基于FMS的視頻直播系統(tǒng)在公安邊防部隊(duì)的應(yīng)用研究

董建偉

(公安邊防部隊(duì)士官學(xué)校，云南·昆明 650214)

隨著因特網(wǎng) (Internet)技術(shù)的發(fā)展，公安邊防部隊(duì)在執(zhí)法執(zhí)勤過(guò)程中對(duì)多媒體通信的需求也越來(lái)越高，視頻直播業(yè)務(wù)等逐漸成為公安邊防部隊(duì)的工作以及生活的一部分，例如視頻會(huì)議、視頻圖傳、視頻監(jiān)控等在邊防部隊(duì)各項(xiàng)工作中的應(yīng)用，以及視頻點(diǎn)播在部隊(duì)業(yè)余文化生活中的應(yīng)用。

如何架設(shè)視頻直播網(wǎng)站，有多種技術(shù)方案可選，可以基于視窗媒體服務(wù)器 (Windows Media Server)技術(shù)架設(shè)①?gòu)埣t生，基于Windows Media流媒體技術(shù)的自主視聽中心的設(shè)計(jì)與管理.中國(guó)電化教育，2006，(12):106－107或者可使用主動(dòng)型網(wǎng)絡(luò)攝像頭 (Active WebCam)來(lái)架設(shè)。每種技術(shù)方案都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，本文通過(guò)邊防工作中應(yīng)用的一些具體實(shí)例，給出使用動(dòng)畫流媒體服務(wù)器(FMS)架設(shè)直播系統(tǒng)的一種方案。動(dòng)畫流媒體服務(wù)器 (FMS)具有部署便捷、運(yùn)行穩(wěn)定、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，是諸多多媒體應(yīng)用的服務(wù)器端的主要應(yīng)用平臺(tái)。

一、FMS簡(jiǎn)介

FMS為動(dòng)畫流媒體服務(wù)器 (Flash Media Server)的縮寫，是奧多比 (Adobe)公司②Adobe公司創(chuàng)建于1982年，是世界領(lǐng)先的數(shù)字媒體和在線營(yíng)銷解決方案供應(yīng)商。開發(fā)的一個(gè)多媒體應(yīng)用平臺(tái)，是一個(gè)完全基于軟件的實(shí)時(shí)通訊環(huán)境。可應(yīng)用于用戶之間的相互通訊，該平臺(tái)集成了多媒體交互的特性，同時(shí)又具有音頻和視頻流實(shí)時(shí)傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。FMS支持實(shí)時(shí)消息傳輸協(xié)議RTMP(Real Time Messaging Protocol)和實(shí)時(shí)媒體流協(xié)議RTMFP(Real Time Media Flow Protocol)③陳鋒鋒，基于RTSP的流媒體傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā).南京郵電大學(xué)，2013，153頁(yè)，由于實(shí)時(shí)消息傳輸協(xié)議RTMP和實(shí)時(shí)媒體流協(xié)議RTMFP都是奧多比(Adobe)公司為更好的支持其多媒體程序播放器 (Flash Player)開發(fā)，因此結(jié)合多媒體程序播放器 (Flash Player)，可以方便地實(shí)現(xiàn)視頻點(diǎn)播、直播與多播。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

二、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

(一)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

公安邊防部隊(duì)視頻直播系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，由視頻采集部分、視頻服務(wù)器、用戶終端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成，整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)并接入因特網(wǎng) (Internet)。

視頻采集部分由攝像機(jī)和視頻終端處理機(jī)構(gòu)成，由于視頻采集點(diǎn)不止一個(gè)，多臺(tái)終端處理機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)連在一起。①William B Sanders.Learning Flash Media Server 3.Beijing:O’Reilly Media，Inc，2008

在公安邊防部隊(duì)網(wǎng)內(nèi)，視頻服務(wù)器與視頻采集部分處于同一個(gè)局域網(wǎng)，終端處理機(jī)可以方便地把直播視頻上傳到視頻服務(wù)器②張榮榮，DNS系統(tǒng)負(fù)載均衡方案的設(shè)計(jì)與原型實(shí)現(xiàn).北京郵電大學(xué)，2011，167頁(yè)。為保障網(wǎng)絡(luò)安全，在局域網(wǎng)出口配置防火墻。

在公安邊防部隊(duì)的實(shí)際應(yīng)用中，用戶終端可以是個(gè)人電腦、單兵圖傳設(shè)備、動(dòng)中通等邊防常用裝備。

(二)系統(tǒng)運(yùn)行原理

系統(tǒng)運(yùn)行原理如下，視頻終端處理機(jī)通過(guò)攝像機(jī)采集圖像數(shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和編碼，形成flash視頻流，之后使用流媒體傳輸協(xié)議 (RTMP)將視頻發(fā)布到視頻服務(wù)器，視頻服務(wù)采用FMS架設(shè)③班凱，李偉華，基于FMS的Web視頻、音頻通信系統(tǒng)設(shè)計(jì).航空計(jì)算技術(shù)，2009，39(5)，128－131;用戶終端使用多媒體程序播放器 (Flash Player)作為代理，與服務(wù)器建立連接后，從服務(wù)器獲取視頻并顯示，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行流程如圖2所示。(三)負(fù)載均衡

為解決大量并發(fā)訪問(wèn)問(wèn)題，使用基于DNS的負(fù)載均衡技術(shù)，該技術(shù)具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、實(shí)施容易、成本低、適用于大多數(shù)傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議 (TCP/IP)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。

具體的實(shí)施方案如下，在多個(gè)地理位置區(qū)域部署鏡像視頻服務(wù)器，每個(gè)鏡像服務(wù)器在寬帶運(yùn)營(yíng)商的域名系統(tǒng) (DNS)服務(wù)器上使用與視頻服務(wù)器相同的域名。視頻服務(wù)器發(fā)布直播視頻的同時(shí)將視頻發(fā)布到各個(gè)鏡像服務(wù)器，為保證服務(wù)器與鏡像服務(wù)器之間的通信鏈路，視頻服務(wù)器與鏡像服務(wù)器之間使用虛擬專用網(wǎng) (VPN)專用通道。由于鏡像服務(wù)器和服務(wù)器上的視頻內(nèi)容相同，當(dāng)終端用戶通過(guò)域名訪問(wèn)直播視頻時(shí)，不同地域的域名系統(tǒng) (DNS)服務(wù)器將會(huì)把同一域名解析到不同的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議 (IP)地址，這樣便實(shí)現(xiàn)把大量并發(fā)訪問(wèn)分配到多個(gè)服務(wù)器，有效地實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

與系統(tǒng)架構(gòu)對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)軟件由三部分構(gòu)成，即視頻采集軟件、服務(wù)器軟件和終端用戶軟件。其中，基于客戶機(jī)/服務(wù)器 (C/S)架構(gòu)時(shí)，終端用戶軟件分為個(gè)人電腦 (PC)應(yīng)用、智能手機(jī)應(yīng)用和平板應(yīng)用，基于瀏覽器/服務(wù)器 (B/S)架構(gòu)時(shí)，終端應(yīng)用為對(duì)應(yīng)終端平臺(tái)上的瀏覽器，并且瀏覽器需要多媒體程序播放器 (Flash Player)插件的支持。每種軟件的功能說(shuō)明如下:

視頻采集軟件:采集直播視頻并向FMS傳輸視頻;

服務(wù)器軟件:接收采集軟件上傳的視頻、發(fā)布直播視頻、處理視頻播放請(qǐng)求;

終端用戶軟件:請(qǐng)求視頻并播放。

要設(shè)計(jì)開發(fā)這些軟件，需要安裝兩個(gè)軟件以搭建開發(fā)環(huán)境，即動(dòng)畫流媒體服務(wù)器 (Flash Media Server)和奧多比閃客專業(yè)版 (Adobe Flash Professional)。動(dòng)畫流媒體服務(wù)器 (FMS)為服務(wù)器軟件，同時(shí)支持二次開發(fā)，奧多比閃客專業(yè)版 (Adobe Flash Professional)為終端用戶軟件提供開發(fā)環(huán)境。在本論文中，僅闡述軟件設(shè)計(jì)方法及關(guān)鍵代碼，對(duì)于編程細(xì)節(jié)文中不做闡述。

(一)服務(wù)器軟件

動(dòng)畫流媒體服務(wù)器 (FMS)支持二次開發(fā)，由于其提供一個(gè)應(yīng)用框架，所有動(dòng)畫流媒體服務(wù)器 (FMS)的二次開發(fā)非常簡(jiǎn)單，只需要在動(dòng)畫流媒體服務(wù)器 (FMS)的安裝目錄的應(yīng)用 (Application)目錄下新建應(yīng)用子目錄，然后在新建的應(yīng)用目錄下使用 Actionscript語(yǔ)言編寫一個(gè)main.sc腳本文件，在main.asc文件中集中編寫關(guān)注的業(yè)務(wù)代碼即可。雖然鏡像服務(wù)器與視頻服務(wù)器上的視頻內(nèi)容相同，對(duì)終端用戶的視頻請(qǐng)求響應(yīng)也相同，但是由于服務(wù)器還有像鏡像服務(wù)器發(fā)布直播視頻，因此兩種的運(yùn)行軟件是不同的。對(duì)于鏡像服務(wù)器軟件，只需編寫一個(gè)Application.onConnect函數(shù)，在函數(shù)中調(diào)用application.acceptConnection(client)函數(shù)即可，對(duì)于其他的事件處理交由FMS應(yīng)用框架處理。與鏡像服務(wù)器相比，服務(wù)器還要向鏡像服務(wù)器發(fā)布直播視頻，因此，在服務(wù)器的main.asc文件中，需要添加application.onPublish函數(shù)，在該函數(shù)中將直播視頻發(fā)布到鏡像服務(wù)器，函數(shù)關(guān)鍵代碼如下:

function(client，myStream)①JianFeng Lu，Yao Zhang.Mobile Application Development Based on Adobe AIR.IEEE，2013，376－378

圖2 網(wǎng)絡(luò)測(cè)試環(huán)境

(二)視頻采集軟件

視頻采集軟件運(yùn)行于視頻終端處理機(jī)，劃分為用戶界面部分和業(yè)務(wù)邏輯部分。用戶界面部分在本文中不做闡述。業(yè)務(wù)邏輯部分的任務(wù)就是從攝像機(jī)采集圖像形成視頻流并將視頻流發(fā)布到視頻服務(wù)器。

該部分軟件使用奧多比閃客專業(yè)版 (Adobe Flash Professional)開發(fā)，在終端處理機(jī)上需要一個(gè)多媒體程序運(yùn)行時(shí) (Flash Runtime)為軟件提供運(yùn)行環(huán)境，多媒體程序運(yùn)行時(shí) (Flash Runtime)可由多媒體程序播放器 (Flash Player)或者奧多比集成運(yùn)行時(shí) (AIR)提供，在終端處理機(jī)上選用多媒體程序播放器 (Flash Player)。由于該開發(fā)環(huán)境提供了眾多功能豐富的開發(fā)模塊，例如:視頻采集、數(shù)據(jù)傳輸、視頻編碼等功能模塊，所以，并不需要從零編寫代碼，很多工作由多媒體程序播放器 (Flash Player)隱式執(zhí)行。

業(yè)務(wù)邏輯處理部分使用actionscript語(yǔ)言編寫，基于事件編程，當(dāng)與視頻服務(wù)器連接成功后開始錄制視頻并發(fā)布到服務(wù)器。

(三)用戶終端軟件

用戶終端軟件使用Adobe Flash Professional開發(fā)，使用actionscript語(yǔ)言編寫代碼，終端上也需要Flash Runtime的支持，但不同的終端Runtime是不同的，對(duì)于使用windows或linux操作系統(tǒng)的PC選用Flash Player，對(duì)于移動(dòng)終端，基于android智能手機(jī)或平板電腦使用 AIR for android，基于IOS的智能手機(jī)或平板電腦，使用AIR for ios。

該部分軟件的業(yè)務(wù)邏輯處理比較簡(jiǎn)單，與服務(wù)器或鏡像服務(wù)器建立連接后獲取直播視頻并顯示即可。

編碼完成后，將文件保存為fla格式，如保存為videoPlay.fla，然后使用 Adobe Flash Professional編譯發(fā)布，發(fā)布為PC應(yīng)用時(shí)選擇發(fā)布目標(biāo)為Flash Player，發(fā)布 Flash和Html兩種格式，相應(yīng)會(huì)生成videoPlay.swf和videoPlay.ht-ml兩個(gè)文件;當(dāng)發(fā)布為android或ios應(yīng)用時(shí)，選擇目標(biāo)分別為AIR for android和AIR for ios，則會(huì)生成相應(yīng)兩種平臺(tái)的安裝文件包。

(四)B/S架構(gòu)的視頻瀏覽

用戶終端軟件使用奧多比閃客專業(yè)版(Adobe Flash Professional)開發(fā)，使用actionscript語(yǔ)言編寫代碼，終端上也需要多媒體程序運(yùn)行時(shí) (Flash Runtime)的支持，但不同的終端運(yùn)行時(shí) (Runtime)是不同的，對(duì)于使用視窗(windows)或者勒紐克斯 (linux)操作系統(tǒng)的個(gè)人電腦 (PC)選用多媒體程序播放器 (Flash Player)。

該部分軟件的業(yè)務(wù)邏輯處理比較簡(jiǎn)單，與服務(wù)器或鏡像服務(wù)器建立連接后獲取直播視頻并顯示即可。

編碼完成后，將文件保存為fla格式，如保存為videoPlay.fla，然后使用奧多比閃客專業(yè)版(Adobe Flash Professional)編譯發(fā)布，發(fā)布為個(gè)人電腦 (PC)應(yīng)用時(shí)選擇發(fā)布目標(biāo)為多媒體程序播放器 (Flash Player)，發(fā)布Flash和Html兩種格式，相應(yīng)會(huì)生成videoPlay.swf和videoPlay.html兩個(gè)文件。

四、系統(tǒng)測(cè)試

由于測(cè)試條件限制，將服務(wù)器軟件和視頻采集軟件運(yùn)行于同一臺(tái)物理主機(jī)，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)環(huán)境如圖3所示。

服務(wù)器硬件環(huán)境如下:

CPU:Intel酷睿i53470、內(nèi)存:4G

軟件測(cè)試環(huán)境如下

服務(wù)器操作系統(tǒng):windows7

手機(jī)和平板系統(tǒng):android4.0

圖3 視頻采集圖像

視頻服務(wù)器:Flash Media Server 4.5

Web服務(wù)器:Apache 2.2

瀏覽器:IE、360、UC、android原生瀏覽器

Flash Runtime:Flash Player11、Flash AIR3.2

圖4 瀏覽器播放畫面

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)一周的測(cè)試，測(cè)試過(guò)程中視頻傳輸流暢，未出現(xiàn)死機(jī)或拒絕服務(wù)等異常。視頻采集部分測(cè)試結(jié)果如圖4所示，當(dāng)點(diǎn)擊開始(start)按鈕后，開始采集視頻并向服務(wù)器發(fā)布。對(duì)于終端應(yīng)用軟件測(cè)試，由于視頻顯示結(jié)果類似，本文僅給出使用瀏覽器進(jìn)行直播視頻觀看的測(cè)試結(jié)果如圖5所示，對(duì)于其他方式的測(cè)試結(jié)果本文不再貼出。

五、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)際開發(fā)和部署實(shí)踐可知，使用動(dòng)畫流媒體服務(wù)器 (FMS)架設(shè)多媒體服務(wù)網(wǎng)站具有實(shí)施簡(jiǎn)便、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、帶寬利用率高等優(yōu)點(diǎn)，是進(jìn)行公安邊防視頻通信多媒體網(wǎng)站架設(shè)的首先技術(shù)，可以為公安邊防部隊(duì)提供一定程度的視頻直播業(yè)務(wù)。但在實(shí)際的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，雖然視頻傳輸流暢，但視頻延時(shí)較大，在本測(cè)試環(huán)境中，視頻的時(shí)延約為5秒，這又對(duì)一些邊防部隊(duì)中實(shí)時(shí)性要求比較高的工作造成了一定的影響。另外，本視頻直播系統(tǒng)沒(méi)有放在公網(wǎng)上測(cè)試，基于虛擬專用網(wǎng) (VPN)通道的鏡像服務(wù)器性能沒(méi)有得到測(cè)試，在高并發(fā)情況下整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行性能也沒(méi)有得到足夠的驗(yàn)證，這些問(wèn)題都有待進(jìn)一步研究與驗(yàn)證。