【毕业学位论文】（Word原稿）实时视频会议系统的设计与实现-软件工程

硕士学位论文 （专业学位） 实时视频会议系统的设计与实现 姓 名：李春鑫 学 号： 0921170494 所在院系：软件学院 职业类型：工程硕士 专业领域：软件工程 指导教师：何宗键 副指导教师：杨宝成 二 一二年十一月 A in 2012 i 0921170494 e 实时视频会议系统的设计与实现 李春鑫 同济大学 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关 于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日同济大学 硕士学位论文 摘要 I 摘要 随着网络技术的不断发展，人们对视频会议系统在互动性的要求也在提高，传统的视频会议系统已经不能满足当下的需求。市场常见的视频会议由 C/S， B/中 C/S 模式要求计算机先安装客户端软件才可以使用，这对于初级用户比较困难，而且对于会议场地多变的情况需要多次安装，灵活性差。 B/要下载安装插件。由于浏览器的多样性，常会出现不兼容或设置复杂的问题。因此，一款真正意义上基于 互性强的视频会议系 统显得尤为重要。 为解决上述问题，本文提出采用 术开发视频会议系统 ,使其能够在客户端和服务器端达到平衡。 术可以使画面界面绚丽多变、操作界面简单易上手，给用户带来友好的体验， 以显示集成的用户界面以及综合使用声音和图像，并在流媒体服务器 此采用基于术能够很好的满足实现基于 视频会议需求。本系统具有三大特点：首先，本系统的硬件设备只需要普通的 和摄像头、扬声器、麦克风等常用设备，其它部分由软件实现，不需要专门的硬件设备。系 统成本较低，有利于向普通用户市场推广。其次，系统提供实用的会议协同功能，如文件共享、文字聊天等，满足视频会议的实际需求。再次，系统具有跨平台特性，可以实现只需要通过浏览器就可以召开视频会议的理想。 本文首先通过比较提出采用 软件开发前期，首先通过详细的需求分析给出总体设计方案，并且基于模块化开发方法论述视频会议系统的具体实现过程。最后，通过对系统软件应用测试，证明了文中提出的设计方案的正确性和实用性。 关键词 ：视频会议 ; 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/硕士学位论文 目录 录 第 1 章 引言 . 1 题背景 . 1 内外研究现状 . 2 题意义及技术可行性 . 3 文的主要工作和组织结构 . 4 第 2 章 开发工具及相关技术 . 6 术 . 6 . 8 媒体服务器 . 11 件生命周期 . 12 结 . 13 第 3 章 系统需求分析 . 14 求规定 . 14 能需求 . 14 功能性需求 . 15 例分析 . 16 注册用户用例图 . 16 通参会者用例图 . 16 议主持人用例图 . 17 结 . 18 第 4 章 实时视频会议系统设计 . 19 统设计原则 . 19 统总体设计 . 20 统架构设计 . 20 统工作流程 . 21 务器端模块设计 . 22 同济大学 硕士学位论文 实时视频会议系统设计与实现 用户管理模块 . 23 议管理模块 . 23 务器端视音频模块 . 24 务器端文字聊天模块 . 24 户端模块设计 . 25 户端视音频模块 . 25 户端文字聊天模块 . 26 户端文件共享模块 . 26 面设计 . 27 据库设计 . 27 台数据交互 . 28 全沙箱设计 . 30 结 . 31 第 5 章 实时视频会议系统实现 . 32 序流程 . 32 媒体服务器流程 . 32 户端流程 . 32 户管理模块实现 . 33 于 方式 . 35 于 方式 . 36 音频模块的实现 . 37 户端的实现 . 38 的 实现 . 39 字聊天模块的实现 . 41 议管理模块的实现 . 42 议成员管理 . 42 议房间管理 . 44 议控制 . 44 件共享的实现 . 45 存回收 . 46 结 . 48 同济大学 硕士学位论文 目录 V 第 6 章 系统测试 . 49 户管理模块测试 . 49 音频模块测试 . 51 字聊天模块测试 . 52 结 . 53 第 7 章 总结和展望 . 54 致谢 . 55 参考文献 . 56 个人简历、在读期间发表的学术论文与研究 成果 . 58 第 1 章 引言 1 第 1 章 引言 视频会议系统是基于网络组播的分布式多媒体即时通讯系统。自视频会议诞生以来，就担负着变革传统会议的使命。然而它并没有使传统的视频会议彻底颠覆，而是在不温不火中平稳发展。随着计算机技术、通信技术和网络条件的发展，视频会议技术也日趋成熟。集音视频、图形、图像、文字、数据共享、公文流转等为一体的视频会议，使越来越多的人开始享受到网上办公、远程医疗、远程通信、远程协作、远程培训等全新的工作模式，缩短了时区和地域的距离，在提高工 作效率、降低差旅成本以及精简业务流程等方面有着积极的作用。 题背景 视频会议自发展以来，就分为基于硬件和基于软件两个类别，并且硬件解决方案和软件解决方案之争就没有停息过 1。首先硬件视频会议系统因为有着操作简单和易于维护的特点，然而其发展和更新相对于软件来说，功能和性能的发展是相对缓慢的。其次硬件在价格方面也是远远的高出软件，而且系统硬件如果有损坏就造成了整个系统的崩溃，而更换一套价格昂贵的硬件，这是令客户非常头疼的事情。软件系统在音、视频的稳定性上可能与硬件系统存在一定的差别，但是软件的提高速度 是硬件视频会议系统所望其项背的，并且在数据操作方面更是优于硬件会议系统，这些是所有用户有目共睹的。 上世纪 60 年代初，美国电报电话公司推出一款模拟会议电视系统，也是最早的视频会议系统。由于当时的视频信号只能通过卫星信号传输，成本非常高，而市场需求不足，最终导致该产品没有得到推广。 70 年代，由于数字信号处理技术的发展，视频会议系统也开始向数字传输方向发展。但是由于数字信号的存储与传输需要耗费更多硬件资源，所以视频会议技术也很难完全推向市场。 到了 80 年代中期，编码和信息压缩技术的迅猛发展，视频会议系统也变得更 加实用。此外，由于设备制造技术和数字网络技术的提高， 体积变小了，价格也在降低，低速率的网络服务也已经能够供应市场需求。此阶段的视频会议系统已经开始走向高档会议室，开拓高端市场。 90 年代初期开始出现国际标准 决了不同产品的兼容性问题。视频会议系统也随着 频压缩集成电路技术的发展变得更加小型化，可以更好的为中小型会议服务。 视频会议的组网协议经历了也经历了多次发展和变迁 11在视频会议业务中 到更大的作用。 统技术完善和性能稳定，而且同济大学 硕士学位论文 实时视频会议系统设计与实现 2 又 具有一定的灵活性，在未来的三五年内 时还无法取代 为下一代的视频会议系统的组网协议， 下一代多媒体业务通讯协议 于其研究进程缓慢，大范围的应用还需要一定时日。 图像质量是影响视频会议系统发展的关键。目前的图像编解码技术已经经历了 发展，技术上逐步向高质量图像低传输速率方向迈进。随着芯片开发和协议制定完成， 2006 年正式开始商业使用，其明显优势就是不受带宽影响。因此， 括视频会议、 得到重点发展，在不久的未来将得到大规模应用。 内外研究现状 当前国内外视频会议产品繁多，最早的多是基于 C/来随着市场的需求，出现了一些基于 B/C/S 模式要求计算机必须安装相应的客户端软件才能进行使用，这对于初次使用的用户或经常更换会议场地的情况就很麻烦，缺少足够的灵活性。常见的基于 C/S 的视频会议软件有 B/体又分为基于插件的和基于 于插件的方式需要下载插件安装使用。 际上最大的网络会议供应商，它推出的 于系统和浏览器的多样性，这种基于插件的方式经常会出现不兼容问题，或者要对浏览器进行多种设置，操作不便。基于 视频会议系统不需要安装任何软件 2，只要可以打开网页就可以运行系统，而且具有较高的互动性，提供更丰富的功能。比较有代表性的系统有 。 司的流媒体服务器这些产品走向商用的基础 3与 C/S 相比， B/受制于 限制，在数据展示和用户体验上稍逊一筹。 基于 架开发的，采用的是基于 33，其整体架构比较清晰，比较适合二次开发。该系统的优点是一个完全的开放平台，代码是开放的，所用的环境和第三方软件也是基于开放平台的开源工具：运行环境是 台数据库是 发语言是 媒体服务器是 件转换使用 档文件使用 理。缺点是其对视频 依赖过重，缺少灵活性，而且在处理音视频方面比 基于 在线会议系统 有很好的跨平台性，其界面操作没有完全基于 面，基本满足了会议对界面布局的要求。商业版的 被评为“ 2008 年美国十大企业网络产品”。其缺第 1 章 引言 3 点在于功能太过简单，不能满足视频会议的更多要求。 前身就是 是目前市场最流行的流媒体视频会议产品。该产品充分利用了 表着 题意义及技术可行性 在这个快节奏的社会里 ,时间就是金钱，将一大批人聚集在一起开会是一种资源上的浪费，因此视频会议系统应时而生。基于软件的视频会议系统具有硬件不可比拟的丰富的数据协作功能，并且对网络的适应能力较强，便于升级更新。 相关研究表明，有效信息中的 55%60%依赖于面对面的视觉效果， 33%38%依赖于说话者的语音，而只有 7%依赖于内容。采用 召开视频会议的方式，足不出户就可以实现“面对面”的交流，可有效节省时间、费用，减少出差频率并有效解决了出差安全忧患和旅途劳累的弊端。视频会议系统以一个崭新的方式为用户建立起一个协同工作的环境，让地域分散的群体利用计算机及网络共同协调与协作来完成任务，改善人们进行信息交流的方式，消除或减少人们在时间和空间上相互分隔的障碍，节省工作人员的时间和精力，提高群体工作质量和效率。在屏幕上显示并阅读 灯片、 示、软件介绍和其他培训内容可以避免视觉疲劳，提高工作效率、加深印象并使工作充满乐趣 ，与流畅的动作相结合的清晰图像同样使听力障碍的与会者能够更容易地辨别手语，从而提高企业、机关、团体乃至社会的整体效益。 随着网络技术的不断发展，人们对视频会议系统在互动性的要求也在提高，传统的视频会议系统已经不能满足当下的需求。市场常见的视频会议由 C/S， B/中 C/S 模式要求计算机县安装客户端软件才可以使用，这对于初级用户比较困难，而且对于会议场地多变的情况需要多次安装，灵活性差。 B/要下载安装插件。由于浏览器的多样性，常会出现不兼容或设置复杂的问题。因此，一款真正意 义上基于 互性强的视频会议系统显得尤为重要。为解决上述问题，本文提出采用 术开发视频会议系统 ,使其能够在客户端和服务器端达到平衡 16 由于 将能很好的应用与视频会议系统中。其不需要安装任何软件，只要可以上网，可以打开网页，就可以召开视频会议。由于 可以在消息确认和格式编排方面提供互动用户界面，在无刷新页面之下提供快捷的界面响应时间；提供通用的用户界面特性及离线操作能力。由于同济大学 硕士学位论文 实时视频会议系统设计与实现 4 以显示集成的用户界面以及综合使用声音和图像，并 在流媒体服务器 此采用基于 术能够很好的满足实现基于 34。 视频会议系统的结构主要由视频会议终端，多点控制器，信道（网络）及控制管理软件组成。视频会议系统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，视频音频数字信号的压缩编码和解码，最后将符合国际标准的压缩码流经线路接口送到信道，或从信道上将标准压缩码流经线路接口送到终端中。此外，终端还要形成通信的各种控制信息：同步控制和指示信号，远端摄像机的控 制协议，定义帧结构，单个及多个终端的呼叫规程，加密标准，传送密钥，及密钥的管理标准等。 多点控制单元 的主要功能是对视频，语音及数据信号进行切换，例如它会把传送到 于语音信号，若同时有几个发言，可以对他们进行混合处理，选出最高的音频信号，切换到其他会场。 叫控制单元，多路复用和解复用单元，音频处理器，数据处理器，控制处理器，密钥处理分发器及呼叫控制处理器。 文的主要工作和组织结构 针对视频 会议研究现状，本课题计划设计开发一套实用的视频会议系统。首先，本系统的硬件设备只需要普通的 和摄像头、扬声器、麦克风等常用设备，其它部分由软件实现，不需要专门的硬件设备。系统成本较低，有利于向普通用户市场推广。其次，系统提供实用的会议协同功能，如文件共享、文字聊天等，满足视频会议的实际需求。再次，系统具有跨平台特性，可以实现只需要通过浏览器就可以召开视频会议的理想。 本文首先介绍了视频会议的国内外研究现状，通过比较提出采用 架实现视频会议系统。在软件开发前期，首先通过详细的需求分析给出总体设计方案，并且基于模块化开发方法论述视频会议系统的具体实现过程。最后，通过对系统软件应用测试，证明了文中提出的设计方案的正确性和实用性。 本文共分七章，主要内容结构如下： 第一章介绍了本课题的研究背景及意义，并概括了本文的主要研究工作。 第二章介绍了该视频会议系统所用到的开发工具和相关技术。重点阐述了 第三章分析了该视频会议系统的功能性需求。 第 1 章 引言 5 第四章对系统总体设计进行分析，并确定设计模式和最终采用的技术方案。 第五章介绍了系统各模块的具体实现，针对不同 的模块给出了详细的实现过程。这是本文的重要组成部分。 第六章对系统进行应用测试，指出在实现过程中遇到的主要问题和解决办法。 第七章最后总结全文，归纳所做工作并指出其中的不足，展望未来工作。 同济大学 硕士学位论文 实时视频会议系统设计与实现 6 第 2 章 开发工具及相关技术 本系统的设计主要使用 术进行开发。 开发人员可以开发和部署可升级的富互联网应用程序（ 供了一种现代的、基于标准的语言来支持公共模板设计、客户端运行环境、编程模型、开发模型和高级数据服务。富互联网应用 程序（ 指以像开发 页一样的简单方式来部署富客户端程序。这种程序具有比应更加灵敏和互动性更丰富的特点。 服务器（简称 用于用户之间相互通信的新平台。它集成了 媒体交互的特性，又添加了实时音频、实时视频和实时数据流等新特色，使用该平台可以与其他用户实时通信，并且可以将通信内容录制下来保存到服务器上，包括音频、视频及其他共享数据。然后，可以将这些录制下来的音频、视频和共享数据传递给多个客户端，实现同步共享。 数据库方 面则是使用 司推出的数据库系统 操作简单，以其自身的安全性、可靠性及所具有强大功能，深受广大开发人员的欢迎。 术 通过 者 非 径，解释 件组织生成相应的 件。 用 面开发，使用基于 15。 实现 程对象、 排序、图表等功能， 建动画效果和其它简单互动界面等。相对于基于 应用在每个请求时都需要执行服务器端的模板，由于客户端只需要载入一次， 14,166。 1. 描述应用程序界面的 2. 符合 范的脚本语言（ 处理用户和系统的事件，构建复杂的数据模型； 3. 一个基础类库； 4. 运行时的即时服务； 5. 由 可以使用 明来定义程序中的非可视化组件。 要负责程序的逻辑。 签与 章 开发工具及相关技术 7 类或者类中的属性是相对应的。如果是使用免费的 么就要使用独立的编译器把代码编译到 件里。 设置自动编译代码，并创建一个必要的浏览器检测。当编译 用程序的时候， 解析 签并生成相应的 ，最后这些 会被 编译成 务器上，在那里它根据用户请求而服务。图 图 言是专门用于 序中描述界面表现的一种 言。在 标签中的 缀是一个命名空间。它是通过在 就是为什么 签相对应的 。 分大小写，且文件名和变量标示名都区分大小写。 通常情况下， 1) 以 2) 以 3) 以 以 被编译成 拟机里。因此 继承了 表示层上先天性的美感、除了视觉上的舒适感外，还天生具备方便的矢量图形、动画和媒体处理接口。图 运行的结构 29。 同济大学 硕士学位论文 实时视频会议系统设计与实现 8 图 系结构 虽然 众多的相似点，但是不同之处仍然很多 : 1) 尽管公用 是使用的库并不完全相同，更合适的说法是两者使用着两套具有极大“功能重叠”范围的库。 2) 以更容易发挥特效处理的优势，以容易做出具有丰富交互功能的应用程序。 3) 台 被关联到一个称之为 另外舞台元素也是可以绑定脚本的，不过从软件工程的角度讲不建议这样用， 本。 4) 由于第三点而造成的两者市场定位不同， 告设计等多媒体展示程序。 5) 借助 一移动设备上的 以开发移动应用， 6) 编程模型是基于时间轴的， 则是基于窗体，虽然它运行在网页里。 尽管存在上述不同点，但是在进行 发时可以把 为资源嵌入到 可以用 象来实现 外部 件的交互。使用 式更具有通用性，它的好处是不用管 可以进行通信交互。 2 章 开发工具及相关技术 9 即富互联网应用 , 是具有高度互动性、丰富用户体验的客户端 18传统网络程序的开发是基于页面的、服务器端数据传递的模式，把网络程序的表示层建立于 适合于文本的，传统的基于页面的系统已经渐渐不能满足网络浏览者的更高的、全方位的体验要求了，而富因特网应用程序（ 写为出现也就是为了解决这个问题。 集桌面应用程序的最佳用户界面功能与 成本部署以及互动多媒体通信的实时快捷 于一体的新一代网络应用程序。目前 域和桌面软件领域正逐步向 计 3 包含了两层含义。 1)丰富的数据模型： 用 数据能够被缓存在客户端，从而可以实现一个比基于 响应速度更快，且数据往返于服务器的次数更少的用户界面。 2)丰富的界面元素： 集、响应速度快和图形丰 富的页面元素与数据模型结合在一起，为用户提供好的使用体验。 27 有的桌面应用程序的特点包括：在消息确认和格式编排方面提供互动用户界面；在无刷新页面之下提供快捷的界面响应时间；提供通用的用户界面特性如拖放式（ 及在线和离线操作能力。 有的 用程序的特点包括如：立即部署、跨平台、采用逐步下载来检索内容和数据以及可以充分利用被广泛采纳的互联网标准。 有通信的特点则包括实时互动的声音和图像。 客户机在 的作用不仅是展示页面，它可以在幕后与用户请求异步 地进行计算、传送和检索数据、显示集成的用户界面和综合使用声音和图像，这一切都可以在不依靠客户机连接的服务器或后端的情况下进行 24,25