基于JMF的網絡監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

趙娟++李倩偉

【摘要】本文主要基于Java 和JMF 技術，設計并實現(xiàn)了遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于java 語言開發(fā)的，具有移植性好的特點，系統(tǒng)包括遠程監(jiān)控模塊和本地模塊。本文對整體模型、本地模塊和遠程模塊的設計思想與代碼進行了詳細分析。經過測試，該系統(tǒng)實現(xiàn)了遠程監(jiān)控的功能，視頻流暢，畫面清晰，達到了預期的效果。

【關鍵詞】Java 媒體框架；流媒體；RTP 協(xié)議

中圖分類號：TN948.63

1引 言

在人類社會進入信息化社會的今天，電信網絡和計算機網絡的發(fā)展極大地改變著全社會人們的生活方式。接入網寬帶化的發(fā)展推動了新業(yè)務需求的產生和發(fā)展。遠程監(jiān)控就是其中之一。此技術大多用于網絡管理軟件等遠程控制軟件上。此技術的應用使得客戶端能夠對服務端進行遠程的監(jiān)控。 然而，現(xiàn)在普遍的遠程監(jiān)控軟件只是從服務端傳送一張屏幕的圖片，只能觀察到截取屏幕時屏幕一瞬間的情況，并不是一種實時的遠程監(jiān)控，而本例中所實現(xiàn)的遠程監(jiān)控技術是一種實時的遠程監(jiān)控技術。

由于JMF是一種基于java獨立的多媒體框架，它的特點使得實現(xiàn)本實例中的遠程監(jiān)控與一般的實現(xiàn)方法是完全不相同的，在功能上也要比傳統(tǒng)的強大很多，下面將詳細介紹如何實現(xiàn)基于JMF下的遠程監(jiān)控技術。

2關鍵技術

2.1 Java媒體框架

JMF即Java Media Frame，是基于java的多媒體框架，JMF為 java實現(xiàn)了一種抽象機制，向開發(fā)者隱藏了實現(xiàn)的細節(jié)，開發(fā)者利用它提供的接口可以方便的實現(xiàn)強大的功能。

JMF 實際上是Java 的一個類包，它提供了先進的媒體處理能力，從而擴展了Java 平臺的功能。它的主要功能包括：媒體捕獲、壓縮、流傳、回放，以及對各種主要媒體形式和編碼的支持，如M-JPG、H.263、MP3、RTP/RTSP（實時傳送協(xié)議和實時流轉協(xié)議）、Macromedias Flash、IBM 的HotMedia 和Beatniks 的Rich Media Format（RMF）等。JMF2.11 還支持廣受歡迎的媒體類型，如Quicktime、Microsofts AVI 和MPEG-1等。

在開發(fā) JMF 應用程序之前，必須先了解JMF 的體系架構、接口和類。JMF 系統(tǒng)架構與家用攝像機系統(tǒng)相似。首先，用攝像機拍攝內容，拍攝下來的內容錄制在DV 帶中。DV 帶可以放在放像機里播放、放像機提供視頻信號給電視機，提供音頻信號給音箱，這樣我們就可以在電視機上看到畫面，從音箱聽到聲音。JMF API 提供了同樣的模型。

2.2傳輸中技術

在JMF中，使用RTP協(xié)議來接收和傳輸多媒體數(shù)據的，RTP是一種針對多媒體的一對一或一對多的傳輸協(xié)議，RTP會話將多媒體數(shù)據分作一系列的數(shù)據報來傳輸，這些從特定的數(shù)據源發(fā)出的數(shù)據包就組成了RTP數(shù)據流，這種多媒體數(shù)據流是一種實時數(shù)據流，即當客戶端以實時流的形式接收媒體數(shù)據時，它可以不用等待所有的數(shù)據接收完畢，就可以開始播放，這是實時流的最大優(yōu)點。而本例中也用到了這一優(yōu)點來實現(xiàn)該技術。

2.3實現(xiàn)描述

由于是遠程監(jiān)控，即程序要分為兩部分，一部分是服務端（Server端） ，另一部分是客戶端（Client端）。服務端負責截獲屏幕圖像，并傳輸媒體數(shù)據 。客戶端負責控制服務端并接收和播放媒體數(shù)據。

客戶端與服務端的連接是由套接字（Socket）連接和RTP連接來實現(xiàn)的。

套接字連接負責傳輸通訊信息及圖片數(shù)據，例如：RTP會話端口，媒體格式，圖片起點位置，高度寬度等。實現(xiàn)遠程通知服務端開始或停止截屏等功能。服務端套接字，使用多線程技術，提供多個用戶連接。

RTP連接則實現(xiàn)了媒體實時數(shù)據流傳輸?shù)墓δ堋?/p>

兩個連接的關系可看作，套接字連接把RTP連接包裝起來。Socket先建立客戶端與服務端的連接，之后再調用內部的RTP連接進行媒體數(shù)據傳輸。流程如下圖1：

核心技術可分為以下幾個機制，即：截屏機制，傳輸實時數(shù)據流機制，接受數(shù)據流并播放機制，下面將詳細分析這幾個機制。

圖1

3.系統(tǒng)實現(xiàn)過程

3.1 傳輸實時數(shù)據流機制

整個流程可分為以下幾個步驟

a. 根據客戶端發(fā)送的圖片信息，構造一個媒體定位器

b. 通過媒體定位器獲得數(shù)據源

c. 根據數(shù)據源產生一個處理器

d. 通過處理器得到相應的傳輸軌道

e. 設置軌跡支持格式為RTP并檢查傳輸?shù)拿襟w格式是否為RTP協(xié)議所支持的格式

f. 通過處理器獲取輸出數(shù)據源

g. 為每一個軌跡構造一個RTP管理器

h. 利用目標的IP地址與端口構造發(fā)送端的RTP會話，并賦給RTP管理器

i. 數(shù)據流傳送給客戶端

RTP協(xié)議支持兩種圖片格式，分別為H.263格式和JPEG格式， H.263只支持三種圖像大小352*288，176*144和128*96像素。JPEG格式需要圖像的寬和高是8像素的整數(shù)倍。因此想要屏截取圖像的話，就要使用JPEG格式來傳輸，缺省情況下，圖片格式為H.263。

3.2 截獲屏幕機制

在截屏的時候，屏幕的數(shù)據將作為一種新的數(shù)據源，為此，在應用RTP協(xié)議完成圖像的傳輸前，需要先創(chuàng)建數(shù)據源，使屏幕圖像數(shù)據作為RTP標準數(shù)據源的一種，通過繼承javax.media.protocol包中的pushDataSouce類來實現(xiàn)創(chuàng)建新的push數(shù)據源類型，從而實現(xiàn)pushSourceStream接口來實現(xiàn)和管理數(shù)據源流。

創(chuàng)造新的數(shù)據源需要對JMF的數(shù)據源進行擴展 ，需構造一個具有以下形式的類名：endprint

.media .protocol .DataSource

在本系統(tǒng)中該類的類名為com .sun .media .protocol .screen.DataSource ，完全按照創(chuàng)建數(shù)據源的結構原則構造的，其中“com.sun”（包前綴），“screen”（協(xié)議）。因為媒體定位器定位媒體時，需要使用相應的協(xié)議名，DataSource為數(shù)據源。

在本系統(tǒng)中，是由DataSource和LiveStream兩個類實現(xiàn)，LiveStream類實現(xiàn)實時的截屏數(shù)據采集，它從媒體定位器中得到屏幕圖像截取的起點位置尺寸等參數(shù)在實現(xiàn)了數(shù)據流的連接以及獲得到開始通知后，開始以設定的頻率取得屏幕區(qū)域圖象（RGB格式），傳輸給數(shù)據緩沖區(qū)，形成“推”數(shù)據流。

LiveStream類中實現(xiàn)截取屏幕圖像部分代碼如下（關鍵語句）：

…………

buffer.setFormat（ rgbFormat ）；

buffer.setTimeStamp（ （long） （seqNo * （1000 / frameRate） * 1000000） ）；

BufferedImage bi = robot.createScreenCapture（new Rectangle（x， y， width， height））；

bi.getRGB（0， 0， width， height，（int[]）outdata， 0， width）；

…………

DataSource類是控制LiveStream類的對象實現(xiàn)的一種新的數(shù)據源，DataSource把LiveStream采集到的圖像作為實時數(shù)據源。DataSource類中的getStreams（ ）實現(xiàn)了PushBufferDataSource類的抽象方法，而getContentType（） ， connect（）等則重載了Controls接口的getControls（），getControl（）方法。

4.編程細節(jié)

本文設計的系統(tǒng)由客戶端程序和服務器端程序兩部分構成。服務端程序安裝在遠端計算機上，實現(xiàn)視頻的截取與傳輸，客戶端程序安裝在本地計算機上，實現(xiàn)視頻流的接收與播放。該系統(tǒng)的硬件包括相互聯(lián)網的遠端計算機，本地計算機和一個普通的視頻頭。該視頻頭安裝在遠程計算機上，實時的截取遠端圖像，并生成視頻媒體流。遠端計算機對視頻流進行處理后通過網絡向本地計算機發(fā)送視頻流，本地計算機接收到視頻流之后，在本地計算機的屏幕上顯示出來。

4.1 接收機制與播放機制

接收機制與播放機制主要用到了RTP監(jiān)聽器，即用于監(jiān)聽RTP事件的接口，如本例中用到了SessionListener接口 ， ReceiveStreamListener接口 ， ControllerListener接口。

監(jiān)聽器用來接收作為一個整體的RTP會話的狀態(tài)改變消息，例如，RTPEvent類以及其子類SessionEvent，ReceiveStreamEvent，SendStreamEvent，ControllerEvent等。

SessionListener監(jiān)聽器用來接收作為一個整體的RTP會話的狀態(tài)改變消息，例如在監(jiān)聽到新的參與者時，并把它添加到RTP會話中，該接口通過實現(xiàn)update（）方法可以監(jiān)聽到SessionEvent。

ReceiveStreamListener監(jiān)聽器用來監(jiān)聽正在接收的RTP數(shù)據流的狀態(tài)消息，該接口中的update（）方法可以監(jiān)聽到ReceiveStreamEvent事件。

ControllerListener接口用于處理控制器（Player，Processors等）對象產生的事件的一個異步接口。通過使用該接口，能夠實現(xiàn)播放器潛在的耗時操作的計時管理，例如預取操作。該接口中的controllerUpdate（）方法可以監(jiān)聽到ControllerEvent事件。

該監(jiān)聽器工作機制如圖2：

圖2

接收機制與播放機制實現(xiàn)流程如下：

a. 實現(xiàn)ReceiveStreamListener監(jiān)聽接口，監(jiān)聽NewReceiveStreamEvent事件。

b. 接收到NewReceiveStreamEvent事件后，接收媒體數(shù)據流，之后通過媒體數(shù)據流獲取 RTP數(shù)據源。

c. Manager.creatPlayer（）根據獲得的數(shù)據源產生一個播放器。

d.為播放器添加監(jiān)聽器，等到播放器實現(xiàn)后，即可顯示播放數(shù)據。

4.2結果

由于JMF多媒體框架及其RTP協(xié)議的特點，使得傳輸?shù)娇蛻舳说膱D像成為了一種動態(tài)數(shù)據流，該數(shù)據流再由JMF特有的媒體播放器來播放，使得本例中實現(xiàn)的遠程監(jiān)控技術與一般的遠程截屏技術，存在著一定的差別。

截屏圖像頻率可設定在每秒1至30幀，經測試，當頻率設定較高時，可使服務端的屏幕活動與客戶端接收到的屏幕活動同步，達到了真正意義上的遠程實時監(jiān)控。

由于圖像可為兩種格式，客戶端可設置圖像的大小，同時圖像位置和傳輸速率可以在一定范圍內隨意設定。因此，用戶可以根據網絡硬件條件來實現(xiàn)遠程監(jiān)控，從而達到最理想的效果。（結果如右圖）

5結論

本文研究了基于JMF的遠程監(jiān)控技術，并解決了實現(xiàn)過程中的關鍵問題。本監(jiān)控系統(tǒng)包括遠程和本地模塊，實現(xiàn)了遠程的視頻監(jiān)控功能 。在實現(xiàn)時結合了多種技術：視頻采集與捕捉技術、流媒體的傳輸技術、網絡編程等技術。本文通過對JMF和RTP視頻傳輸協(xié)議的研究，并結合具體的項目，探討并實現(xiàn)了JMF技術實現(xiàn)視頻的傳輸，并將其作為該遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網絡傳輸模塊。本視頻監(jiān)控系統(tǒng)使用方便，費用低廉，具有跨越多種主流操作系統(tǒng)和適應較低帶寬的特點，經測試，視頻流暢，畫面清晰，實現(xiàn)了預期的功能。

參考文獻：

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[5] .Alfred C. Weaver，Monitoring and control using the Internet and Java，Digital Object Identifier，2001

作者：趙娟，女，1980年生，碩士研究生，研究方向計算機軟件技術endprint