視頻會議客戶端信息管理系統分析

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1視頻會議架構

視頻會議服務器功能包括中心控制、業務邏輯、媒體管理、SIP(SessionInitiationProtocol)服務器、協議解析等.客戶端功能包括登錄注冊、實時會議、基本信息管理等.用戶訪問視頻會議客戶端,進行注冊登錄,通過向SIP服務器發送請求,SIP服務器對協議解析,然后轉發給中心控制,調用業務邏輯的注冊認證,并把相應的注冊認證結果發送給客戶端.開始實時會議時,客戶端發送SIP請求,SIP服務器對協議解析,轉發給中心控制,它調用業務邏輯、媒體管理及RTP協議解析,創建相應的線程,將SIP解析協商后的結果發送給客戶端,如果協商成功就傳輸媒體流數據.用戶對基本信息管理模塊操作時,通過HTTP協議發送請求,服務器響應請求,訪問數據庫對數據進行讀取或存儲,然后將操作結果發送給客戶端.

2系統功能概述

視頻會議客戶端信息管理系統是與用戶直接交互的重要一環.通過需求分析,視頻會議客戶端信息管理系統分為以下幾個功能模塊下面分別介紹系統的各個功能模塊:

(1)注冊登錄

新用戶需要注冊,然后登錄到系統.已經注冊的用戶可以直接登錄,登錄時對用戶的合法性進行驗證,通過驗證的用戶才允許進入系統.

(2)基本信息管理

基本信息管理包括用戶管理、會議管理、單位管理以及客服管理.用戶管理:用戶分為管理員用戶和普通用戶.管理員用戶具有最高權限,管理功能包括查詢用戶,增加用戶,刪除用戶,修改用戶信息,給用戶授權,使其具有管理員權限,也可以使普通用戶成為會議主持人.同時管理員也可以修改自己的信息.普通用戶具有一般權限,可以查詢用戶,查看用戶的信息,修改自己的信息.會議管理:可劃分為會議記錄管理、會議房間管理、錄像點播、會議預約等小模塊.①會議記錄管理:會議基本信息包括會議開始時間、會議結束時間、會議主題、會議房間、發起人、會議主持人;管理員根據條件查詢會議記錄,下載會議記錄,修改會議記錄,刪除會議記錄;②會議房間管理:房間基本信息包括房間名稱、房間類型、房間狀態;管理員可以增加房間、查詢房間信息、修改房間信息、刪除房間;③錄像點播:用戶可以從系統中下載會議視頻,以及點播會議視頻;④會議預約:用戶可以預約會議,安排會議時間、會議室及邀請其他用戶參加;預約成功后,系統會給每個受邀請的用戶發送系統消息,告知用戶有會議需要參加;用戶可以選擇接受,也可以拒絕參加,發起人可以查詢接受的人員列表,和不能出席會議人員的事由.單位管理:管理員對單位部門管理,可以增加部門、刪除部門、查看部門信息、修改部門信息.客服管理:用戶在線與客服聯系,了解如何使用系統,對系統存在的問題提出建議,根據用戶反饋,及時發現和改正系統存在的問題;管理員對客服人員進行管理,可以增加客服、刪除客服、查看客服信息、修改客服信息.

(3)實時會議

實時會議包括視頻通訊、會議白板和即時聊天.視頻通訊:管理員創建會議房間,給用戶授權使其成為會議主持人;管理員和主持人都可以創建會議,邀請用戶加入會議;用戶可以申請進入房間加入會議,也可以自由退出會議;若用戶在會議中不遵守規則,管理員和主持人能強制其退出會議.會議白板:系統支持會議白板功能,用戶在白板區域可以自由繪制、書寫信息,支持多人同時操作;用戶可方便靈活的使用不同類型筆形等增強工具,支持對屏幕中的任意矩形區域進行截圖,并將所抓的靜態圖片顯示在一個新建的白板頁上.即時聊天:用戶可在線聊天,在公共板塊進行群聊,可以發送文字、圖片和文件;會議主持人可以授權,發起決議,使與會者可以舉手表決,進行會議投票,也可以使用戶在線討論,當不需要討論時,主持人可以收回權限,取消討論.

3關鍵技術

上文分析了視頻會議架構和客戶端信息管理系統的功能,系統設計的關鍵點在實時會議,下文主要介紹視頻通訊的會議控制機制、會議白板設計的原理,以及系統的多畫面顯示方法.

3.1多點控制單元

多點控制單元MCU(MultipointControlUnit)是整個視頻會議系統的中樞,控制著會議的過程,包括允許或拒絕用戶加入會議,用戶的發言方式,參與用戶身份驗證以及權限控制等.本系統多點控制單元的設計是基于SIP協議,但是它在設計上就為分布式的呼叫模型,這使得SIP協議缺乏集中式的多方會議控制能力,為了提高系統的傳輸控制性能,根據系統的需求以及RFC4353提案規范的SIP協議會議框架,設計了該多點控制單元.會議策略是一個邏輯功能,能存儲和處理會議的策略,用戶訪問控制.會議通知能通過消息定時向會議用戶通知會議事件和會議狀態,也可由Focus提供會議通知功能,接收預定到的會議狀態,并通知用戶狀態的改變.Focus是會議的控制中心,通過SIP連接到客戶端,也使用SIP操作媒體會話,以保證每個參與者獲得所有媒體會議,這一點是通過協調Mixer來完成的.Focus主要包括會議管理和信令控制兩個模塊,提供會議通知功能,向會議用戶通知相應的會議事件和會議狀態.用戶加入會議后向會議控制中心發送Subscribe請求,訂閱會議事件和會議狀態通知服務.Mixer主要負責媒體流的混合和分發,由媒體流隊列、調度模塊和RTP傳輸控制模塊組成,Focus根據會議策略對Mixer進行直接或間接的控制,處理過程會根據媒體類型的不同而不同.客戶端是參與會議用戶,與Focus交互SIP協議傳輸控制信令,與Mixer交互RTP協議的音視頻數據,由用戶實現.

3.2計算機支持協同工作

實時通信是指用戶把共同的工作對象的操作結果,同步到其他協同用戶的屏幕上進行顯示.這里“實時”與“同步”是從邏輯層面來講的,因受網絡帶寬的限制,要做到傳輸延遲能忽略不計的實時與同步是不現實的.并發控制與傳統數據庫系統的并發控制不同,因為操作媒體對象的多樣性及用戶修改操作的非透明性,使得并發控制必須考慮伴隨的感知問題,對不同的媒體對象,根據其特點采用不同的并發控制方法.對用戶操作過程的感知,例如對用戶細微動作的感知,要持續跟蹤并不斷轉換成消息傳輸出去,這需要很大的網絡開銷,所以權衡考慮,選擇一種近似的感知方法.會議白板是CSCW的一個有效工具,一個群體協作的環境.當會議管理員給用戶授予權限,使其成為會議的主持人,在會議召開過程中具有最高權限,在交互式討論協作環境中,主持人可以給用戶授權,使其能操作會議白板.建立這樣的群體協作環境,關鍵在于有協作控制機制,它是促進群體正常有效運作的基礎,在協作過程中要遵守協作規則.傳輸層采用TCP傳輸協議,面向連接型通信協議,保證收發數據的可靠性,因此可以專注應用層協議.傳輸的數據類型大體分為三類:(1)用戶信息;(2)小數據量信息,如文本、坐標等;(3)大數據量信息,如圖像.設計的數據包結構如圖4所示,用戶IP是用戶的主機IP地址;操作類型包括文本輸出、鼠標的動作;用戶信息包括用戶名、身份標識等;坐標指繪畫區中畫筆的移動坐標,輸出文本信息的位置坐標等;文本指文本輸出的內容信息;畫筆信息包括畫筆的顏色、線條等;結束符標志數據包結束.大數據量信息則另開一對TCP連接,一般采用流機制,先發送一個數據包表示圖像開始傳輸,然后用流傳輸圖像,在流的末尾附帶傳送一個結束符.傳統的CSCW并發控制有四種方法,加鎖法、集中控制法、可逆行操作、操作轉換,這幾種方法都各有局限,不能簡單的使用其中的一種.本文采用集中控制法和加鎖法,利用多線程將集中控制轉化為客戶端分布式處理,服務器對客戶連接線程進行調度,使來自客戶的信息不必再向其轉發,客戶端也采用多線程技術,指派一個線程接收小數據量信息,另一個線程接收大數據量信息,它們和用戶的本地主線程同時工作.對繪圖區使用加鎖法,當線程訪問繪圖區時加鎖,掛起其他線程對它的訪問,操作結束解鎖,喚醒其他線程,保證任何時刻只有一個線程在繪圖區工作,實現多線程安全.為了協調多用戶操作,還需要讓用戶感知到當前是哪個用戶在操作以及操作類型,如果用戶間缺乏相互感知,用戶的操作就可能被破壞,對于已經完成的部分也進行標記.協作感知行為采用光標標識法來確定,會議白板根據上面的數據包格式傳輸處理參數和用戶信息,其他用戶接收到數據包之后,馬上對數據包進行分析,利用用戶信息來感知對應的用戶.

3.3多畫面顯示

本文主要利用用戶終端與數據流之間存在的唯一對應原理來實現,這些視頻圖像就能通過分屏的方式在同一個用戶頁面顯示.所有參加會議的用戶都設置一個唯一的序列號UID,參加會議的客戶端在傳輸音視頻時會自動將用戶序列號UID加上,同時也為能夠接收到數據的客戶端增加一個網絡接收過濾器,并把設置的過濾器和服務器轉發的網絡接收過濾器進行配對,客戶端接收到服務器轉發的數據包,會馬上對數據包中UID進行分析,選擇合適的網絡接收過濾器進行接收,這個步驟實施完成后,客戶端就能把遠程客戶端發送的視頻進行分屏顯示.

4結語

本文分析視頻會議系統架構,描述服務器與客戶端的交互關系,然后分析視頻會議客戶端信息管理系統的功能需求,對系統中的關鍵技術如多點控制單元、計算機支持協同工作、會議白板的設計、多畫面顯示方法等進行闡述,為設計本系統提供技術支持.

作者:程 瀚 廉東本 單位:中國科學院大學