流媒體直播服務(wù)器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)*

劉三滿

(山西警官高等?？茖W(xué)校，山西太原030021)

把流媒體技術(shù)應(yīng)用于教育上，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)學(xué)校、網(wǎng)上課堂、在線答疑等新的教學(xué)模式，正成為21世紀(jì)教育改革發(fā)展的新趨勢［1］。在流媒體技術(shù)應(yīng)用中，流媒體直播服務(wù)器系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，是關(guān)鍵。

1 流媒體直播服務(wù)器研究現(xiàn)狀

當(dāng)今世界，知識(shí)經(jīng)濟(jì)已見端倪，通過計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互動(dòng)式教學(xué)成為時(shí)尚。在歐洲和美國，流媒體技術(shù)已成為教育變革的推動(dòng)力。如:英國南部地區(qū)Sussex Virtual學(xué)院聯(lián)合16家再教育機(jī)構(gòu)和學(xué)院，組成集團(tuán)。集團(tuán)內(nèi)部服務(wù)器相連，通過校際網(wǎng)絡(luò)共享教學(xué)資源。集團(tuán)外部與企業(yè)個(gè)人電腦終端和ISDN電話線相連，通過在線視聽會(huì)議網(wǎng)絡(luò)為當(dāng)?shù)氐闹行⌒推髽I(yè)提供IT以及商業(yè)方面的培訓(xùn)。

現(xiàn)在各高校建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)流媒體平臺(tái)存在的主要問題是:需要將流媒體技術(shù)與本校特有的教育資源相結(jié)合，設(shè)計(jì)出一套兼顧教育、教學(xué)、信息發(fā)布的多媒體直播服務(wù)系統(tǒng)。技術(shù)要點(diǎn)包括:基于MPEG4IP項(xiàng)目進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)符合MPEG4標(biāo)準(zhǔn)的音視頻數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)不同帶寬用戶對視頻質(zhì)量的需求?；赟DL技術(shù)實(shí)現(xiàn)在Linux平臺(tái)顯示播放?；赗TP/RTSP協(xié)議實(shí)現(xiàn)音視頻數(shù)據(jù)的傳輸。

2 流媒體直播服務(wù)器的功能設(shè)計(jì)

直播服務(wù)器旨在提供一種立體的、視音頻等多種媒體相整合的、可交互的、具有多種體驗(yàn)的基于超媒體、超鏈接的教學(xué)形式。這種教學(xué)形式有利于教師之間業(yè)務(wù)的相互學(xué)習(xí)，可有效提高學(xué)生多種技能的培訓(xùn)效果，增進(jìn)與其他學(xué)校之間的文化、活動(dòng)交流。直播服務(wù)器應(yīng)該主要提供以下的功能:系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境是校園網(wǎng)，采用C/S模式通過LAN接入。管理員應(yīng)該能夠根據(jù)學(xué)校的安排對教師的授課和學(xué)校的各項(xiàng)活動(dòng)進(jìn)行視頻的采集和編碼。教師在教學(xué)時(shí)，能夠方便地引用直播服務(wù)器上的視頻資源進(jìn)行演示;存儲(chǔ)采集到的教師授課或?qū)W?；顒?dòng)的視頻文件，作為校園網(wǎng)資源;響應(yīng)來自各教研室教師的直播請求，使各個(gè)教研室都能在網(wǎng)上收看教師授課和學(xué)?；顒?dòng)的直播情況［2］。師生在下課后可以對校園網(wǎng)資源進(jìn)行點(diǎn)播。

流媒體直播服務(wù)器系統(tǒng)的信息處理流程為:開啟管理員界面，根據(jù)對音視頻參數(shù)的設(shè)置開始配置音、視頻參數(shù)，然后等待管理員命令，接收到管理員的命令后便開始采集、編碼教師授課或?qū)W?；顒?dòng)的視頻數(shù)據(jù)。若收到教研室的直播請求，則開啟直播服務(wù)，為教研室發(fā)送音、視頻數(shù)據(jù)。若學(xué)校要求對數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，則管理員可以設(shè)置存儲(chǔ)文件，服務(wù)器開始生成.mp4格式的文件。當(dāng)視頻直播需要結(jié)束時(shí)，由管理員中止服務(wù)，退出主界面。

針對流媒體直播服務(wù)器的功能需求，對系統(tǒng)進(jìn)行如下設(shè)計(jì):音、視頻部分，網(wǎng)絡(luò)傳輸部分，管理員GUI部分，基礎(chǔ)組件部分。

音、視頻部分設(shè)計(jì)主要的功能為:采集音、視頻數(shù)據(jù)，并對音、視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。

網(wǎng)絡(luò)傳輸部分的設(shè)計(jì)基于RTSP實(shí)時(shí)流協(xié)議。作為一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議，RTSP可提供一個(gè)可供擴(kuò)展的框架，控制具有實(shí)時(shí)特性的數(shù)據(jù)發(fā)送，提供播放、暫停、快進(jìn)等操作，負(fù)責(zé)定義具體的控制消息、操作方法、狀態(tài)碼等，描述與RTP間的交互操作，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)流媒體數(shù)據(jù)的受控和點(diǎn)播。

管理員GUI部分設(shè)計(jì)主要包括:管理員GUI和流控制兩個(gè)部分，實(shí)現(xiàn)生成系統(tǒng)運(yùn)行的管理員界面和子對話框界面，監(jiān)聽客戶端的連接請求。

基礎(chǔ)組件部分的設(shè)計(jì)主要完成對音、視頻參數(shù)的設(shè)置，保存.mp4文件，創(chuàng)建線程和出錯(cuò)信息處理等。

3 流媒體直播服務(wù)器功能的實(shí)現(xiàn)

流媒體直播服務(wù)器系統(tǒng)具有四大功能:音視頻采集、編碼功能，網(wǎng)絡(luò)傳輸功能(包括直播服務(wù))，管理控制服務(wù)器功能。

流媒體直播服務(wù)器開啟管理員界面后，根據(jù)GUI的設(shè)置開始配置音、視頻參數(shù)，系統(tǒng)開啟。然后等待客戶端連接。若收到客戶端的請求直播服務(wù)，則啟動(dòng)直播服務(wù)，首先經(jīng)過音視頻采集、編碼數(shù)據(jù)，為每一個(gè)連接建立相應(yīng)的流控線程，然后通過RTP/RTSP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，為客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)。若管理員設(shè)置服務(wù)器為多播方式，則系統(tǒng)提供的服務(wù)切換為多播狀態(tài)［3］。若管理員設(shè)置存儲(chǔ)文件，存放未編碼的音視頻文件或者已經(jīng)編碼的音視頻文件，則服務(wù)器開始生成擴(kuò)展名是mp4格式的文件。當(dāng)點(diǎn)擊“退出”按鈕時(shí)，則中止服務(wù)，退出主界面。

3.1 音頻采集編碼的實(shí)現(xiàn)

初始化函數(shù)描述:

3.2 視頻采集編碼的實(shí)現(xiàn)

初始化函數(shù)描述:

音視頻幀接口函數(shù)描述:

void AddReference(void)m_refcnt自加1

void RemoveReference(void)m_refcnt自減1

void operator delete(void* p)對 CMediaFrame中的 m_refcnt變量減1，

如果m_refcnt變?yōu)榱?，則釋放CMediaFrame中的m_pData和m_pMutex，同時(shí)釋放p指針。

3.3 網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊的實(shí)現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊主要函數(shù)描述:

static u_int32_t GetRandomMcastAddress(void)得到隨機(jī)的多播地址

static u_int16_t GetRandomPortBlock(void)產(chǎn)生大于2000的四個(gè)隨機(jī)端口號

u_int32_t AudioTimestampToRtp(Timestamp t)把音頻時(shí)間戳轉(zhuǎn)換成RTP時(shí)間戳

u_int32_t VideoTimestampToRtp(Timestamp t)把視頻時(shí)間戳轉(zhuǎn)換成RTP時(shí)間戳

u_int64_t TimestampToNtp(Timestamp t)把時(shí)間戳轉(zhuǎn)化為NTP格式

void CRtpTransmitter::DoStartTransmit()初始化音頻及視頻RTP會(huì)話，開始RTP傳輸

更為轟動(dòng)的是，原騰訊公司總裁助理劉春寧在負(fù)責(zé)騰訊視頻版權(quán)采購時(shí)期，涉嫌商業(yè)賄賂被抓，當(dāng)時(shí)，他已經(jīng)跳槽到阿里巴巴負(fù)責(zé)文娛業(yè)務(wù)。

void CRtpTransmitter::DoSendFrame(CMediaFrame*pFrame)判斷媒體幀的類型，用RTP發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)設(shè)定是否需要音視頻同步，發(fā)送的數(shù)據(jù)必須是已經(jīng)編碼過的數(shù)據(jù)。

3.4 對數(shù)據(jù)流控制模塊的實(shí)現(xiàn)

本模塊由CMediaFlow類實(shí)現(xiàn)，作為CAVLiveMediaFlow的父類，它提供了流媒體啟動(dòng)，流媒體結(jié)束，設(shè)置流媒體的參數(shù)，以及獲得流媒體當(dāng)前狀態(tài)的函數(shù)接口。

主要函數(shù)描述:

如果不是詢問媒體流是否開始，則返回false;如果是，則valueName=FLOW_STATUS_STARTED，則返回 true，同時(shí)返回開始狀態(tài)

void CAVLiveMediaFlow::Start(void)開始流媒體

設(shè)置音視頻設(shè)備的輸入，產(chǎn)生新的音視頻源，設(shè)置config，啟動(dòng)ThreadMain()等待消息，開始流媒體。

void CAVLiveMediaFlow::AddSink(CMediaSink*pSink)往媒體源中的接收器隊(duì)列中添加接收器pSink

void CAVLiveMediaFlow::RemoveSink(CMediaSink*pSink)從媒體源的接收器隊(duì)列中刪除接收器pSink

void CAVLiveMediaFlow::StartVideoPreview(void)往視頻源的接收器隊(duì)列中添加回顯接收器，并且啟動(dòng)視頻回顯

void CAVLiveMediaFlow::SetAudioOutput(bool mute)屏蔽音頻

void CAVLiveMediaFlow::SetPictureControls(void)調(diào)節(jié)圖像的飽和度，色度和對比度

bool CAVLiveMediaFlow::GetStatus(u_int32_t value Name，void*pValue)

用pValue存儲(chǔ)已經(jīng)編碼的視頻幀的個(gè)數(shù);否則，用pValue存儲(chǔ)流媒體已經(jīng)開始的信息［4］。

4 實(shí)驗(yàn)效果分析

分析了流媒體直播服務(wù)器的功能需求，根據(jù)現(xiàn)有的直播服務(wù)系統(tǒng)的原理和處理流程，利用MPEG4IP編碼庫實(shí)現(xiàn)MPEG4的軟編碼，設(shè)計(jì)了流媒體直播服務(wù)器的功能。通過主要函數(shù)的描述為中心，以主要函數(shù)的流程為線索，通過編寫管理員界面及子對話框來實(shí)現(xiàn)管理及設(shè)置服務(wù)器功能，實(shí)現(xiàn)符合MPEG4標(biāo)準(zhǔn)的音視頻數(shù)據(jù)，最終形成一個(gè)基于linux平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)直播平臺(tái)——Linux流媒體直播服務(wù)器。Linux流媒體直播服務(wù)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，突破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，在實(shí)現(xiàn)過程中，較之其他直播服務(wù)器，在技術(shù)上的創(chuàng)新有以下幾點(diǎn):

·基于MPEG4IP項(xiàng)目進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了符合MPEG4標(biāo)準(zhǔn)的音視頻數(shù)據(jù)，滿足了不同帶寬用戶對視頻質(zhì)量的需求。

·基于SDL技術(shù)實(shí)現(xiàn)在Linux平臺(tái)顯示播放。

·基于RTP/RTSP協(xié)議實(shí)現(xiàn)音視頻數(shù)據(jù)的傳輸。

實(shí)驗(yàn)顯示，采用SDL技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在Linux平臺(tái)顯示播放，基于RTP/RTSP協(xié)議實(shí)現(xiàn)了音視頻數(shù)據(jù)的傳輸，效果良好，而且系統(tǒng)穩(wěn)定性和負(fù)載均衡性都有很好表現(xiàn)。

［1］吳堅(jiān).IPTV內(nèi)容使用精細(xì)化［J］.流媒體世界，2009(3):23－25.

［2］張靜.基于.NET下Web服務(wù)的信息查詢系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)［D］.合肥工業(yè)大學(xué)，2011(9):32－35.

［3］駱炎民.基于XML的WebGIS及其數(shù)據(jù)共享的研究［D］華僑大學(xué)，2010(11):40－44.

［4］駱炎民.基于XML的WebGIS及其數(shù)據(jù)共享的研究［D］華僑大學(xué)，2007.