在线教育项目之视频学习需求分析

视频学习需求分析

1.1 需求描述

腾讯课堂在线作为在线教育网站，提供多种学习形式，包括：录播、直播、图文、社群等，学生登录进入学习中 心即可在线学习，本章节将开发录播课程的在线学习功能，需求如下：

1、学生可以在windows浏览器上在线观看视频。 2、播放器具有快进、快退、暂停等基本功能。 3、学生可以方便切换章节进行学习。

什么是录播课程？

录播课程就是提供录制好课程视频，供用户在线点播，反复学习。 课程视频如何管理？ 媒资管理系统专门来管理课程视频，用户视频文件上传到媒资系统，并对视频进行编码处理。

1.2 视频点播解决方案

1.2.1 流媒体

流媒体：

概括理解：流媒体就是将视频文件分成许多小块儿，将这些小块儿作为数据包通过网络发送出去，实现一边传输视 频 数据 包一边观看视频。

流式传输

在网络上传输音、视频信息有两个方式：下载和流式传输。

下载：就是把音、视频文件完全下载到本机后开始播放，它的特点是必须等到视频文件下载完成方可播放， 播放等待时间较长，无法去播放还未下载的部分视频。

流式传输：就是客户端通过链接视频服务器实时传输音、视频信息，实现“边下载边播放”。

流式传输包括如下两种方式：

• 顺序流式传输 即顺序下载音、视频文件，可以实现边下载边播放，不过，用户只能观看已下载的视频内容，无法快进到未 下载的视频部分，顺序流式传输可以使用Http服务器来实现，比如Nginx、Apache等。

• 实时流式传输 实时流式传输可以解决顺序流式传输无法快进的问题，它与Http流式传输不同，它必须使用流媒体服务器并 且使用流媒体协议来传输视频，它比Http流式传输复杂。常见的实时流式传输协议有RTSP、RTMP、RSVP 等。

流媒体系统的概要结构

通过流媒体系统的概要结构学习流媒体系统的基本业务流程。

1. 将原始的视频文件通过编码器转换为适合网络传输的流格式，编码后的视频直接输送给媒体服务器。 原始的视频文件通常是事先录制好的视频，比如通过摄像机、摄像头等录像、录音设备采集到的音视频文 件，体积较大，要想在网络上传输需要经过压缩处理，即通过编码器进行编码 。

2. 媒体服务获取到编码好的视频文件，对外提供流媒体数据传输接口，接口协议包括 ：HTTP、RTSP、 RTMP等 。

3. 播放器通过流媒体协议与媒体服务器通信，获取视频数据，播放视频。

1.2.2 点播方案

本项目包括点播和直播两种方式，我们先调研点播的方案，如下：

1. 播放器通过 http协议从http服务器上下载视频文件进行播放 问题：必须等到视频下载完才可以播放，不支持快进到某个时间点进行播放

2. 播放器通过rtmp协议连接媒体服务器以实时流方式播放视频 使用rtmp协议需要架设媒体服务器，造价高，对于直播多采用此方案。

3. 播放器使用HLS协议连接http服务器（Nginx、Apache等）实现近实时流方式播放视频 HLS协议规定：基于Http协议，视频封装格式为ts，视频的编码格式为H264,音频编码格式为MP3、AAC或者AC-3。

HLS是什么？

采用HLS方案即可实现边下载边播放，并可不用使用rtmp等流媒体协议，不用构建专用的媒体服务器，节省成本。 本项目点播方案确定为方案3

2 视频编码

2.1 视频编码格式

首先我们要分清文件格式和编码格式：

文件格式：是指.mp4、.avi、.rmvb等 这些不同扩展名的视频文件的文件格式 ，视频文件的内容主要包括视频和音频，其文件格式是按照一 定的编码格式去编码，并且按照该文件所规定的封装格式将视频、音频、字幕等信息封装在一起，播放器会根据它们的封装格式去提取出编码，然后由播放器解码，最终播放音视频。

音视频编码格式：通过音视频的压缩技术，将视频格式转换成另一种视频格式，通过视频编码实现流媒体的传输。 比如：一个.avi的视频文件原来的编码是a，通过编码后编码格式变为b，音频原来为c，通过编码后变为d。

音视频编码格式各类繁多，主要有几下几类：

MPEG系列 （由ISO[国际标准组织机构]下属的MPEG[运动图象专家组]开发 ）视频编码方面主要是Mpeg1（vcd用 的就是它）、Mpeg2（DVD使用）、Mpeg4（的DVDRIP使用的都是它的变种，如：divx，xvid等）、Mpeg4 AVC（正热门）；音频编码方面主要是MPEG Audio Layer 1/2、MPEG Audio Layer 3（大名鼎鼎的mp3）、 MPEG-2 AAC 、MPEG-4 AAC等等。注意：DVD音频没有采用Mpeg的。

H.26X系列 （由ITU[国际电传视讯联盟]主导，侧重网络传输，注意：只是视频编码） 包括H.261、H.262、 H.263、H.263+、H.263++、H.264（就是MPEG4 AVC-合作的结晶）

目前最常用的编码标准是视频H.264，音频AAC。

提问： H.264是编码格式还是文件格式？ mp4是编码格式还是文件格式？

2.2 FFmpeg 的基本使用

我们将视频录制完成后，使用视频编码软件对视频进行编码，本项目 使用FFmpeg对视频进行编码 。

FFmpeg被许多开源项目采用，QQ影音、暴风影音、VLC等。 下载：FFmpeg https://www.ffmpeg.org/download.html#build-windows

下载 ：ffmpeg-20180227-fa0c9d6-win64-static.zip，并解压，本教程将ffmpeg解压到了 F:\devenv\edusoft\ffmpeg-20180227-fa0c9d6-win64-static下。

将F:\devenv\edusoft\ffmpeg-20180227-fa0c9d6-win64-static\bin目录配置在path环境变量中。

检测是否安装成功

简单的测试： 将一个.avi文件转成mp4、mp3、gif等。 比如我们将1-1.trec文件转成mp4，运行如下命令： ffmpeg -i 1-1.trec 1-1.mp4 转成mp3：ffmpeg -i 1-1.trec 1-1.mp3 转成gif：ffmpeg -i 1-1.trec 1-1.gif

官方文档（英文）：http://ffmpeg.org

2.2 生成m3u8/ts文件

使用ffmpeg生成 m3u8的步骤如下：

1. 先将trec视频转成mp4

   下面把各参数意思大概讲讲，大概了解意思即可，不再此展开流媒体专业知识的讲解。 -c:v 视频编码为x264 ，x264编码是H264的一种开源编码格式。 -s 设置分辨率 -pix_fmt yuv420p：设置像素采样方式，主流的采样方式有三种，YUV4:4:4，YUV4:2:2，YUV4:2:0，它的作用是 根据采样方式来从码流中还原每个像素点的YUV（亮度信息与色彩信息）值。 -b 设置码率，-b:a和-b:v分别表示音频的码率和视频的码率，-b表示音频加视频的总码率。码率对一个视频质量有 很大的作用，后边会介绍。 -r：帧率，表示每秒更新图像画面的次数，通常大于24肉眼就没有连贯与停顿的感觉了

   
   

   
   

2. 将mp4生成m3u8

   

   ffmpeg -i 1.mp4 -hls_time 10 -hls_list_size 0 -hls_segment_filename ./hls/yang_%05d.ts ./hls/yang.m3u8 

   -hls_time 设置每片的长度，单位为秒 -hls_list_size n: 保存的分片的数量，设置为0表示保存所有分片 -hls_segment_filename ：段文件的名称，%05d表示5位数字 生成的效果是：将mybatis.mp4视频文件每10秒生成一个ts文件，最后生成一个m3u8文件，m3u8文件是ts的索引文件。

   
   

   使用VLC打开m3u8文件，测试播放效果，VLC 是一款自由、开源的跨平台多媒体播放器及框架，可播放大多数多媒体文件，以及 DVD、音频 CD、VCD 及各类流媒体协议。（http://www.videolan.org/）

   

2.2.1 码率的设置

码率又叫比特率即每秒传输的bit数，单位为bps(Bit Per Second)，码率越大传送数据的速度越快。 码率的计算公式是：文件大小（转成bit）/ 时长（秒）/1024 = kbps 即每秒传输千位数 例如一个1M的视频，它的时长是10s，它的码率等于

1*1024*1024*8/10/1024 = 819Kbps

码率设置到多少才能达到最好，通过根据个人的经验或参考一些视频网台给出的参考，下图是优酷对码率的要求

如果要将视频上传到优酷则必须按照上面的要求，如果是自己搭建视频服务器，码率设置不易过大，最终达到的视 频清晰度满足业务需求即可