（计算机应用技术专业论文）一种基于流媒体技术的视频会议直播系统.pdf

摘要 视频会议作为信息时代一种崭新的多媒体通讯方式，以其经济、快捷、不受 地域限制等特性，日益受到众多企业用户的欢迎，于是视频会议技术也就成为了 目前的一个研究热点。当前，视频会议标准协议主要是i t u t 发布的h 3 2 0 和h 3 2 3 框架协议，这两种协议曾经为视频会议领域的标准化作出了巨大的贡献，推动了 视频会议技术的发展。 然而，基于h 3 2 0 和h 3 2 3 的传统视频会议系统由于受到协议机制的影响，限 制了视频会议的规模，很难实现大规模的会议内容分发，不能满足大量用户实时 收看视频会议内容的需求。 流媒体技术是最近几年新兴的一种网络媒体技术，是在i n t e m e t 和i n t r a n e t 中 采用媒体数据流式传输的新技术，通常采用r t p 、r t c p 、r t s p 协议作为传输和 控制协议，支持实时广播和点播。 为了能让更多的授权用户能够实时收看到视频会议的内容，本文设计和实现 了一种流媒体技术与视频会议相结合实现视频会议内容大规模分发的解决方案， 这种方案利用流媒体技术良好的可访问性、可扩展性和对带宽的有效利用性，以 及组播和单播相结合的分发方式，实现了视频会议内容的大规模实时直播，满足 大量用户实时收看会议内容的需求。这种方案能在很大程度上扩展会议的规模。 本文中还引入了数字版权管理( d r m ) 、身份验证和用户授权等技术和机制， 保证了直播内容的安全，实现了对用户的管理，为本方案的商业化打下了良好的 基础。 本文中设计的流媒体技术与视频会议相结合实现视频会议内容大规模分发 的方案能有效地扩展会议的规模，满足大量用户实时收看视频会议内容的需求， 从而将进一步扩大了视频会议的应用领域。 关键词：视频会议；流媒体；直播 a b s t r a c t a sab r a n d n e wm u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o nm e a n s 。v i d e o c o n f e f e n c ei s p o p u l a r w i t hm a n ye n t e r p r i s ec u s t o m e r sg r a d u a l l yb e c a u s eo fi t se c o n o m y , c o n v e n i e n c ea n d d i s t a n c e f r e e w h i c hb e c o m e sah o ti s s u e r e c e n t l y s t a n d a r dp r o t o c o l s f o r v i d e o c o n f e r e n c em a i n l ya r eh 3 2 0a n dh 3 2 3f r a m e w o r kp r o t o c o l sp u b l i s h e db y i t u - t - t h e s et w o p r o t o c o l sc o n t r i b u t e dt ot h es t a n d a r d i z a t i o no f v i d e o c o n f e r e n c ea n d t h ed e v e l o p m e n to fv i d e o c o n f e r e n c et e c h n o l o g y m e a n w h i l e t r a d i t i o n a lv i d e o c o n f e r e n e eb a s e do nh 3 2 0a n dh 3 2 3p r o t o c o l sl i m i t t h es c a l eo ft h em e e t i n g sg r e a t l yw i t ht h ei n f l u e n c eo f p r o t o c o lm e c h a n i s m ，w h i c h c o u l d n ti m p l e m e n tt h ee o n t e n td i s t r i b u t i o ni nl a r g es c a l e a n dt h e nc o u l d n tm e e tt h e n e e d so f w a t c h i n gt h ev i d e o c o n f e r e n c ei nl a r g es c a l e s t r e a m i n gm e d i ai s ak i n do fn e wt e c h n i q u ef o rn e t w o r km e d i a i ti sak i n do f m e d i at r a n s m i t t e db ys t r e a mo ni n t e m e to ri n t r a n e t ，w h i c hu s u a l l ya d o p t sp r o t o c o l s l i k ei 汀p r t c pa n dr t s pa sr e a l t i m ev i d e o a u d i os y n c h r o n i z a t i o na n df l o wc o n t r o l t oi m p l e m e n td a t af l o wc o n t r 0 1 r e a l t i m eb r o a d c a s t i n ga n d w a t c h i n g o nd e m a n d i no r d e rt o h e l pm o r ea u t h o r i z e du s e r sw a t c hv i d e o c o n f e r e n c ei nr e a l t i m e t h e t h e s i s p r e s e n t s an e wm e t h o do fc o m b i n a t i o nw i t h s t r e a m i n g m a d i aa n d v i d e o c o n f e r e n c et o i m p l e m e n tm e e t i n g c o n t e n td i s t r i b u t i o ni n l a r g e s c a l e t h i s m e t h o du t i l i z e st h eg o o da c c e s s i b i l i t y , a n de x p a n s i b i l i t yo fs t r e a mm e d i a ，t h eh i g h e m c i e n c yo fb a n d w i d t h ，a n dt h e c o m b i n a t i o nb e t w e e nm u l t i c a s ta n du n i c a s tt o i m p l e m e n tl i v eb r o a d c a s to f v i d e o c o n f e r e n e ei nr e a l t i m e 1 1 1 em e t h o dc a r lm e e t st h e n e e d so fw a t c h i n gt h em e e t i n gc o n t e n ti nl a r g es c a l e i tc a r l e x p a n dt h es c a l eo f v i d e o c o n f e r e n c eg r e a t l y t h et h e s i si m p o r t st h et e c h n o l o g ya n dm e c h a m s ml i k ed i g i t a lr i g h t sm a n a g e m e n t ， i d e n t i t yv e r i f i c a t i o na n d c u s t o m e ra u t h o r i z a t i o nt og u a r a n t e et h es e c u r i t yo fc o n t e n to f m e e t i n ga n di m p l e m e n tt h em a n a g e m e n t t oc u s t o m e r s t h ec o m b i n a t i o no f s t r e a m i n gm e d i aa n dv i d e o c o n f e r e n c ep r o p o s e db yt h et h e s i s i m p l e m e n t st h ed i s t r i b u t i o no fm e e t i n gc o n t e n ti nl a r g es c a l et oe n l a r g et h es c a l eo f m e e t i n g ，a n dc a nm e e t t h en e e d so f w a t c h i n g r e a l t i m ev i d e o c o n f e r e n c ei nl a r g es c a l e t oe x p a n dt h ea p p l i c a t i o ns c o p eo f v i d e o c o n f e r e n c e k e y w o r d ：v i d e o c o n f e r e n c e ；s t r e a m i n gm e d i a ；l i v eb r o a d c a s t 一种基于流媒体技术的视频会议直播系统 0 前言 随着互联网的快速发展和普及，以及各种终端技术的日益成熟，视频会议业务逐渐 受到更多企业用户的欢迎，视频会议技术也成了最近两年的研究热点。 视频会议在电讯行业已经存在了3 0 多年，但在9 0 年代以前，这些系统一直使用专 用的编解码硬件和软件，这种非标准化系统产品的使用极大阻碍了视频会议领域的发 展。1 9 9 0 年i t u t ( 国际电联电信委员会) 发布了用于i s d n 、e l 、t 1 上的群视频会议 标准协议h 3 2 0 ，h 3 2 0 协议是应用最早、最为成熟的协议，为视频会议领域的标准化 发挥了巨大的作用。1 9 9 7 年3 月i t u - t 发布了用于局域网上的视频会议标准协议 j t 3 2 3 1 2j ，为那些与i n t e r n e t 和i n t r a n e t 相连的视频会议系统提供了互通的标准。各厂商 纷纷推出符合该标准的视频会议产品，它也是将未来几年内的主流标准。 但是基于h 3 2 0 和h 3 2 3 的传统型视频会议系统由于协议机制的影响，限制了视频 会议的规模【3j i 。它只能由少数的会议成员参加特定会议，很难实现大规模的会议内容 分发，不能满足大型会议参加人数众多的需求，一般只能对中小型会议用户提供服务。 流媒体技术是最近几年新兴的一种网络视频技术。所谓流媒体指的是在i n t e m e t 和 i n t r a n e t 中使用流式传输技术的媒体，通常采用r t p 、r t c p 、r t s p 作为传输和控制协 议，并支持实时广播和点播。流媒体技术使用组播和单播的传输方式，能够实现大规模 音视频流的分发【引。 本文设计和实现了一种基于流媒体技术的视频会议直播系统，该系统利用流媒体技 术良好的可访问性、可扩展性和对带宽的有效利用性，实现了会议内容的大规模实时直 播，能在一定程度上满足大型会议的需求。并利用数字版权管理、身份验证和用户授权 等技术和机制，保证了直播内容的安全及收看直播内容的用户的合法性和易管理性。 该系统的设计来自于一个棋类项目远程教育系统的实际需求。在利用网络进行棋类 教学的过程中，不仅多位教师之间能够方便的互相交流，而且还需要将这多位教师的音 视频信息同时传送给数量众多的学员。本文提出的系统方案能够较好地解决以上需求。 另外该系统有较强的开放性和可扩展性，稍加修改和完善就可以应用到其他相关领域。 本文第一部分介绍了视频会议系统和流媒体技术的概况。在对现有视频会议系统进 行分析基础上，根据项目的实际需求提出视频会议和网络流媒体直播相结合的方案，并 对本文将要进行的工作进行概括描述； 第二部分讲述本系统的结构分析与设计，对系统的框架和功能进行了详细的描述： 第三部分介绍本系统的基础理论和技术方法及开发过程中要涉及到的s d k 开发包 第四部分阐述会议用户模块的关键技术及其实现方法； 第五部分介绍会议服务器模块的关键技术及其实现方法，重点介绍了数据流的编码 发送和数字版权管理的实现： 第六部分介绍直播服务器的关键技术及其实现方法，重点介绍了直播服务的实现以 及身份验证和用户授权的实现； 第七部分对本文中实现的系统进行实际测试，并对测试结果进行了分析； 第八部分总结本文完成的工作、需要进一步解决的问题以及未来的展望。 一种基于流媒体技术的视频会嫂直播系统 1 绪论 1 i 课题来源及研究意义 近些年来，随着计算机技术、通信技术和网络条件的高速发展，集音频、视频、图 像、文字、数据为一体的多媒体信息，使越来越多的人开始通过互联网享受到网上生活、 远程医疗、远程通讯的乐趣，缩短了时区和地域的距离 6 j 。人们对视频和音频信息的需 求愈来愈强烈，追求远距离的视音频的同步交互成为新的时尚。 视频会议系统就是一种远距离音视频同步交互的新型多媒体通讯方式，它通过现有 的各种通讯传输媒体，将人物的静态动态图像、语音、文字、图片等多种信息分送到各 个用户的计算机上，使得在地理上分散的用户可以共聚一处，通过图形、声音等多种方 式交流信息，提高双方对内容的理解能力。 视频会议系统传送的是多媒体数据，与文本数据不同，由于声音和动态图像的源信 号的数据量大得多，又对实时性要求较高，传送的声音和图像信号应当连续平滑，辅助 功能则也需要使用简捷。要达到这样的效果，系统在声音和图像压缩、通讯线路条件、 数据和应用程序共享等方面都对实现技术提出了很高的要求。 在2 0 0 2 年初的时候，美国i d g 预测的年度i t 业界热点技术中，视频会议技术位居 前列。另外，全球盛名的通讯专业领域w a i n h o u s e 研究机构在2 0 0 2 年7 月份所提供的 预测资料中也指出，2 0 0 3 年将是视频会议领域发展极为迅猛的一年。而据i d c 预计： 国内视频会议市场将在未来l 一2 年内急骤上升，在2 0 0 4 年和2 0 0 5 年期间，中国视频 会议市场增长率将保持在3 2 以上，视频会议系统将在各行业得到广泛的应用。 通过对现有视频会议系统技术、协议、形式、结构的分析，可以发现，现有的视频 会议系统基本上只能对中小型会议用户提供视频会议服务。基于h 3 2 0 和h 3 2 3 协议的 视频会议系统由于受到协议机制的影响，限制了视频会议的规模p n ，用户的规模一般 最多只能达到百个节点左右，允许参加会议的人数十分有限。 对于大型会议来讲，要能允许众多的与会者都参与发言在技术上还有相当的困难。 但考虑到在实际的会议中，参与发言的人数往往都是有限的，大多数与会者只是充当观 众或听众的角色，并不参与发言。因此，在保证与会者中少数参与发言者发言的前提下， 只要能在技术上实现众多与会者( 观众) 可以观看视频会议会议内容，就可以满足绝大 多数大型视频会议的需求了。本文的工作就是基于以上分析开展的。 本文的课题来源于一个棋类项目远程教育系统的实际需求。在利用网络进行棋类教 学的过程中，不仅需要多位教师之间能够方便的相互交流( 共同讲课或评论对局) ，而 且还需要将这多位教师的音视频信息同时传送给数量众多的学员，以满足大量学员实时 观看的需求。 研究和实现视频会议内容的大规模直播是对传统视频会议系统的一个较大的扩展。 使得视频会议系统不再局限于少数会议成员，扩大了会议的规模。本文使用视频会议系 统与流媒体技术的相结合的方式实现了视频会议内容的直播，为视频会议系统和流媒体 2 一种基于流媒体技术的视频会议直播系统 技术的结合提供了一条新的思路。本文设计和实现的视频会议直播系统能够在一定程度 j 二满足大型会议的应用的需求，可望有较大的发展前景。 1 2 研究现状 1 2 1 视频会议系统 1 2 1 1 视频会议系统技术发展 视频会议在电讯行业已经存在了3 0 多年，但在9 0 年代以前，这些系统一直使用专 用的编解码硬件和软件，会议呼叫的各终端使用的编解码器必须来自同一个厂商，否则 不能正常工作，标准的不统一极大地阻碍了视频会议领域的发展。 另外，当时的网络带宽较窄，传输也不稳定，不能满足每秒大约3 0 帧的未经压缩 的视频信号的传输要求( n t s c 制式的电视信号是3 0 帧s ，p a l 制式的电视信号是为 2 5 帧i s ) 。这就制约了商用视频通信市场的发展。 1 9 9 0 年i t u t 发布了用于i s d n 、e 1 、t i 上的群视频会议标准协议h 3 2 0 。h 3 2 0 协议是应用最早、最为成熟的协议，为视频会议领域的标准化发挥了巨大的作用。 1 9 9 7 年3 月是视频会议领域的发展过程中的重要时刻之一，i t u t 发布了用于局域 网上的视频会议标准协议h 3 2 3 ，为那些与i n t e m e t 和i n t r a n e t 相连的视频会议系统提供 了互通的标准，各厂商纷纷推出符合该标准的视频会议产品。 而近几年来，随着国内外大型网络运营商对网络环境的建设和改造，以及i s d n 、 d d n 、v p n 、x d s l 、a t m 等技术的应用和推广，视频会议系统的使用环境也变得越来 越好。因此，无论是通讯行业还是i t 行业，都对视频会议领域重新进行关注，视音频 编解码技术趋于成熟，视频会议系统价格开始下调，图像传输质量大为提高。这些都为 视频会议系统的广泛应用铺平了道路。 1 2 i 2 视频会议的标准协议 关于视频会议系统的最著名协议是i t u t 提出的h 3 2 0 系列协议和h 3 2 3 系列协议， _ 3 2 0 系列协议和i i 3 2 3 系列协议都是框架协议，包含有视频标准、音频标准、控制协 议、通信帧协议等。 j 3 2 0 1 1 l ：nx6 4 k b p s ( n 为l ，2 ，3 3 0 ) 会议电视系统和终端设备用于电路交换数 字网的枢架性标准。1 i 3 2 3 协议是视频会议系统中应用最早，最为成熟的协议。 h3 2 3 ：i t u t 在1 9 9 6 年公布了h 3 2 3 协议1 2 j ，它建立在局域网络之上，支持t c p i i ) 和i p x s p x 技术，能实现多点全双工的多媒体通信1 9 9 7 年公布的h 3 2 3 第2 版“1 可以 保证一定的多媒体通信的质量。h 3 2 3 适用于任何可靠传输机制( t c p ) 和不可靠传输机制 ( u d p ) 的分组交换网络，并支持在i n t e r n e t 上传输可视电话业务的标准。并且还有一些 补充服务支持训。但是m3 2 3 协议并没有完全成熟，推出后经过多次修改，i t u t 在 一种基于流媒体技术的视频会议直播系统 2 0 0 3 年底刚刚发布了第4 版。 h 3 2 0 和h 3 2 3 框架协议包含了很多协议，例如视频编码协议h 2 6 1 和h 2 6 3 ，音 频编码协议g 7 1 l 、g 7 2 2 、g 7 2 8 、g 7 2 3 和g 7 2 9 ，以及控制、加密、传输等各方面的 协议。h 3 2 3 协议标准框架如图1 j 所示。 备扩_ 弋黼嚣旷 、一 o) 设备一小巷辫，伦- 数据传输n t 1 2 0lf 7 衄 器 叫眦4 5 控制【卜_ _ + “ z 系统控割n 。 、 用户接口if +( h 2 2 5 控制( ) - | 一z z s 卧s 控铺( 卜 图1 1h3 2 3 协议标准框架图 f i g u r e1 1 s t a n d a r df r a m e w o r ko fh3 2 3p r o t o c o l 1 2 1 3 基于硬件的视频会议系统 其中视频会议系统按照实现方式的不同，又可分为基于硬件的视频会议系统和基于 软件的视频会议系统。 硬件视频会议产品由视频会议终端、m c u ( 多点控制器) 、网络平台通讯系统、管 理工具等组成1 10 1 。 视频会议终端的主要功能是完成视频信号的采集、编辑处理及显示输出，音频信号 的采集、编辑处理及输出，音视频型号的压缩编码和解码，发送和接收压缩码流等。 m c u 是整个会议系统的关键设备，它的主要功能是对视频、音频及数据信号进行 切换，它为用户提供群组会议、多组会议的连接服务。 般的硬件视频会议系统的网络拓扑如图1 2 所示。 基于硬件的视频会议系统具有以下特点：使用专用的设备来实现视频会议；使用简 单，维护方便；视频的质量非常好；系统造价较高；对网络要求高，需要专线来保证： 4 一种基于流媒体技术的视频会议直插系统 移动性较差。 8幸僦岛 信道 信遵 8 倍道争一一乒i 倍道岛 信道 信道 图1 2 硬件视频会议网络拓扑圈 f i g u r e1 2t o p o l o g yo fv i d e o c o n f e r e n c eb a s e do nh a r d w a r e 1 2 1 4 基于软件的视频会议系统 基于软件的视频会议系统的原理与硬件视频会议系统基本相同，不同之处在于其 m c u 和终端都是利用高性能的p c 机与服务器结合的软件来实现l ，另外，由于软件 视频会议完全是依赖于p c ，因此在数据共享和应用方面比硬件视频会议灵活方便i l 2 j i i “。 一般的软件视频会议系统的网络拓扑图如图1 3 所示。 相对于基于硬件的视频会议来说，软件视频会议具有以下优势 ( 1 ) 进入市场的门槛相对较低，纯软件系统因为在硬件设备上投入少，维护量小， 而使其成为物美价廉的解决方案。 ( 2 ) 对网络的适应能力非常好，可以穿透防火墙，参加会议的灵活性较好。相比 之下，硬件的视频会议网络要求较高，要求网络中不能存在任何防火墙。 ( 3 ) 软件视频会议移动性较强，而硬件视频会议固定性强。 ( 4 ) 投资灵活，根据视频会议要求效果的不同，软件视频会议可以达到会议室级 效果或桌面级效果。 ( 5 ) 系统安装部署方便易扩容和产品升级。 $ 黼 奄 一种基于流媒体技术的视频会议直播系统 圈13 软件视频会议网络拓扑图 f i g u r e13t o p o l o g yo fv i d e o t o n f e r e n c eb a s e do t ts o f t w a r e 1 2 1 5 视频会谈系统的结构 根据通信节点的数量，视频会议系统可分为点对点视频会议系统和多点视频会议系 统i m i 。 点对点视频会议系统支持两个通信节点之间视频会议通信功能，它的结构如图1 4 所示。 睦耻之黼网# 一日 厘融u 圈震鱼 终端 终蠕 图1 4 点对点视频会议系统 f i g u r e1 4 p o i n t - t o - p o i n tv i d e o c o n f e r e n c e 点对点视频会议系统只涉及到两个会议终端系统，其组网结构非常简单不需要 m c u ，也不需要增加额外的网络设备，只需在终端系统中系统控制模块增加会议管理功 能即可实现。两个会议场点( 终端系统) 只需相互拨号呼叫对方并得到对方确认后便可 召开视频会议。但是它能完成的功能也十分有限。只能在两个点之间进行会议的传输。 应用范围主要是可视电话和桌面会议系统。比较典型的应用是膳讯q q 串的视频聊天 6 一种幕于流媒体技术的视频会议直播系统 多点视频会议系统允许三个或三个以上的不同地点的参加者同时参与会议。它的结 构一般如图1 5 所示。 终端 终端 图15 多点视频会议系统 f i g u r e1 5m u l t i p o i n tv i d e o c o n f e r e n c es y s t e m 多点视频会议系统的一个关键问题就是多点控制问题。在多个会议场点进行多点会 议时，必须设置一台或多台m c u ( 多点控制设备) 。m c u 是一个数字处理单元，通常 设嚣在网络节点处，可供多个会议场点同时进行相互间的通信；m c u 应在数字域中实 现音频、视频、数据信令等数字信号的混合和切换分配，但不得影响音频、视频等信号 质量。多点会议组网结构比较复杂，根据m c u 数目可分为单m c u 方式和多m c u 方 式。而多m c u 方式般又可分为星型组网结构和层次组网结构i i 叫。多点视频会议主要 应用在企业级的会议中。 1 2 1 6 现有视频会议的缺陷 现有的视频会议系统大都是基于h 3 2 0 和h 3 2 3 协议开发的，h 3 2 0 协议是用于电 路交换数字网的框架性标准协议，文献【3 】提出h 3 2 0 协议的缺点主要是对时钟同步要求 高，m c u 级联受到限制：连接固定，除i s d n 网上是可以进行拔号外，其他网络的应 用都必须进行点对点的永久连接，带宽利用率较低，开放性很差，设置联接也不方便。 因此h 3 2 0 协议不适合大规模视频会议的应用。 h 3 2 3 协议最早是为单个l a n 的应用考虑的，文献【4 】提出在w a n ( 特别是存在大 量h 3 2 3 域时1 上寻址、用户定位和环路检测方面比较欠缺。另外当会议终端较多时， h 3 2 3 会议中集中式的m c 往往是瓶颈。所以h 3 2 3 协议在大规模视频会议应用时也存 在较大的困难。 通过以上对现有视频会议系统技术、协议、形式、结构的分析，可以发现。现有的 视频会议系统都只能对中小型会议用户提供视频会议服务。基于h 3 2 0 和h 3 2 3 协议的 视频会议系统由于受到协议机制的影响，限制了视频会议的规模，用户的规模一般最多 量 显麟 一种基于流媒体技术的视频会议直播系统 只能达到百个节点左右，允许参加会议的人数十分有限。但是对于大型会议来讲。参加 会议的人数众多，需要更多的节点数量，现有视频会议系统很难满足大型会议的需求。 1 2 2 流媒体技术 流媒体传输技术是一种基于时间的连续实时传输技术，在网上传输的数据可以是包 括音频、视频、文本、图片等在内的多媒体文件。客户端在播放前并不等待整个文件都 下载完，而是采用数据流边传送边播送的方式。客户端仅在播放开始前感到有一些延迟， 即在开始前把文件的部分内容已存入客户机的内存中。由于多媒体文件信息量大，在普 通用户接入速率较低的情况下，采用边传送边播送的方式可以节省客户端的计算机资源 和用户时问1 4 1 。 1 2 2 1 流媒体技术原理 流式传输的实现需要缓存，因为i n t e m e t 以包传输为基础进行断续的异步传输，对 一个实时刖v 源或存储的a v 文件，在传输中它们要被分解为许多包，由于网络是动 态变化的，各个包选择的路由可能不尽相同，故到达客户端的时间延迟也就不等，甚至 先发的数据包还有可能后到。为此，使用缓存系统来弥补延迟和抖动的影响，并保证数 据包的顺序正确，从而使媒体数据能连续输出，而不会因为网络暂时拥塞使播放出现停 顿。通常高速缓存所需容量并不大，因为高速缓存使用环形链表结构来存储数据：通过 丢弃已经播放的内容，流可以重新利用空出的高速缓存空间来缓存后续尚未播放的内 容。 流式传输的实现需要合适的传输协议，由于t c p 需要较多的开销，故不太适合传 输实时数据。在流式传输的实现方案中，一般采用h t t p f r c p 来传输控制信息，丽用 r t p u d p 来传输实时声音数据。 流式传输的过程一般是这样的，用户选择某一流媒体服务后，w e b 浏览器与w e b 服务器之间使用h t t p t c p 交换控制信息，以便把需要传输的实时数据从原始信息中检 索出来；然后客户机上使用h t t p 从w e b 服务器检索相关参数。这些参数可能包括目 录信息、v 数据的编码类型或与a ，v 检索相关的服务器地址i i ”。 1 2 2 2 流媒体播放方式 ( 1 ) 单播：需要在客户端与媒体服务器之间需要建立一个单独的数据通道，从一 台服务器送出的每个数据包只能传送给一个客户机，这种传送方式称为单播。每个用户 必须分别对媒体服务器发送单独的查询，而媒体服务器必须向每个用户发送所申请的数 据包拷贝。这种巨大冗余首先造成服务器沉重的负担，响应需要很长时间，甚至停止播 放；管理人员也被迫购买硬件和带宽来保证一定的服务质量。 ( 2 ) 广播：指的是用户被动接收流。在广播过程中，客户端接收流，但不能控制 流。例如，用户不能暂停、快进或后退该流。广播方式中数据包的单独一个拷贝将发送 给网络上的所有用户。使用单援发送时，需要将数据包复制多个拷贝，以多个点对点的 一种基于漉媒体技术的视频会议直播系统 方式分别发送到需要它的那些用户，而使用广播方式发送，数据包的单独一个拷贝将发 送给网络上的所有用户，而不管用户是否需要，上述两种传输方式会非常浪费网络带宽。 ( 3 ) 组播：i p 组播技术构建一种具有组播能力的网络，允许路由器一次将数据包 复制到多个通道上。采用组播方式，单台服务器能够对几十万台客户机同时发送连续数 据流而无延时。媒体服务器只需要发送一个信息包，而不是多个i 所有发出请求的客户 端共享同一信息包。信息可以发送到任意地址的客户机，减少网络上传输的信息包的总 量。网络利用效率大大提高，成本大为下降【l6 j i l 7 1 。 在流媒体的网络传输中，单播和广播都是非常浪费网络带宽的。而组播吸收了上述 两种发送方式的长处，克服了它们的弱点，将数据包的单独一个拷贝发送给需要的那些 客户。组播不会复制数据包的多个拷贝传输到网络上，也不会将数据包发送给不需要它 的那些客户，保证了网络上多媒体应用占用尽可能小的带宽。组播是保证大规模发送流 媒体的关键技术f f 8 l 。 1 2 2 3 流媒体传输协议 实时传输协议r t p 【i 叫( r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) ：是针对i n t e m e t 上多媒体数据 流的一个传输协议，由i e t f ( i n t e m e t 工程任务组) 作为r f c l 8 8 9 发布。r t p 被定义为在 一对一或一对多的传输情况下工作，其目的是提供时间信息和实现流同步。r t p 的典型 应用建立在u d p 上，但也可以在t c p 或a t m 等其他协议之上工作。r t p 本身只保证 实时数据的传输，并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制 或拥塞控制，它依靠r t c p 提供这些服务。 实时传输控制协议r t c p ! ”j ( r e a l t i m et r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) ：负责管理传输质 量在当前应用进程之间交换控制信息。在r t p 会话期间，各参与者周期性地传送r t c p 包。包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料因此，服务器 可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。r t p 和r 1 p 配合使 用，能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，故特别适合传送网上的实时数据。 r t p 协议从上层接收流媒体信息码流，装配成r t p 数据包发送给下层，下层协议 提供r t p 和r t c p 的分流。如在u d p 中，r t p 使用一个偶数号端日，则相应的r t c p 使用其后的奇数号端口。r t p 数据包没有长度限制，它的晟大包长只受下层协议的限制。 实时流放协议睇( r e a l - t i m es t r e a m i n gp r o t o c o l ，r t s p ) 是一个刚开始开发的协议。 r t s p 是应用级的实时流放协议，它主要目标是为单目标广播和多目标广播上的流媒体 应用提供牢靠的播放性能，以及支持不同厂家提供的客户机和服务机之间的协同工作能 力。 播放的数据流被分成许多信息包，信息包的大小很适用于客户机和服务器之间的带 宽。当客户机已经接收到足够多的信息包之后，用户软件就可开始播放一个信息包，同 时对另一个信息包解压缩和接收第三个信息包。这样用户就不需要把整个媒体文件从服 务器上下载之后就可立即播放。广播源可以是现场的数据流也可以是存储的数据流。 r t s p 协议想要提供控制多种应用数据传送的功能，提供一种选择传送通道的方法， 例如u d p ，t c p ，i p 多目标广播通道，以及提供一种基于r t p 协议的递送方法。r t s p 将工作在r t p 的上层，用来控制和传送实时的内容。r t s p 能够与资源保留协议一起使 一种基于流媒体技术的视频会议直播系统 用，用来设置和管理保留带宽的流式会话或者广播1 2 0 l 【2 1 1 。 1 2 2 4 流媒体技术的应用 互联网的迅速发展和普及为流媒体业务发展提供了强大的市场动力。流媒体业务正 变得日益流行。流媒体技术可以广泛应用于互联网多媒体新闻发布、网络电视台m i 、在 线直播、远程教育1 2 3 1 、网络广告1 2 、网络视频、电子商务、远程医疗、网络电台、远程 监控1 2 ”、视频点播1 26 | 等互联网的信息服务领域。流媒体技术的应用将为网络信息交流带 来革命性的变化，对人们的工作和生活产生深远的影响。 流媒体在初创时期，最引人注目的应用是用于提高公司对客户进行技术支持的服务 质量上。公司可以借助流媒体技术的应用，将内部通讯、业务培训等活动通过企业内部 网络开展起来，节省了大量资金弘，j 。 目前流媒体最直接的应用是实时广播服务，也就是人们常说的网上现场直播服务， 它是将音频或视频信号从现场实时压缩上传至流媒体服务器后，再在广域网上播出。网 上直播的特点有：覆盖面广，互联网无国界，网上广播的覆盖面远远大于传统媒体；与 传统媒体的播出方式相比更容易实现，费用更低。 1 2 2 5 流媒体技术的优点 流媒体技术的主要优点就是能够实现音视频流的边下载边播放，并采用了缓冲技术 保证了音视频流的连续性。流媒体技术使用组播和单播的传输方式，能够实现大规模音 视频流的分发。例如大连理工大学网络中心的t v 在线网上直播系统可以同时负载1 0 0 0 个客户端同时连接；而中央电视台2 0 0 2 年春节联欢晚会网上直播系统，最高峰时有 2 1 0 0 0 人同时在线观看。并且流媒体已经有比较成熟的开发技术来实现直播和点播，例 如w i n d o w sm e d i a 技术、r e a l 技术和q u i c k t i m e 技术等，开发人员只需要在现有开发包 的基础上进行开发就可以了，大大降低了系统软件的开发难度。 1 3 本课题的提出 通过对现有视频会议系统的分析，可以发现现有的视频会议系统都只能对中小型会 议用户提供视频会议服务。用户的规模一般最多只能达到百个节点左右，允许参加会议 的人数十分有限。 对于大型会议来讲，要能允许众多的与会者都参与发言在技术上还有相当的困难。 但考虑到在实际的大型会议中，参与发言的人数往往都是有限的，大多数与会者只是充 当观众或听众的角色，并不参与发言。因此，在保证与会者中少数参与发言者发言的前 提下，只要能在技术上实现众多与会者( 观众) 可以观看视频会议会议内容，就可以满 足绝大多数大型视频会议的需求了。 由于视频会议技术可以满足会议用户发言和相互交流的需求，流媒体技术又可以实 现音视频内容的大规模分发，因此采用流媒体技术与视频会议系统相结合，来实现视频 会议内容的大规模分发是一种比较理想的方案。 0 一种基于流媒体技术的视频会议直播系统 根据以上的分析，本文提出并实现了一种基于流媒体技术的视频会议直播系统，该 系统实现了视频会议内容的大规模实时直播，能在一定程度上满足大型会议参加人数众 多的需求。 1 4 本文的主要工作 针对传统型视频会议由于协议的影响，限制了会议规模，不能满足大型会议参与人 数众多的问题，结合实际项目的需求，本文主要做了以下几方面的工作： ( 1 ) 本文提出了一种基于流媒体技术的视频会议直播系统模型，能够将会议内容 进行实时直播，该系统能在定程度上缓解传统型视频会议系统由于受到协议机制的影 响，限制了视频会议规模的问题。 ( 2 ) 本文中引入了d r m 数字版权管理、身份验证和用户授权等技术和机制。这些 技术和机制保证了直播内容的安全和收看会议直播的用户的合法性以及易管理性。为本 系统的商业化打下基础。 ( 3 ) 本文根据棋类项目远程教育系统的实际需求，在w i n d o w s 操作系统平台上， 使用w i n d o w sm e d i a 流媒体技术，实现了一个视频会议直播系统。 ( 4 ) 最后对该视频会议直播系统进行实际测试和分析，并对进一步的工作和发展 前景进行了展望。 一种基于流媒体技术的视频会议直播系统 2 系统分析与设计 2 1 方案模型与结构分析 通过对现有基于软件的视频会议系统和流媒体技术的分析。结合项目具体的需求， 本文作者认为能够实现视频会议内容的直播，应该至少提供以下功能： ( 1 ) 任一会议用户都可以发言； ( 2 ) 其他会议用户可以得到当前发言人的视频和音频信息； ( 3 ) 授权普通可以得到当前发言人的视频和音频信息； ( 4 ) 可以实现会议内容的保存和普通用户的后期点播； ( 5 ) 当前发言人可以将发言权交给其他会议用户； ( 6 ) 管理员可以打断当前发言人的发言，并可将发言权交给任一会议用户。 根据以上功能分析，本文提出了种流媒体技术与视频会议系统相结合实现视频会 议内容直播的方案模型，如图2 1 所示，该方案模型主要由会议用户( 教师和管理员) 、 图2 1基于流媒体技术的视频会议直播方案模型 f i g u r e2 m o d e l o fl i v eb r o a d c a s t i n go fv i d e o c o n f e r e n c eb a s e do ns t r e a mm e d i a 会议服务器、直播服务器和普通用户( 学员) 的各部分组成。其中会议用户可以和会议 服务器之间进行双向的音视频流传输，会议服务器与流媒体直播服务器之间进行单向的 音视频流传输，流媒体直播服务器和普通用户之间进行单向的音视频流传输。这样，通 一种基于流媒体技术的视频会议直播系统 过会议服务器的数据中转，会议用户之间可以实现双向交流，普通用户可以收看视频会 议内容。因此该方案模型即能满足少数会议用户召开视频会议的需求，又能满足视频会 议内容直播的需求。 为了便于理解，在以上各部分中提取核心功能，并将与会议服务器双向传输的会议 用户端分离成两个单向传输的压缩发送和接收回放部分以后，可以画出本方案模型的简 化示意图如图2 2 所示。 图2 2 直播方案简化网络拓扑图 f i g u r e2 2s i m p l i f i e dt o p o l o g yo ft h el i v eb r o a d c a s t i n g 将图2 2 的各功能按照所在位置的不同，可以划分为以下几个功能模块：会议用户 端、会议服务器端、直播服务器端和普通用户端。接下来将对各个功能模块进行分析。 2 1 1 会议用户端 会议用户端包括三个子模块，压缩发送子模块完成当前发言人的音视频的捕捉、压 缩编码和发送，接收回放子模块完成内容的接收、解码和播放，管理子模块完成会议的 管理工作。其中普通会议用户包含前两个子模块，管理员包含全部三个子模块。 压缩发送子模块首先采集发言教师的音频、视频信号，然后将音频和视频数据进行 压缩后写入数据流中，最后将数据流发送到服务器。 接收回放子模块首先连接服务器，然后接收会议服务器端发来的数据流，之后分离 数据流中的音频和视频信号，最后将音频和视频信号分别解压、播放。 管理子模块首先连接服务器，然后根据需要发送控制信息，执行相关控制。 2 1 2 会议服务器端 首先接收压缩发送子模块和管理子模块发送的数据，然后分析数据。并执行其中的 控制命令。将接收到的数据流写入服务器上的特定文件以实现视频会议内容的保存和 用户的后期点播。之后服务器将数据流转发给其他会议者。最后还需要将数据流使用 一且坦目 彩瀑 一刁瀚豳燔多隔爝竺一刁嘲豳附拶孺一竺 毯唧辗 霹曼恳 一种基于流媒体技术的视频会议直播系统 d r m 进行加密后，发送给直播服务器，然后直播服务器将加密后的数据流通过组播或 者单播的形式广播出去，供普通用户采用直播方式观看。 2 1 3 直播服务器端 接收会议服务器发送过来的加密数据流，对普通用户提供视频会议内容的单播和组 播相结合的直播服务，并且使用身份验证、用户授权等手段来实现对普通用户进行内容 访问的控制。 2 1 4 普通用户端 利用流媒体的视频播放软件接收直播服务器发送的加密数据流，然后根据数据流信 息，到认证中心获得许可证，最后利用许可证中的密钥解机密数据流并播放。 2 2 技术分析 由于在系统中使用不同的开发技术将会影响结构设计，因此有必要先比较一下现有 的流媒体技术。到目前为止，因特网上使用较多的流媒体格式主要有三种，它们是r e a l n e t w o r k s 公司的r e a lm e d i a ，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 。 ( 1 ) r e a lm e d i a 是