本文作者：管佩森 单位：北京大学 现代教育技术中心

北京大学有线电视系统早在１９８２年就已经建成联网，并在学校的教学和宣传教育等方面发挥了显著的作用。但是，随着计算机技术的飞速发展和校园网建设的突飞猛进，人们在不断挖掘校园网各种服务功能的同时，却淡忘了有线电视网络，致使宝贵的教学资源被白白浪费。有线电视网络在教学中的作用是不可忽视的，它的实时视频宽带效果、丰富的视频学习资源都是校园网暂时无法替代的。北京大学信息化建设规划纲要（２０１１—２０２０年）提出建设具有多功能、高带宽、高性能、双向传输的数字化有线电视网络系统，整合卫星传送节目和网络自编节目，推动有线电视服务于教学。针对以上情况，笔者提出在本校有线电视网络进行光纤到楼的ＥｏＣ（ＥｔｈｅｒｎｅｔｏｖｅｒＣＯＡＸ）双向改造后，建立基于有线电视网的ＶＯＤ（ｖｉｄｅｏｏｎｄｅｍａｎｄ）多媒体教学系统，使其充分利用现有的教学资源为教学和科研工作服务。

１ＶＯＤ多媒体教学系统的总体结构

本系统平台由采集编码系统、服务器系统（ＶＳ／ＡＳ）、调制器（ＩＰＱＡＭ）、业务终端（ＳＴＢ）及后台管理系统（ＢＯ）等主要单元组成。采用ＶＯＤ集中式系统架构、ＩＰＱＡＭ方式组网开展ＶＯＤ业务，ＩＰＱＡＭ设备上接ＩＰ网络，下连ＨＦＣ接入网，在ＩＰＱＡＭ设备之前的ＴＳ流封装在ＩＰ中，利用ＴＣＰ／ＩＰ相关协议，使分发视频内容更加灵活。封装在ＩＰ中的ＴＳ流经ＩＰＱＡＭ解封装后，将单节目ＴＳ流（ＳＰＴＳ）复用成多节目传输流（ＭＰＴＳ），并调制成ＲＦ信号，经ＨＦＣ网络传送到机顶盒（ＳＴＢ）［１－２］。用户可以快速地根据自己的需要点播课件和视频等教学资源。系统总体结构如图１所示。

２关键设备

２．１采集编码系统采集工作站是带视频采集卡和编码器的计算机，是视频资源内容的创作端，负责将各种不同类型的视频源压缩转换成流格式的视频文件，是ＶＯＤ多媒体教学系统的重要组成部分。采集工作站的主要功能，一是转码，将存储系统中的视频流统一为ＭＰＥＧ－２格式；二是调整码流速率，适当降低ＭＰＥＧ－２视频流的码流速率，以节约系统带宽资源［３－４］。境外卫星电视节目和大量教学影片、录音录像节目、教学课件以及ＭＰ３、ＶＣＤ、ＤＶＤ等教学素材是资源库的重要组成部分。通过采集工作站采集和数字化存储这些教学资源，然后将它们导入到存储服务器中，供广大师生进行学习和分享。

２．２服务器系统视频服务器采用通用ＰＣ服务器架构，其主要功能是在业务管理系统的支配下，从存储系统中提取所选的内容转发到边缘调制器。视频服务器的主要特点，一是能实现多通道播出，二是硬盘资源共享，也就是相同的素材可以在多个通道中享用。视频服务器的性能决定了ＶＯＤ系统的整体性能。视频服务器的总并发流输出能力与互动数字电视系统服务的规模有关。一般情况下，可根据互动点播总用户数的１０％来测算用户并发点播率，系统在运行初期还有可能会超过１０％。例如系统规模定为支持

２万户互动点播用户，则须建设２０００个并发码流的系统。存储系统主要用于保存ＶＯＤ业务的节目源，依据点播节目的数量、必要的冗余度、存储系统与视频服务器接口等情况确定满足要求的存储系统的容量。单服务器推流能力达到１９２０个并发流（３．７５Ｍｂｉｔ／ｓ＠ＭＰＥＧ－２）。视频服务器的存储能力是以ＴＢ为基本单位的。１ＴＢ的容量可存储３．７５Ｍｂｉｔ／ｓ码流的节目５９３ｈ，考虑快进、快退等索引播放需求和节目数据存储的冗余备份开销，１ＴＢ的存储大约能够容纳４００ｈ的节目。ＶＯＤ管理服务器是终端计算机进入视频点播系统访问的中转站，它以浏览器方式为终端用户提供登录并根据用户级别提供各类信息，如节目栏目，电影节目名称、节目介绍及收费信息，服务器在认定用户权限后，响应用户要求，并调度视频服务器向用户发送所需的视频节目。由于系统用户并发数不是很大，所以我们把管理服务器和视频服务器合为一体。

２．３ＩＰＱＡＭ设备ＩＰＱＡＭ在ＶＯＤ点播系统中接收到的码流为ＳＰＴＳ和ＭＰＴＳ形式的码流，用于接收视频服务器推送的ＩＰ形式的视音频码流并转换为数字电视射频信号，接入ＨＦＣ网络，传送给发送点播请求的用户［５－７］。在６４ＱＡＭ调制方式下，单频点码率可达到３８Ｍｂｉｔ／ｓ，单频点则可支持１０个３．７５Ｍｂｉｔ／ｓ＠ＭＰＥＧ－２并发流。由于单台ＩＰＱＡＭ为２４个频点，则单台ＩＰＱＡＭ可支持２４０个并发流。以高峰期１０％的用户点播计算，单台ＩＰＱＡＭ可为２４００户数字电视用户提供ＶＯＤ点播服务。因此，应根据用户数量在前端机房部署ＩＰＱＡＭ设备。ＯＶＴ／Ｄ－ＥＱＡＭ－４０００是一款针对ＶＯＤ点播、单播和广播组合业务的高密度ＩＰＱＡＭ调制器，支持２４个ＱＡＭ频道输出，能够充分利用千兆以太网的带宽［８］。其优异的ＱＡＭ和ＲＦ指标完全符合并超过国家标准，非常适合在广播网中传送数字电视业务。

２．４业务终端（ＳＴＢ）数字机顶盒不仅是用户终端，还是网络终端，它能使模拟电视机接收交互式数字电视节目，并能接入因特网，使用户享受电视、数据、语言等全方位的信息服务。东方广视双向高清机顶盒支持ＭＰＥＧ－２、ＡＶＳ和Ｈ．２６４高清解码，支持ＨＤＭＩ／ＹＵＶ／ＣＶＢＳ／Ｓ－ＶＩＤＥＯ等多种视频输出接口，支持ＯＶＴ时移电视和ＯＶＴ的ＶＯＤ系统，支持遥控器快捷键操作，用户界面友好。

３后台管理系统

后台管理系统（ＢａｃｋＯｆｆｉｃｅ）包括业务管理系统（ＢＭＳ）、内容管理系统（ＣＭＳ）、客户管理及计费系统（ＳＭＳ）、节目导航门户（ｉＥＰＧ）等主要子系统，实现对ＶＯＤ多媒体教学系统的管理功能，组织、生成并发布用户可见的各种页面，管理用户的各种消费服务，包括用户业务鉴权、会话资源管理、费率管理、计费记录、系统管理、页面管理、产品管理、内容管理、运营统计报表等，为运营商提供强大的运营统计和灵活的产品管理的功能。

３．１业务管理系统业务管理系统是整个多媒体教学系统业务的“发动机”，是业务管理的核心。它在不同的软硬件产品间建立了一个通用的、开放的连接，与ＣＭＳ、ＳＲＭ（会话资源管理系统）、ｉＥＰＧ、ＢＯＳＳ（运营支撑系统）、视频服务器以及其他业务集成，实现双向互动业务的控制管理。通过提供与ＢＯＳＳ的统一接口，一方面实现鉴权计费，另一方面屏蔽其他模块及业务与ＢＯＳＳ的通信，简化业务开发和部署的时间，实现新业务模块化插入式运营［９］。

３．２内容管理系统ＶＯＤ多媒体教学系统的核心资源就是平台的媒体资源库。内容管理系统就是用来管理平台全部媒体内容的注入、流程、控制、分发、删除等日常工作，实现片源转换、内容注入、流程管理、片源管理、分类管理、内容维护、资源管理等功能。ＣＭＳ支持无限级次的内容分类管理，支持单个和批量的方式自动从片源库中生成对应的节目信息，同时也可以维护海量的资讯信息，统一管理平台内的多媒体资源（视频、音频、图像、文本等），实现多个业务之间资源的共享和引用。

３．３客户管理及计费系统客户管理及计费系统包括数据库服务器、Ｗｅｂ服务器、出账服务器等，实现计费结算、用户管理、操作员管理、资费管理、账务管理、业务统计、数据采集、用户服务等功能。

３．４节目导航门户系统ｉＥＰＧ系统为互动电视业务提供统一的业务门户，可实现大量的节目单下发，对于数据流能够进行码率控制；支持分布式ＥＰＧ部署方式，拥有大客户及个性化ＥＰＧ展现模式；可基于多种网络接入、多种类型终端的ＥＰＧ访问；提供多种分类和多级分类以及对大数据量的内容进行搜索。

４系统主要功能

４．１课件、视频音频点播流媒体教学资源中心将教师的授课过程录像，将与课程学习有关的音频视频资料等多媒体内容存储在点播服务器中；学习者通过机顶盒即可点播教师的课程教授实况，进行个别化自主型学习，也可察看相关的多媒体学习资源。学习者不仅可以根据兴趣爱好及实际需要选择学习内容，也可以根据自身情况安排学习进度，且不受其他条件的约束，形式更加灵活自由，更能发挥学生学习的主动性和自主学习能力［１０－１１］。

４．２视频音频直播通过对课程视频音频的实时拍摄、编码和直播，可以让教室外的学习者同普通的学生一样聆听教师的授课，既可以实现教学资源的共享，又能获得较好的教学效果，也是解决学校热门课程师资紧缺的重要手段。系统还可以自动地把这些珍贵的视频音频资源保存到服务器中，供用户随时点播、下载观看，可以最大限度地利用这些资源。

４．３建立交互式协作学习环境系统可以将各位教师独立使用的课件、电子讲义等按学科分别收集到不同的数据库中，供全体任课教师共享，从而使丰富多彩的教学素材应用到多媒体教学过程中。系统还可以为异地师生之间、学习者之间的交流、讨论提供交互式协作学习环境。参与其中的学习者通过不断寻找、分享、获取专门知识，相互学习，使自己的知识得到重新建构，从而产生新的知识。

５结束语

我校有线电视网络采用ＢｒｏａｄＣａｂｌｅＴＭ技术的光纤到楼的ＥｏＣ方案进行双向改造后，建设基于有线电视网络的ＶＯＤ多媒体教学系统，只需要增加采集工作站和视频服务器即可完成。前端可利用原ＤＶＢ平台的ＭＰＥＧ－２信源，无需进行ＭＰＥＧ－２至ＭＰＥＧ－４的转码。点播码流采用３．７５Ｍｂｉｔ／ｓ的ＭＰＥＧ－２ＴＳ流，图像质量远高于ＭＰＥＧ－４的传统以太网ＩＰ点播。点播时为每个用户开通３．７５Ｍｂｉｔ／ｓ的单独通道，相比以太网“尽力而为”的点播机制，ＱｏＳ（ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ）有保证。多媒体教学系统可以为更多的人提供更好的教学资源，也为优秀教学方法的推广起到了推动作用，成为现代教学不可或缺的重要方式，也将逐步成为人们终身学习的主要方式之一。该平台通信能够承载丰富多样的课程内容和用户间的通信交流，真正使学生能够不受时间和空间的限制，学习、分享更多的教学资源，从而激发学生的学习积极性，提高主动学习能力。

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