VOD业务范文-盘古文库

VOD业务范文

来源：火烈鸟

作者：开心麻花

2025-09-19

VOD业务范文（精选7篇）

VOD业务第1篇

伴随有线电视数字化进程的推进, 各地有线电视网络运营商在建设单向数字广播平台的同时, 也纷纷开始构建交互数字电视平台, 以开展更多的增值业务, 获得更大的增值收益。目前, 各地运营商最主要的交互数字电视业务是VoD (视频点播) 业务, 并且大多数的VoD业务内容均以清流的方式进行传输[1]。采用清流方式传输内容, 在一定程度上降低了系统的复杂性和维护成本, 但也带来了弊端:在现有大多数有线交互数字电视平台采用的传输方案下, 非法用户可以通过频率扫描等方式搜索并盗看正在被点播的清流内容。要防止这种非法盗看现象发生, 有效的办法就是对点播的视频流进行加扰处理。

2 VoD业务加扰技术

目前, 对VoD业务内容的保护技术主要有两种:预加扰技术和实时加扰技术[2,3]。

2.1 预加扰技术

预加扰技术是将点播的视频内容预先进行加扰处理, 生成相应加扰文件, 然后注入到视频服务器中存储, 用户点播视频内容时, 视频服务器直接向用户推送加扰码流。具有预加扰功能的CAS (条件接收系统) 和DRM (数字版权管理) 系统都可以实现视频内容的预加扰。采用预加扰技术的交互数字电视点播系统如图1所示。

采用预加扰技术的点播系统工作流程大致如下:

1) 预加扰服务器以离线的方式对VoD节目内容进行预加扰处理, 同时预加扰服务器将对应于每个VoD节目的加扰字同步给预加扰CAS或DRM服务器。

2) 加扰后的VoD节目流注入到视频服务器 (视频服务器需要和该加扰系统进行兼容性集成) , 相应的元数据注入到应用服务器 (应用服务器需要和预加扰CAS或DRM服务器进行集成) 并发布给机顶盒终端。

3) 机顶盒获得应用服务器的导航信息并选择点播某个节目, 应用服务器响应机顶盒的点播请求, 通过交互数字电视后台管理系统 (Back Office) 调度分配视频资源的同时, 向CAS或DRM服务器发起请求, CAS或DRM服务器将机顶盒所请求视频节目的授权信息发送给机顶盒。授权信息可以通过广播通道发送, 也可通过双向IP通道发送, 这与采用的加扰系统有关, 建议采用IP通道实时响应机顶盒请求并发送授权信息, 能更有效地保证VoD业务的实时性。

4) 后台管理系统完成视频资源的调度, 触发视频服务器发送机顶盒请求的节目流 (加扰流) , 机顶盒使用由CAS或DRM服务器发送的授权信息对节目流进行解扰处理并实现节目收看。

2.2 实时加扰技术

实时加扰技术是将点播的视频内容先发送给实时加扰设备进行加扰, 然后再发送给机顶盒终端, 用户点播视频内容时, 视频服务器推送的是清流。一般使用CAS实现视频内容的实时加扰。采用实时加扰技术的交互数字电视点播系统基本框图如图2所示。

采用实时加扰技术的点播系统工作流程大致如下:

1) VoD节目流向视频服务器注入, 和节目流有关的元数据注入到应用服务器并发布给机顶盒。

2) 机顶盒获得应用服务器提供的导航信息并选择点播某个节目, 应用服务器响应机顶盒的点播请求, 通过交互数字电视后台管理系统调度分配视频资源的同时, 向CAS服务器发起请求, CAS服务器将机顶盒所请求视频节目的授权信息发送给机顶盒。

3) 后台管理系统完成视频资源的调度, 触发视频服务器推送机顶盒请求的节目流 (清流) , 节目流被推送到加扰器上进行实时加扰处理。

4) 通过加扰器后节目流变为加扰流, 由IP-QAM发送给机顶盒, 机顶盒使用由CAS服务器发送的授权信息对节目流进行解扰处理并实现节目收看。

在实时加扰应用环境下, 交互数字电视VoD后台管理系统执行与条件接收相关的加扰管理和调度 (包括同密应用) , 条件接收系统结构如图3所示。考虑到同密应用的实际需求, 加扰设备 (图例为具有加扰功能的边缘QAM, 通常是IP-QAM) 被当作同密加扰的SCS (同密同步处理器) , 后台管理系统与加扰设备采用符合DVB同密标准的EIS (信息资源节目调度) ←SCS标准接口进行通信, 而加扰设备与条件接收系统的ECMG (授权控制信息发生器) 之间采用ECMG←SCS接口标准通信, EMM (授权管理信息) 通过IP通道实时发送。

此外, 在实际应用中可能存在对节目内容进行动态加扰的需求:某些节目需要进行实时加扰, 而某些节目不要进行加扰, 采用清流传输, 甚至是某个时间段需要对节目进行加扰, 另一个时间段又不需要进行加扰。在这种情况下, AC (接入准则) 对系统调度, 尤其是动态调度至关重要, 这些信息都需要通过AC来传递, 而在交互环境下大量应用的IPPV (即时按次付费收视) 业务, 也需要通过AC来描述。视频服务器输出清流进入Edge QAM加扰, 需要加扰的码流则要在媒体文件的元数据里进行定义, 其中AC被作为模版存储在VoD后台管理系统中, 当节目内容需要加扰时, 在进程建立过程中, AC模板和进程中的相关信息配合工作, 作为信号的一部分传送Edge QAM, 加扰后的码流携带ECM信息。

3 加扰技术比较

3.1 预加扰技术与实时加扰技术的对比

预加扰技术对于交互数字电视点播应用的灵活性方面存在一定的限制, 对于纯粹的视频点播业务预加扰技术可以满足加扰应用的要求, 但是对于时移类应用预加扰技术要实现内容的加扰就非常困难。而实时加扰技术可以灵活地应用于各类交互数字电视点播业务。

视频服务器需要和具有预加扰功能的CAS或DRM加扰系统进行集成才能实现预加扰应用, 集成的工作量较大。而实时加扰技术只要求视频服务器输出未加扰的传输流 (清流) , 不需要视频服务器与加扰系统进行集成。

当运营商同时使用2家或2家以上的加扰系统来对内容进行保护时, 需要进行同密处理。如果采用预加扰技术, 为了让支持不同CAS或DRM系统的机顶盒都可以正确解扰点播的节目内容, 则节目内容需要对应每个CAS或DRM系统进行预加扰处理生成各自的加扰文件, 因而视频服务器的存储效率很低, 采用的CAS或DRM系统越多存储效率也就越低。而采用实时加扰技术, 在视频服务器中只需要存储一份拷贝的清流内容, 相比之下存储效率较高。因此, 对于视频点播应用, 通常只有采用实时加扰技术时才采用两家以上的加扰系统进行同密。

3.2 前置实时加扰与边缘IP-QAM实时加扰的对比

实时加扰技术根据加扰模块在系统中的位置可以分为两种:一种为加扰模块和视频服务器部署在一起进行集中实时加扰 (前置实时加扰) , 一种为在边缘IP-QAM上配置加扰模块进行实时加扰。下面对两种加扰方式进行对比分析。

在一个交互数字电视系统中, 视频服务器通常放置在中心前端机房, 而IP-QAM通常位于传输网络的边缘, 分布在各前端机房, 视频服务器通过IP骨干网络向IP-QAM传输节目流。如果采用IP-QAM对内容进行实时加扰, 则需要在IP骨干网络上传输清流;而前置实时加扰则避免了在IP网络上传输清流, 能够更好地满足众多内容提供商对内容保护的要求。

类似地, CAS通常也位于中心前端机房, 如果采用IP-QAM对内容进行实时加扰, 则CAS与IP-QAM的加扰模块之间也需要通过IP骨干网进行通信。CAS加扰算法的密钥、控制字CW通过IP骨干网分布式传送到加扰模块。出于对系统安全性的考虑, 一般CAS提供商要求运营商将控制字CW通过一个私有网络从CAS传送到加扰设备上, 因此一个开放的IP骨干网通常不能被用来做此传输。而前置实时加扰应用中加扰设备单元靠近加扰系统, 能够有效地减少控制字CW在大网上的传输, 较好地满足CAS提供商对此方面应用安全性的要求。

目前, 交互数字电视系统主要为有线电视用户提供基于VoD的各类服务, 随着相关技术的不断发展, 交互数字电视系统有可能需要同时为有线电视用户和数据宽带用户提供服务。如果采用IP-QAM进行实时加扰, 则加扰流只能传送给有线电视用户的机顶盒;而前置实时加扰则可以保证向有线电视用户和数据宽带用户同时传送加扰流, 提高相关应用的灵活性。

另外, 从设备的投入成本来看, 如果采用IP-QAM实时加扰, 需要为所有IP-QAM配置相应的加扰模块, 当在实际应用中需要同时向用户提供加扰内容和清流内容时, 这样的配置无疑是增加了投入的成本;而采用前置实时加扰方式, IP-QAM无须配置加扰模块, 对于同时向用户提供加扰内容和清流内容的应用可有最优化的加扰投入成本。

4 小结

交互数字电视代表了电视技术的未来发展方向, 伴随交互数字电视技术的快速发展, 交互点播应用必将迅速普及, 与之密切相关的加扰技术必然也会得到广泛的应用。在交互系统平台建设的初期, 从系统投入和维护成本考虑, 运营商对VoD业务可以暂时不应用加扰技术, 点播内容采用清流方式传输。但是, 随着业务发展, 从保证业务利益及内容安全的角度出发, 必然要对VoD业务应用加扰技术。而通过上述对VoD业务加扰技术的对比分析, 笔者认为前置加扰技术更适合于交互数字电视VoD业务的加扰应用, 是运营商应优先考虑的加扰方式。

摘要：媒体内容的安全性对于有线电视网络运营商而言是非常重要的, 而交互数字电视VoD业务内容目前普遍采用清流方式传输, 根据这一情况, 介绍了VoD业务的加扰技术, 对不同的加扰技术进行分析比较, 提出了技术应用的建议。

关键词：视频点播,加扰,条件接收系统

参考文献

[1]刘达, 龚建荣.数字电视技术[M].北京:电子工业出版社, 2005.

[2]ETSI TS103 197 V1.5.1, Digital video broadcasting (DVB) ;Head-end implementation of DVB simulcrypt[S].2008.

VOD系统的性能分析第2篇

关键词：命中率,VOD,PN节点,运行效率

0.前言

目前,流媒体服务已经成为互联网的一项重要服务,并显示出了巨大的发展潜力。不同于传统的网络传输技术,流媒体文件的传输具有实时性、连续性等特点,而且,视频服务的相关技术包括流媒体数据采集、编解码、存储、传输、播放等。网络宽带技术及其支撑业务的迅速发展,为流媒体服务的开展奠定了坚实的基础。在多媒体新闻发布、视频点播、在线直播、网络广告、网上演示、远程教育、电子商务、实时视频会议等互联网信息服务领域,流媒体技术都具有广阔的应用前景,近年来,新兴的视频点播业务是流媒体应用的一个重要应用方向,特别随着人们体验要求的提高,高清晰视频点播服务具有巨大的发展潜力。

视频点播系统是一种受用户控制的流媒体服务,不同于传统式电视中用户只能被动地接受电视提供的信息,享受交互式视频服务的用户可根据自己的喜好选择系统提供的影片、视频节目、游戏和各种流媒体信息,在收看过程中可以对节目进行控制,包括快进、快退、暂停等。除了视频点播之外,多媒体服务系统还可提供各种增值业务,包括图文资料提供、信息查询、通过电视进行网上购物等多种服务。相对于传统的被动的信息接受方式,用户对其具有完全的选择性与控制性,而且具有服务的多样性与可扩展性。

按照视频服务方式及其功能,目前的视频点播系统主要分为以下三类:

(1)准视频点播(Near Video On Demand,NVOD)

节目按照一定的间隔时间从头开始播放,例如某个节目的播放时间为1个小时,系统则每间隔5分钟播放一次,总共产生12个视频流,用户只能从这12个频道中选择离点播时间最近的一个频道进行观看,按照这种方式,点播一个节目最多只需要5分钟的等待时间。这种方式实现比较简单、容易,但具有等待时间比较长的缺点。

(2)真视频点播(True Video On Demand,TVOD)

每个用户与服务器都会产生一个流媒体连接,用户点播时,视频服务器启动一个连接,把用户请求的内容实时发送给用户。若有另一个用户提出同样的需求,服务器采用同样的方式,而且视频流一旦开始播放,就要连续播放下去,一直到结束。这种方式具有实时的特点,但是服务占用的系统资源比较大,而且界面的友好性比较差。

(3)全交互式视频点播(Interactive Video On Demand,IVOD)

这种方式的视频服务下,用户对流媒体可以进行完全控制,如暂停、快进、快退等操作。

1. 运行效率的总体分析

VOD系统的核心内容是数据服务,数据的传输包括MS的数据请求、其他PN的数据请求、向其他PN的数据请求以及本地磁盘的IO。图1.1是PN的数据流图:其最终目的是满足MS的数据请求,所有其他的数据流全部是为这个中心服务的。

从数据流图中可以得到,MS的数据请求来源包括本地磁盘IO与从其他PN请求的数据,VOD的分发策略的目标是尽可能得提高MS数据请求从磁盘IO得到的比例。为此,算法的设计都是从这个角度出发地,尽可能地把用户最可能点播的内容推送到PN,让用户通过磁盘IO在本地获得数据。但带来的一个问题是内容调整代价。

VOD网络运营的一个重要性能指标是内容调整代价,这个代价主要指部署调整时媒体内容通过网络的传输代价,即部署调整调整占用系统的资源,部署调整不应该影响VOD系统正常内容服务。部署调整包括对PN节点内的影片进行增删,从单个PN的角度考虑,影片块的删除基本不耗费资源,影片块的增加意味着PN需要从其他PN或源服务器请求媒体内容,通过网络存储到本地。可以用系统部署调整过程中内容的迁移比例来标示系统运营效率:E=T/S其中T表示迁移内容大小,S示系统媒体库容量。

2.新影片上线的部署效率

在新影片部署过程中,T的大小只与新影片的大小相关,相比较于系统总的存储容量,该比例相当小。每次新影片的部署容量为:新影片的大小PN的数量。根据系统在3TNet上运行经验,一部2个G的影片能够在20s左右的时间进行完全部署,而且新影片的上线频率不是特别高,在系统的实际运营维护中,可以对部署时间进行选择,在用户对系统的访问空闲时间进行部署,所以对系统的日常运行不会构成影响。

3.影片热度变化调整效率

影片热度变化调整主要包含两部分的内容:普通影片的存储比例和普通影片的流行度变化做出反应。假设80%的用户点播的是20%的最热门的影片,20%的用户点播其他影片。同时,随着时间的变化,在某个阶段因为纪念性事情的发生,会导致某一类影片的访问量增加,这种因为时间变化而引起的影片访问量的变化需要反应在影片部署调整上。

在影片热度变化调整过程中,影片的热度变化可以认为比较平稳的,假设每次需要调整的影片只占全部影片数量的20%,由于系统影片的分布具有哈希特性,因此在调整过程中,每部需要调整的影片的调整量只占20%左右,因此每次热度调整最多只需要调整总影片容量的4%左右。这个比例对系统的实际运营来

说是比较合适的,不会对系统的实际运营构成影响。而且,由于系统的内容分发流程的基础是双层流行度权值配置结构,因此在实际运营的时候,可以通过配置的方式,将系统配置成只调整一部分影片,或只调整影片的一部分内容,完全适应系统运营的需要。

4.PN节点变化调整效率

在PN节点变化过程中,由于网络的变化,需要对全网的影片分布做一个比较大的调整,因此对系统的影响比较大。在部署流程实施过程中,新影片上线与影片热度变化调整是日常性调整,而PN节点变化引起的调整是网络结构变化调整,属于系统结构变化调整,结构性的变化在系统运营过程中是相当少的。为此,可以在PN节点变化时,采用系统运营调整的方式进行,暂停系统的日常部署调整。根据实际运营状况,停用系统的课配置模块,如系统统计数据收集模块等,节省资源,为PN节点内容调整服务。

5. 内容请求命中率

系统的命中率主要是指系统的单点命中率,指用户从本地PN获得数据的数据量与获得的数据总量的比例,该指标直接关系到到系统的吞吐量。用户数据的获得包括两部分,一部分是本地PN的数据,另一部分是通过本地PN从其他PN获得的数据。PN间的数据交换受PN之间的带宽影响很大。在对VOD系统进行设计时,引进了影片流行度权值配置与影片分段流行度权值配置的双层配置结构,通过配置的方式来反映用户的点播行为。影响系统命中率的主要因素是影片分发过程中的参数是否能合适反映用户的点播行为。通过这个观点对系统的命中率进行分析,包括分析用户的各种点播行为对系统的命中率的影响,并通过分析结果讨论如何提高系统的命中率。

普通影片取决于两个方面,一方面是影片的流行度,在系统运营过程中,根据实时收集的统计数据可以分析得到影片的大致流行度分布,从曲线拟合的角度,使得影片分类权值表能够正确反映影片的流行度分布。影片分段权值表采取类似的方式,通过长期的数据收集,分析,以曲线拟合的方式使得权值表能够正确反映用户点播行为的文件请求内部倾向性。由于分发流程的实现采取的是双层流行度配置结构,因此,在系统运营的实际配置过程中,可以利用项目组内的内容分发仿真分析结果,将合适的分发算法通过配置的方式应用到实际运营。

6. 结束语

通过对VOD系统的运行效率与命中率的分析,应用到系统中使其性能有了很大的改善。在系统的运行效率上,VOD内容部署分发算法模块的设计能够满足系统实际运营的需要,不会对系统的实际运营构成影响。在命中率方面,由于系统采用的是双层配置结构,最初的数据设置根据理论分析所得,通过系统一段时间的运营,需要对用户点播数据进行收集,并对统计信息进行分析研究,得到正确的配置权值,来反映系统运营的实际情况。而且,由于采用的双层流行度配置策略,项目组的内容分发性能分析结果都可以应用到该平台。

参考文献

[1]骆维.2008.3Tnet视频点播中的缓存调度和分发技术优化研究.中国科学技术大学.

[2]郭东,郑烇，殷盚海踽2008.基于P2P媒体内容分发网络中分布式节点的设计和实现.电信科学2008年第8期.

高校VOD点播系统的选用第3篇

随着学校网络设施的不断完善和流媒体技术的不断发展, 各类音视频内容文件的不断丰富增加, 以及在多媒体教学资源中的文本、图像和图形都趋向数字化的网络存储、传送和使用, 充分利用现有校园网资源和先进的流媒体技术, 建立一套基于多媒体素材库、多媒体课件库和影音娱乐库于一体的稳定高效的校园VOD系统平台, 成为当前校园数字化信息工程中的重要考虑因素。

一、点播系统简述

流媒体 (Streaming Media) 是指在网络中使用流式传输技术媒体, 在传输前先压缩处理成多个压缩包, 并附加上与其传输有关的信息, 形成实时数据流。实时数据流的最大特点是允许播放器及时反应, 而不用等待整个文件下载完毕, 可以使音视频等对实时性要求严格的多媒体文件在既无下载等待需求又不占用客户端硬盘空间的情况下保证实时播放。

国际品牌主流的流媒体技术主要包括三种, 分别是RealNetworks公司的RealMedia, Microsoft的Windows Media和Apple公司的QuickTime。这3家的技术都有自己的优越性和专利算法、专用传输控制协议以及专用的文件格式, 在广域网内都有良好的适应性能, 但无法相互兼容使用其他的音视频格式文件, 从根本上导致不能充分满足在类似高校等需兼容多种音视频格式文件及多种格式教学课件的场所使用。

据不完全统计, 现时高校已建设的VOD点播系统主要采用国内的点播系统品牌产品。市面上各VOD品牌系统, 以基本的RTP/RTCP等网络协议实现数据传送交换, 偏重于非大范围网络的应用, 并针对多音视频格式文件开发出自己的专有视频泵技术进行流媒体转化解释, 发展出许多各具特色算法的VOD点播体系, 占据了相当份额的市场。

如图1所示的常规流媒体VOD系统结构示意图, 其基本构成组件有3个部分:播放器 (Player/Client) , 用来播放流媒体的软件;服务器 (Server) , 响应用户请求及向用户发送流媒体数据的软件;编码器 (Encode) , 系统内嵌的用来将原始音频视频文件转化为流媒体数据的软件。这些组件之间通过特定的协议互相通信, 按照特定的格式互相交换文件数据。VOD系统架构包括基于RTP/RTCP协议并以CDN技术实现内容分发的C/S网络架构, 和新发展起来的P2P技术为支持的对等网络点播系统架构, P2P技术到目前为止可分为四代:第一代P2P (中央控制网络体系结构) , 第二代P2P (分散分布网络体系结构) , 第三代P2P (混合网络体系结构) , 第四代P2P (应用双向下载及动态口选择等新技术的发展中体系) 。

二、校园VOD点播系统的主要功用

VOD点播系统作为校园音视频服务的统一应用平台, 其应用范围可以设计到校园网内的个人PC、多媒体教室、会议室、图书馆、报告厅、演播厅等场所, 提供包括视频、音频、课件、文本、图片、动画、执行文件等各种形式的网上点播和广播服务, 并提供良好的易用性界面和资源检索功能, 在满足一般性的影视音乐娱乐点播的基础上, 实现教学素材资源、多媒体课件、备课教案、教育论文、电子图书、实验现场指导、外国影视听力等教学使用的良好播放平台。

1. 资源库

资源库是以数字化音视频文件为主, 由原始视频素材库、精品课程、讲座录像、名师录像、多媒体素材库、课件库、案例库、习题库等组成, 主要用于师生全方位备课、教学、科研、自主学习等的素材资料来源, 并具有集中保存学校数字化音视频资料档案的功能。

2. 教学点播

将各类优秀的教学课件、电视教材、电视电影作品、音乐、直播课程等采编存入VOD系统, 供教师在教室等终端多媒体设备上, 通过校园网络自主点播使用这些视频资源进行教学, 丰富教师的多媒体教学内容, 实现教学资料共享。VOD点播系统的应用, 有利于为学生创建优良的自主网络学习环境, 方便学生根据自己的学习情况, 在宿舍、图书馆、计算机机房自由地选择多媒体课件、老师讲课录像等自己感兴趣的各种教学资源进行学习, 营造出一个相对个性化的学习环境, 增强了学习的自主性和主动性, 拓宽了知识面。

3. 广播教学

利用系统平台还可有计划开展统一的远程外语早读、精读等广播教学课程, 并可转播学校公开课、名师讲座、大学会议等进行远程广播教学, 提供师生在多媒体教室集中收看或在计算机终端自主收看的方式, 实现课堂教学及网络广播学习相结合的教学环境, 对远程教学体系进行补充完善。

4. 影视娱乐

集中存放各种优秀的国内外电影、电视剧集、自然风光介绍、专题报道、新闻、影视音乐、歌曲等, 并采编存入VOD系统, 供全校师生利用校园电脑或机顶合等终端设备, 通过统一的点播界面自由点播音视频资源进行娱乐欣赏。

三、校园VOD点播系统的选用因素

VOD点播系统的音视频数据流是一个实时数据, 其特点在于实时性、同步性、可扩展性、可管理性及可靠的质量管理 (QOS) 保证, 能够实现在校园网内高效的网络数据传送、多格式的多媒体文件的解释及同步的连续播放。各点播系统为了提高系统的运行效率及支持大的并发用户数量, 在视频服务器端采用多种数据读取缓冲分配策略、动态速率调整、重传等技术手段, 以及采用分布式、分层式等设计方法, 力求提供低消耗、高速率的实时媒体流数据, 以克服Internet网络传输的延迟、抖动等带来的不利因素。

因此, 在选用VOD系统时常需考虑到以下因素:服务器的磁盘吞吐量、可用带宽、CPU、内存, 以及点播系统软件的系统架构、最大并发流数目、带宽波动、丢包率和平均响应时间等, 现就相关因素进行论述。

1. 磁盘吞吐量

相对于大量的低速流, 磁盘在处理少量高速流时会提供更高的持续吞吐量, 因为后者在物理磁盘上搜索数据所需的时间更少。使用多速率 (MBR) 文件从磁盘读取的数据量是所有编码带宽的总和, 而不仅是当前传送给用户的数据流, 表明MBR将占用更多的磁盘空间。有限测试表明, IDE磁盘可以支持大约650个22KB的数据流 (大约14Mbps) 或者45个700KB的数据流 (大约31Mbps) 。为优化磁盘吞吐量, 建议将操作系统放在单独的磁盘上, 并使用RAID 0或RAID 5阵列磁盘控制器及缓存等技术机制。

2. 带宽

可通过将连接的客户端数乘以速率, 或者查看Allocated Bandwidth计数器 (以字节显示) 方便地获得当前正在使用的总带宽, 画面的变化以及网络的损坏情况会造成媒体流的带宽变化, 系统在用户观看节目过程中的带宽平均值越大, 表明流媒体视频系统所能提供的带宽能力越强。NIC设置为全双工模式下的有限测试表明, 多数100Mbps以太网卡在Windows Media环境中支持约60到70Mbps的持续输出, 千兆以太网卡的测试数据约在300Mbps到400Mbps之间。

3. CPU

CPU的使用情况主要取决于用户正在执行的操作, 如读取、快进、搜索和暂停等。相关测试数据表明, 最占用CPU的操作是连接新的客户端, 500个22Kbps的数据流比50个220Kbps的数据流要使用更多的CPU。因此, 笔者建议服务器的CPU使用率不要超过30%到50%, 在稳定的数据流传输状态下, 切勿超过60%, 以确保CPU具有足够的突发处理能力。

4. 最大并发流数目

最大并发流数目是指VOD系统在同一时间内所能够支持的有效的、能够同时在线且正常完整观看节目的最大用户数目。系统必须保证在用户数逐步增加到最大值之前, 不会引起已在线用户因新用户的增加而出现图像马塞克、声音停顿、掉线以及不能够获得服务而出现中止点播等情况。

5. 丢包率

丢包率是视频文件传输过程中发生丢包的情况, 该数值对系统连接用户的掉线率及点播观看效果的影响非常关键, 特别是目前普通使用的压缩比率较高的MPEG-4格式媒体文件, 一般视频点播端到端的丢包率上限不应该超过0.1%。

6. 平均响应时间

是指用户从发出点播请求到得到视频服务的时间数值, 对系统来说平均响应时间越短越好。一般情况下, 视频点播端到端平均时延不应超过2s。

7. C/S架构

客户机服务器 (Client/Server, C/S) 体系架构结合WEB页面应用的点播系统, 是目前各VOD系统的主要使用模式, 其网络的能力和资源 (存储资源、计算资源、通信资源、信息资源和专家资源) 全部集中在中央Server, 该体系架构中的各个中央Server之间, 难以按照用户的要求进行透明的通信和能力的集成, 目前主要依据CDN内容分发等技术手段, 从技术上缓解由于网络带宽小、用户访问量大、网点分布不均等原因所造成的用户访问网站响应速度慢及并发应用不足等问题。

CDN (Content Delivery Network) 主要包括分布式存储、负载均衡、网络请求的重定向和内容管理4个要件, 将网站的内容发布到最接近用户的网络“边缘”, 通过用户就近性和服务器负载的判断, 使用户可以就近获取所需的内容, 改善Internet网络拥挤的状况, 确保内容以一种高效方式为用户的请求提供服务。据统计, 采用CDN技术能够处理整个网站页面的70%~95%的内容访问量, 可减轻服务器压力, 提升网站的性能及可扩展性。

8. P2P对等网技术架构:与C/S网络架构相反, P2P的网络

P2P对等网络 (Peer to Peer) 架构在进行媒体通信时不存在中心节点, 其核心是利用用户资源, 通过对等方式进行文件传输, 是当前互联网的热点技术及最新的点播实现技术之一。P2P不同于传统客户服务器 (C/S) 架构的计算模型及类CDN的内容分发传递方式, 通过“非中心化”的设计和多点传输机制, 实现了不依赖服务器也能够快速地交换文件, 内容不再集中在网络的中央Server, 而是分布在靠近用户的网络边缘的各P2P节点上, 克服了业务节点集中造成的瓶颈, 能较大程度地降低系统的建设和使用成本, 提高网络及系统设备的利用率。

目前, 优秀的P2P点播系统所采用主要是第三代P2P的体系结构, 它能有效消除纯P2P结构中使用泛洪算法带来的网络拥塞、搜索迟缓等不利影响, 同时能确保一些恶意的攻击行为在网络局部得到控制, 提高整个网络的负载平衡和整个系统的可靠性。但对于单个内容或者单个任务而言, 还存在一定的数据流接收抖动性, 因为每个Peer可以随时终止服务甚至退出系统, 即交换的内容随时可能被删除或被终止共享。

四、结束语

随着校园网建设的高速发展, VOD点播系统成为当前校园数字化信息工程中的热点部分, 并因涉及的内容及应用较多, 选用适合于构建本校VOD点播平台的相关因素及技术必须“因校制宜”, 按校园网的主干网络结构采用最合适的流媒体技术, 仔细研究并纠正网络中可能出现的各种损伤, 如线路误码、丢包、乱序、延时、抖动等对节目内容及业务质量的影响和破坏, 以有效解决校园网内点播数据流量高、并发用户多和时间集中等问题, 并配套建立起高质量的多媒体素材资源库, 为师生创造一个高效可靠的教学点播、自主学习、远程教学和影视欣赏等多种应用需求相一致的综合VOD系统平台。

参考文献

校园网VOD系统服务质量研究第4篇

1 基于IP的校园网VOD系统

1.1 流媒体技术介绍

流媒体技术发端于美国,又称流式媒体。流式传输方式将整个数据经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包(又称为流),由视频服务器向用户计算机连续、实时传送。用户不必等到整个数据全部下载完毕,而是只需经过几秒或几十秒的启动延时即可进行播放和观看。这种对数据边下载边播放的流式传输方式不仅使启动延时大幅度地缩短,而且对系统缓存容量的需求也大大降低。同时,流媒体技术,对网络带宽适应性高,在窄带及宽带环境中均能应用,是VOD系统中一项基本的的媒体传送方式。

1.2 服务质量的涵义

服务质量QoS(Quality of Service)是一个综合指标,用于衡量使用一个服务的满意程度.它描述了关于一个服务的某些性能特点,这些性能特点是用户可见的,它以用户可理解的语言表示成一组参数。国际标准化组织定义的面向功能的QoS参数包括:

1)吞吐率:单位时间内在一个连接上传递的最大字节数;

2)传输延迟:从数据传输请求开始到传输完成确认为止的时间间隔;

3)出错率:数据单元错传、丢失或重传的概率;

4)建立连接延迟:从请求建立连接开始到建立连接确认为止的时间间;

5)重置率:在给定时间内服务质量提供者释放连接或重置连接的概率;

6)释放延迟:从释放请求开始到释放确认为止的时间延迟;

7)释放失败率:释放连接失败的概率。

1.3 IP VOD系统的主要服务质量问题

校园网VOD系统传输的数据主要是课件、讲座、教学录像等,这些数据与传统的以文本和静态图像为主的数据相比,有着数据量大、占有带宽多、持续时间长、时延敏感性强等特点。虽然这些数据对可靠性的要求不是很高(因为少量的数据丢失不会过多影响视频播出的实际效果),但是对数据的吞吐率、网络延时和抖动要求较高(因为多媒体视频流对网络传输延时和抖动比较敏感。如传输的视频信号与音频信号必须同步等)。因此要保证较高的服务质量,就要求网络有较强的流量、延迟和带宽管理功能。但是IPv4在这方面的功能很弱,虽然人们为此提出了很多改进措施,但效果都不理想,这主要是由于IP网络最初是为数据传输而设计的,其点对点通信模式的特点使得网络用户增加时网络发送负载和网络延时也随之增加,这就带来了带宽的急剧消耗和网络拥挤问题,造成服务质量的急剧下降。

2 IPv6组播技术

2.1 IPv6介绍

IPv6是下一代互联网协议,它采用128位地址长度,几乎可以不受限制地提供地址。在IPv6的设计过程中除了一劳永逸地解决IPv4地址短缺问题以外,还考虑了在IPv4中解决不好的其它问题。IPv6的主要优势体现在以下几方面:扩大地址空间、提高网络的整体吞吐量、改善服务质量(QoS)、安全性有更好的保证、支持即插即用和移动性、更好实现多播功能。显然,IPv6的优势能够对上述挑战直接或间接地作出贡献。

2.2 IPv6组播

2.2.1 组播技术简介

组播是一种允许一个或多个发送者(组播源)发送同一数据包到多个接收者(一次的,同时的)的网络技术。组播组中的主机可以在同一个物理网络,也可以来自不同的物理网络(如果有组播路由器的支持)。组播源把数据包发送到特定组播组,而只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。

在校园网VOD系统中,如果采用广播方式,必然会给不需要该数据的其它主机带来额外的负担。同时广播禁止在Internet网上传输,这就限制了广播只适用于局域网。如果使用单播技术进行多点传送,首先,VOD服务器必须始终保持在侦听状态,以了解每一个动态加入的客户端的服务请求,而套接字的侦听非常消耗系统的CPU资源,过于频繁的侦听容易造成系统的不稳定,同时还会影响传输的实时性,造成传输数据时出现频繁抖动,最终影响服务质量;其次,VOD服务器面对不同的客户端的同一请求,需要进行重复发送,N个客户端需要占用N倍的网络带宽资源,极大地浪费了网络带宽资源,如果控制不力,还会引起广播风暴,造成系统全面崩溃。当有3个至5个客户机提出服务请求时,二者之间的差异就比较显著,采用单播方式的VOD服务器明显已经力不从心,网络丢包和延迟比较严重,接收端视频明显滞后、不连续;当有5个以上的客户机提出服务请求时,就造成了广播风暴,系统处于崩溃的边缘。如果采用组播技术,VOD服务器不必知道某个客户端的存在,它只负责按组播地址将媒体流播放出去即可,而且仅仅播放一份,客户端不必向服务器注册,如果希望接收某VOD服务器的数据时,只需加入提供该服务的组播组即可。这样组播节目就可以在有限的网络带宽下实现无限用户同时在线观看。因为无论有多少个目标地址,在整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包。因此在校园网VOD系统中,组播技术可以大大节省网络带宽,减少数据冗余,降低对服务器性能的需求,减少主干网出现拥塞的可能性,提高服务质量。

2.2.2 IPv6组播新特性

IPv4是支持组播的,但由于IPv4协议主要特点是简单高效,在设计之初根本没有考虑QoS,遵循的是尽力而为的服务原则,因而对服务质量要求较高的校园网VOD系统数据传输缺乏足够的支持。而组播是后来为了解决传输质量而采用一种技术手段,换句话说,IPv4协议在设计之初并没有过多地考虑组播这一功能,因而在IPv4中组播存在先天不足,应用受到很大的影响,虽然人们为此研究并提出了大量协议和技术来改进它,但与此同时也提高了网络规划和建设的成本,并使网络变得较为复杂,从而无法实现真正的端到端服务质量保证。IPv6在设计之初就考虑到了服务质量、路由、组播、自动配置等问题并作了相应的功能增强。IPv6中对组播的改进,具体表现在以下5个方面:

1)网络设备都支持组播:IPv6明确要求网络中的设备必须支持组播,这给组播应用扫清了一大障碍。

2)具有更大的组播地址空间:组播通信必须依靠于组播地址,在IPv4中它是一个D类地址,范围从224.0.0.0到239.255.255.255。IPv6组播地址格式如图1所示,由图可知IPv6预留了112位的组标识符,用于标识组地址。很显然IPv6组播地址的范围要大得多,这对于组播大范围应用是非常有益的。

3)范围字段的应用:IPv4虽然使用了TTL(报文存活时间)来控制组播报文传送的范围,但是TTL不够精确,还是会存在不同应用间报文范围重叠的情况.而IPv6在地址格式中规定了范围字段,这样就可以很方便地划分组播域,根据组播域来控制组播应用的传播范围。

在IPv4组播网络中,除了一些熟知的和保留的组播地址以外,其它地址并没有明确规定该怎么用,因此在广域范围内使用时存在着冲突的危险。而在Ipv6组播网络中,由于增加了标识和范围字段,临时组播地址在它们自己的范围以外没有意义,因此全球范围的临时组播地址和链路本地的组,即使它们有相同的组标识符,也不会发生冲突,这更有利于组播功能的实现。

4)定义了新类型的组播地址请求节地址:请求节点地址是IPv6特有的组播地址,其形式为FF02:1:FFXX:XXX。该地址用于邻机发现等ICMPv6消息中,由于请求节点组播可将不同的聚类网络前缀映射到同一个被请求的节点地址,因此可减少必须加入的组播地址的数目。

5)引入了MLD协议增强组播成员管理功能:虽然MLD(接收者发现)协议是由IGMPv2协议派生而来,但它使用全新的ICMPv6报文格式,专门用于管理IPv6组播群组。其主要功能为:IPv6路由器利用MLD协议发现直接相连的链路上是否有组播组成员,以及相邻的路由器正在监听那些组播地址。IPv6路由器上运行的组播路由协议根据这些信息,保证组播报文能发送给正确的接受者。

2.3 IPv6的服务质量机制

IPv6基本报头中包含了一些关于控制QoS的信息(流量类别和流标签),通过路由器的配置可以实现优先级控制和QoS保证,将很大程度上改善服务质量。另外,IPv6扩展报头中的逐跳选项扩展报头和路由扩展报头也可以用来触发QoS需求。流量类别字段代替了IPv4中的服务类型字段,有助于处理实时数据以及任何需要特别处理的数(下转第5399页)(上接第5385页)

据。发送节点和转发路由器可以使用该字段来识别和分辨IPv6数据包的类别和优先级。流标签字段用于标识属于同一业务流的包,流标签、源地址和目的地址惟一标识了一个业务流,同一个流中的所有包具有相同的流标签,以便对有同样QoS要求的流进行快速、相同的处理。

3 结论

从以上分析可以看出,当今的基于Ipv4的,不可能给VOD系统提供真正的QoS控制和保证,构建新的Ipv6校园网,利用流媒体传输技术和组播技术才能更好的解决校园网VOD系统的QoS问题。

摘要：近年来,随着我国教育信息化的高速发展,校园网上VOD多媒体教学视频流的传输面临着越来越多的服务质量(Quality of Service,QoS)需求。当今的基于Ipv4的网络在流量、延迟和网络带宽管理上功能很弱,不可能给这些流媒体应用提供真正的QoS控制和保证。构建新的Ipv6校园网,在流媒体技术的基础上,结合Ipv6技术与组播技术,才能更好的解决校园网上流媒体传输的QoS问题。

关键词：VOD,流媒体,组播,Ipv6,服务质量

参考文献

[1]谢希仁.计算机网络[M].2版.北京:电子工业出版社,1999.

[2]张占军.IPv6服务质量控制机制[J].计算机工程与应用,2001(1).

[3]马戈芳,徐明伟.lPv6组播技术综述[J].电信技术,2003(7).

VOD点播中流媒体技术的应用第5篇

1 流媒体技术

流媒体技术立足于互联网的平台与可变宽带技术, 在视频、音频播放前, 将部分内容存入内存, 一方面, 能够免去视频、音频缓冲的等待时间;另一方面, 由于并不是下载整个文件, 只是将视频、音频等多媒体文件解压后进行播放, 因此节省了许多存储空间, 从而提高多媒体文件应用的连续性。一般来说, 流媒体数据流具有连续性、时序性及实时性的特点, 因此基本能够实现文件流畅发送。

1.1 顺序流式传输

相比实时流式传输, 顺序流式传输能够观赏已下载那部分的内容, 因此本身具有较大的局限性。当用户打开Web浏览器的同时, A/V播放器将接收到源文件, 从而下载视频、音频的前头部分, 同时, 顺序流式播放器不能按照用户的意愿进行速度调整, 因此常应用于在线直播、网络广告等信息服务。[1]

1.2 实时流式传输

相比顺序流式传播, 实时流式传播具有更高的自由度, 能够根据用户的连接速度做调整, 因此特别适合应用于新闻发布、电子商务、实时视频会议等需要媒体信号与网络连接相匹配的互联网信息服务形式。此外, 实时流式传输最大的优势在于支持用户的随机访问, 用户能够通过流媒体服务器, 观看视频、音频内任何一个时段的内容。

2 VOD视频点播技术

2.1 多媒体数据压缩技术

VOD是多媒体技术以及信息技术发展的产物, 改变了传统电视的观看模式, 强调了用户的主动性, 而多媒体数据压缩技术是实现VOD点播技术的基础, 通过多媒体数据压缩技术, 用户才得以在视频、音频不失真的前提下, 提高视频解压的速度, 从而解决了视频点播的效率问题, 能够接收更多的数据, 同时不会给计算机增加容量方面的负担。数据压缩一般由两个步骤组成, 第一是数据的编码过程, 计算机处理器按照数据的压缩比, 将原始数据进行编码压缩, 从而减少了数据传输的数量。第二是数据的解码过程, 将接收到的数据进行解压, 从而实现完整数据的传输。[2]此外, 需要注意, 数据的保真度, 是评判多媒体数据压缩技术的标准。保真度越高, 证明原始数据与解码后的数据偏差越小, 接收到的数据越完整。反之, 保真度越低, 证明原始数据与解码后的数据存在着较大的不同, 可能会导致视频、音频失真情况的发生, 影响流媒体技术在VOD点播中的应用效果。

2.2 多媒体数据库技术

由于多媒体数据量巨大, 因此提高数据库的性能, 是改善多媒体点播服务的有效途径。相关工作人员可以通过加强数据管理方式的灵活性、数据引擎的处理能力的方式, 提升多媒体数据库的性能, 使其能够满足关键性的任务。

3 流媒体技术在VOD点播中的应用

3.1 半自动式应用

流媒体技术最初在VOD点播中的应用, 还需要人工的参与, 并且局限于传统的数据库系统的非结构化的处理能力, 在互联网层面上, 还很难实现广泛的应用, 但随着自动化与通信技术的发展, VOD技术才摆脱科技水平的束缚, 逐步实现了音频视频的大量传输及大规模的点播。

3.2 互联网直播

互联网直播, 是流媒体技术在VOD点播中最成功的应用。随着多媒体数据压缩技术以及多媒体数据库技术的加强、客户端浏览器的传输方式的成熟, VOD点播已经实现了实时传输的能力, 并且能够提供较为清晰的音频、视频效果。这不但依赖于互联网高效的综合处理能力, 还立足于宽带网的不断改进, 因此直播服务在许多领域中, 成为一个热门的应用, 具有广阔的市场前景。例如:央视已经普遍认可大型赛事的直播, 包括央视春晚、奥运会都能在网上看到。而各大公司也纷纷开办直播平台。[3]

4 结语

不管从技术方面还是从市场角度来看, 流媒体技术在VOD点播中的应用都具有很大的潜力。要求相关工作人员不断改进流媒体技术, 从而为用户提供更加便利的服务, 让更多的人能够通过电视观看互联网发布的内容。

摘要：视频点播技术 (Video On Demand, VOD) 也称交互式电视点播系统。而流媒体技术, 能够通过传输技术, 将视频、音频压缩后提供给用户, 实现了边下载边观看的点播服务形式。本文将从流媒体系统的结构出发, 深入研究流媒体技术在VOD点播技术中的应用, 以供相关从业人员借鉴学习。

关键词：VOD,流媒体技术,多媒体数据库技术

参考文献

[1]唐瑞春, 徐仕儒, 魏青磊.代理协助P2P-Vo D系统中基于缓存状态的服务节点选择策略[D].中国海洋大学学报:自然科学版, 2010.

[2]曹双贵.基于流媒体技术的非实时教学VOD系统关键技术研究与系统开发[D].南京:南京理工大学, 2007.

VOD业务第6篇

关键词：VOD,集群,动态负载平衡,任务分配

1. 引言

视频点播系统 (VOD) 是一种允许用户随时请求多媒体服务的系统, 涉及视频、音频等大量连续多媒体数据, 实时要求高, 对服务器和网络环境要求也较高。校园网中, 大量用户集中在高峰时段点播, 使VOD服务器的阶段性访问量和数据流量剧增, 单一服务器根本无法承担。而集群技术能够以低成本高性能实现这个需求。负载平衡是VOD集群系统中的重要技术, 如轮流值日制度, 把任务分给各服务器完成。负载平衡是一种动态均衡, 需处理不确定因素, 如执行时间不确定、任务数动态变化等。

2. 动态负载平衡模型

定义1 (LBM模型) :动态负载平衡模型LBM= (BE, T, LE, SS, EC) , 其中:

BE:集群系统的负载平衡环境 (Balancing Environment) ;

:用户提交的任务集 (Task) ;P为参与计算的节点机数;

:负载量估计集 (Load Estimate) ;P为参与计算的节点机数;

SS:调度策略 (Scheduling Strategy) ;

EC:调度评价指标 (Evaluate Criterion) 。

模型寻求一个调度SS和较精确的任务负载量估计LEk, 使得任务集T的每个Tj在集群系统的负载平衡环境BE中, 都有一个确定的映射, 包括经过动态负载平衡调整后的映射, 并且在满足任务相关性约束的情况下, 系统处理完所有任务后能够按评价标准EC达到最优。

考虑本系统针对各子任务独立性较强的大粒度并行作业, 且网络拓扑结构为星型, 故采用集中式调度策略。

定义2:调度评价指标SE为3元组, SE= (LBE, AL, SDL) 。

(1) 负载平衡效率LBE (Load Balancing Effi ciency) :完成所有任务不采用动态负载平衡花费时间T1与采用动态负载平衡所花时间T2的差与T1的比值。

(2) 平均负载AL (Average Load) :并行系统在各时刻的平均负载。

其中, 表示时刻t时节点机i的负载量;Np为执行任务的节点机数;Nt表示从执行过程中收集信息时间间隔数, 一般均匀取值。通常, 高效负载平衡应使平均负载随任务数增加, 以固定比例单调递增。

(3) 负载标准差SDL (Standard Deviation of Load) :各时刻, 节点机负载量和平均负载量偏差。

变量表示与 (2) 同。通常, 高效负载平衡应使负载标准差随任务数增加, 保持在一个较小范围内。

3. 实验

本文实现M/S模式的集中式动态负载平衡。主控机CPU主频3.0 6 G H Z、内存5 1 2 M, 节点机2台均为C P U主频1.8 G H Z、内存128M。操作系统均为Linux Red Flag 5.0, 并行平台为MPICH2-1.0.5p4。

负载误差ω为重节点机执行时间的5%。

由图1可见, 大于70个任务, 动态负载平衡的平均负载一直轻于不采用平衡。当任务数为30、40时, 平均负载相似, 因任务数较少, 无任务转移。50、60个任务时出现平均负载偏大的情况, 由于在进行任务转移时发生了剩余估计量偏差, 造成任务转移不合理, 但又由于任务不多, 执行时间不长, 就无法在之后的执行过程中进行调整。采用标准差方式进行评估能够得到相似的结论。

本文提出的不确定因素下的动态负载平衡具有一定平衡效果。虽不能应用于所有环境, 但对一些独立性强的任务能起到较好作用。

4. 总结

本文从校园网VOD服务中, 校园网用户的行为特点出发, 提出了基于集群的VOD系统的动态负载平衡模型。实验表明, 模型采用的策略能够取得较好的效果。

参考文献

[1]Hongliang Yu, Dongdong Zheng, et al.Understanding User Behavior in Large-Scale Video-on-Demand Systems[c]EuroSys’06, April18-21, 2006, Leuven, Belgium.

[2]A.Barak, A.Shiloh.The MOSIX2Management System for Linux Clusters and Organizational Grids.http://www.MOSIX.org.August2007

VOD业务第7篇

1 VOD钢包耐材的设计

电炉VOD钢包具有使用连续性差、急冷急热现象严重、冶炼钢种复杂等缺点。因此, 钢包耐材应具备以下条件, 即在高温真空条件下, 要具有良好的稳定性;在高温和钢水循环产生的剧烈冲刷下, 要具有较强的抗渣渗透能力、抗钢水冲刷性能和耐低碱度渣的侵蚀性, 同时, 还要具备良好的抗热震性能。

1.1 钢包的设计

1.1.1 钢包耐材结构的设计

钢包耐材的结构如图1 所示。

1.1.2 钢包各部位耐材的理化及性能指标

钢包各部位耐材的理化及性能指标如表1 所示。

1.2 选择钢包耐材的理论依据

1.2.1 钢包永久层耐材的选择

保温层的主要作用是防止处理过程中钢包铁壳温度过高导致铁壳变形。一般情况下, 国内外相关单位多选择使用隔热纤维。虽然隔热纤维的保温效果好, 但是, 它具有体积密度小、强度低的缺点。在使用过程中, 受钢水静压力的作用, 其体积变化比较大, 尤其是在将含碳耐材作为内衬的钢包里。在高温条件下, CO2的氧化气氛将加速纤维中结合键的断裂, 使纤维板失去压缩强度。体积变化大会使永久层砖和工作层的外弧变大, 从而扩大砖缝, 影响钢包的使用安全。国外有体积变化小、强度高的隔热纤维, 但是, 价格比较高。刚玉莫来石预制块是一种新型的钢包保温材料, 它的主要原料是空心氧化铝球和莫来石, 运用它能提高制品中的气孔率, 从而达到良好的保温效果。目前, 一炼钢300 t钢包已经取得了良好的使用效果。

烧成高铝砖具有资源丰富、成本低、高温性能好、耐火度高的特点, 是目前钢包永久层的主流产品。

在冶炼高铬钢种时, 在高氧化铁渣 (%Ca O/%Si O2<1.7) 的侵蚀下, 砖中的碳被氧化, 使得熔渣渗透, 而且渣线砖中很容易出现明显的环形侵蚀带, 甚至还会出现渣线砖被完全侵蚀的情况。由此可知, 高铝砖的抗渣性比较差, 并不适用于渣线永久层。因此, 在设计渣线永久层时, 必须考虑至少一个炉次的钢渣/钢水冲击。而镁铬砖的抗渣性比高铝砖好, 但它的导热性比较差, 在保持钢包壳低温性方面有较好的效果。

为了减少钢包铁壳包底与包壁交接部位焊缝开裂的情况, 钢包包底全部设计为圆弧型过渡, 但是, 使用定型材料砌筑的难度相当大。高铝浇注料与高铝砖的特性相同, 包底永久层用浇注料浇注能大大降低砌筑的难度。

1.2.2 工作层 (包括熔池和渣线)

传统的VOD钢包使用的耐材是高温烧成的镁铬砖和镁钙砖, 但是, 使用这两大类材料时存在一些问题。渣渗透会导致结构剥落, 缩短其使用寿命。镁铬砖使用中六价铬的化合物会污染环境, 影响人们的身体健康;镁钙砖存在水化的问题, 不适合间断生产, 如果将产品存放在潮湿的环境中, 会因为水化影响其使用的稳定性, 有些甚至无法用来砌筑。而低碳镁碳砖的使用性能良好, 是一种很好的替代产品。

1.2.2.1 工作层的熔损形式

钢包工作层的熔损形式主要有机械冲刷、磨损和化学侵蚀3 种。对于熔池部分 (包壁和包底) , 主要熔损形式是机械冲刷和磨损, 化学侵蚀只占一部分;对于渣线部位, 主要熔损形式是机械冲刷、磨损和化学侵蚀的综合作用。这是渣线砖的使用寿命远远低于包壁和包底砖的主要原因。

1.2.2.2 低碳镁碳砖的特性

低碳镁碳砖是在普通镁碳砖的基础上, 通过降低碳的加入量改善其热震性而开发出的产品。该产品将结晶良好的电熔镁砂作为主原料, 采用复合结合剂、特殊碳源和复合抗氧化剂, 使砖在各温度点保持较高的强度, 具有良好的高温抗折强度和抗氧化性, 而且它对低碱度渣也有较强的适应性。

1.2.2.3 低碳镁碳砖蚀损机理

在VOD精炼过程中, 含碳砖存在C (固) + (O) =CO (气) 反应和Mg O、C反应的可能, 一旦反应连续进行, 砖就会被损坏。但是, 低碳镁碳砖的含碳量低, 渣线部位砖的热面容易与渣结合形成富镁致密层。而渣与氧化性物质不易渗入材料内部, 能起到阻止熔渣侵蚀原砖层的作用。由此可知, 低碳镁碳砖比镁铬砖的抗渣渗透性更好。因为氧化性物质不易渗透, 所以, 可以阻止砖氧化, 表现出较好的抗氧化性能。溶池部位没有足够的氧气输送到砖的正面, 因此, 砖的氧化性小。另外, 钢水对氧化镁的润湿性差, 钢水很难渗透到脱碳层中, 所以, 砖具有较强的抗侵蚀性。虽然Mg O、C反应在吹氧阶段和脱气阶段结束时出现的可能性比较大, 但是, 从热力学和动力学的角度看, Mg O-C反应主要在砖的热面进行。要想使反应连续进行下去, 则需要不断去除反应产物, 否则该反应就会遇到机械屏障。低碳镁碳砖的碳含量非常有限, 因此, 应用它可以预防这些反应的发生, 满足VOD钢包的使用要求。

1.2.2.4 低碳镁碳砖对产品成分的影响分析

当钢包用镁碳砖作为内衬材料时, 很有可能出现钢水吸碳等问题。当钢种规定的最高含碳量为0.05%时, 必须将从镁碳砖中吸碳作为控制碳含量的一种主要方式。而采取以下措施可以改善这种情况, 即将镁碳砖放置在氧化环境中进行预处理, 并将碳含量降到8%以下。

2 现场试验

2.1 试验方法

在电炉现有的VD钢包上用低碳镁碳砖砌筑一个VOD钢包进行比较试验。钢包的永久层砌筑与VOD钢包相同, 使用条件与VD钢包相同, 使用次数为24 炉。试验完成后, 试验结果能够满足VOD钢包的要求:①在钢包倾翻台测得的钢包外壳温度小于VD钢包50 ℃;②渣线砖无明显剥落, 残厚大于VD钢包30 mm;③熔池部分无明显剥落, 残厚大于VD钢包20 mm。

2.2 试验结果

2.2.1 钢包外壳温度

钢包外壳温度如表2 所示。

由表2 可知, 最初使用钢包时, 由于其本身温度不高, 外壳温度相差不大;钢包使用了一段时间后, 未用保温层的VD钢包温度上升到了380 ℃以上, 而使用了保温层的钢包保持在330 ℃左右。由此可以确定, 钢包外壳的保温效果良好, 能满足使用要求。

2.2.2 各部残厚比较

各部残厚比较情况如表3 所示。

VOD钢包各部内衬的残厚明显高于VD钢包。

3 结论

由现场比较试验可知, 低碳镁碳砖的热稳定性、抗渣侵蚀性和抗氧化性良好, 能够满足电炉长材优化改造项目对VOD钢包提出的生产要求。

现场试验数据表明, 刚玉莫来石预制块作为保温材料被应用于电炉钢包上, 保温性能良好, 能够满足VOD钢包的使用要求。

摘要：VOD钢水精炼是冶炼不锈钢和高铬低碳品种钢的主要工艺, 其冶炼条件非常苛刻, 对钢包的要求也非常高。钢包耐火材料需承受电弧带来的热冲击、钢渣的侵蚀和吹氧脱碳时高温钢水的剧烈冲刷。简要论述了电炉VOD钢包耐火材料设计的相关内容, 并用相关试验验证了方案的可行性, 以期为日后的工作提供参考。

关键词：钢包,VOD,耐火材料,钢水