流式播放视频服务器系统 一、技术领域
本发明属于视频服务器系统，特别涉及一种用于视频点播(VOD，Video On Demand)的流式播放视频服务器系统。
二、背景技术
根据文献检索和社会调查，视频服务器的现状及存在的问题如下：
1.硬、软件视频服务器处于分离状态。目前，国内外已有的视频服务器一般分为软件视频服务器和硬件视频服务器，并且通常由不同的公司生产。例如：Real Networks公司、Cisco公司、Oracle公司是有名的软件视频服务器提供商，还有一般的如我国的Mader、清华同方公司，而SGI公司是有名的硬件视频服务器提供商。但硬件视频服务器要配上软件视频服务器才能形成完整的视频服务器功能，而软件视频服务器也需配上硬件视频服务器才能工作，因此用户只有分别从不同的公司购买硬、软件视频服务器进行组合才能使用。这样组合起来的视频服务器系统，由于其体系结构没有从视频服务器系统地整体上进行设计，因而有以下不足：①系统不能充分发挥其效能，影响并发视频流个数的提高，影响系统效率与性价比的提高；②使用上给用户留下许多技术未知数；③调试开通系统中需用户解决一系列协调技术；④如果“拉郎配”造成不协调，不仅达不到所提供的性能指标，致使音、视频质量低劣，而且会导致完全失败的后果。
2.对视频服务器的核心技术没有科学的设计准则和解决方法。视频服务器最基本、最关键的技术难题是存储和I/O带宽，对此问题，目前国内外较普遍的解决方法是利用外配商品磁盘陈列。这种方法带有盲目性和不可预测性，没有从存储和I/O的整体体系出发，并以硬、软件结合的方法进行设计，因此单系统服务器的并发视频流的个数提不高，一般只能在50个以下，也不能形成最有效的功能，并大大增加了系统的成本。另外，由于硬、软件视频服务器的分离设计与生产现状，不能充分发挥软件在提高存储和I/O效率方面的作用，也增加了这一问题解决的困难。
3.流式播放繁复费时且受限制。流式播放是VOD工程必须解决的一个核心关键问题，它是基于视频流传输在工作站端缓冲存储短暂时间即可进行连续播放的技术方法，一般是基于特定操作系统(如微软的Windows)的支持下而完成的一种技术方法，但国内外现有方法，或是必须对视频文件进行繁复费时的事前编码压缩处理，或是在一种系统只能完成某一种单一的压缩制式(如MPEG或Real)和速率的流式传输播放，而不能在一个系统上进行多种压缩制式和速率视频传输的流式播放，如包括VCD、DVD、Realvideo、MPEG4等的综合处理，从而造成VOD运营管理的麻烦和大大增加管理的成本。
4.没有实时的视频组播转播和点播相结合的良好实现系统和方法。对于卫星收视、会议电视和远程课堂讲授等实时信号源，目前还没有实时的组播转播和点播相结合的良好实现系统和系列方法，即一方面以组播方式进行实时转播，同时又将实时信息存储在视频服务器中供用户工作站即时或事后点播，而这对娱乐、会议和远程教学都是非常有用的。所谓组播，是指一个源服务器能够传输单个视频流到多个目的工作站或终端机上收视，它具有广播方式的优点，即一个视频流可供无限多个用户收视，同时，又节约服务器存取带宽和网络传输带宽，因它只传送到要求收视的工作端，从而避免了广播的缺点，不占用不要求收视工作站支路的网络带宽。
三、发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，在基于微软Windows操作系统支持下，利用并行原理，构筑了一种硬、软件结合于一体的流式播放视频服务器系统，以满足社会和技术的需要。
本发明提供的流式播放视频服务器系统为硬件与软件相结合形成的完整体系结构。该体系结构是把存储子系统与服务器系统整体配合进行设计的产物，考虑了CPU、内存储器、缓冲、SCSI接口、网卡和显卡的选用和配置，并采用软件技术将其综合集成为一个整体，以发挥系统最好的潜能和效率，达到预期的定量设计结果——并发视频流个数的提高，图像本身及视音频的同步，画面质量的最佳化，不同压缩制式及传输速率的全兼容及流式播放的简化实现。
本发明提供的流式播放视频服务器系统，硬件包括中央处理器CPU、内存储器、CPU总线、PCI总线、连接CPU与PCI总线的桥、挂接于PCI总线的I/O和存储子系统；创新之处在于I/O与存储子系统的结构，I/O由100M或1000M速率的单个或并行网卡组成，存储子系统由并行挂接在PCI总线上的多个SCSI接口卡或RAID卡形成的SCSI总线及挂接在SCSI总线上的硬盘驱动器组成，CPU、内存储器、缓冲、SCSI接口卡或RAID卡、网卡、显卡的选用和配置应与存储子系统相匹配。软件由ActiveX多媒体播放控件融入视频管理应用软件形成，视频管理应用软件集成了具有Web Server和IIS功能的操作系统及支撑软件，以及使存储子系统选用和配置的CPU、内存储器、缓冲、SCSI接口卡或RAID卡、网卡、显卡融入系统的实现软件，并采用面向对象的程序设计。
为了能对实时性的信号源实现组播的实时转播和即时或事后点播，本发明采取的技术方案是在PCI总线上挂接视频采集压缩卡，并在其驱动程序及编码软件支持下，与视频管理应用软件相结合而完成其功能。
本发明提供的流式播放视频服务器系统，其硬件和软件既可装于同一机箱内，又可装于不同的机箱内，装箱的选择原则是社区用户的数量及功能需求，当社区用户超过500户并有采编功能要求时，最好分别装箱。装存储子系统硬件的机箱形成存储服务器，装视频管理应用软件的机箱形成管理服务器，装视频采集压缩卡的机箱形成采编服务器。对特大的社区或联区，采编服务器、存储服务器可有多个，而存储服务器视需要可挂接到二级或三级交换机节点上，形成分布式系统。
本发明中的存储子系统，根据需要，其SCSI硬盘驱动器既可单个挂接在SCSI总线上，又可多个并列挂接于SCSI总线，但实验表明，单个SCSI接口卡或RAID卡的接口通道挂接SCSI硬盘驱动器的最佳数量为3个。
本发明与现有技术相比具有以下特点和有益效果：
1.硬、软件视频服务器紧密结合于一个整体体系结构之中，其具有的并行结构I/O和存储子系统也溶于服务器体系之中，不需外配磁盘阵列，从而，在VOD工程的系统集成和运行中不再存在技术未知数，能充分发挥服务器系统的潜力和效率，并提高性价比。
2.在同一服务器系统中，具有对不同压缩制式和不同传输速率的视频节目的流式播放的综合支持及文件流传输的支持，并具有以下新功能：
(1)对VCD、DVD、MPEG、MP3、Wave压缩制式的视频文件，不需进行事前复杂费时的编码处理，即可存储在硬盘上实现流式播放，对视频服务器的运营管理、节目装置和修改，带来很大的方便，可节省大量人力和管理费用。
(2)对已编码(如ASF和Realvideo)的视频节目，可在同一系统中正常实现流式播放，同时，本系统也能很好支撑“组播”功能的实现。
(3)用户端的操作页面，由服务器端传送，不需另装专门软件，且用户端所用的播放支撑软件，也完全采用不需付费的自由软件，如微软的mplayer2，wmplayer，RealNetworks公司的Realplayer等，从而具有节省用户开支、方便用户操作、也不需运营商经常维护等优点。
3.对具有实时性的信号源，如卫星收视、视频会议、远程教学授课等，能实现组播方式的实时转播和可以实现同时将实时节目存储供即时或事后“点播”，方便了缺课或没有赶上收视时间人的补课。这种系统和技术方法，还可能使小区或校园的CATV和网络系统合而为一，节省系统建设费用和实现统一管理。
4.具有提供更多并发视频流的潜力，单机系统可达400～500个并发视频流。
5.经济效益显著，目前国外具有100个左右并发视频流的视频服务器，其价格为300～400万元人民币，而本发明提供的技术方案所生产的100个并发视频流的视频服务器，若以国外价格的销售，仍可获得可观的利润。
视频服务器主要应用于以下领域：
1.视频点播，即VOD，具体包括远程教育、电子商务、智能小区、远程医疗、证券路演等。
2.有线电视数字化改造，在电视节目的采编、播放、存档和增值服务如广告等环节，都离不开视频服务器这一关键设备。
3.政府及企业上网工程，用于客户及员工培训、电子政务、远程视频会议、视频广告等。
4.工业及军事监测，例如银行、公安、交通及工业生产、工程监测、军事侦察等。
四、附图说明
图1是本发明所提供的流式播放视频服务器系统的一种硬件结构图；
图2是本发明所提供的流式播放视频服务器系统的又一种硬件结构图，PCI总线上挂接有视频采集压缩卡；
图3是小型社区视频点播系统结构图；
图4是大型社区视频点播系统结构图；
图5是远程教学VOD系统结构图。
五、具体实施方式
实施例1：
本实施例中的流式播放视频服务器系统用于小型社区视频点播系统，其硬件结构如图1所示，包括CPU、内存、CPU总线、PCI总线，连接CPU与PCI总线的桥(Host/PCIBridge)、挂接于PCI总线的I/O和存储子系统。该视频服务器能提供100个VCD压缩标准的并发视频流，故I/O带宽和存储子系统的存取带宽需17.2MB/s，设按连机存取每次的调用的数据块大小为64KB，在将存储子系统与服务器系统整体配合进行设计时，有关硬件的选用和配置如下：CPU为PIII733，内存容量为256MB，I/O由两个单个或并行的两个100M网卡组成，存储子系统采用一个SCSI接口卡挂接三个10000转/分的SCSI硬盘驱动器的方案，缓冲与每次调用数据块大小设定的需要，都与内存储器容量的设置相关，根据实验和应用经验，本服务器内存设置为256MB，而具体的缓冲和数据块大小，则应在使用中根据连接的宽带网系统情况具体确定。显卡选用质量较好且缓存在32MB以上的显卡。软件由ActiveX多媒体播放控件融入视频管理应用软件形成，视频管理应用软件集成了具有Web Server和IIS功能的操作系统及支撑软件，以及使存储子系统选用和配置的CPU、内存、缓冲、SCSI接口卡、网卡、显卡融入系统的实现软件，并采用面向对象的程序设计。硬件与软件装于同一机箱形成视频服务器，其在视频点播工程系统中的安装方式如图3所示。
该视频服务器系统的工作过程如下：
用户在工作站微机PC(或机顶盒，以下同)屏幕IE浏览器界面上输入服务器的IP地址发出请求，通过网络传送达到视频服务器的网卡，再送给Web服务器，经权限验证后送入视频管理应用软件，视频管理应用软件发送一个带有播放控件的网页至工作站的显示屏，展示出服务器提供的电子节目单供用户选点节目，其信息再传回视频服务器，视频管理应用软件从存储子系统的硬盘中调用用户需要的视频节目，以“流式播放”方式传至工作站缓冲，经数秒后即开始边播放，边在后台继续下载节目数据流，如工作站端已下载完到临时文件夹中，则视频管理应用软件断开“通信连接”，完全释放出服务器I/O和存储以及网络的带宽，这时工作站端继续从临时文件夹中取数据播放。同时，视频管理应用软件以日志方式，记录下点播有关信息，如申请点播工作站的地址，时刻，被点节目名等，供计费或管理控制等用。
实施例2：
本实施例中的流式播放视频服务器系统用于大型社区视频点播系统。该视频服务器系统与实施例1不同之处在于：①硬件中增加了挂接于PCI总线的视频采集压缩卡，其硬件结构如图2所示。②视频采集压缩卡装于一个机箱形成采编服务器，I/O、存储子系统装于一个机箱形成存储服务器，视频管理应用软件装于一个机箱形成管理服务器，如图4所示。
上述实施例1与实施例2所涉及的视频点播系统的设计还应注意以下问题：
1.社区宽带网拓扑采用100M光纤到楼宇，10M双绞线进户。大型工程系统的社区中心与二、三级节点，用1000M光纤与各层节点交换机连接。
2.与城域网或宽带干线网结点连接，可采用100M或1000M光纤，以增加出口带宽，作为社区与外界Internet的连接。
3.本设计系统提供了社区内的组播功能，对社区宽带建设初期资金短缺或登记上网用户不多的情况下，可以设置较少并发视频流的服务器，但通过点播与组播功能的结合，可以满足建设商对所有住户提供视频服务的承诺，这是本视频服务器及VOD系统设计的一个特点。对不需要组播的小型社区，核心交换机也可改为二层交换机，以节约建设投资。
4.如部分社区需要采用HFC的广播电视网做为接入网，可通过头端设备CMTS与核心交换机连接接出。对分散用户的邮电用户环路ADSL接入，也可采取相仿措施进行连接，但三种类型网络都可共享社区中心本流式播放视频服务器系统提供的节目内容。
5.用户工作站PC，通过显卡的TV输出与电视机连接，也可单独采用电缆调制解调器或机顶盒连接电视机。
6.采编视频服务器Si，可作为卫星收视、社区电视会议及网络教学授课等实时信号的采集、组播式转播、并可同时传送至存储视频服务器Si中存储供即时或事后点播，这时，应联入视频采集压缩卡及相应软件形成系统，采编视频服务器Si平时可用作非线性编辑和节目压缩编码使用。若需多个实时节目，可增加采编视频服务器Si(即i＝1，2…，n)。
实施例3：
本实施例中的流式播放视频服务器系统用于远程教学VCD系统，如图5所示，该视频服务器系统的结构与实施例2完全相同，小型系统也可采用实施例1的视频服务器结构。
关于远程教学VOD系统，特作以下说明：
1.教室工作站可以连接大屏幕投影仪，该工作站也可扩展为局域网，联接很多台学生工作站，如用于外语教学的多媒体教室等。
2.远程校外教学节点，可以通过卫星，也可通过国家骨干宽带网或城域网与网络教育技术中心系统实现信息交互联系。
3.远程教学校外节点，可以在教室集中上课，也可通过与校园网或通过社区接入网联接，这时学员可分散或在家中听课。
4.校外远程教学节点视频服务器，既是校外远程教学点的一个小型视频管理服务器，也是一个校外远程教学的镜像存储视频服务器系统，如复习听课，就可在镜像服务器上点播存储的课件，这既节约了网络教学中心核心服务器和骨干网络带宽，又可取得较高速的良好图像收视效果。
5.其他说明，参见前述社区视频点播系统说明。
本发明不限于上述实施例，还可根据用户的需要提供更多并发视频流的视频服务器。