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基于Skype的互動視音頻業(yè)務(wù)平臺研究

2008/05/15

　　摘要:隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和視頻技術(shù)的發(fā)展，視音頻廣播與通信業(yè)務(wù)逐漸進(jìn)入了全數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)階段，并產(chǎn)生高度融合。本文以視頻監(jiān)控為具體應(yīng)用環(huán)境，對現(xiàn)有的大多數(shù)互動視音頻業(yè)務(wù)平臺的技術(shù)模型進(jìn)行了分析，提出了基于Skype的視頻通信系統(tǒng)的技術(shù)框架，具備權(quán)限的用戶可以通過Web門戶，實(shí)時的監(jiān)控遠(yuǎn)程現(xiàn)場的狀況，具備了智能性，靈活性，可伸縮性。

　　關(guān)鍵詞:視音頻業(yè)務(wù) 視頻監(jiān)控 Skype

一、視頻監(jiān)控系統(tǒng)介紹

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全防范系統(tǒng)的組成部分，它是一種防范能力較強(qiáng)的綜合系統(tǒng)。視頻監(jiān)控以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而廣泛應(yīng)用于許多場合。近年來，隨著計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)也有長足的發(fā)展。

1、網(wǎng)絡(luò)化視音頻綜合信息業(yè)務(wù)

　　在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，由于IP技術(shù)提供了各類不同信息業(yè)務(wù)在數(shù)據(jù)傳輸和信息交換層面的技術(shù)一致性，并可以較為有效地對雙向不對稱的信息業(yè)務(wù)提供支撐，因此，在基于IP與IPv6的信息網(wǎng)絡(luò)融合的推動下，網(wǎng)絡(luò)所承載的信息業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步融合，構(gòu)成了一個包含不同業(yè)務(wù)模式的綜合信息業(yè)務(wù)環(huán)境。

　　在單向式廣播業(yè)務(wù)方面，由于廣播電視網(wǎng)絡(luò)正在逐漸實(shí)現(xiàn)基于IP網(wǎng)絡(luò)和基于Web的網(wǎng)絡(luò)融合，因此，視音頻廣播業(yè)務(wù)可以在融合信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)更為靈活的雙向互動功能，為傳統(tǒng)的單向廣播提供了潛在增值業(yè)務(wù)模式。

　　在雙向互動業(yè)務(wù)方面，隨著傳統(tǒng)電信網(wǎng)面向計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的融合，各類多媒體信息業(yè)務(wù)逐漸成為通信業(yè)務(wù)的主要發(fā)展趨勢，而其中雙向業(yè)務(wù)的不對稱性，又可以由IP網(wǎng)絡(luò)所提供的組播、多播等技術(shù)進(jìn)行彌補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)靈活的業(yè)務(wù)模式。

　　特別地，視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)，已經(jīng)成為信息網(wǎng)絡(luò)融合推動下所實(shí)現(xiàn)的一項(xiàng)關(guān)鍵業(yè)務(wù)，由傳統(tǒng)的、應(yīng)用于安防領(lǐng)域的視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)出發(fā)，視頻監(jiān)控已經(jīng)擴(kuò)展為實(shí)時雙向視音頻通信與媒體傳播業(yè)務(wù)的綜合業(yè)務(wù)形態(tài)。近年來，視頻監(jiān)控已經(jīng)突破了已有內(nèi)涵，實(shí)現(xiàn)了面向更為廣泛的雙向互動業(yè)務(wù)的擴(kuò)展。

因此，本文在對互動視音頻業(yè)務(wù)進(jìn)行研究的過程中，將從視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)出發(fā)，探討基于IP與互聯(lián)網(wǎng)的、更為有效和高效的互動視音頻業(yè)務(wù)形態(tài)，并對其支撐技術(shù)進(jìn)行研究。

2、視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析

　　在國內(nèi)外市場上，主要推出的是數(shù)字控制的模擬視頻監(jiān)控和數(shù)字視頻監(jiān)控兩類產(chǎn)品。前者技術(shù)發(fā)展已經(jīng)非常成熟、性能穩(wěn)定，并在實(shí)際工程應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用，特別是在大、中型視頻監(jiān)控工程中的應(yīng)用尤為廣泛；后者是新近崛起的以計算機(jī)技術(shù)及圖像視頻壓縮為核心的新型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了模擬系統(tǒng)部分弊端而迅速崛起，但仍需進(jìn)一步完善和發(fā)展。目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)正處在數(shù)控模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)混合應(yīng)用并將逐漸向數(shù)字系統(tǒng)過渡的階段。下面對這兩類系統(tǒng)進(jìn)行簡要的介紹與分析：

（1）數(shù)字信號控制的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)

　　此監(jiān)控系統(tǒng)分為基于微處理器的視頻切換控制加PC機(jī)的多媒體管理和基于PC機(jī)實(shí)現(xiàn)對矩陣主機(jī)的切換控制及對系統(tǒng)的多媒體管理兩種類型。但是模擬監(jiān)控系統(tǒng)的主要有以下缺點(diǎn)：

　�、偻ǔＶ贿m合于小范圍的區(qū)域監(jiān)控模擬視頻信號的傳輸工具主要是同軸電纜，而同軸電纜傳輸模擬視頻信號的距離不大于1Km，雙絞線的距離更短，這就決定了模擬監(jiān)控只適合于單個大樓、小的居民區(qū)以及其它小范圍的場所；

　�、谙到y(tǒng)的擴(kuò)展能力差對于已經(jīng)建好的系統(tǒng)，如要增加新的監(jiān)控點(diǎn)，往往是牽一發(fā)而動全身，新的設(shè)備也很難添加到原有的系統(tǒng)之中；

　　③無法形成有效的報警聯(lián)動在模擬監(jiān)控系統(tǒng)中，由于各部分獨(dú)立運(yùn)作，相互之間的控制協(xié)議很難互通，聯(lián)動只能在有限的范圍內(nèi)進(jìn)行。

　　系統(tǒng)盡管已發(fā)展到很高的水平，但已無太多潛力可挖，其局限性必然存在，要滿足更高的要求，數(shù)字化是必由之路。

（2）數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)

　　隨著多媒體技術(shù)、視頻壓縮編碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展、數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)迅速崛起，現(xiàn)今市場上有兩種數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)類型，一種是以數(shù)字錄像設(shè)備為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在：功能多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，數(shù)字多媒體遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控不受距離限制，有利于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多媒體信息查詢。但隨著基于PC機(jī)的視頻監(jiān)控錄像系統(tǒng)的發(fā)展，在實(shí)際工程使用過程中，也暴露出一些不足，主要是系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定性；

　　另一種是以嵌入式視頻Web服務(wù)器為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。它是以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積等綜合性嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。這種監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)表現(xiàn)在：
  1. 系統(tǒng)為專用系統(tǒng)，所以系統(tǒng)小，指令精簡，處理速度快；

  2. 系統(tǒng)數(shù)據(jù)置于ROM/FLASHMEMORY，調(diào)用速度快，不會被改變，穩(wěn)定性好；

  3. 系統(tǒng)處理實(shí)時性好，性能穩(wěn)定；

  4. 文件管理系統(tǒng)更適合于大量的視頻數(shù)據(jù)；

  5. 該類系統(tǒng)目前四路以上機(jī)型還較為少見；

  6. 在網(wǎng)絡(luò)功能、音視頻同步等方面也難令人滿意。
二、即時通信系統(tǒng)的原理介紹

　　即時通信（InstantMessenger，簡稱IM），它是一種使人們能在網(wǎng)上識別在線用戶并與他們實(shí)時交換消息的技術(shù)。典型的IM是這樣工作的：當(dāng)通信對象列表（buddylist）中的某人在任何時候登錄上線并試圖發(fā)出通信請求時，IM系統(tǒng)會發(fā)一個消息提醒用戶，然后建立一個通信會話并鍵入消息文字進(jìn)行交流。

　　即時通信的出現(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)有著密不可分的關(guān)系，從技術(shù)上來說，IM完全基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議族實(shí)現(xiàn)，而TCP/IP協(xié)議族是整個互聯(lián)網(wǎng)得以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)。

　　首先，用戶A輸入自己的用戶名和密碼登錄即時通信服務(wù)器，服務(wù)器通過讀取用戶數(shù)據(jù)庫來驗(yàn)證用戶身份，如果用戶名、密碼都正確，就登記用戶A的IP地址、IM客戶端軟件的版本號及使用的TCP/UDP端口號，然后返回用戶A登錄成功的標(biāo)志，此時用戶A在IM系統(tǒng)中的狀態(tài)為在線（OnlinePresence）。

　　其次，根據(jù)用戶A存儲在IM服務(wù)器上的聯(lián)系人列表（BuddyList），服務(wù)器將用戶A在線的相關(guān)信息發(fā)送到也同時在線的即時通信聯(lián)系人的PC機(jī)，這些信息包括在線狀態(tài)、IP地址、IM客戶端使用的TCP端口（Port）號等，即時通信聯(lián)系人PC機(jī)上的即時通信軟件收到此信息后將在PC桌面上彈出一個小窗口予以提示。

　　第三步，即時通信服務(wù)器把用戶A存儲在服務(wù)器上的聯(lián)系人列表及相關(guān)信息回送到他的PC機(jī)，這些信息也包括在線狀態(tài)、IP地址、IM客戶端使用的TCP端口（Port）號等信息，用戶A的PC機(jī)上的IM客戶端收到后將顯示這些聯(lián)系人列表及其在線狀態(tài)。

　　接下來，如果用戶A需要與用戶B進(jìn)行通信，他將直接通過服務(wù)器發(fā)送過來的用戶B的IP地址、TCP端口號等信息，直接向用戶B的PC機(jī)發(fā)出信息，用戶B的IM客戶端軟件收到后顯示在屏幕上，然后用戶B再直接回復(fù)到用戶A的PC機(jī)，這樣雙方的即時消息就不通過IM服務(wù)器中轉(zhuǎn)，而是通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的直接通信，這稱為對等通信方式（PeerToPeer）。在商用即時通信系統(tǒng)中，如果用戶A與用戶B的點(diǎn)對點(diǎn)通信由于防火墻、網(wǎng)絡(luò)速度等原因難以建立或者速度很慢，IM服務(wù)器還提供消息中轉(zhuǎn)服務(wù)，即用戶A和用戶B的即時消息全部先發(fā)送到IM服務(wù)器，再由服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)給對方。早期的IM系統(tǒng)，在IM客戶端和IM服務(wù)器之間通信采用采用UDP協(xié)議，UDP協(xié)議是不可靠的傳輸協(xié)議，而在IM客戶端之間的直接通信中，采用具備可靠傳輸能力的TCP協(xié)議。隨著用戶需求和技術(shù)環(huán)境的發(fā)展，目前主流的即時通信系統(tǒng)傾向于在即時通信客戶端之間、即時通信客戶端和即時通信服務(wù)器之間都采用TCP協(xié)議。

三、即時通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案

1、系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計方案概述

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

　　本系統(tǒng)基于瘦客戶端的C/S模式，在體系結(jié)構(gòu)上采用以服務(wù)器為中心的星型結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新性地把監(jiān)控現(xiàn)場端和監(jiān)控中心端C角色化。即在本系統(tǒng)中所有的監(jiān)控現(xiàn)場端和監(jiān)控中心端相對整個系統(tǒng)的架構(gòu)而言都是客戶端，它們的通信都需要經(jīng)過服務(wù)器的驗(yàn)證中轉(zhuǎn)。同時，監(jiān)控中心使用者的登錄由于這種架構(gòu)模式，也必須要經(jīng)過服務(wù)器的驗(yàn)證才能成功登錄，進(jìn)而獲得監(jiān)控的權(quán)利。

　　本系統(tǒng)S端即服務(wù)器端的作用相當(dāng)重要，因?yàn)橄到y(tǒng)采用瘦客戶端模式，所以服務(wù)器端要擔(dān)當(dāng)更多的功能：用戶登錄的確認(rèn)、遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)的驗(yàn)證和連接、現(xiàn)場主機(jī)的驗(yàn)證和連接、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)包的解析、構(gòu)造視頻通信線路的連接等等功能。可以說，整個服務(wù)器端就是整個系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的核心所在，它的穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　通信線路的連接利用了Skype提供的API。TOM-Skype是TOM在線和SkypeTechnologiesS.A.聯(lián)合推出的互聯(lián)網(wǎng)語音溝通工具。TOM-Skype采用了最先進(jìn)的P2P技術(shù)，能提供超清晰的語音通話效果，使用端對端的加密技術(shù)，保證通訊的安全可靠�，F(xiàn)代系統(tǒng)開發(fā)的特點(diǎn)在于可重復(fù)性，本系統(tǒng)架構(gòu)的視頻通信線路就很好的考慮到了這一點(diǎn)，充分利用了Skype的特點(diǎn)，這樣既保證了視頻通信線路開發(fā)的簡單有效，又提高了視頻通信線路的性能和穩(wěn)定性�？梢哉f，這也是本系統(tǒng)的一大特點(diǎn)。

2、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計的優(yōu)越性

（1）安全性

　　系統(tǒng)的整體架構(gòu)的特點(diǎn)決定了整個系統(tǒng)的安全性比較突出，正因?yàn)榘驯O(jiān)控現(xiàn)場端和監(jiān)控中心端統(tǒng)一客戶端化，所以所有的客戶端的登錄都要經(jīng)過服務(wù)器的驗(yàn)證。與此同時，所以通信協(xié)議的有關(guān)數(shù)據(jù)包也都要經(jīng)過服務(wù)器的解析、中轉(zhuǎn)。特別的，整個視頻通信的線路也是經(jīng)過服務(wù)器把有關(guān)協(xié)議的數(shù)據(jù)包解析以后，經(jīng)過驗(yàn)證才可以建立起來的。這樣，整個架構(gòu)的安全性就集中在S端得到了有效的保證，很突出的完成了視頻通信系統(tǒng)的安全性的要求。

（2）網(wǎng)絡(luò)化

　　由于本系統(tǒng)采用IP網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)計開發(fā)模式，從而在某種程度上打破了布控區(qū)域和設(shè)備擴(kuò)展的地域和數(shù)量界限。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化將使整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件和軟件資源的共享以及任務(wù)和負(fù)載的共享。

（3）經(jīng)濟(jì)簡單性

　　不管是個人電腦PC機(jī)還是工作站還是大型主機(jī)，只需要通過本系統(tǒng)的一個安裝文件加上一個USB攝像頭既可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，不需要用戶安裝其它軟件，也不需要視頻采集卡。

（4）可擴(kuò)展性

　　開放性客戶端的定義使得整個系統(tǒng)的可擴(kuò)展性得到了極大的提高，通過開發(fā)不同的客戶端可以延展整個系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，而這一切的前提是只需要經(jīng)過以服務(wù)器為核心的驗(yàn)證中轉(zhuǎn)等。

（5）開放性

　　正是由于本系統(tǒng)采用了經(jīng)過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，從而通過網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、模擬攝像機(jī)和視頻服務(wù)器，系統(tǒng)可以聯(lián)接到IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。另一方面，系統(tǒng)可以通過PDA、掌上電腦以及其它可以與PC服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)存儲器相連的設(shè)備來提供相應(yīng)的信息。這種開放式的系統(tǒng)可提供更好的可擴(kuò)展性、集成性和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。

（6）接口的先進(jìn)性

　　由于本系統(tǒng)的視頻通信線路采用了Skype提供的API來實(shí)現(xiàn)的，而Skype本身又提供了手機(jī)、電話的語音連接功能，故在3G網(wǎng)絡(luò)時代，手機(jī)的視頻監(jiān)控技術(shù)成熟時，本系統(tǒng)通過Skype提供的API又可以將視頻監(jiān)控設(shè)備范圍擴(kuò)展到手機(jī)上，切實(shí)適應(yīng)3G時代的要求，進(jìn)一步滿足用戶的更高層次的要求。

四、結(jié)束語

　　本文的研究核心是一個系統(tǒng)設(shè)計的問題，它包括終端、網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心三方面的設(shè)計思路和實(shí)現(xiàn)方法�；赟kype即時通信工具的視頻通信模塊的開發(fā)策略，可以有效地節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)較小時延，減少網(wǎng)絡(luò)堵塞幾率，較好地保證了數(shù)字視頻傳輸?shù)貙?shí)時性和服務(wù)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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