（信号与信息处理专业论文）视频监控系统平台中媒体播放器的设计.pdf

哈尔滨下程大学硕十学位论文 摘要 随着计算机网络和多媒体技术的迅速发展，融合计算机、网络、多媒 体技术为一体的视频监控技术也有了长足的进步。相比其它一些拥有丰富 平台技术积累的行业，视频监控系统平台尚处在起步阶段，开发一种具有 良好的独立性，开放性，可管理性和可扩展性的平台化的视频监控系统架 构成为视频监控系统发展的重要趋势。论文主要工作是视频监控系统平台 中媒体播放器的设计。 论文给出了视频监控系统平台中进行媒体播放器设计时涉及的一些相 关知识，依据视频监控系统平台的产生背景，确定了视频监控系统平台的 开发目标，功能特性，以及整体设计原则和总体实现框架图。通过分析现 存主流存储方案的不足，提出了块格式的媒体流存储方案，并对数据块的 存储结构进行了详细设计，采用两级时间索引，满足历史流回放时的及时 性和精确性要求，检索精度达到秒级。以d i r e c t s h o w 的基本原理为出发点， 对媒体播放器的结构进行设计，实现了多路播放，支持多样的媒体类型， 能够提供高品质的多媒体流回放，同时也提高了通用性和可扩展性。双缓 冲的设计，利用两个缓冲区保证多媒体流实时处理的需要，很大程度上改 善了局域网抖动及延迟对于视频图像的影响。池式内存管理机制的设计和 使用，解决了频繁向操作系统申请和释放内存导致的时间和空间效率低下 的问题。并在此基础上，对媒体播放器功能的具体实现进行了阐述，利用 改进的算法，解决了单步后退功能效率低，占用资源多，难以实现的问题。 最后，给出了系统测试的对比结果，测试结果表明，播放器的设计实现了 预期的目标，并且性能优越。 关键词：视频监控系统平台；视频存储方案；媒体播放器；d i r e c t s h o w 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dp r o g r e s so fc o m p u t e rn e t w o r k sa n dm u l t i m e d i at e c h n o l o g y ， t h et e c h n o l o g yo fv i d e om o n i t o r i n g ，w h i c hi n t e g r a t e dc o m p u t e rt e c h n o l o g y ， n e t w o r k t e c h n o l o g y a n dm u l t i m e d i a t e c h n o l o g y ，h a d a c h i e v e d g r e a t d e v e l o p m e n t b u tc o m p a r e dt o s o m eo t h e rt e c h n o l o g yi n d u s t r yw i t hr i c h a c c u m u l a t i o no fp l a t f o r m ，v i d e om o n i t o r i n gs y s t e mp l a t f o r m sj u s ts t a r t e d a p l a t f o r mo ft h ev i d e om o n i t o r i n gs y s t e ma r c h i t e c t u r e 晰mw e l li n d e p e n d e n c e ， o p e n n e s s ，m a n a g e a b i l i t ya n ds c a l a b i l i t yh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tt r e n d t h e m a i nj o bo ft h ep a p e ri st h ed e s i g no fm e d i a p l a y e r f i r s t l y , s o m er e l e v a n tk n o w l e d g ei nt h ed e s i g no f m e d i ap l a y e ri nt h ev i d e o m o n i t o r i n gs y s t e mp l a t f o r mi sp r e s e n t e d i n t r o d u c e dt h e v i d e om o n i t o r i n g s y s t e mp l a t f o r m sb a c k g r o u n d ，d e v e l o p m e n tg o a l s ，f e a t u r e s ，a n dt h eo v e r a l l d e s i g np r i n c i p l e s ，a n dp r o v i d e dt h er e a l i z e df r a m e w o r k s e c o n d l y , b ya n a l y z i n g t h es h o r t c o m i n g so ft h ee x i s t i n gm a i n s t r e a ms t o r a g ep r o g r a m ，p u tf o r w a r da p i e c eo fs t o r a g es o l u t i o n 一- b l o c k f o r m a tm e d i as t r e a ms t o r a g es o l u t i o n t h e s t r u c t u r eo fb l o c kf o r m a tu s e sap a i ro fi n d e x e si no r d e rt om e e tt h en e e do f i m p r o v e da c c u r a c ya n dt i m e l i n e s s t h ea c c u r a c yc a nb ep r e c i s et ot h es e c o n d l e v e l t h i r d l y ，b a s e do nd i r e c t s h o wt e c h n o l o g y ，id e s i g nt h es t r u c t u r eo fm e d i a p l a y e r m e d i ap l a y e ri sm a d ef r o mf o u rf i l t e rc o m p o n e n t s i tc a ni m p l e m e n t m u l t i c h a n n e l ，s u p p o r tt h ev a r i o u sm e d i at y p e ，o f f e rt h eh i g h - q u a l i t ym u l t i m e d i a p l a y b a c k ，a n di m p r o v et h ec o m m o n a l i t ya n de x p a n s i b i l i t y d e s i g nd u a l - b u f f e r s ， u s i n gt w ob u f f e r st oe n s u r et h en e e d so fm u l t i m e d i as t r e a mr e a l - t i m ep r o c e s s i n g a l a r g ee x t e n d ，i m p r o v e dt h ei n f l u e n c eo fn e t w o r kd i t h e r i n ga n dd e l a y i n go n v i d e o t h ed e s i g na n du s eo fm e m o r yp o o l ，r e s o l v e dt h ep r o b l e mo ft i m ea n d s p a c ei n e f f i c i e n c yc a u s e db yf r e q u e n t l ya p p l y i n ga n dr e l e a s i n gm e m o r yt ot h e 哈尔滨t 程大学硕十学何论文i t ； r 葺宣；专；i i i 宣；刍薯二苫；兰；皇宣萱薯昌宣鼍；i 暑宣薯薯 o p e r a t i n gs y s t e m a n d0 1 1t h i sb a s i s ，d e s c r i b e dt h es p e c i f i ci i n p i e m e n t a t i o no f t h em e d i ap l a y e r s f u n c t i o n s m a k i n gu s eo ft h ei m p r o v e d 甜g o t l u n ，h a d i m p r o v e dt h ep r o b l e mo fs i n g l e - s t e pb a c k w a r df u n c t i o n ，b yf e a _ t u r e so f1 0 w e t l i c i e n c y ，o c c u p ym a n yr e s o u r c e s ，a n dh a r dt or e a l i z e f i n a l l y , t h et h e s i sg a v e t h et e s t i n gr e s u l t so ft h es y s t e m ，w h i c hp r o v e dt h a tt h ed e s i g nh a da c l l i e v e dt 1 1 e e x p e c t e dg o a l s ，a n dt h ep e r f o r m a n c ew a s s u p e r i o r k e yw o r d s ：v i d e om o n i t o r i n gs y s t e mp l a t f o r m ；v i d e os t o r a g es o l u t i o n ；m e d i a p l a y e r ；d i r e c t s h o w 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：貘昔 日期：z 0 0 ( f 年3 月1 8 日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数 据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结 合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位 为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 囵在授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后口 解密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者( 签字) ：装静 日期：刀d c l 年3 月1 8 日 导师( 签字) 0 ：丝淑 年乡月，艿日 哈尔滨工程大学硕七学位论文 第1 章绪论 视频监控是安全防范系统的重要组成部分，它是一种防范能力较强的 综合系统。视频监控系统以其直观、方便、信息丰富而广泛应用于安防、 金融、邮电、电力、交通、商业、旅游、公安、军事、医疗、工矿等许多 重要的国家部门，发挥着重要的作用。近年来，伴随着计算机、网络、存 储、以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控技术也取得了长足的 发展。 1 1 视频监控系统的发展历程 视频监控技术的发展经历了模拟监控、数字监控、并正在向大规模网 络监控发展。 最早的视频监控系统是全模拟的视频监控系统，也称闭路电视监控系 统( c c t v ) 。图像信息采用视频电缆，以模拟方式传输，一般传输距离不能 太远，主要应用于小范围内的监控，监控图像一般只能在控制中心查看。 全模拟视频监控系统以模拟视频矩阵和磁带式录像设备v c r 为核心。 随着数字技术的发展，数字视频监控系统从2 0 世纪9 0 年代中期开始 出现，以数字控制的视频矩阵替代原来的模拟视频矩阵，以数字硬盘录像 机d v r 替代原来的长延时模拟录像机，将原来的磁带存储模式转变成数字 存储录像，实现了将模拟视频转为数字录像。d v r 集合了录像机、画面分 割器等功能，跨出数字监控的第一步。在此基础上产生了全数字的视频监 控系统，可以基于p c 机或嵌入式设备构成监控系统，并进行多媒体管理。 这类系统是目前视频监控市场的主流。 随着宽带网络的普及，视频监控逐渐从本地监控向远程监控发展【l 】，出 现了以网络视频服务器为代表的远程网络视频监控系统。网络视频服务器 解决了视频流在网络上的传输问题，从图像采集开始进行数字化处理、传 l 哈尔滨下程大学硕十学位论文 输，这样使得传输线路的选择更加多样性，只要有网络的地方，就提供了 图像传输的可能。整个系统趋向平台化、智能化。很多互联网企业已开始 涉足此类视频监控系统的开发，目前尚属市场起步阶段。 网络视频监控系统与前几代视频监控系统的根本区别在于，其不再局 限于简单地完成对视频信号的处理、传输、控制，其核心乃是对基于m 网 络的多媒体信息( 视频音频数据) 提供一个综合、完备的管理控制平台。 网络多媒体视频监控系统的网络拓扑图如图1 1 所示： 控制 服务器 控制、管理 数据管理 服务器 视频显示 图1 1 网络多媒体视频监控系统的网络拓扑图 网络多媒体监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储 和显示为核心，以智能实用的图像分析为特色，并与报警系统、门禁系统 整合到一个使用平台上，引发了视频监控行业的一次技术革命，迅速受到 了安防行业和用户的关注。网络多媒体监控管理系统，可以广泛用于多媒 体视讯调度指挥、网络视频监控和会议、多媒体网上直播、网络教学、远 程医疗等各个方面m 儿“。 近年来，包括i b m 、思科、索尼、三星、爱立信、神州数码、h 3 c 、 t c l 等国内外i t 厂商纷纷加入到监控行业中来。基于i p 监控的解决方案 2 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 也受到众多厂商的追捧，如h 3 c 的全系列i p 智能监控解决方案、d l i n k 与上海贝尔阿尔卡特联合主推的运营级智能网络视频监控解决方案等。 1 2 国内外研究动态 在模拟监控系统解决方案中，矩阵就是一个平台，但这仅仅体现平台 很小的一部分功能，还无法涵盖监控平台的更多功能。模拟监控中的矩阵 功能很弱，仅相当于连接摄像头与电视墙之间的多路开关电路，让用户可 以选择哪几路视频通过电视墙来显示。在数字监控方案中，视频信号的采 集设备主要是各类模拟摄像头或者数字网络摄像机，视频信号的输出设备 也仍然是电视墙或者电脑的显示器。不同的是，在数字监控系统中，将视 频信号进行数字压缩后，可以通过网络根据需要进行任意的传输。如何管 理这些连接在网络中的大量摄像头、监视器以及网络中看不见的数据流成 了一个棘手的问题。这时就需要视频监控系统平台。视频监控系统平台可 以实现对视频监控系统全网的设备管理、用户的权限管理、视频数据流的 管理、录像存储的管理、设备的扩容、增加新业务或者改变业务种类、让 视频监控系统与其它系统进行功能对接等各种功能。 视频监控平台产品及其技术的发展仅有几年时间，相比其它一些拥有 丰富平台技术积累的行业，如与通讯行业相比，视频监控系统平台产品尚 处在起步阶段，国内市场上还非常缺乏高可靠、高扩展的商用级或者运营 级平台产品的出现1 4 j 。 由于媒体播放器的应用具有巨大的市场，国际上各大公司都研发了自 己的媒体播放器。比较有代表性的有r e a l n e t w o r k s 公司的r e a l s y s t e m 、微 软公司的w i n d o w sm e d i a 、苹果公司的q u i c k t i m e 。 r e a l n e t w o r k s 公司是世界领先的网上流式视音频解决方案的提供者， 提供从制作端、服务器端到客户端的所有产品。它的客户端播放器 r e a l p l a y e r 的全球注册人数已经超过了一亿六千万人。r e a l n e t w o r k s 公司最 新的网上流式视音频解决方案叫r e a l s y s t e mi q ，r e a l s y s t e mi q 容易安装， 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 在高低带宽均可提供良好的视音频质量，但价格较贵。作为流媒体领域的 主导厂商，r e a l n e t w o r k s 公司凭借其优秀的技术，占领了多半的网上流 式视音频点播市场。 微软公司推出的w i n d o w sm e d i a 技术以其方便性、先进性、集成性、 低费用等特点，逐渐被人们所认识。w i n d o w sm e d i a 产品的一大特点是其制 作、发布和播放软件与w i n d o w s n l 2 0 0 0 9 ) 【集成在一起，不需要额外购买。 微软的流视频解决方案在微软视窗平台上是免费的，制作端与播放器的视 音频质量都上佳，而且易于使用，但目前在整体解决方案方面和 r e a l n e t w o r k 的产品相比还有差距，且只能在微软视窗平台上使用。 a p p l e 公司的q u i c k t i m e 于1 9 9 1 年推出，是a p p l e 公司面向专业视频 编辑、w e b 网站创建和c d r o m 内容制作领域开发的多媒体技术平台， q u i c k t i m e 。支持几乎所有主流的个人计算平台，是数字媒体领域事实上的 工业标准，是创建3 d 动画、实时效果、虚拟现实、a v 和其他数字流媒体 的重要基础。目前q u i c k t i m e 播放器己经在全世界被众多的m a c 及视窗用 户所采用，是仅次r e a l p l a y e r ，w i n d o w sm e d i ap l a y e r 的流视频播放器。 q u i c k t i m e 支持开放标准r t p 、r t s p 协议及h t t p 流。 在国内，暴风公司的暴风影音是国内用户占用率最多的影音播放软件， 能够支持4 5 6 种格式，领先的m e e 播放引擎专利技术，全高清、硬解加速 技术，使其具有了“万能播放器”之称。 目前，由于多种视频标准的共存，现有的大多数流媒体系统都尽可能 支持所有的媒体格式，在这个基础上，谁提供的服务越好、效率越高，性 能强，产品就更具有竞争力。 综上所述，作为多媒体技术在网络时代和网络技术结合的产物，视频 监控系统平台中的媒体播放器具有广泛的应用和巨大的市场，具有很重要 的研究价值。而且流媒体技术目前正处在一个发展时期，没有统一的标准 和市场垄断，这也使得本课题的研究更具有实际意义。 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 1 3 课题任务和结构安排 伴随着视频监控的发展和市场潜力的扩大，越来越多的企业加入到视 频监控系统产品的研发当中。而各厂家的各行其是，对系统的集成和互通 造成了困境，经常出现为了增加对某厂家的支持，需要对原有架构进行大 量修改，增加更多的分支。这带来的后果一是：给开发人员增加了工作量， 开发难度增加，开发周期拉长，不能适应市场瞬息万变的需要；二是：增 加了产品的不稳定性，由于分支较多，系统较为复杂，修改不全面的问题 难以避免，尤其是在一些异常判断时，由于异常不经常出现，测试时很难 发现，因此产品的不稳定性增加，在用户那里出现问题的概率也随之增加。 为了解决这一问题，一种具有良好的独立性，开放性，可管理性和可扩展 性的平台化的视频监控系统架构成了视频监控系统发展的重要趋势。 本文的主要内容是视频监控系统平台中媒体播放器的设计，论文各章 节主要内容如下： 第l 章是绪论，介绍了视频监控系统的发展历程，发展现状，课题任 务，和论文的结构安排。 第2 章给出了在进行媒体播放器设计时用到的相关知识，着重对g o p ， s o a 架构，s o c k e t 模型，s i p 协议，a c e 框架，和i s c s i 协议的相关知识 及实现进行了简要介绍。 第3 章是视频监控系统平台的相关内容，包括视频监控系统平台的产 生背景，开发目标，功能特性，以及平台的整体设计原则，并给出了总体 实现框架图。 第4 章主要研究了更能满足实时性和精确性要求的块格式视频监控数 据存储方案。首先分析了现行主流媒体流存储方案，并提出了d v r ，d v s 系统由于采用文件存储形式存在的不足，作为解决之道，设计了块格式视 频监控数据存储方案。并对这种方案中数据块的结构进行了详细的设计。 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 第5 章根据媒体播放器的开发目标，选用了基于d i r e c t s h o w 技术的设 计方法，并主要研究了组成媒体播放器的各个过滤器的结构。并从提高画 面质量，减少由各种原因引起的因画面质量差给用户带来的不适感的角度， 加强一些细节点的设计，运用了双缓冲技术和池式内存管理机制，并且改 进了单步后退的实现算法。 最后总结了本文所做的工作，并对未来发展方向进行了展望。 6 哈尔滨t 程大学硕+ 学位论文 第2 章媒体播放器设计中的相关技术 视频监控作为一种传统视频技术与现代通信技术相结合的应用，涉及 到很多视频、通信，计算机，和网络的相关知识。 2 1g o p g o p 是图片群( g r o u po f p i c t u r e s ) 1 5 】的英文简写。每一个g o p 包含多个 帧，由i 、b 、p 三种类型组成，其中i 帧采用帧内编码，p 帧采用前向估计， b 帧采用双向估计【5 】，这种数据压缩技术可以消除视频临近帧之间的时间冗 余。 对于i 帧，整幅图像直接进入编码过程，对于p 帧和b 帧，首先做运 动补偿，通常来说由于相邻帧之间的相关性很强，宏块可以在前帧和后帧 中对应相近的位置找到相似的区域【6 j ，并且匹配的比较好，这个偏移量作为 运动向量被记录下来，运动估计重构的区域的误差被送到编码器中编码。 i 帧编码是为了减少空间域冗余，p 帧和b 帧编码是为了减少时间域冗 余 7 1 ，g o p 是由固定模式的一系列i 帧，p 帧，b 帧组成，i 帧和其后的相 邻i 帧之间的视频帧组成一个g o p 。g o p 中各个帧的比例的选取和带宽、 图像的质量要求有一定关系。例如，因为b 帧的压缩时间可能是i 帧的三 倍，所以对于计算能力不强的某些实时系统，可能需要减少b 帧的比例。b 帧和p 帧，只有以相邻i 帧或p 帧为参考帧，运用预测等解码算法才能解 码出正确的图像。 2 2s o a 面向服务的体系结构( s o a ) 是一种用于创建企业i t 体系结构的体系结 构样式，利用面向服务的原则来实现业务和支持业务的信息系统之间更为 7 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 紧密的关系【8 l 。 面向服务的架构( s o a ) 是一种设计方式，它指导着业务服务在其生命周 期中包括创建和使用的方方面面。s o a 也是一种定义和提供i t 基础设施的 方式，它允许不同应用相互交换数据、参与业务流程，无论它们各自背后 使用的是何种操作系统或采用了何种编程语言 9 1 。 s o a 是利用面向服务开发的最好方式，与之前的i t 系统关注于技术本 身，让人们适应技术不同，面向服务通过将技术更自然地贴近需要它的人 们，实现了项目成本的缩减和项目成功率的提高。面向服务开发与先前的 开发方法的主要不同在于，它使人们可以专注于业务问题本身的描述，而 先前的开发方法则要求人们更关注特定执行环境技术的使用。面向服务开 发比先前技术更面向业务问题的解决。 从业务角度来看，服务是对应于真实的业务活动或可识别的业务功能 的i t 资产，而服务策略规定了哪些人或事物可以使用该服务，何时可以使 用该服务，使用该服务的代价，该服务的可靠性等级、该服务的安全等级、 性能等级等等。 从技术角度来看，服务是粗粒度的、可重用的i t 资产、良好的接口定 义( 服务契约) 使服务的外部访问接口与内部技术实现相分离。接口与实现的 分离消除了服务请求者与服务提供者之间的耦合。于是，只要服务契约保 持不变，请求者和提供者各自的变化，不会影响到服务调用。 与传统方法相比，s o a 具有以下特性：基于标准、松散耦合、共享服 务、粗粒度和联合控制【1 0 】。在s o a 包含的这些特性中，“松散耦合”和“可 重用”是s o a 两个关键概念。s o a 是具有“松散耦合”的组件服务，这一点 区别于大多数其它组件架构。大多数松散耦合方法都依靠基于服务接口的 消息来实现，这种接口能够兼容多种传输方式( 如h t t p 、j m s 、t c p i p 等) 。 “可重用”设计原则使应用变得更为灵活。它采用通用格式提供重要的业务 功能，允许将组合应用程序作为一组集成服务进行构建，加强了企业体系 结构和业务之间的联系，为开发人员节省了大量时间j 。 8 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 2 3s o c k e t 编程模型 套接字( s o c k e t ) 是通信的基石，是支持t c p i p 协议的网络通信的基本操 作单元【1 2 】。可以将套接字看作不同主机间的进程进行双向通信的端点，它 构成了在单个主机内及整个网络间的编程界面。套接字存在于通信域中， 通信域是为了处理一般的线程通过套接字通信而引起的一种抽象概念。套 接字通常和同一个域中的套接字交换数据( 数据交换也可能穿越域的界限， 但这时一定要执行某种解释程序) 。 套接字可以根据通信性质分类，这种性质对于用户是可见的。应用程 序一般仅在同一类的套接字间通信。不过只要底层的通信协议允许，不同 类型的套接字间也照样可以通信。 套接字有两种不同的类型：流套接字( s t r e a ms o c k e t ) 和数据报套接字 ( d a t a g r a ms o c k e t ) 1 3 】。前者定义了一种可靠的面向连接的服务，可以提供双 向、可靠、顺序且不重复的无记录边界的数据流；而后者则定义了一种无 连接的服务，虽然也支持双向的数据流，但不能顺序、可靠和不重复。也 就是说，在数据报套接字上接收的数据可能出现数据重复或是接收顺序与 发送顺序不一致的情况。但数据报套接字有一个重要的特性：即数据中的 记录边界被保留。 套接字编程是面向客户机服务器模型而设计的，其系统组成必须包括 客户端和服务器的两个进程，服务处理方式包括面向连接和无连接两种方 式，这两种方式都要求服务器先于客户端启动，下面就分别介绍它们的编 程模型。 ( 1 ) 面向连接套接字的系统 对于面向连接的套接字，服务器启动后首先要调用s o c k e t ( ) 函数建立一 个流式套接字，并返回该套接字的引用描述符。之后，将此套接字描述符 与本机的一个端1 ：3 建立关联，这由b i n d ( ) 函数来完成。继续调用l i s t e n ( ) 函数 将套接字置于被动的侦听方式以监听连接，并确定能够同时处理的客户请 9 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 求数目。服务器只有在调用了a c c e p t ( ) i 丞l 数进入等待状态之后才可以接收来 自客户端的请求 1 4 1 0 一旦收到客户端通过c o n n e c t ( ) 发出的连接请求，a c c e p t ( ) 将返回一个套接字描述符，通过此套接字调用s e n d ( ) 或r e c v o 函数与客户端 进行数据收发。等待数据传输完成，服务器、客户端调用c l o s e s o c k e t o 关闭 套接字。要注意的是此时服务器关闭的是由a c c e p t ( ) 返回的套接字。在此套 接字关闭以后，服务器将再次处于阻塞状态，以等待下一个客户端的连接 并重复上述过程。只有在服务器退出或者不再接收客户的连接请求后才用 c o l s e s o c k e t o 关闭服务器最先创建的套接字。图2 1 给出面向连接套接字的 系统调用时序。 服务器 图2 1 面向连接套接字的系统调用时序 ( 2 ) 无连接套接字的系统 对于使用无连接协议的套接字系统，其服务器通常是面向事务处理， 一个请求、应答即完成了客户端与服务器进程的相互作用。服务器在调用 1 0 哈尔滨t 程人学硕十学位论文 s o c k e t ( ) 建立了数据报套接字以后必需用b i n d ( ) 函数将此套接字与本机地址 绑定。而对于客户机，b i n d o 的调用不是必需的，即可以通过它来指定m 地址及端口号，也可以不用b i n d ( ) 而由套接字来自动设定i p 地址及端口号。 这样通信双方就通过s o c k c t o 和b i n d ( ) 建立了半相关。对于这种无连接的数 据收发，由于客户端套接字并未通过c o n n e c t ( ) 与服务器套接字建立连接， 因此应当使用r e c v f r o m o 和s e n d t o o 函数以指名源地址和目的地址，从而在 数据的收发过程中动态的建立起全相关。在数据传送过程结束以后，通信 双方调用c l o s e s o c k e t o 关闭套接字。图2 2 给出无连接套接字的系统调用时 序。 2 4sip 协议 图2 2 无连接套接字的系统调用时序 s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 称为会话初始协议，是一种用于i p 网络 中实时通信应用的信令协议，是基于文本的应用层控制协议，本身独立于 底层协议，目的是用来建立、修改和终止多媒体会话。会话者可以两方或 多方，会话的类型可包括电话、多媒体会话、多媒体信息分发等多种形 式【1 5 】。 在s i p 协议中，消息分为两大类：请求和响应。其中，请求消息从客 户端( u a c ) 发送到服务器( u a s ) ，响应消息则是从服务器发送到客户端的。 在请求消息中，s i p 共定义了6 种方法： 哈尔滨丁程大学硕十学位论文 ( 1 ) i n v i t e ：邀请用户加入呼叫。 ( 2 ) a c k ：确认客户机已经接收到对i n v i t e 的最终响应。 ( 3 ) b y e ：终止已呼叫上的两个用户之间的呼叫。 ( 4 ) c a n c e l ：终止两个用户之间还未成功的呼叫。 ( 5 ) r e g i s t e r ：提供地址解析的映射，让服务器知道其它用户的位置。 带有一个联系地址和可以用来代替的别名。 ( 6 ) o p t i o n s ：请求关于服务器能力的信息( 例如，该用户代理能够识别 的消息和编码) 。请求消息的消息体则是利用会话描述协议( s o p ) 对u a c 功 能进行描述。用户可以根据s i p 的不同应用，方便的对s i p 方法进行扩展。 s i p 协议被视为国际软交换组织( i s c ) 的核心控制协议，主要包括了以 下功能： ( 1 ) 用户寻址或定位用户 s i p 协议采用s i pu r l ( u n i f o r mr e s o u r c el o c a t o r ，统一资源定位器) 来 描述一个s i p 用户的地址，支持如t e lu r l 传统电话的一致资源定位器的 描述，它的c o n t a c t ，t o ，f r o m 头域可以包含各种u r l 地址描述。最基本 的u r l 描述是s i p u r l ，包括u s e r i p a d d r ，u s e r h o s t ，u s e r d o m a i n ，支 持如p h o n e - - n u m b e r ( g e a t e w a y 的与p s t n 网关地址格式；支持t e l ： 0 2 0 8 5 5 4 8 1 6 8 这样的电话u r l 描述和寻址。支持直接“点击呼叫” ( c l i c k t o c a l l ) 。s i p 协议本身含有向s i p 服务器登录的功能，所以它可以支 持用户地址重定向功能、名录服务。s i p 协议也可以利用其它定位服务器如 d n s ，l d a p ( l i g h t w e i g h td i r e c t o r y a c c e s sp r o t o c 0 1 ) 等提供的定位服务来增 强它的定位功能。 ( 2 ) 会话能力协商 通过s i p 协议的o p t i o n 请求和6 0 6 应答消息等s i p 交互，对会话的 媒体编码类型、参数，会话带宽要求以及组播和单播方式等会话属性进行 协商。 ( 3 ) 呼叫处理 1 2 哈尔滨t 程人学硕+ 学位论文 通过s i p 协议的重定向功能对呼叫进行前转；通过含有c o n t a c t 头域的 b y e 请求消息进行呼叫转移。 ( 4 ) 呼叫参与者管理 基于s i p 协议，任何一个s i p 用户可以为自己或他人向被叫发起呼叫： 任何一个会话参与者或会话外s i p 用户( 会话控制者) 都可以在会话期间把一 个或多个其它用户加至一个正在进行的会话；任何一个会话成员或会话外 s i p 用户( 会话控制者) 都可以中止一个正在进行的会话。 ( 5 ) 会话属性调整 通过s i p 协议，再次进行一轮c a l i i d 不变的i n v i t e 邀请，s i p 交互可 以在会话期间对一个正在进行的会话的属性，如媒体的编码类型和格式， 会话占用带宽等等作调整和修改。 由于s i p 协议具有开放性、易操作性、灵活性和可扩展性等众多特点， 不仅使s i p 协议成为3 g 网络i p 多媒体子系统中的核心信令控制协议，而 且也将成为下一代网络( n g n ) 的核心协议之一，所以通过s i p 协议来构建丰 富的应用具有越来越广阔的应用。 2 5a c e 2 5 1a c e 通信框架 a c e ( a d a p t i v ec o m m u n i c a t i o ne n v i r o n m e n t ) 是用于构建高性能网络化 应用和下一代中间件的开放源码工具包【l6 1 ，也是可自由使用、开放源码的 面向对象框架，它实现了许多用于并发通信软件的核心模式i l 7 1 。a c e 提供 了一组丰富的可重用c + + 包装外观和框架组件，可跨多种平台完成通用的 通信软件任务，其中包括：事件多路分离和事件处理器分派、信号处理、 服务初始化、进程间通信、共享内存管理、消息路由、分布式服务动态( 重) 配置、并发执行和同步等等。 哈尔滨t 程大学硕+ 学位论文 2 5 2a c e 组织结构 a c e 不只是一个类库。它是一个强大的、面向对象的应用工具包1 舯。 为了分离关系、降低复杂度、允许功能模块的划分，a c e 工具包的设计采 用了分层架构，该框架包含如下四个组成部分1 9 】： 1 、0 s 适配层 该层直接驻留在用c 写成的本地o sa p i 之上，将a c e 中的其它层及 组件和以下，与o sa p i 相关联的平台专有特性屏蔽开来。 ( 1 ) 并发和同步：a c e 的适配层封装了用于多线程、多进程和同步的o s a p i 、进程间通信( i p c ) 和共享内存。a c e 的适配层封装了用于本地和远地 i p c 、以及共享内存的o sa p i 。 ( 2 ) 事件多路分离机制：a c e 的适配层封装了用于对基于i o 、定时器、 信号和同步的事件进行同步和异步多路分离的o sa p i 。 ( 3 ) 显式动态链接：a c e 的适配层封装了用于显式动态链接的o sa p i 。 显式动态链接允许在安装时或运行时对应用服务进行配置。 ( 4 ) 文件系统机n - a c e 的适配层封装了用于操作文件和目录的o s 文 件系统a p i 。 2 、c + + 包装外观层 a c ec + + 包装提供了许多与a c eo s 适配层一样的特性。但是，这些 特性是采用c + + 类和对象、而不是独立的c 函数来构造的，包括并发和同 步组件，i p c 和文件系统组件，内存管理组件等。 3 、框架层 a c e 还包含一个高级的网络编程框架，集成并增强了较低层次的c + + 包装外观。该框架支持将并发分布式服务动态配置进应用。a c e 的框架部 分包含以下组件： ( 1 ) 事件多路分离组件：a c e 的反应器和前摄器是可扩展的面向对象多 路分离器，它们分派应用专有的处理器，以响应多种类型的基于i o 、定时 1 4 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 器、信号和同步的事件。 ( 2 ) 服务初始化组件：a c e 接受器和c o n n e c t o r 连接器组件分别使主动 和被动的初始化任务与初始化一旦完成后通信服务所执行的应用专有的任 务去耦合。 ( 3 ) 服务配置组件：a c e 服务配置器支持应用的配置，这些应用的服务 可在安装或运行时被动态装配。 ( 4 ) 分层的流组件：a c es t r e a m 组件简化了像用户级协议栈这样的由分 层服务组成的通信软件应用的开发。 4 、网络化服务和组件 提供一些完整的、可复用的服务，包括配置服务，命名服务和日志服 务等。 2 5 3a c e 的优势 a c e 框架设计的初衷是提供个可移植、高性能且高度面向对象的应 用程序开发包，推动高性能、实时分布式对象计算框架的发展。因此a c e 在设计上充分考虑到了编写网络通信程序中所面临的种种问题，并运用模 式和面向对象的方法，提供了优雅的解决方案。a c e 工具包的使用，为开 发者带来如下优势【2 0 j ： 1 、简化网络编程的复杂度 网络编程中需要开发者考虑网络时延、字节序、数据结构布局以及网 络的不稳定性和性能等问题，a c e 提供了许多优秀的框架和模式实现，对 这些烦杂的编程细节进行了封装，从而使开发者能够从复杂的底层通信处 理中解放出来，更好的关注于上层应用的开发。 2 、提供了安全易用的接口封装，降低出错率 大多数系统提供的a p i 都是按照ca p i 编写的，ca p i 是一种低级的 a p i ，而且不同平台对这些a p i 的实现和呈现方式存在差异，因此给开发和 调试都带来了困难。a c e 采用强类型c + + 语言实现，对不同平台的低级a p i 哈尔滨t 稃大学硕十学位论文 进行封装，对用户提供了安全易用的接口，有效的降低了编程出错的概率。 3 、提供了丰富的框架、模式和组件，提高开发效率 a c e 包含了网络开发中常用的一些框架、模式和组件，实现了规范的 控制流和对象协作，从而提供了完整的应用。这些框架赋予了开发者大规 模复用软件的能力，从而简化了基于框架构建应用的复杂度。 4 、可移植性强 目前a c e 可以运行在大部分的p c 上如w i n d o w s 、l i n u x 、d e b i a n 等， 也可运行在大部分的u n 系统上。 5 、开放源码 a c e 属于开源软件，个人可以免费的用于研究和学习，企业可以在遵 守g p l 协议的前提下很容易的使用a c e 框架构建商业应用。 本论文就是借鉴和使用了a c e 框架提供的丰富而且功能强大的模式和 组件，来实现媒体播放器的设计。 2 6is o si i s c s i 技术是一种新存储技术，是由i b m 公司、c i s c o 公司共同提出， 因特网工程工作小组o e t f ) n 定的可以在i p 协议上层运行的s c s i 指令集标 准【2 1 1 ，目的是为了用i p 协议将存储设备连接在一起。通过在i p 网上传送 s c s i 命令和数据，i s c s i 推动了数据在网际之间的传递，同时也促进了数 据的远距离管理。由于其出色的数据传输能力，i s c s i 协议被认为是促进存 储区域网市场快速发展的关键因素之一。因为i p 网络的广泛应用，i s c s i 能够在l a n 、w a n 甚至i n t e r n e t 上进行数据传送，使得数据的存储不再受 地域的限制。 i s c s i 技术的核心是在t c p i p 网络上传输s c s i 协议【2 2 1 ，是指用t c p i p 报文、和i s c s i 报文封装s c s i 报文，使得s c s i 命令和数据可以在普通以 太网络上进行传输，如图2 3 所示： 1 6 哈尔滨下程大学硕十学位论文 图2 3i s c s i 协议结构 i s c s i 协议定义了在t c p i p 网络发送、接收存储数据的规则和方法。 发送端将s c s i 命令和数据封装到t c p i p 包中再通过网络转发，接收端在 收到t c p i p 包之后，将其还原为s c s i 命令和数据并执行，完成之后将返 回的s c s i 命令和数据再封装到t c p i p 包中再传送回发送端。而整个过程 在用户看来，使用远端的存储设备就如同访问本地的设备一样简单。 i s c s i 集s c s i 、以太网和t c p i p 等技术于一身，支持i s c s i 技术的服 务器和存储设备能够直接连接到现有的i p 交换机和路由器上，具有低廉、 开放、大容量、传输速度高、安全等诸多优点，最适合需要在网络上存储 和传输大量数据的应用环境。 2 7 本章小结 本章主要介绍在视频监控系统平台中进行媒体播放器设计时涉及的多 媒体、通信、计算机、和网络的相关知识。着重对g o p ，s o a 架构，s o c k e t 模型，s i p 协议，a c e 框架，和i s c