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1、低成本数字化校园视频直播方案实例及应用低成本数字化校园视频直播方案实例及应用 摘要摘要：视频直播在中小学的日常应用中非常广泛。本文以作者利用学校原有设备建立数字化 视频直播系统的实践，提供了一种低成本的数字化视频直播方案。除可完全替代原模拟直播系统， 大幅提高视频清晰度外，还可实现校园内任意位置的移动现场直播、跨校直播等功能。 关键词：视频直播、数字化、实例及应用、单播、多播 一、模拟直播方案的缺憾一、模拟直播方案的缺憾 传统的基于闭路电视的模拟直播系统已成为许多学校的基础配备，各校以此开设了校园电视 台、电视直播形式的家长会、讲座等丰富的节目；其普及率充分说明了视频直播在学校日常工作 中的重
2、要性。随着技术的进步以及数字化设备的普及，传统的视频直播系统日益突现以下缺点： 1. 清晰度不高，影响播放设备效果。 模拟电视信号只能达到 352288 像素的分辨率。在各校已大面积更换液晶投影机、背投等 高分辨率显示设备的情况下，由于设备物理像素远远大于信号源像素，因此播放模拟电视信号时 画面显得尤其粗糙，直接拖累了这些高清显示设备的性能发挥。 2. 直播地点受限，许多情况只能录播。 一般只能在校园电视台实现直播；如公开课、中队活动等无法搬进电视台的活动只能用录播 的形式，滞后严重。 3. 接收范围有限，仅限各校自己的闭路电视网。 对于跨校的活动，闭路电视系统根本无法做到实况直播。原本可以通
3、过视频直播实现的听课 活动、观摩活动，各校老师只能亲临现场，花费了不少交通、时间成本，甚至可能影响日常教学。 4. 视频保存、传播不便。 传统直播一般采用模拟摄像机作纪录。在录像机已经象 5 寸软盘那样成为古董的时代，其播 放和传播都成为问题。因此拍摄完毕后还要通过转换，制作成数字格式的视频文件以便保存和调 用。这个过程实在是劳命伤财，即浪费时间，还要增购支持模数转换的视频卡。 5. 对于新建学校，闭路电视系统是重复建设 校园网是新建学校的基础设施，再建设一套模拟闭路电视系统，非但浪费资金，而且效果远 不如通过前者的网络实现的数字化系统，造成重复建设。 以上几点缺陷使得模拟直播系统难以逃脱被淘
4、汰的命运。并且，随着数码摄像机价格的大幅 下降，投影机、背投、实物展台、多媒体电脑所组成的“新三机”在经济发达地区学校的迅速普 及，模拟直播系统更是旋即失去了其存在的理由；因为，按照本文的方案，许多学校基于现有设 备可在短时间内实现近乎零成本的系统升级。 二、低成本数字直播方案的构成二、低成本数字直播方案的构成 1硬件构成和网络环境 所谓低成本是建立在原有设备之上的。例如我校所在地区，绝大部分学校的大部分教室都已 配备有“新三机”，即以液晶投影机或背投、实物展示台、计算机所组成的新型教室多媒体系统。 此外校园网早在多年前就已成为各校的基础配置。每个教室、办公室都有局域网接入点。在这种 情况下，
5、仅需配备一台服务器和一台能够胜任视频采集的多媒体电脑即可实现直播数字化。 以我校为例，关键硬件设备如下 设备名称品牌型号性能参数 校园网光纤接入，星型拓补结构100M校园网 数码摄像机松下 NV-GS25880万像素，3CCD，10X 光变，光学防抖 视频采集端IBM THINKPAD T60CPU:INTEL T2400，内存 512M，硬盘 80G 视频服务器端X206MCPU:P4D 820，内存:1G，硬盘:160G SATA 按照上述列表，设备总投入是个巨额的数目；但校园网、教室新三机、服务器、摄像机等各 校基本早已配备。 在实际应用中，硬件配置的弹性很大。如我校用高端的 IBM T
6、60 笔记本作为采集端是为了便 于实现“移动直播”兼顾视频编辑，使其在学校任意一个有网络节点的教室（预想中也可使用无 线 AP 实现无线直播，但由于数据量较大，其稳定性尚未经过实践检验），都可以采用该方案实 现实况直播。若经费有限完全可以选购价格较便宜的笔记本电脑，或干脆使用原有的台式电脑； 视频服务器是廉价的 IBM X206M，采用单 CPU 及普通的 SATA 硬盘。实际应用中这些设备应付教室 和教师电脑49个客户端的直播尚有极大的性能余量。 2软件方案 目前使用较多的流媒体格式主要是美国 Real Networks 公司的 ReaMedia、Apple 公司的 QuickTime 和微
7、软公司的 Windows Media。由于 Windows Media 系统是 Windows 操作系统原生的， 每台电脑上都安装有WindowsMediaplayer，兼容性和易用性毋庸置疑，因此成了我校的首选方案。 无论采用哪种软件方案，其工作原理是相似的。首先摄像机将实况事件记录下来，通过编码 器处理后将数字视频信息发送到流媒体服务器上转播。同时，视频实况可在编码器或服务器中即 时储存为副本，供日后调用，免去以往录制后再采集到电脑的步骤。 视频直播原理图 我们在采集端 pc 上安装 Windows Media9 编码器，服务器升级至 Windows2003 企业版。 Windows200
8、3 自带的 Media Services 功能强大，跟 Media9 编码器版本兼容性佳。 三、方案的实施及效果三、方案的实施及效果 首先作为视频信号采集源的数码摄像机可直接用 USB2.0或 1394接口与编码器所在的 PC相连， 连接至笔记本电脑的话自然能够在整个校园内任何有网络节点的位置漫游（预想中可通过无线 AP 实现无线直播，但未经实践）。无论采用 1394 接口还是 USB2.0 接口，在设置过程中都可以发现 编码器已自动将 DV 识别为对应的视频设备及音频设备，并且在之后的使用中发现两者效果并无 二致。由于 USB延长线容易购买，为扩大摄像机自由活动范围，我校还是选用了 USB2
9、.0接口配以 5 米的 USB 延长线。实践表明，只要保证线材质量，经过延长的 USB 数据线并未导致原本担心的 传输能力下降，在扩大摄像机活动半径的同时对传输效果毫无影响。 需要注意的是，采集过程中用摄像机自带的麦克风作为音频设备虽然具有较好的指向性，但 可调节余地、有效距离有限。建议用无线话筒通过声卡采集音频。 在服务器端进行相关设置后，就可以通过编码器设置发布点进行视频直播了。 Media Services支持单播和多播两种模式，两者各有千秋。 经测试在 1048kbps 码率下，编码器即时 CPU 占用率仅为 40左右，而其画质已经达到 DVD 水平。一方面说明 T60 配备的酷睿 C
10、PU 性能确实强劲，同时也说明了完全有余量实现更高清晰度， 只是 1048kbps 速率的画面质量已经足够匹配教室的播放设备。一般网络上的视频节目为 300 多 kbps，因此其效果是可以想象的。 同时，由于采用了推传递的方式，编码器端网络资源消耗更是只有 1，说明推送播放对降 低编码器端的资源消耗是明显的。 服务器端 Media Services 的工作情况更是令人乐观。测试单播模式时并发连接数为 13，Cpu 占用率仅为 1，网络资源消耗量为 15；即便对于一个拥有 50个班级的学校进行视频直播，也 是不费吹灰之力。该服务器同时兼有 IIS、FTP、网络杀毒等服务，因此实际由视频直播消耗的
11、资 源应该不足15。 换用多播模式后，更节省了资源开销。随着用户数的成倍增长，服务器资源消耗并未明显增 加；并且客户端之间画面整齐划一，不像单播那样，必须从服务器缓冲开始的那几十秒内容看起， 因此多播模式显然更适合于直播应用。 除画质的提升外，Media Services 还实现了画面插播功能，可以将事先制作好的片头、片尾 甚至其他视频内容在直播的任何时段插入画面。这种功能在以前简单的模拟直播系统中想要实现 是难以想象的，除非投入高额设备成本。另外其即时储存视频副本的功能可在直播的同时保留副 本在指定目录中以供用户点播调用，省去了大量制作转换时间。 四、应用前景和价值四、应用前景和价值 视频直
12、播数字化完美弥补了本文开头所列的模拟直播系统的缺陷。在数字化装备日益普及的 今天，其近乎于零的成本投入完全可以作为校园网的一项拓展功能来实施，提高校园网的附加值。 如果说画质的提升只是模拟系统原有基础上的改进，那么它所能实现的跨校、可移动直播的优势 则是模拟直播系统完全不具备的。根据该方案可开发出网络课堂、公开课网上现场直播等丰富的 功能，例如今后教师只需在办公室开着电脑就可以听课，避免大规模公开课产生的人满为患的问 题；甚至于某校的校园电视台向全市兄弟学校直播也是不难实现的。 可以预见，校园视频直播数字化是必然的趋势，它可能带来学校工作方式的一些变革和进步， 其应用前景是很有诱惑力的。 参考资料 1. 网络设计师教程，胡道远主编，清华大学出版社，2001年 5 月 2. 微软白皮书“Windows Media Technologies 最佳实践”，微软，2004 年08 月 12 日， http:/