基于局域網(wǎng)的視頻聊天系統(tǒng)一一蛙酷

摘要：隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，支持Wi-Fi的電子產(chǎn)品越來(lái)越多，與Wi-Fi綁定的應(yīng)用也層出不窮，但還沒(méi)有一款基于Wi-Fi的視頻聊天軟件能夠滿足人們的日常交互需求，因此我們開(kāi)發(fā)出“蛙酷”，一款基于局域網(wǎng)的視頻聊天軟件，能夠在局域網(wǎng)覆蓋下實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地視頻聊天和視頻會(huì)議，且無(wú)需耗費(fèi)任何手機(jī)數(shù)據(jù)流量，真正給用戶帶來(lái)了隨聊隨見(jiàn)的交互體驗(yàn)。本文網(wǎng)絡(luò)版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/267433.htm

關(guān)鍵詞：局域網(wǎng)；視頻聊天；視頻會(huì)議；簡(jiǎn)單實(shí)用

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.1.014

本項(xiàng)目獲得2014英特爾杯移動(dòng)計(jì)算創(chuàng)新競(jìng)賽“最受歡迎作品獎(jiǎng)”

1 引言

目前，社會(huì)所流行的聊天軟件所專(zhuān)注的問(wèn)題僅限于視頻效果和軟件盈利上，應(yīng)用目的趨于商業(yè)化，而沒(méi)有真正從用戶的角度出發(fā)去設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)軟件，由于視頻通訊不同于文字通訊和語(yǔ)言通訊，傳輸信息量大且十分耗費(fèi)數(shù)據(jù)流量，導(dǎo)致用戶想用能用卻不敢用。基于這一點(diǎn)，我們提出了“蛙酷”，這是一款基于無(wú)線局域網(wǎng)的視頻聊天軟件，主要包含在線視頻聊天和視頻組播功能，用戶可以使用這款軟件與同一局域網(wǎng)內(nèi)的任意一位好友隨時(shí)隨地進(jìn)行視頻通訊，也可邀請(qǐng)多名好友開(kāi)啟在線視頻會(huì)議。這款軟件最大的特性在于我們能夠通過(guò)訪問(wèn)局域網(wǎng)的方式來(lái)滿足各種交互需求且節(jié)省數(shù)據(jù)流量，適用于高校、企業(yè)、商城以及其它有無(wú)線局域網(wǎng)覆蓋的各大場(chǎng)所，這款軟件簡(jiǎn)單實(shí)用，穩(wěn)定的后臺(tái)服務(wù)能夠讓用戶隨時(shí)隨地與好友進(jìn)行視頻通訊。

2 成果展示及介紹

2.1 主界面

如圖l所示。

2.2系統(tǒng)架構(gòu)

（1）視頻聊天一方客戶端發(fā)出邀請(qǐng)（發(fā)送IP及端口），然后服務(wù)器在此局域網(wǎng)內(nèi)檢索該IP地址，一旦檢索到即鎖定IP并發(fā)送端口號(hào)，接收端接收到邀請(qǐng)后，即做出應(yīng)答（接受/拒絕），拒絕則關(guān)閉連接，接受則開(kāi)啟連接并互相發(fā)送數(shù)據(jù)給對(duì)方，實(shí)現(xiàn)視頻聊天。

（2）視頻會(huì)議由發(fā)送端客戶端開(kāi)啟視頻會(huì)議號(hào)（組播IP地址段），開(kāi)啟時(shí)即開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)到服務(wù)器端f不管有沒(méi)有終端客戶端連入），開(kāi)啟組播后，多個(gè)終端客戶端可以通過(guò)加入同一組播IP而開(kāi)始接收發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)視頻會(huì)議。3詳細(xì)分析硬件與軟件模塊

3.1 Wi-Fi

3.1.1 Wi-Fi程序模塊

（1）開(kāi)源庫(kù)wpa_supplicant

一個(gè)開(kāi)源庫(kù)，加入到Android源碼中，經(jīng)過(guò)修改后成為Android實(shí)現(xiàn)Wi-Fi功能的基礎(chǔ)。它的代碼位于./external/wpa_supplicant文件夾中，主要用C和C++寫(xiě)成，實(shí)現(xiàn)了從上層接到命令后，發(fā)送給硬件驅(qū)動(dòng)程序，接著操作硬件完成需要的操作，這里是通過(guò)socket來(lái)與硬件驅(qū)動(dòng)進(jìn)行通信的。

（2）硬件驅(qū)動(dòng)程序

前文所說(shuō)的wpa_supplicant，與之通信的硬件驅(qū)動(dòng)的代碼位于./hardware/libhardware_legacy/wifi/wifi.e中。

（3）JNI部分

首先簡(jiǎn)要介紹一下JNI，JNI是JavaNativelnterface的縮寫(xiě)，它實(shí)現(xiàn)了Java代碼與其他代碼進(jìn)行交互，使得在Java虛擬機(jī)中運(yùn)行的java代碼能夠與用其他語(yǔ)言編寫(xiě)的應(yīng)用程序和庫(kù)進(jìn)行交互。在Android中，JNI可以讓Java程序調(diào)用C程序。

與Wi-Fi相關(guān)的JNI代碼位于./frameworks/base/core/jni/android_net_wifi_Wifi.cpp中。

（4）Wi-Fi API部分

這部分源代碼使用Java完成了對(duì)Wi-FiAPI的封裝，使應(yīng)用程序可以使用Wi-Fi功能，它們位于frameworks/base/services/java/com/android/server/和frameworks/base/wifi/java/android/net/wifi/中。

（5）Wi-Fi Settings應(yīng)用程序部分

這是Android自帶的一個(gè)應(yīng)用程序，在手機(jī)的Settings中，它可以讓用戶手動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉Wi-Fi功能。當(dāng)用戶打開(kāi)Wi-Fi功能后，它會(huì)自動(dòng)搜索周?chē)臒o(wú)線網(wǎng)絡(luò)，并以列表的形式顯示、供用戶選擇，默認(rèn)會(huì)連接用戶上一次成功連接的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。這部分代碼位于./Packages/apps/Settings/src/com/android/settings/wifi中。

3.2 Wi-Fi執(zhí)行過(guò)程

3.2.1 從Settings中啟動(dòng)Wi-Fi

當(dāng)用戶按下Wi-Fi按鈕后，Android調(diào)用WifiEnabler的onPreferenceChange，再由WifiEnabler調(diào)用WifiManager的setWifiEnabled接口函數(shù)，通過(guò)AIDL，調(diào)用WifiService的setWifiEnabled函數(shù)，WifiService接著向自身發(fā)送一條MESSAGE_ENABLE_WIFI消息，在處理該消息的代碼中做真正的使能工作：首先裝載WIFI內(nèi)核模塊（該模塊的位置硬編碼為”/system/lib/modules/wlan.ko”），然后啟動(dòng)wpa_supplicant（配置文件硬編碼為”/data/misc/wifi/wpa_supplicant.conf\"），再通過(guò)WifiStateTracker啟動(dòng)WifiMonitor中的監(jiān)視線程。

當(dāng)成功使能后，廣播發(fā)送WIFISTATE_CHANGED_ACTION這個(gè)Intent通知外界Wi-Fi已經(jīng)成功使能。WifiEnabler創(chuàng)建的時(shí)候就會(huì)向Android注冊(cè)接收

WIFI_STATE_CHANGED_ACTION，因此它會(huì)收到該Intent，從而開(kāi)始掃描。

3.2.2 查找AccessPoint（AP）

掃描的入口函數(shù)是WifiService的startScan，它往wpa_supplicant發(fā)送SCAN命令。當(dāng)wpa_supplicant處理完SCAN命令后，它會(huì)向控制通道發(fā)送事件通知掃描完成，wifi_wait_ for_event函數(shù)會(huì)接收到該事件，由此WifiMonitor中的MonitorThread會(huì)被執(zhí)行處理這個(gè)事件，WifiStateTracker接著廣播SCANRESULTS_AVAILABLE_ACTION這個(gè)Intent，WifiLayer注冊(cè)了接收SCANRESULTS_AVAILABLE_ACTION這個(gè)Intent，所以它的相關(guān)處理函數(shù)handleScanResultsAvailable會(huì)被凋用，在該函數(shù)中拿到SCAN的結(jié)果f最終是往wpa_supplicant發(fā)送SCAN RESULT命令并讀取返同值來(lái)實(shí)現(xiàn)的）。

對(duì)每一個(gè)掃描返同的AP，WifiLayer會(huì)調(diào)用WifiSettings的onAccessPointSetChanged函數(shù)，從而最終把該AP加到GUI顯示列表中。

3.2.3 連接AP

當(dāng)用戶在AcessPointDialog中選擇好加密方式和輸入密鑰之后，再點(diǎn)擊連接按鈕，Android就會(huì)去連接這個(gè)AP。

WifiLayer會(huì)先檢測(cè)這個(gè)AP是不是之前被配置過(guò)，這個(gè)是通過(guò)向wpa_supplicant發(fā)送LIST_NETWORK命令并且比較返同值來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如果wpa_supplicant沒(méi)有這個(gè)AP的配置信息，則向wpa_supplicant發(fā)送ADD_NETWORK命令來(lái)添加詼AP，ADD_NETWORK命令返回一個(gè)ID，WifiLayer再用這個(gè)返回的ID作為參數(shù)向wpa_supplicant發(fā)送ENABLE_NETWORK命令，從而讓wpa_supplicant去連接該AP。

3.2.4 配置lP地址

當(dāng)wpa_supplicant成功連接上AP之后，它向控制通道發(fā)送事件通知連接上AP了，wifi_wait_for_event函數(shù)接收到該事件，WifiMonitor中的MonitorThread被執(zhí)行來(lái)處理這個(gè)事件，WifiMonitor再調(diào)用WifiStateTracker的notifyStateChange， WifiStateTracker接著往自身發(fā)送EVENT_DHCP_START消息啟動(dòng)DHCP去獲取IP地址，然后再?gòu)V播發(fā)送NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION這個(gè)Intent。

WifiLayer注冊(cè)了接收NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION這個(gè)Intent，所以它的相關(guān)處理函數(shù)handleNetworkStateChanged會(huì)被調(diào)用，當(dāng)DHCP拿到IP地址之后，會(huì)再發(fā)送EVENT_DHCP_SUCCEEDED消息，WifiLayer處理EVENT_DHCP_SUCCEEDED消息，會(huì)再次廣播發(fā)送NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION這個(gè)Intent，這次帶上完整的IP地址信息。至此為止，整個(gè)連接過(guò)程完成。

3.3 相機(jī)

Android的Camera包含取景器（viewfinder）和拍攝照片的功能。目前Android發(fā)布版的Camera程序功能比較簡(jiǎn)單，其程序的架構(gòu)分成客戶端（Client）和服務(wù)器（Server）兩個(gè)部分，它們建立在Android的進(jìn)程間通訊Binder的結(jié)構(gòu)上。

以開(kāi)源的Android為例，Camera的代碼主要在以下的目錄中：

Camera的JAVA程序的路徑：

packages/apps/Camera/src/com/android/camera/

其中Camera.java是主要實(shí)現(xiàn)的文件

frameworks/base/core/java/android/hardware/Camera.java

這個(gè)類(lèi)是和JNI中定義的類(lèi)是一個(gè)，有些方法通過(guò)JNI的方式調(diào)用本地代碼得到，有些方法自己實(shí)現(xiàn)。

Camera的JAVA本地調(diào)用部分（JNI）：

frameworks/base/core/jni/android_hardware_Camera.cpp

這部分內(nèi)容編譯成為目標(biāo)是libandroid runtime.SO。

主要的頭文件在以下的目錄中：

frameworks/base/include/ui/

Camera底層庫(kù)在以下的目錄中：

frameworks/base/libs/ui/

這部分的內(nèi)容被編譯成庫(kù)libui.SO。

Camera服務(wù)部分：

frameworks/base/camera/libcameraservice/

這部分內(nèi)容被編譯成庫(kù)libcameraservice.SO。

為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)具體功能的Camera，在最底層還需要一個(gè)硬件相關(guān)的Camer庫(kù)（例如通過(guò)調(diào)用video forlinux驅(qū)動(dòng)程序和jpeg編碼程序?qū)崿F(xiàn)），而這個(gè)庫(kù)最終將會(huì)被Camera的服務(wù)庫(kù)libcameraservice.so調(diào)用。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與比較

這款視頻聊天軟件——“蛙醋”能夠穩(wěn)定地完成各項(xiàng)功能，可以完美地實(shí)現(xiàn)視頻聊天和視頻會(huì)議等功能，經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試以及調(diào)試后，程序中的BUG也已基本得到有效解決。一開(kāi)始在與其他視頻聊天平臺(tái)的對(duì)比測(cè)試中，我們發(fā)現(xiàn)“蛙酷”視頻傳輸存在延遲，延遲時(shí)間大約為0.8至1.0秒，視頻畫(huà)面呈現(xiàn)出較多的噪點(diǎn)，在較差的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下也頻繁出現(xiàn)視頻畫(huà)面卡頓的現(xiàn)象。對(duì)于這一系列問(wèn)題，在查閱相關(guān)資料后，我們發(fā)現(xiàn)主要問(wèn)題在于我們沒(méi)有選擇最佳的視頻解碼，還有一個(gè)問(wèn)題是我們沒(méi)有對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)行優(yōu)化。在進(jìn)行了一系列優(yōu)化后，視頻效果已經(jīng)顯著改善，達(dá)到視頻聊天標(biāo)準(zhǔn)。