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第一章 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

近年來(lái)，視頻監(jiān)控市場(chǎng)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入高速時(shí)期，與此同時(shí)，隨著各大運(yùn)營(yíng)商對(duì)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的巨大投入，快速地推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的快速發(fā)展應(yīng)用。安卓在Google的推進(jìn)以及本身的開(kāi)放性作用下，已經(jīng)延生到生活的各個(gè)方面，從安卓智能手機(jī)、平板，到可穿戴的Android Ware、眼鏡、手表、再到Android汽車、智能家居、電視，甚至日本出的幾款機(jī)器人都是Android系統(tǒng)的，傳統(tǒng)監(jiān)控中的移動(dòng)終端設(shè)備，例如：?jiǎn)伪�設(shè)備、手持設(shè)備、車載終端設(shè)備，包括家庭監(jiān)控中用到的智能設(shè)備，都可以用Android系統(tǒng)替代了，不僅開(kāi)發(fā)容易，而且易擴(kuò)展，設(shè)備也更加智能了。在此思路下我們實(shí)現(xiàn)了Android手機(jī)的音視頻采集與上傳、流媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)、多平臺(tái)播放器播放的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。

1.1 視頻采集安卓端(spydroid)

Google Code上有一個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目：spydroid-ipcamera，spydroid能在Android手機(jī)中建立一個(gè)精簡(jiǎn)的HTTP Server和RTSP Server，功能類似于一般的IpCamera，既能夠通過(guò)網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)攝像機(jī)并修改監(jiān)控配置，還能通過(guò)http或者rtsp協(xié)議，獲取監(jiān)控的實(shí)時(shí)音視頻。具體原理是，通過(guò)android手機(jī)對(duì)mediaRecorder錄制視頻，把localsocket傳輸?shù)奖镜氐牧鹘?jīng)過(guò)硬編碼，添加RTP頭，分離NALU包，根據(jù)RTSP協(xié)議交互過(guò)程把數(shù)據(jù)發(fā)送到對(duì)方。而且從其代碼結(jié)構(gòu)中，spydroid已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了RTSPServer、RTSPClient、RTP、RTCP、H264、AAC...等等功能，總之，音視頻采集與上傳需要的Utility都已經(jīng)具備了，我們將這些功能組合到一塊實(shí)現(xiàn)了直播需求。

1.2 流媒體服務(wù)器(Darwin Streaming Server)

Darwin Streaming Server簡(jiǎn)稱DSS。DSS是Apple公司提供的開(kāi)源實(shí)時(shí)流媒體播放服務(wù)器程序。整個(gè)程序使用C++編寫(xiě)，在設(shè)計(jì)上遵循高性能，簡(jiǎn)單，模塊化等程序設(shè)計(jì)原則，務(wù)求做到程序高效，可擴(kuò)充性好。并且DSS是一個(gè)開(kāi)放源代碼的，基于標(biāo)準(zhǔn)的流媒體服務(wù)器，可以運(yùn)行在Windows NT和Windows 2000，以及幾個(gè)UNIX實(shí)現(xiàn)上，包括Mac OS X，Linux，F(xiàn)reeBSD，和Solaris操作系統(tǒng)上的。

1.2.1 主體框架

DSS的核心服務(wù)器部分是由一個(gè)父進(jìn)程所fork出的一個(gè)子進(jìn)程構(gòu)成，該父進(jìn)程就構(gòu)成了整合流媒體服務(wù)器。父進(jìn)程會(huì)等待子進(jìn)程的退出，如果在運(yùn)行的時(shí)候子進(jìn)程產(chǎn)生了錯(cuò)誤從而退出，那么父進(jìn)程就會(huì)fork出一個(gè)新的子進(jìn)程�？梢钥闯�，網(wǎng)絡(luò)客戶和服務(wù)器直接的對(duì)接是由核心服務(wù)器來(lái)完成的。網(wǎng)絡(luò)客戶RTSPoverRTP來(lái)發(fā)送或者接受請(qǐng)求。服務(wù)器就通過(guò)模塊來(lái)處理相應(yīng)的請(qǐng)求并向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)包。

核心流媒體服務(wù)通過(guò)創(chuàng)建四種類型的線程來(lái)完成自己的工作，具體如下：

服務(wù)器自己擁有的主線程。當(dāng)服務(wù)器需要關(guān)閉檢查，以及在關(guān)閉之前記錄相關(guān)狀態(tài)打印相關(guān)統(tǒng)計(jì)信息等任務(wù)處理時(shí)，一般都是通過(guò)這個(gè)線程來(lái)完成的。

空閑任務(wù)線程。這個(gè)任務(wù)線程是用來(lái)對(duì)一個(gè)周期任務(wù)隊(duì)列的管理，主要管理兩種任務(wù)，超時(shí)任務(wù)和Socket任務(wù)。

事件線程。套接口相關(guān)事件由事件線程負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)，當(dāng)有RTSP請(qǐng)求或者收到RTP數(shù)據(jù)包時(shí)，事件線程就會(huì)把這些實(shí)踐交給任務(wù)線程來(lái)處理。

任務(wù)線程。任務(wù)線程會(huì)把事件從事件線程中取出，并把處理請(qǐng)求傳遞到對(duì)應(yīng)的服務(wù)器模塊進(jìn)行處理，比如把數(shù)據(jù)包發(fā)送給客戶端的模塊，在默認(rèn)情況下，核心服務(wù)器會(huì)為每個(gè)處理器核創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)線程。

1.2.2 相關(guān)協(xié)議

如果要使用QuickTime流媒體服務(wù)器的編程接口，您應(yīng)該熟悉該服務(wù)器實(shí)現(xiàn)的互聯(lián)網(wǎng)工程組織(Internet Engineering Task Force，簡(jiǎn)稱IETF)協(xié)議，列舉如下：

實(shí)時(shí)流媒體協(xié)議(Real Time Streaming Protocol，簡(jiǎn)稱RTSP)

實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議(Real Time Transport Protocol，簡(jiǎn)稱RTP)

實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議(Real Time Transport Control Protocol，簡(jiǎn)稱RTCP)

對(duì)話描述協(xié)議(Session Description Protocol，簡(jiǎn)稱SDP)

1. 實(shí)時(shí)流媒體協(xié)議

當(dāng)我們需要?jiǎng)?chuàng)建并且對(duì)一個(gè)或多個(gè)時(shí)間的同步且連續(xù)的音視頻的媒體數(shù)據(jù)流控制的時(shí)候，我們需要用到RTSP協(xié)議，也就是實(shí)時(shí)流協(xié)議。RTSP并不是通過(guò)連續(xù)的數(shù)據(jù)流來(lái)創(chuàng)建并控制媒體流數(shù)據(jù)的，所以不會(huì)產(chǎn)生媒體流與控制流的交叉。用另外一種說(shuō)法就是，RTSP本身是對(duì)流媒體服務(wù)器的遠(yuǎn)程控制。為了時(shí)間實(shí)時(shí)音視頻數(shù)據(jù)的受控(快進(jìn)，暫停)以及按需分配流，這個(gè)協(xié)議為我們提供了可實(shí)現(xiàn)的框架。實(shí)時(shí)流控制協(xié)議可以用在對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送的會(huì)話，通過(guò)UDP或者TCP方式，以及基于RTP發(fā)送方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2. 實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議

RTP協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行媒體數(shù)據(jù)的一種傳輸協(xié)議，為了實(shí)現(xiàn)一對(duì)一或者一對(duì)多的同步傳輸和提供時(shí)間信息，我們就會(huì)采用RTP協(xié)議。由于其典型應(yīng)用建立在UDP傳輸之上，但也能在TCP或者ATM等其他協(xié)議上使用這個(gè)協(xié)議。實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議本身只能對(duì)確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性以及完整性，但并不對(duì)傳輸?shù)捻樞蛞约皞鬏斂煽啃蕴峁┍Ｕ稀Ｓ捎谑墙�立在UDP協(xié)議之上，所以RTP協(xié)議本身并沒(méi)有提供流量控制或者阻塞控制，所以在一般情況下我們需要使用RTCP來(lái)進(jìn)行這些幫助。由于DSS本身默認(rèn)的傳輸協(xié)議就是RTP協(xié)議,而RTP協(xié)議需要通過(guò)RTCP協(xié)議進(jìn)行流量控制,這樣很大程度上增加了機(jī)頂盒也就是解碼端的CPU處理壓力,因此本設(shè)計(jì)采用UDP協(xié)議直接對(duì)TS包進(jìn)行發(fā)送,不使用RTP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝,由于UDP協(xié)議也缺少流量控制機(jī)制,我們使用PCR值來(lái)對(duì)發(fā)送流量進(jìn)行控制以防止接收端出現(xiàn)緩存溢出影響播放質(zhì)量。

3. 實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議

實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議的作用是管理傳輸?shù)馁|(zhì)量，也就是在進(jìn)程間傳輸?shù)耐瑫r(shí)相互交換信息。在建立RTP會(huì)話的時(shí)候，參與傳輸?shù)碾p方周期性的傳輸RTCP包，這個(gè)數(shù)據(jù)包中包含了所有相關(guān)傳輸?shù)男畔�，比如�?shù)據(jù)包大小，丟失的數(shù)據(jù)包數(shù)量等等。因此通常我們利用RTCP來(lái)對(duì)傳輸流量或有效載荷進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，同時(shí)與RTP配合有效的控制傳輸速率，所以特別適合傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

4. 對(duì)話描述協(xié)議

對(duì)話描述協(xié)議(SDP)就是用來(lái)描述多媒體會(huì)話通告，多媒體會(huì)話邀請(qǐng)和其他形式的多媒體會(huì)話初始化的協(xié)議。SDP協(xié)議對(duì)流媒體描述的具體信息如下：會(huì)話名和會(huì)話目的，會(huì)話發(fā)起時(shí)間，會(huì)話中相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)信息，會(huì)話發(fā)起者的相關(guān)信息，媒體類型，傳輸所使用的協(xié)議，流媒體編碼格式，傳輸時(shí)所使用的端口號(hào)，IP網(wǎng)絡(luò)地址。因此我們可以通過(guò)解析SDP協(xié)議來(lái)獲取我們所需要的一些必要的相關(guān)信息。

其中RTSP是非常重要的協(xié)議,因此后面會(huì)結(jié)合原代碼做一個(gè)詳細(xì)的分析,這個(gè)結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)模塊有著非常重要的影響,也可以說(shuō)是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

1.2.3 模塊

流媒體服務(wù)器使用模塊來(lái)響應(yīng)各種請(qǐng)求及完成任務(wù)。有三種類型的模塊：

1. 內(nèi)容管理模塊

媒體源相關(guān)的RTSP請(qǐng)求與響應(yīng)，我們通過(guò)內(nèi)容管理模塊來(lái)管理，每個(gè)模塊都用來(lái)對(duì)客戶的需求進(jìn)行解釋并做相應(yīng)處理，例如讀取和解析模塊支持的文件，或者請(qǐng)求的網(wǎng)絡(luò)源信息，并通過(guò)RTP等方式響應(yīng)。

內(nèi)容管理模塊有以下幾個(gè)：

QTSSFileModule，

QTSSReflectorModule，

QTSSRelayModule，

QTSSMP3StreamingModule。

2. 服務(wù)器支持模塊

服務(wù)器支持模塊執(zhí)行服務(wù)器數(shù)據(jù)的收集和記錄功能。

服務(wù)器模塊包括：

QTSSErrorLogModule，

QTSSAccessLogModule，

QTSSWebStatsModule，

QTSSWebDebugModule，

QTSSAdminModule，

QTSSPOSIXFileSystemModule。

3. 訪問(wèn)控制模塊

訪問(wèn)控制模塊提供鑒權(quán)和授權(quán)功能，以及操作URL路徑提供支持。

訪問(wèn)控制模塊包括：

QTSSAccessModule，

QTSSHomeDirectoryModule，

QTSSHttpFileModule，

QTSSSpamDefenseModule。

1.2.4 工作流程

在DSS中的模塊分為動(dòng)態(tài)模塊和靜態(tài)模塊，動(dòng)態(tài)模塊在服務(wù)器啟動(dòng)時(shí)會(huì)首先裝載動(dòng)態(tài)模塊，之后才會(huì)裝載一部分靜態(tài)模塊。我們一般建議將我們自己書(shū)寫(xiě)的功能模塊編譯為動(dòng)態(tài)模塊來(lái)替換或擴(kuò)展現(xiàn)有的服務(wù)器模塊，因?yàn)樗鼤?huì)被優(yōu)先裝載。在QTSS的模塊中必須包含Register這個(gè)角色，這也是每個(gè)模塊所必須支持的角色。在模塊被裝載之后服務(wù)器會(huì)調(diào)用每個(gè)模塊的Register角色。在這個(gè)角色當(dāng)中，模塊會(huì)調(diào)用QTSS_AddRole函數(shù)來(lái)記錄這個(gè)模塊所支持的其他角色。然后服務(wù)器就將初始化角色來(lái)調(diào)用每一個(gè)擁有這個(gè)角色的模塊。這個(gè)角色主要是做一些初始化的任務(wù)，比如說(shuō)內(nèi)存的分配或者對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的初始化等等。在關(guān)閉服務(wù)器的時(shí)候，所有模塊的Shutdown角色將被調(diào)用，這個(gè)角色主要是為了結(jié)束工作后處理現(xiàn)場(chǎng)，比如釋放內(nèi)存等等。流媒體服務(wù)器主要就是通過(guò)這種角色來(lái)完成相應(yīng)任務(wù)的。

1.3 視頻播放器(VLC)

VLC多媒體播放器(初命名為VideoLAN客戶端)是VideoLAN計(jì)劃的多媒體播放器。它支持眾多音頻與視頻解碼器及文件格式，并支持DVD影音光盤(pán)，VCD影音光盤(pán)及各類流式協(xié)議。它也能作為unicast或 multicast的流式服務(wù)器在IPv4或 IPv6的高速網(wǎng)絡(luò)連接下使用。它融合了FFmpeg計(jì)劃的解碼器與libdvdcss程序庫(kù)使其有播放多媒體文件及加密DVD影碟的功能。

優(yōu)秀的開(kāi)源播放器可以播放MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、DivX、DVD/VCD、數(shù)字衛(wèi)星頻道、數(shù)字地球電視頻道(digital terrestial television channels)、在許多作業(yè)平臺(tái)底下透過(guò)寬頻 IPv4、IPv6網(wǎng)絡(luò)播放線上影片;此軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目是由法國(guó)學(xué)生所發(fā)起的，參與者來(lái)自于世界各地，設(shè)計(jì)了多平臺(tái)的支持，可以用于播放網(wǎng)絡(luò)串流及本機(jī)多媒體檔案之播放。