多媒体导播系统在体育专业院校的应用:首都体育学院为例

摘 要：为了满足我国专业性院校对大型教学、讲座、招生、体育赛事等全方位直播的需要,根据多媒体技术具有集成性、交互性等特点,充分利用高校的网络基础条件,建立高标准的设计目标及要求,构建网络多媒体导播系统.该系统通过前端高清摄像设备进行视频采集,再通过数据转换、数据传输、数据编辑、视频切换、视频播放及视频同步录制等功能进行高质量集成管理,实现多场所、教室的网络现场直播,并已在首都体育学院的各项活动中取得良好效果.

关 键 词：多媒体；网络；直播；视频；导播系统

中图分类号：TP3文章编号：1009-783X（2013）02-0190-03文献标志码：A

随着基础网络的建设,网络带宽逐步增加,多媒体信息在网络上的传输变得更加快捷,高清视频通过网络播放变得更加流畅,可以满足观看的需要,尤其是在校园网环境内,完全可以满足标清格式的播放与接收.

1校园网络与多媒体设施现状及网络直播需求

1.1校园网络及多媒体设施现状

首都体育学院通过多年的建设,相继建成了多媒体教室、多功能会议室、多媒体报告厅、演播厅、资源平台（VOD）,以及多媒体前端发布系统等各类媒体设置.资源平台（VOD）主要为师生提供教学资料、学习资料、党建宣传、影视资料和电视直播等功能.多媒体发布系统由2块室外全彩屏、若干室内单色屏及多块等离子显示屏组成,用来播放各类新闻、通知和视频,学校的各类显示屏分布在不同的区域,覆盖了主要办公区域、场馆及学生宿舍区域,如图1所示.

校园网络覆盖全院办公区、教学区、场馆区及学生宿舍区,网络主干为1000M,完全可以满足视频传输的需要.随着较低码率、高清画质等特性的720P、1080I、1080P、高清百万像素网络摄像机的大规模普及,也解决了传统模拟视频采集系统清晰度不足的尴尬局面[1].

1.2大型赛事活动、教学、科研全方位网络直播的需求

首都体育学院主要办学任务是为全国培养体育教育、运动训练及体育管理等多种高层次专门人才.每年除了大量的教学工作外,还要举办体育赛事、开学典礼、表彰大会、公开课、科学报告会、学术讲座及文艺演出等一系列活动.为了使全院广大师生员工能够在第一时间直观地了解活动的情况,及时进行观摩学习,解决场地限制人员数量的问题,利用已有条件,建立一套完整的网络多媒体导播系统,开展全院范围的网络现场直播,进行大范围的实时信息交流,成为学校重要的教育信息化建设需求.

在实际活动中,首都体育学院的视频采集地点常常分散在校园各个位置,如采用传统的直播方式与手段,无法将现场摄像机采集到的信号通过线缆传输到全部显示设备上,管理员也无法通过传统的视频切换系统,在多媒体发布系统播放要显示的内容,这给管理员造成了使用和管理上的不便,也不能满足学校对各种活动在多媒体发布系统直播的要求.

所以,要将体育比赛、学术报告、文艺演出、教学、科研、招生等各类活动及时地呈现在广大师生面前,就必须利用学校现有的网络条件将摄像、传输、编辑、切换、播放等功能进行高质量集成管理,管理员在后端控制平台上完成整个直播工作,不仅可以实现直播功能的要求,还大大提高了工作效率.

2网络多媒体导播系统的设计与构建

2.1网络多媒体导播系统的设计目标及要求

首都体育学院多媒体导播系统的构建目标是：1）将各种前端视频采集设备与多媒体发布系统相结合,将校园内各视频采集地点的现场画面,通过网络传输到任意显示终端上.2）与校园VOD系统结合进行节目录制和现场的网上直播.3）实现视频显示、视频编辑、视频切换等功能.该系统的设计要求如下.

1）系统性能优异.支持目前先进的编解码算法,支持QOS,并且方案设计要考虑到整个系统的QOS、拥塞控制、流量控制等问题,从而保证整个多媒体导播系统图像、语音清晰流畅.

2）系统管理功能全面.全面实用的系统管理解决方案,以实现赛场点管理、后台管理、控制、诊断、监测和日志管理等系统管理功能,通过这些管理手段保证多媒体导播系统的稳定运行.

3）系统扩展灵活.系统可以接入任意的前端数字、模拟信号的视频采集设备,不必更改网络配置.

4）系统安全保密.整个视频系统分为系统配置管理、业务管理、终端授权等多级安全体系,并且核心设备的系统配置与管理应支持物理的隔离.

5）系统稳定可靠.以上是首都体育学院多媒体导播系统的设计目标,为了实现上述目标,对多媒体导播系统的设计提出了高稳定、高质量、易操作、易管理等多项要求[2].

2.2网络多媒体导播系统对网络的要求

多媒体导播系统的视频传输是实时性要求较高的网络应用,这就要求作为其基础的承载网络有较高的带宽和对网络中的业务流量有较高的控制能力.多媒体导播系统对网络的带宽需求为：视频带宽+IP包头开销.常用的计算方法为：视频带宽2M×1.4等于2.8M为网络带宽的最大需求,如能满足视频带宽2M×1.6等于3.2M则能更好地保证视频效果.管理中心（连接其他N个分部会场）的网络带宽要为其他N个分部会场的网络带宽之和.

本系统建立在专用网上,多媒体导播系统的通用时延小于200ms.由于音频、视频的传输为实时的交互,因此,网络的时延抖动更为至关重要,我们的要求范围为时延小于50ms.网络上的丟包率不应该高于1%,在超过1%以后要求系统必须自身具备丢包恢复机制,以保障视音频的正常功能[3].

2.3网络多媒体导播系统的构建

首都体育学院现有的网络都已开通,并能提供足够的网络带宽.系统的建设方案以ITU-TH.323为标准进行规化和设计.系统的会场数量发生变化时,在现有系统核心设备的容量范围内,可以方便地增加接入点数.系统由前端监控资源采集、视频传输、管理后端及多媒体发布系统等几部分组成.整个系统采用全网络数字视频架构,前端都采用摄像机或普通高清摄像机进行视频采集,通过摄像机的网络端口（或网络视频编码器）直接通过网络传输高清视频信号到管理后端进行集中存储和管理.传输主干网采用光纤千兆局域网,管理后端通过集中管理平台来完成整个视频监控系统的集中预览、控制、管理、存储,以及视频分发等功能,实现高清数字视频监控系统集中管理.

根据首都体育学院的网络状况及多媒体设施的分布位置,首都体育学院多媒体导播系统拓扑结构如图2所示.

系统前端监控资源的采集主要是指现场视频信息的采集.本系统中,前端监控设备由网络数字摄像机、网络视频编码器组成,在没有有线网络的地方可以通过无线网络的覆盖实现视频信号的传输.我们选用基于标准的H.264算法、百万像素网络摄像机来采集前端视频,摄像机预览和回放的图像线数也达到了700TVL（请确认与高清分辨率的关系）广播级图像画质,而且动态视频为全实时30帧/s.安装在前端的高清摄像机把图像信号采集后直接压缩转换为网络信号,通过网络传输至管理中心,管理人员对采集的信号进行编辑,经过流媒体转发怎么写作器进入海量存储系统进行视频存储和网络广播,一路通过VOD系统送至收看终端,同时在电视墙显示系统进行监控浏览,如图3所示.

播出单路或多路视频的切换工作由多媒体导播系统的网络视频矩阵完成,实现以下功能.

1）浏览和控制.用户登陆验证怎么写作器,获取授权给该登陆用户的网络摄像机浏览和控制权限,在获取的列表里面,任意调用网络摄像机到任意的窗口进行浏览和控制,画面可以自由组合与调节.

2）轮巡监视.系统支持自定义分组的多路视频图像在某一个窗口切换,也可以在电视墙的某一个窗口调用.

3）组切.矩阵怎么写作器支持每4画面或者8画面（更高配置的矩阵怎么写作器）为一组,分成多组进行组切换.

4）电视墙输出.系统支持矩阵怎么写作器和大屏幕液晶电视连接,这样在浏览高清视频时比传统的监视器输出显示更清晰.

3网络多媒体导播系统的应用

首都体育学院网络多媒体导播系统通过前端的视频信息采集系统、后端管理系统的协同工作,很好地实现了数据的采集、传输、编辑、管理及播放过程.

例如,首都体育学院在2011年全校运动会中首次进行了全方位的现场直播报道.运动会包括开闭幕式、田径、游泳、篮球、排球、羽毛球、武术、健美操、体育舞蹈及教职工趣味比赛等内容,场馆分布遍及全校.我们利用学校的网络资源,通过多媒体导播系统将各个场馆的比赛画面传到后台控制中心,后台管理人员实时监控各场馆情况,可以根据现场情况在后台控制前端的网络摄像机,捕捉现场的精彩瞬间,根据需要及时切换到精彩比赛的画面,同时将画面传到田径场（主会场）LED显示屏,学校的资源平台（VOD）系统进行网络直播,遍布全校的各种显示屏上,这样,首都体育学院的师生无论在比赛现场,还是在学校的任意建筑物内,都可以方便、及时地了解运动会的进展情况及比赛结果.

4结束语

首都体育学院网络多媒体导播系统利用现有网络及多媒体条件,通过成熟可靠的技术,搭建了一个性能可靠、技术先进、系统开放的视频网络系统,承担并圆满完成了多次重大活动,证明了该系统的稳定与可靠.当然,该系统还存在一些有待解决的问题,比如：有线网络的覆盖毕竟有其局限性,无法做到真正的无缝衔接；而无线网络的稳定性尚不能完全满足高清视频传输的需要,这个问题随着无线网络技术的发展将会逐步得到解决.