构,Alpha架构和Intel X86架构。对多种硬件平台的广泛支持有利于用户对已有硬件资源的利旧。用户手中常常有一些闲置不用的服务器,这些服务器可能有不同的架构,“鼎点天源”系统能够对硬件平台进行广泛的支持也就大大增加了对用户的限制服务器资源进行利旧的可能性,节省了用户投资,使得用户能够用数台比较便宜的服务器搭建性能很高的视频服务器节点,大大提高了视频系统的性价比。对多种硬件平台的广泛支持有利于用户对新服务器的选购,除了利旧之外,用户一般都会购买一些新的服务器,不同的用户会有不同的购买

16、倾向,“鼎点天源”系统对硬件平台的广泛支持大大扩展了用户的选择余地,减少了用户投资风险。3.2.3 对操作系统的广泛支持对应于对硬件平台的广泛支持,“鼎点天源”自然能够支持各个硬件平台使用的通用或专用的操作系统,如:Sun Solaris, HP Unix, SGI IRIX, Linux, Windows 2000, Windows NT等操作系统,客户可以根据具体的情况自由地选择适合的操作系统。从而给予客户极大的软硬件投资保护。3.2.4 多媒体课件点播能力“鼎点天源”系统支持符合SCORM国际标准的多媒体教育课件的点播,以适应未来广泛的多媒体教育课件的点播需求。3.2.5 对网络协议的广

17、泛支持鼎点天源系统支持TCP, UDP, HTTP、TCP Over Socks5、Multicast等国际标准网络传输协议,使鼎点天源的多媒体数据流在复杂的Internet同样可以顺利传输;鼎点天源系统支持支持ITU H.323标准协议,可以和视频会议设备互连互通。3.2.6 支持多种播放前端除了采用PC软件播放视频点播节目之外,鼎点天源系统支持DA VIC协议,可与多种STB和其他VOD系统互联,具有良好的开放性和扩展性,对一些特殊的人群(老年人等和一些特殊的场合(酒店等,支持多种播放前端就能够为用户提供最大的方便。3.2.7 开放的API接口设计鼎点宽带多媒体信息平台提供三个层次的开发接

18、口:主页设计接口;C,Java函数接口;数据库表结构接口。通过使用这些接口,世纪鼎点公司,运营商或第三方可以轻松的在平台上开发新的应用系统。由于内容的存储、分布、发送、用户管理等功能均已由平台统一实现,无须由具体应用系统考虑,这样大大加快了应用系统的开发速度,降低了二次开发的成本,同时也可以为客户培养研发队伍。3.3 完备的系统功能完整的VOD系统必须包括服务端系统和用户应用系统两个部分。而服务端系统又可垂直划分为流媒体核心和服务管理系统。 完备的系统功能如上图所示,“鼎点天源”视频点播系统的系统功能分为如下三个部分:3.3.1 流媒体功能:流媒体功能是VOD系统的核心模块,对整个VOD系统的

19、先进性,安全性,稳定性起着决定作用。“鼎点天源”视频点播系统的流媒体核心部分完全由“世纪鼎点”公司自主研发,提供包括点播,广播,直播,安全认证,系统监控在内的完善的流媒体服务功能。详见第五章:应用功能。3.3.2 系统管理功能管理员使用系统管理功能对底层的流媒体核心进行管理。由于“鼎点天源”视频点播系统采用了自主研发的统一的流媒体核心视频泵,因此可以实现非常完备,深入的系统管理功能,其中包括:节目管理,用户管理,广播管理,设备管理,系统监控等等。详见第五章:应用功能。3.3.3 用户应用功能用户应用功能是直接提供给用户使用的前端功能。“鼎点天源”视频点播系统支持多种播放前端,包括STB(机顶盒

20、和PC机播放器。“鼎点天源”视频点播系统的用户应用功能以方便,易用为设计原则:提供多种查找和分类方式,以帮助用户在最短的时间内查到特定的节目;提供多种播放模式,以适应不同用户的特殊需求;提供详细的页面设置功能,管理员可以根据需要快速定制风格迥异的用户页面。详见第五章:应用功能。3.4 多层次安全体系3.4.1 主机安全“鼎点天源”视频点播系统支持各种主流的服务器架构和操作系统,这些操作系统平台均为具有C2级以上安全级别的主流操作系统平台,拥有完善的访问控制安全体系,因此只要用户系统管理员具备相应的安全常识和采用适当的安全策略,如:严格划分各用户对资源的管理权限,即可使主机系统具备较高的安全性;

21、同时,本方案“鼎点天源”应用系统的用户和操作系统用户完全独立,提高了操作系统和主机的安全性。3.4.2 数据安全本系统的关键数据存储于Oracle主流数据库平台中,该数据库系统具有C2级以上安全级别,只需严格控制访问和管理权限,即可保证关键数据的安全性;本系统在数据的生成、存储、传输过程中,均广泛采用了加密机制,进一步提高了系统的数据安全。 3.4.3 应用安全本系统在应用层面具备完备的用户认证体系,严格限制非法用户访问系统资源。本系统支持完善的用户和多媒体资料内容的权限控制策略,不同的用户具有不同的级别,对应不同的多媒体资料内容具有不同的级别参数,只有相应级别的用户才能看到相应级别的多媒体资

22、料内容;本系统支持管理员分权限管理,可定义不同的管理角色,分别具有不同的管理权限;具体的管理角色可以包括:用户系统管理员、节目分组管理员、节目上传管理员、设备系统管理员、广播系统管理员、终端设备管理员、网络系统管理员、服务器系统管理员等。 本系统支持IP限制功能:可设置IP地址“白名单”,“白名单”为多个IP地址段的集合,只有符合“白名单”中的IP地址,系统才允许访问;可设置IP地址“黑名单”,“黑名单”为多个IP地址段的集合,凡是落在“黑名单”中的IP地址,系统都不允许访问;进一步,除了上述全局的IP地址限制设置外,系统还支持对每个用户设置不同的IP地址限制,规定每个用户的有效IP范围,增强

23、系统的安全性。特别的,“鼎点天源”系统是世纪鼎点公司完全自主研发的国产软件,世纪鼎点公司掌握从客户端到服务端的全部核心技术,完全有能力为用户特殊的安全需要进行定制开发或与第三方的安全认证系统进行互连。第四章技术指标4.1 技术体系支持的媒体格式:MPEG 1/2/4,WMV,ASF,RM,RAM,A VI,MP3,WA VE。支持的国际标准协议:TCP、UDP、TCP over Socks5、Multicast,AAL5/ATM,DA VIC, RTP,RTCP,H.323。4.2 服务器支持的服务器架构:Intel X86,Sun Sparc,HP HPPA,SGI MIPS,Alpha。支

24、持的操作系统:Microsoft Windows 2000/XP/Server 2003,Linux,Solaris,Irix,HP-UN。4.3 客户端z前端支持:STB(机顶盒,PC播放器z视频输出:LCD,CRT显示器,TV,投影仪。z音频输出:耳麦;音箱;功放。硬件配置:硬件MPEG I点播最低配置MPEG II点播最低配置CPU Intel Pentium 133MHz Intel Pentium II 266GHz内存SDRAM 32MB SDRAM 64MB显存 1MB 2MB硬盘 20MB剩余空间 20MB剩余空间DirectX 7.0 7.0操作系统 MicrosoftWin

25、dows98系列Microsoft Windows Me 系列Microsoft Windows XP系列Microsoft Windows 2000 系列Microsoft Windows Server 2003 系列Microsoft Windows 98 系列Microsoft Windows Me 系列Microsoft Windows XP系列Microsoft Windows 2000 系列Microsoft Windows Server 2003 系列第五章应用功能5.1 流媒体功能5.1.1 点播功能点播功能是整个平台系统的核心和基础功能,鼎点天源系统支持强大而完备的点播功能。

26、z点播媒体格式支持广泛“鼎点天源”宽带多媒体信息平台系统可点播目前几乎所有主流的视音频编码格式的节目内容,包括MPEG I、MPEG II、MPEG IV-DivX、RM(RA、ASF、WMV、MP3、WA V 等;“鼎点天源”自身支持上述所有主流的流媒体格式,即:每台媒体服务器、每个并发流都可以支持上述所有格式,即对当前10000个并发流的系统,在实际并发点播中,可以为总和不超过10000的任意数量上述不同格式并发流的组合,如:在实际并发点播中,可以是10000个MPEG、10000个RM流或10000个WMV流,也可以是5000个RM流+5000个WMV流,或4000个MPEG流+3000

27、个RM流+3000个WMV流等。通过采用统一视频泵支持多格式的特点,可实现不同格式节目的统一管理、发送,无须外挂其他流媒体系统,结构简单,提高了系统稳定性、可管理性,也易于未来可能的定制开发、系统升级。z多媒体课件点播能力系统支持符合SCORM国际标准的多媒体教育课件的点播,以适应未来广泛的多媒体教育课件的点播需求。z用户权限控制点播过程可实现用户权限控制功能,防止非法用户点播和盗链等安全问题。z内容加密和版权保护可实现影片内容加密和版权保护功能(DRM,防止影片的非法下载和传播。z计费控制可记录用户每次点播行为(精确到秒级,实现功能强大的用户计费功能。z可采用TCP、UDP、HTTP、TCP

28、 Over Socks5等不同网络协议进行节目点播,采用上述协议点播,均可实现点播进度随机拖动定位等VCR交互操作。z可以为特定VIP用户预留点播许可,保障点播权力5.1.2 广播功能系统具备完善的广播功能,可以为网络电视、远程教育等业务提供强大的支撑:z支持利用组播协议、单播TCP协议、单播UDP协议等方式发送广播z支持对视频库中节目文件发送广播z支持对A V视频信号进行实时采集和广播z支持定时自动采集和广播功能z支持多路视频信号同时采集和实时广播z支持对广播流的接收和实时转发5.2 系统管理功能5.2.1 用户管理“鼎点天源”系统提供完善的用户管理功能:z支持全面的用户增加、查询、删除管理

29、;z支持完备的用户分组管理;z支持自定义的用户分级管理,可以方便的进行用户权限控制。5.2.2 节目管理“鼎点天源”系统提供完善的节目管理功能:z支持节目的增加、查询、删除和分级管理;z支持节目的多级分类管理;z文件、FTP等多种节目装载机制,支持节目的批量,定时备入;z支持超链接节目;z支持节目的超时删除功能。节目分级,用户分级和“鼎点天源”的限制访问功能相配和能够为用户提供完善的点播安全策略5.2.3 设备管理设备管理功能供设备系统管理员使用:可设定各视频服务节点的IP地址、端口、组播地址、TTL值等相关参数;z可设定和管理视频服务节点内部应用服务器、管理服务器和多台媒体服务器的相关参数;

30、可以启动和停止各个服务。z每个媒体服务器的最大输出带宽;z每个并发流的最大输出带宽;z节目装载最大带宽。z可管理每个媒体服务器的存储设备,进行逻辑设备的浏览、增加、删除等操作;z支持普通设备、链接设备、缓存设备等不同的设备类型;支持节目在各设备间的分片存储机制(内容的条带化,也支持非条带化的文件存储方式;z完全基于WEB方式管理,一台管理终端即可以远程管理全局的跨地域的视频服务器组、媒体服务器及存储设备。5.2.4 广播管理z可启用或禁用广播频道z在已开启的广播频道上,可以对节目进行广播z可设置定时或即时广播z可广播文字消息5.2.5 系统监控“鼎点天源”系统具备完备的系统监控和报警功能:z服

31、务器CPU、内存、网络输出带宽等性能资源监控z服务启停等状态监控z点播流状态监控z点播用户、节目、IP地址等信息监控z可强制停止某个点播流z可利用手机短消息等手段进行系统故障报警z可对系统资源不足、点播功能故障、用户访问页面故障等分别进行短消息报警z可对不同媒体服务器点播故障分别进行短消息报警z可对不同故障设定不同的报警对象z对相同故障可设定多个报警对象5.2.6 系统配置z可任意调整用户页面各个部分的字体,颜色z可设置用户页面中的节目排序方式z可针对不同行业用户选择不同的界面风格z可设置不同的节目播放模式(弹出播放器或嵌入式控件z可设置节目限时播放5.3 用户应用功能5.3.1 STB机顶盒 系统设置可设置STB的IP地址,子网掩码,网关地址,FTP服务器地址(系统初始化时,从FTP 服务器读取配置文件,FTP服务器与流媒体服务器可以不同,流媒体服务器地址。这些设置信息将被保存在STB的内部存储器中,无需每次开机后设置。 自动升级STB可从FTP服务器自动下载升级文件,升级过程无需用户干预,升级完毕后,系统自动重启,用户即可继续使用