基于ＲＩＡ的可跨平臺視頻會議系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)

摘要：研究實現(xiàn)了一種可跨平臺的視頻會議系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了基于RIA的Flex技術(shù)，可在Windows和Linux操作系統(tǒng)平臺下運行，其B/S結(jié)構(gòu)適合在Internet上部署使用。在系統(tǒng)中，設(shè)計了一種基于輪播的交互策略，減小了帶寬的占用，并利用服務(wù)器主動推送技術(shù)實現(xiàn)了即時消息和控制信息的發(fā)送。實際測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)實現(xiàn)了系統(tǒng)的平臺無關(guān)性，適用于在Internet上的視頻會議。

關(guān)鍵詞：視頻會議；可跨平臺；RIA；Flex技術(shù)；服務(wù)器推送技術(shù)

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)36-2635-03

Research and Implementation of Cross-platform Video Conference System Based on RIA

GUO Xiong-hai1， SU Guo-ping2， WU Xiang-qian3， GUO Zheng3

(1.College of Information Science and Engineering， Xinjiang University， Urumqi 830046， China; 2.Office of Information Industry of Xinjiang Uighur Autonomous Region， Urumqi 830046， China; 3.Center of Modern Education and Technology， Xinjiang University， Urumqi 830046， China)

Abstract: Researches and implements a cross-platform Internet video conference system. In this system， Flex technology which is based on RIA is adopted. And this system can execute on different operating system such as Windows and Linux. The architecture of this system is based on B/S， which is suitable for deployment and use on the Internet. An interaction strategy based on play on turn is designed to reduce the bandwidth usage in this system. Meanwhile， sending instant message and control information with server push technology initiative is realized. The practical test shows that this system has realized the cross-platform and it is suitable for the video conference on the Internet.

Key words: video conference; cross-platform; RIA; Flex technology; server push

隨著Internet的發(fā)展，視頻會議作為視頻通信的一種應(yīng)用也開始廣泛起來。目前的視頻會議系統(tǒng)架構(gòu)主要采用C/S架構(gòu)，大部分是基于Windows操作系統(tǒng)平臺的，部分是基于Linux操作系統(tǒng)平臺的。這些系統(tǒng)大都是只能運行于同一個操作系統(tǒng)平臺之上，不能跨平臺使用，真正實現(xiàn)跨平臺使用的視頻會議系統(tǒng)并不多見。

本文采用基于RIA的Flex技術(shù)，設(shè)計并實現(xiàn)了一種可跨平臺的視頻會議系統(tǒng)，擯棄了傳統(tǒng)的C/S架構(gòu)，采用易于在Internet上部署和升級的B/S架構(gòu)，并解決了Windows和Linux之間音視頻通信的問題，具有比較好的跨平臺性，實現(xiàn)了真正意義上的跨平臺使用。該系統(tǒng)針對Internet的使用環(huán)境，采用一種基于輪播的方式解決了Internet上的帶寬不足問題，從而使本系統(tǒng)具有公網(wǎng)實際運行使用的能力。

1 RIA簡介

RIA(Rich Internet Applications)作為一個新興技術(shù)，是要帶給使用者與系統(tǒng)之間的互動及視覺化的感受，其仍基于B/S結(jié)構(gòu)，應(yīng)用客戶端仍采用瀏覽器。RIA應(yīng)用從傳統(tǒng)的服務(wù)器響應(yīng)整個界面的模型，轉(zhuǎn)向了一種基于請求，部分更新界面的模型，強調(diào)了數(shù)據(jù)模塊的豐富性和用戶界面的豐富性，使開發(fā)人員能夠創(chuàng)建更有用的應(yīng)用程序界面。這種應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)吸收了桌面應(yīng)用程序響應(yīng)快，交互性強的優(yōu)點，改進了Web應(yīng)用程序的用戶交互，提供一種更為豐富、更具有交互性的用戶體驗，可以理解為運行于B/S結(jié)構(gòu)上的C/S應(yīng)用。

本系統(tǒng)即是基于RIA架構(gòu)設(shè)計和實現(xiàn)的視頻會議系統(tǒng)，其基于B/S結(jié)構(gòu)，不需要事先部署客戶端，使用和升級方便，并且用戶界面豐富，實現(xiàn)了可跨平臺使用。

2 系統(tǒng)的設(shè)計

本系統(tǒng)采用基于RIA的Flex技術(shù)，主要由客戶端，服務(wù)器，編碼器組成。具體架構(gòu)如圖1所示。

2.1 客戶端

客戶端為內(nèi)嵌Flash Player插件的瀏覽器，通過Web服務(wù)器登陸?？蛻舳酥饕撠煂崟r音視頻的編解碼和播放，視頻編碼采用On VP6，音頻編碼采用NellyMoser’ ASAO，本地采集的音視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼以后通過實時消息傳送協(xié)議（Real Time Messaging Protocol， RTMP）發(fā)布到流媒體服務(wù)器上。播放流媒體服務(wù)器上已經(jīng)發(fā)布的音視頻流時，通過RTMP協(xié)議以流名的方式區(qū)分不同的流，下載到本地實時解碼播放。

2.2 服務(wù)器

本系統(tǒng)的流媒體服務(wù)器采用基于開源的Red5服務(wù)器，Web服務(wù)器采用基于Windows的IIS服務(wù)器，也可以使用基于Linux的Apache服務(wù)器。Web服務(wù)器負責用戶的注冊、登錄及瀏覽會議信息，管理員的用戶管理和系統(tǒng)管理，及會議發(fā)起者發(fā)布會議信息，負載比較輕。Red5流媒體服務(wù)是用java語言開發(fā)的流媒體服務(wù)器程序，其具有很好的跨平臺性，可以在Windows和Linux平臺上運行。作為一個開源軟件，它具有很好的可裁剪性，可以根據(jù)項目的需要對其進行裁剪優(yōu)化，使之符合本項目的使用和性能要求。Red5服務(wù)器的主要工作是處理大量的音視頻流的發(fā)布，這是一個很耗費資源的工作，負載相對于Web服務(wù)器要重的多，在用戶不太多的情況下，一個流媒體服務(wù)器就可以滿足視頻會議的需求，當用戶比較多時，將Red5流媒體服務(wù)器設(shè)計為一個分布式的流媒體服務(wù)群，采用負載均衡技術(shù)，一臺流媒體服務(wù)器或幾臺流媒體服務(wù)器組成的集群為核心服務(wù)器，其它的為邊緣服務(wù)器，將工作量盡量分散于各個服務(wù)器上，核心流媒體服務(wù)器或服務(wù)器集群協(xié)調(diào)各個邊緣服務(wù)器。

2.3 編碼器

本系統(tǒng)對普通客戶端的音視頻質(zhì)量要求不高，做到基本的音視頻交互即可，故音視頻的采集工作由一般的攝像頭和一般的麥克風完成，編碼壓縮也采用Flash Player的默認編碼器。在主講人部分，本系統(tǒng)對主講人音視頻要求比較高，并且需要推送到每一個客戶端上，這就使得主講人音視頻采集需要專業(yè)的采集卡，編碼器也要求工作穩(wěn)定，壓縮比比較高，這樣做可以使得我們的音視頻碼流穩(wěn)定，視頻清晰，音質(zhì)好。本系統(tǒng)中編碼器使用一臺專門的配置比較高的PC，視頻的采集使用攝像機，音頻采集使用專業(yè)的麥克風，這兩路模擬信號都通過采集卡進行采集，使用Adobe公司的Flash Media Encoder進行壓縮編碼，視頻編碼采用H.264，音頻編碼采用MP3。這樣處理的結(jié)果是音質(zhì)清晰，視頻分辨率高，碼流比較低并且比較穩(wěn)，基本在300kbps左右，適合在網(wǎng)絡(luò)上傳輸。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 視頻和語音廣播交互系統(tǒng)

在本系統(tǒng)中，考慮到音視頻流的數(shù)據(jù)量比較大，為了節(jié)省帶寬，減小服務(wù)器負載，設(shè)計了一種基于需求的流發(fā)布策略，當普通客戶端在輪播列表中才發(fā)布視頻流，為發(fā)言人時才同時發(fā)布音視頻流。音頻在視頻會議中對于與會者來說比較重要，而閑置麥克風開得太多，容易不斷的采集噪聲，影響音頻質(zhì)量，并產(chǎn)生嘯叫。因而，為了保證音頻質(zhì)量，登錄后默認是不發(fā)布音頻流的，需要發(fā)言的人要舉手向控制臺申請，由控制臺協(xié)調(diào)各個舉手人，保證在每時每刻除了主講人外，最多只有一路音頻流打開，以減少噪聲，防止出現(xiàn)嘯叫等影響聲音質(zhì)量的情況發(fā)生，在出現(xiàn)嘯叫時，控制臺要及時關(guān)掉所有的音頻流，消除嘯叫。

3.2 即時消息與控制系統(tǒng)

即時消息與控制系統(tǒng)是通過服務(wù)器主動推送技術(shù)實現(xiàn)的。不同于傳統(tǒng)聊天室的客戶端定時刷新的消息機制，即時消息與控制系統(tǒng)采用服務(wù)器主動推送的方式，減小了服務(wù)器的工作壓力和帶寬壓力，并使得消息的傳送更為及時。Flex技術(shù)通過NetConnnection類對象保持與流媒體服務(wù)器的持續(xù)連接，利用NetConnnection類對象上的遠程方法調(diào)用和服務(wù)器端遠程方法調(diào)用實現(xiàn)客戶端與服務(wù)器的交互。

3.3 帶寬優(yōu)化技術(shù)

在設(shè)計客戶端時，考慮到帶寬有限，音視頻流的數(shù)據(jù)量比較大，不可能使每個客戶端同時播放其他客戶端的音視頻流，因此我們設(shè)計了一種基于輪播的交互策略的客戶端，實現(xiàn)了以主講人為主，兼顧與其他與會者交互的功能，在占用帶寬不用太高的情況下實現(xiàn)視頻會議。主要設(shè)計思想為：限制客戶端的下行音視頻流個數(shù)，對發(fā)布的音視頻流進行優(yōu)化，客戶端發(fā)布一路上行的音視頻流，播放最多三路下行的音視頻流。上行的音視頻流是按需發(fā)布，以減小流媒體服務(wù)器的負載。三路下行音視頻流中，一路固定用來播放主講人發(fā)布的音視頻流；一路只是在遠程教學中用到，是用來推桌面的白板流；最后一路是冗余流，主要是在有舉手發(fā)言人的時候用來實現(xiàn)舉手發(fā)言人音視頻的廣播，在沒有舉手發(fā)言人時，用來分時播放輪播表中的各個普通客戶端的視頻，實現(xiàn)使用一路音視頻流實現(xiàn)觀察多個分會場的情況，還節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬。

3.4 音頻和視頻優(yōu)化

在進行視頻會議時，音視頻流數(shù)據(jù)量是很大的，為了減小客戶端帶寬需求，在發(fā)布音視頻流之前，要根據(jù)實際的視頻會議需求進行優(yōu)化。

3.4.1 視頻優(yōu)化

視頻會議對參與者的視頻影像的要求不高，且視頻的運動量不大，攝像頭所采集視頻數(shù)據(jù)的分辨率只需160×120，幀頻為24fps即可。Flash Player實時視頻流編碼采用On VP6，其壓縮質(zhì)量與H.264相當，在視頻會議環(huán)境下，視頻運動量不大，其壓縮比比較大。將關(guān)鍵幀間隔設(shè)置為等于幀頻率，這樣可以兼顧視頻的實時性和流暢性。實際測試表明，帶寬占用基本在200bps以下，則在帶寬限制在256kbps時，有比較好的視頻效果。

3.4.2 音頻優(yōu)化

在進行視頻會議時，一般來說，音頻要遠重要于視頻，在網(wǎng)絡(luò)傳傳輸上要盡可能的保證音頻的質(zhì)量，消除噪聲和嘯聲等。我們已經(jīng)在音頻流發(fā)布控制上進行了優(yōu)化，使之減少噪聲的輸入，在視頻帶寬上作了限制，以保障音頻的傳輸。

Flash Player實時音頻流編碼采用NellyMoser's ASAO，平均壓縮比為1:8。為了保證音質(zhì)的清晰和跨平臺的需要，采樣率置為44.1kbps，壓縮后碼率大約為88.2kbps。

3.4.3 跨平臺優(yōu)化

可跨平臺性是本系統(tǒng)的基本需求，因此，Windows與Linux操作系統(tǒng)之間跨平臺的音視頻交互通信測試是必要的。測試過程中，視頻的跨平臺性比較好，兩個平臺的視頻可以互相播放；音頻有比較大的問題，聲音嚴重失真，而且雜音特別大，很容易嘯叫。經(jīng)過大量分析實驗，發(fā)現(xiàn)是聲音采樣率不同造成的，程序中沒有顯式設(shè)置麥克風的采樣率，使用系統(tǒng)默認采樣率，而實際測試表明兩種操作系統(tǒng)的默認采樣率顯然不同，經(jīng)過顯式設(shè)置麥克風的采樣率為44.1kHz，將問題比較好的解決了，音質(zhì)效果清晰，沒有停頓和失真。

4 測試結(jié)果

本系統(tǒng)在校園網(wǎng)內(nèi)做了初步的測試，Web服務(wù)器和Red5服務(wù)器在測試環(huán)境下為一臺曙光服務(wù)器，編碼器為一臺高配置聯(lián)想PC機，調(diào)音臺和攝像機的音視頻信號通過采集卡送到編碼器上，所用的客戶端有Windows XP，Windows 2003，紅旗Linux 6.0等操作系統(tǒng)。在測試過程中，進行了實際帶寬的監(jiān)測，結(jié)果表明，系統(tǒng)運行時，所需要的網(wǎng)絡(luò)帶寬基本在2M以下，在視頻畫面運動量比較大的情況，極其偶爾出現(xiàn)比較大的數(shù)據(jù)流，但只是瞬間的，對視頻會議影響不大。在電信網(wǎng)上的測試也基本完成，在實際使用環(huán)境下進行測試使用表明，本系統(tǒng)已基本實現(xiàn)支持600人同時在的視頻會議。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)實現(xiàn)了在Internet環(huán)境下的遠程視頻會議的功能，并且便于部署和升級。隨著目前Internet的迅猛發(fā)展，這種在線多媒體系統(tǒng)的應(yīng)用會越來越廣泛，像各種遠程會議，在線公開課程，在線報告廳，在線聊天，甚至在線制造和在線監(jiān)控等情況下，都可以應(yīng)用這種基于RIA的可跨平臺系統(tǒng)。

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