碩士學位論文 （專業(yè)學位） 實時視頻會議系統(tǒng)的設計與實現 姓 名：李春鑫 學 號： 0921170494 所在院系：軟件學院 職業(yè)類型：工程碩士 專業(yè)領域：軟件工程 指導教師：何宗鍵 副指導教師：楊寶成 二 一二年十一月 A in 2012 i 0921170494 e 實時視頻會議系統(tǒng)的設計與實現 李春鑫 同濟大學 學位論文版權使用授權書 本人完全了解同濟大學關 于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，同意如下各項內容：按照學校要求提交學位論文的印刷本和電子版本；學校有權保存學位論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、掃描、數字化或其它手段保存論文；學校有權提供目錄檢索以及提供本學位論文全文或者部分的閱覽服務；學校有權按有關規(guī)定向國家有關部門或者機構送交論文的復印件和電子版；在不以贏利為目的的前提下，學?？梢赃m當復制論文的部分或全部內容用于學術活動。 學位論文作者簽名： 年 月 日 同濟大學學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師指導下，進行研究工作所取得的成果。除文中已經注明引用的內容外，本學位論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的作品的內容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本學位論文原創(chuàng)性聲明的法律責任由本人承擔。 學位論文作者簽名： 年 月 日同濟大學 碩士學位論文 摘要 I 摘要 隨著網絡技術的不斷發(fā)展，人們對視頻會議系統(tǒng)在互動性的要求也在提高，傳統(tǒng)的視頻會議系統(tǒng)已經不能滿足當下的需求。市場常見的視頻會議由 C/S， B/中 C/S 模式要求計算機先安裝客戶端軟件才可以使用，這對于初級用戶比較困難，而且對于會議場地多變的情況需要多次安裝，靈活性差。 B/要下載安裝插件。由于瀏覽器的多樣性，常會出現不兼容或設置復雜的問題。因此，一款真正意義上基于 互性強的視頻會議系 統(tǒng)顯得尤為重要。 為解決上述問題，本文提出采用 術開發(fā)視頻會議系統(tǒng) ,使其能夠在客戶端和服務器端達到平衡。 術可以使畫面界面絢麗多變、操作界面簡單易上手，給用戶帶來友好的體驗， 以顯示集成的用戶界面以及綜合使用聲音和圖像，并在流媒體服務器 此采用基于術能夠很好的滿足實現基于 視頻會議需求。本系統(tǒng)具有三大特點：首先，本系統(tǒng)的硬件設備只需要普通的 和攝像頭、揚聲器、麥克風等常用設備，其它部分由軟件實現，不需要專門的硬件設備。系 統(tǒng)成本較低，有利于向普通用戶市場推廣。其次，系統(tǒng)提供實用的會議協同功能，如文件共享、文字聊天等，滿足視頻會議的實際需求。再次，系統(tǒng)具有跨平臺特性，可以實現只需要通過瀏覽器就可以召開視頻會議的理想。 本文首先通過比較提出采用 軟件開發(fā)前期，首先通過詳細的需求分析給出總體設計方案，并且基于模塊化開發(fā)方法論述視頻會議系統(tǒng)的具體實現過程。最后，通過對系統(tǒng)軟件應用測試，證明了文中提出的設計方案的正確性和實用性。 關鍵詞 ：視頻會議 ; B/I of as an to as of of is a by of so on IA on of to it up , as so As to of is At in It in of is in B/碩士學位論文 目錄 錄 第 1 章 引言 . 1 題背景 . 1 內外研究現狀 . 2 題意義及技術可行性 . 3 文的主要工作和組織結構 . 4 第 2 章 開發(fā)工具及相關技術 . 6 術 . 6 . 8 媒體服務器 . 11 件生命周期 . 12 結 . 13 第 3 章 系統(tǒng)需求分析 . 14 求規(guī)定 . 14 能需求 . 14 功能性需求 . 15 例分析 . 16 注冊用戶用例圖 . 16 通參會者用例圖 . 16 議主持人用例圖 . 17 結 . 18 第 4 章 實時視頻會議系統(tǒng)設計 . 19 統(tǒng)設計原則 . 19 統(tǒng)總體設計 . 20 統(tǒng)架構設計 . 20 統(tǒng)工作流程 . 21 務器端模塊設計 . 22 同濟大學 碩士學位論文 實時視頻會議系統(tǒng)設計與實現 用戶管理模塊 . 23 議管理模塊 . 23 務器端視音頻模塊 . 24 務器端文字聊天模塊 . 24 戶端模塊設計 . 25 戶端視音頻模塊 . 25 戶端文字聊天模塊 . 26 戶端文件共享模塊 . 26 面設計 . 27 據庫設計 . 27 臺數據交互 . 28 全沙箱設計 . 30 結 . 31 第 5 章 實時視頻會議系統(tǒng)實現 . 32 序流程 . 32 媒體服務器流程 . 32 戶端流程 . 32 戶管理模塊實現 . 33 于 方式 . 35 于 方式 . 36 音頻模塊的實現 . 37 戶端的實現 . 38 的 實現 . 39 字聊天模塊的實現 . 41 議管理模塊的實現 . 42 議成員管理 . 42 議房間管理 . 44 議控制 . 44 件共享的實現 . 45 存回收 . 46 結 . 48 同濟大學 碩士學位論文 目錄 V 第 6 章 系統(tǒng)測試 . 49 戶管理模塊測試 . 49 音頻模塊測試 . 51 字聊天模塊測試 . 52 結 . 53 第 7 章 總結和展望 . 54 致謝 . 55 參考文獻 . 56 個人簡歷、在讀期間發(fā)表的學術論文與研究 成果 . 58 第 1 章 引言 1 第 1 章 引言 視頻會議系統(tǒng)是基于網絡組播的分布式多媒體即時通訊系統(tǒng)。自視頻會議誕生以來，就擔負著變革傳統(tǒng)會議的使命。然而它并沒有使傳統(tǒng)的視頻會議徹底顛覆，而是在不溫不火中平穩(wěn)發(fā)展。隨著計算機技術、通信技術和網絡條件的發(fā)展，視頻會議技術也日趨成熟。集音視頻、圖形、圖像、文字、數據共享、公文流轉等為一體的視頻會議，使越來越多的人開始享受到網上辦公、遠程醫(yī)療、遠程通信、遠程協作、遠程培訓等全新的工作模式，縮短了時區(qū)和地域的距離，在提高工 作效率、降低差旅成本以及精簡業(yè)務流程等方面有著積極的作用。 題背景 視頻會議自發(fā)展以來，就分為基于硬件和基于軟件兩個類別，并且硬件解決方案和軟件解決方案之爭就沒有停息過 1。首先硬件視頻會議系統(tǒng)因為有著操作簡單和易于維護的特點，然而其發(fā)展和更新相對于軟件來說，功能和性能的發(fā)展是相對緩慢的。其次硬件在價格方面也是遠遠的高出軟件，而且系統(tǒng)硬件如果有損壞就造成了整個系統(tǒng)的崩潰，而更換一套價格昂貴的硬件，這是令客戶非常頭疼的事情。軟件系統(tǒng)在音、視頻的穩(wěn)定性上可能與硬件系統(tǒng)存在一定的差別，但是軟件的提高速度 是硬件視頻會議系統(tǒng)所望其項背的，并且在數據操作方面更是優(yōu)于硬件會議系統(tǒng)，這些是所有用戶有目共睹的。 上世紀 60 年代初，美國電報電話公司推出一款模擬會議電視系統(tǒng)，也是最早的視頻會議系統(tǒng)。由于當時的視頻信號只能通過衛(wèi)星信號傳輸，成本非常高，而市場需求不足，最終導致該產品沒有得到推廣。 70 年代，由于數字信號處理技術的發(fā)展，視頻會議系統(tǒng)也開始向數字傳輸方向發(fā)展。但是由于數字信號的存儲與傳輸需要耗費更多硬件資源，所以視頻會議技術也很難完全推向市場。 到了 80 年代中期，編碼和信息壓縮技術的迅猛發(fā)展，視頻會議系統(tǒng)也變得更 加實用。此外，由于設備制造技術和數字網絡技術的提高， 體積變小了，價格也在降低，低速率的網絡服務也已經能夠供應市場需求。此階段的視頻會議系統(tǒng)已經開始走向高檔會議室，開拓高端市場。 90 年代初期開始出現國際標準 決了不同產品的兼容性問題。視頻會議系統(tǒng)也隨著 頻壓縮集成電路技術的發(fā)展變得更加小型化，可以更好的為中小型會議服務。 視頻會議的組網協議經歷了也經歷了多次發(fā)展和變遷 11在視頻會議業(yè)務中 到更大的作用。 統(tǒng)技術完善和性能穩(wěn)定，而且同濟大學 碩士學位論文 實時視頻會議系統(tǒng)設計與實現 2 又 具有一定的靈活性，在未來的三五年內 時還無法取代 為下一代的視頻會議系統(tǒng)的組網協議， 下一代多媒體業(yè)務通訊協議 于其研究進程緩慢，大范圍的應用還需要一定時日。 圖像質量是影響視頻會議系統(tǒng)發(fā)展的關鍵。目前的圖像編解碼技術已經經歷了 發(fā)展，技術上逐步向高質量圖像低傳輸速率方向邁進。隨著芯片開發(fā)和協議制定完成， 2006 年正式開始商業(yè)使用，其明顯優(yōu)勢就是不受帶寬影響。因此， 括視頻會議、 得到重點發(fā)展，在不久的未來將得到大規(guī)模應用。 內外研究現狀 當前國內外視頻會議產品繁多，最早的多是基于 C/來隨著市場的需求，出現了一些基于 B/C/S 模式要求計算機必須安裝相應的客戶端軟件才能進行使用，這對于初次使用的用戶或經常更換會議場地的情況就很麻煩，缺少足夠的靈活性。常見的基于 C/S 的視頻會議軟件有 B/體又分為基于插件的和基于 于插件的方式需要下載插件安裝使用。 際上最大的網絡會議供應商，它推出的 于系統(tǒng)和瀏覽器的多樣性，這種基于插件的方式經常會出現不兼容問題，或者要對瀏覽器進行多種設置，操作不便?；?視頻會議系統(tǒng)不需要安裝任何軟件 2，只要可以打開網頁就可以運行系統(tǒng)，而且具有較高的互動性，提供更豐富的功能。比較有代表性的系統(tǒng)有 。 司的流媒體服務器這些產品走向商用的基礎 3與 C/S 相比， B/受制于 限制，在數據展示和用戶體驗上稍遜一籌。 基于 架開發(fā)的，采用的是基于 33，其整體架構比較清晰，比較適合二次開發(fā)。該系統(tǒng)的優(yōu)點是一個完全的開放平臺，代碼是開放的，所用的環(huán)境和第三方軟件也是基于開放平臺的開源工具：運行環(huán)境是 臺數據庫是 發(fā)語言是 媒體服務器是 件轉換使用 檔文件使用 理。缺點是其對視頻 依賴過重，缺少靈活性，而且在處理音視頻方面比 基于 在線會議系統(tǒng) 有很好的跨平臺性，其界面操作沒有完全基于 面，基本滿足了會議對界面布局的要求。商業(yè)版的 被評為“ 2008 年美國十大企業(yè)網絡產品”。其缺第 1 章 引言 3 點在于功能太過簡單，不能滿足視頻會議的更多要求。 前身就是 是目前市場最流行的流媒體視頻會議產品。該產品充分利用了 表著 題意義及技術可行性 在這個快節(jié)奏的社會里 ,時間就是金錢，將一大批人聚集在一起開會是一種資源上的浪費，因此視頻會議系統(tǒng)應時而生?；谲浖囊曨l會議系統(tǒng)具有硬件不可比擬的豐富的數據協作功能，并且對網絡的適應能力較強，便于升級更新。 相關研究表明，有效信息中的 55%60%依賴于面對面的視覺效果， 33%38%依賴于說話者的語音，而只有 7%依賴于內容。采用 召開視頻會議的方式，足不出戶就可以實現“面對面”的交流，可有效節(jié)省時間、費用，減少出差頻率并有效解決了出差安全憂患和旅途勞累的弊端。視頻會議系統(tǒng)以一個嶄新的方式為用戶建立起一個協同工作的環(huán)境，讓地域分散的群體利用計算機及網絡共同協調與協作來完成任務，改善人們進行信息交流的方式，消除或減少人們在時間和空間上相互分隔的障礙，節(jié)省工作人員的時間和精力，提高群體工作質量和效率。在屏幕上顯示并閱讀 燈片、 示、軟件介紹和其他培訓內容可以避免視覺疲勞，提高工作效率、加深印象并使工作充滿樂趣 ，與流暢的動作相結合的清晰圖像同樣使聽力障礙的與會者能夠更容易地辨別手語，從而提高企業(yè)、機關、團體乃至社會的整體效益。 隨著網絡技術的不斷發(fā)展，人們對視頻會議系統(tǒng)在互動性的要求也在提高，傳統(tǒng)的視頻會議系統(tǒng)已經不能滿足當下的需求。市場常見的視頻會議由 C/S， B/中 C/S 模式要求計算機縣安裝客戶端軟件才可以使用，這對于初級用戶比較困難，而且對于會議場地多變的情況需要多次安裝，靈活性差。 B/要下載安裝插件。由于瀏覽器的多樣性，常會出現不兼容或設置復雜的問題。因此，一款真正意 義上基于 互性強的視頻會議系統(tǒng)顯得尤為重要。為解決上述問題，本文提出采用 術開發(fā)視頻會議系統(tǒng) ,使其能夠在客戶端和服務器端達到平衡 16 由于 將能很好的應用與視頻會議系統(tǒng)中。其不需要安裝任何軟件，只要可以上網，可以打開網頁，就可以召開視頻會議。由于 可以在消息確認和格式編排方面提供互動用戶界面，在無刷新頁面之下提供快捷的界面響應時間；提供通用的用戶界面特性及離線操作能力。由于同濟大學 碩士學位論文 實時視頻會議系統(tǒng)設計與實現 4 以顯示集成的用戶界面以及綜合使用聲音和圖像，并 在流媒體服務器 此采用基于 術能夠很好的滿足實現基于 34。 視頻會議系統(tǒng)的結構主要由視頻會議終端，多點控制器，信道（網絡）及控制管理軟件組成。視頻會議系統(tǒng)終端的主要功能是完成視頻信號的采集，編輯處理及顯示輸出、音頻信號的采集、編輯處理及輸出，視頻音頻數字信號的壓縮編碼和解碼，最后將符合國際標準的壓縮碼流經線路接口送到信道，或從信道上將標準壓縮碼流經線路接口送到終端中。此外，終端還要形成通信的各種控制信息：同步控制和指示信號，遠端攝像機的控 制協議，定義幀結構，單個及多個終端的呼叫規(guī)程，加密標準，傳送密鑰，及密鑰的管理標準等。 多點控制單元 的主要功能是對視頻，語音及數據信號進行切換，例如它會把傳送到 于語音信號，若同時有幾個發(fā)言，可以對他們進行混合處理，選出最高的音頻信號，切換到其他會場。 叫控制單元，多路復用和解復用單元，音頻處理器，數據處理器，控制處理器，密鑰處理分發(fā)器及呼叫控制處理器。 文的主要工作和組織結構 針對視頻 會議研究現狀，本課題計劃設計開發(fā)一套實用的視頻會議系統(tǒng)。首先，本系統(tǒng)的硬件設備只需要普通的 和攝像頭、揚聲器、麥克風等常用設備，其它部分由軟件實現，不需要專門的硬件設備。系統(tǒng)成本較低，有利于向普通用戶市場推廣。其次，系統(tǒng)提供實用的會議協同功能，如文件共享、文字聊天等，滿足視頻會議的實際需求。再次，系統(tǒng)具有跨平臺特性，可以實現只需要通過瀏覽器就可以召開視頻會議的理想。 本文首先介紹了視頻會議的國內外研究現狀，通過比較提出采用 架實現視頻會議系統(tǒng)。在軟件開發(fā)前期，首先通過詳細的需求分析給出總體設計方案，并且基于模塊化開發(fā)方法論述視頻會議系統(tǒng)的具體實現過程。最后，通過對系統(tǒng)軟件應用測試，證明了文中提出的設計方案的正確性和實用性。 本文共分七章，主要內容結構如下： 第一章介紹了本課題的研究背景及意義，并概括了本文的主要研究工作。 第二章介紹了該視頻會議系統(tǒng)所用到的開發(fā)工具和相關技術。重點闡述了 第三章分析了該視頻會議系統(tǒng)的功能性需求。 第 1 章 引言 5 第四章對系統(tǒng)總體設計進行分析，并確定設計模式和最終采用的技術方案。 第五章介紹了系統(tǒng)各模塊的具體實現，針對不同 的模塊給出了詳細的實現過程。這是本文的重要組成部分。 第六章對系統(tǒng)進行應用測試，指出在實現過程中遇到的主要問題和解決辦法。 第七章最后總結全文，歸納所做工作并指出其中的不足，展望未來工作。 同濟大學 碩士學位論文 實時視頻會議系統(tǒng)設計與實現 6 第 2 章 開發(fā)工具及相關技術 本系統(tǒng)的設計主要使用 術進行開發(fā)。 開發(fā)人員可以開發(fā)和部署可升級的富互聯網應用程序（ 供了一種現代的、基于標準的語言來支持公共模板設計、客戶端運行環(huán)境、編程模型、開發(fā)模型和高級數據服務。富互聯網應用 程序（ 指以像開發(fā) 頁一樣的簡單方式來部署富客戶端程序。這種程序具有比應更加靈敏和互動性更豐富的特點。 服務器（簡稱 用于用戶之間相互通信的新平臺。它集成了 媒體交互的特性，又添加了實時音頻、實時視頻和實時數據流等新特色，使用該平臺可以與其他用戶實時通信，并且可以將通信內容錄制下來保存到服務器上，包括音頻、視頻及其他共享數據。然后，可以將這些錄制下來的音頻、視頻和共享數據傳遞給多個客戶端，實現同步共享。 數據庫方 面則是使用 司推出的數據庫系統(tǒng) 操作簡單，以其自身的安全性、可靠性及所具有強大功能，深受廣大開發(fā)人員的歡迎。 術 通過 者 非 徑，解釋 件組織生成相應的 件。 用 面開發(fā)，使用基于 15。 實現 程對象、 排序、圖表等功能， 建動畫效果和其它簡單互動界面等。相對于基于 應用在每個請求時都需要執(zhí)行服務器端的模板，由于客戶端只需要載入一次， 14,166。 1. 描述應用程序界面的 2. 符合 范的腳本語言（ 處理用戶和系統(tǒng)的事件，構建復雜的數據模型； 3. 一個基礎類庫； 4. 運行時的即時服務； 5. 由 可以使用 明來定義程序中的非可視化組件。 要負責程序的邏輯。 簽與 章 開發(fā)工具及相關技術 7 類或者類中的屬性是相對應的。如果是使用免費的 么就要使用獨立的編譯器把代碼編譯到 件里。 設置自動編譯代碼，并創(chuàng)建一個必要的瀏覽器檢測。當編譯 用程序的時候， 解析 簽并生成相應的 ，最后這些 會被 編譯成 務器上，在那里它根據用戶請求而服務。圖 圖 言是專門用于 序中描述界面表現的一種 言。在 標簽中的 綴是一個命名空間。它是通過在 就是為什么 簽相對應的 。 分大小寫，且文件名和變量標示名都區(qū)分大小寫。 通常情況下， 1) 以 2) 以 3) 以 以 被編譯成 擬機里。因此 繼承了 表示層上先天性的美感、除了視覺上的舒適感外，還天生具備方便的矢量圖形、動畫和媒體處理接口。圖 運行的結構 29。 同濟大學 碩士學位論文 實時視頻會議系統(tǒng)設計與實現 8 圖 系結構 雖然 眾多的相似點，但是不同之處仍然很多 : 1) 盡管公用 是使用的庫并不完全相同，更合適的說法是兩者使用著兩套具有極大“功能重疊”范圍的庫。 2) 以更容易發(fā)揮特效處理的優(yōu)勢，以容易做出具有豐富交互功能的應用程序。 3) 臺 被關聯到一個稱之為 另外舞臺元素也是可以綁定腳本的，不過從軟件工程的角度講不建議這樣用， 本。 4) 由于第三點而造成的兩者市場定位不同， 告設計等多媒體展示程序。 5) 借助 一移動設備上的 以開發(fā)移動應用， 6) 編程模型是基于時間軸的， 則是基于窗體，雖然它運行在網頁里。 盡管存在上述不同點，但是在進行 發(fā)時可以把 為資源嵌入到 可以用 象來實現 外部 件的交互。使用 式更具有通用性，它的好處是不用管 可以進行通信交互。 2 章 開發(fā)工具及相關技術 9 即富互聯網應用 , 是具有高度互動性、豐富用戶體驗的客戶端 18傳統(tǒng)網絡程序的開發(fā)是基于頁面的、服務器端數據傳遞的模式，把網絡程序的表示層建立于 適合于文本的，傳統(tǒng)的基于頁面的系統(tǒng)已經漸漸不能滿足網絡瀏覽者的更高的、全方位的體驗要求了，而富因特網應用程序（ 寫為出現也就是為了解決這個問題。 集桌面應用程序的最佳用戶界面功能與 成本部署以及互動多媒體通信的實時快捷 于一體的新一代網絡應用程序。目前 域和桌面軟件領域正逐步向 計 3 包含了兩層含義。 1)豐富的數據模型： 用 數據能夠被緩存在客戶端，從而可以實現一個比基于 響應速度更快，且數據往返于服務器的次數更少的用戶界面。 2)豐富的界面元素： 集、響應速度快和圖形豐 富的頁面元素與數據模型結合在一起，為用戶提供好的使用體驗。 27 有的桌面應用程序的特點包括：在消息確認和格式編排方面提供互動用戶界面；在無刷新頁面之下提供快捷的界面響應時間；提供通用的用戶界面特性如拖放式（ 及在線和離線操作能力。 有的 用程序的特點包括如：立即部署、跨平臺、采用逐步下載來檢索內容和數據以及可以充分利用被廣泛采納的互聯網標準。 有通信的特點則包括實時互動的聲音和圖像。 客戶機在 的作用不僅是展示頁面，它可以在幕后與用戶請求異步 地進行計算、傳送和檢索數據、顯示集成的用戶界面和綜合使用聲音和圖像，這一切都可以在不依靠客戶機連接的服務器或后端的情況下進行 24,25