流媒體指視頻、音頻、文本字幕等不同格式的多媒體數(shù)據(jù)用實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議作為媒介承載，并以連續(xù)媒體流的形式從源發(fā)送端向目的接收端傳輸，在目的端接收到一定的緩存數(shù)據(jù)后，就可以將上述流播放出來的網(wǎng)絡(luò)多媒體內(nèi)容，是在網(wǎng)絡(luò)上按時(shí)間先后次序傳輸和播放的連續(xù)音/視頻數(shù)據(jù)流^[1]。3G、4G的普及和移動(dòng)終端日新月異的發(fā)展為移動(dòng)直播系統(tǒng)提供了一定的技術(shù)保證，視頻拍攝和視頻數(shù)據(jù)傳輸是3G/4G手機(jī)的基本功能，隨著計(jì)算機(jī)處理能力的提升以及圖像處理能力和網(wǎng)絡(luò)通信的不斷成熟，每個(gè)手機(jī)用戶都有了進(jìn)行視頻直播的可能，使得直播系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入高速發(fā)展的時(shí)期。

1 總體框架設(shè)計(jì)

    移動(dòng)直播系統(tǒng)主要包括移動(dòng)設(shè)備端、服務(wù)器端和播放器三部分，基本流程包括移動(dòng)終端現(xiàn)場(chǎng)視頻的拍攝、壓縮編碼、視頻數(shù)據(jù)格式封裝、RTP封裝和數(shù)據(jù)發(fā)送，及本地錄像數(shù)據(jù)的保存并在3G/Wi-Fi下進(jìn)行上傳；接收端實(shí)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)、解封裝、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、視頻信號(hào)發(fā)生，主要采用市場(chǎng)已有的支持rtsp協(xié)議的主流播放器，可進(jìn)行二次開發(fā)擴(kuò)展；流媒體服務(wù)器實(shí)現(xiàn)根據(jù)播放器的請(qǐng)求對(duì)移動(dòng)設(shè)備端的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，以及采用RTCP控制協(xié)議優(yōu)化移動(dòng)設(shè)備端的碼率，自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬，以求最佳的用戶體驗(yàn)；RTSP信令服務(wù)器負(fù)責(zé)系統(tǒng)中信令消息的傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)，是系統(tǒng)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵部分，同時(shí)又要負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)終端的管理，完成發(fā)送端、接收端和RTSP信令服務(wù)器的交互會(huì)話。這種平臺(tái)化的設(shè)計(jì)既方便了對(duì)移動(dòng)設(shè)備端和播放器端的統(tǒng)一管理，又能增強(qiáng)系統(tǒng)整體的負(fù)載能力。移動(dòng)直播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

2 移動(dòng)直播系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

    由于移動(dòng)直播系統(tǒng)的播放器軟件采用VLC開源播放器為例，所以主要介紹流媒體服務(wù)器的模塊設(shè)計(jì)和iOS數(shù)據(jù)采集軟件的模塊設(shè)計(jì)。

2.1 流媒體服務(wù)器模塊設(shè)計(jì)

    流媒體服務(wù)器主要包括如圖2所示的功能模塊。

    圖2中各模塊功能：(1)VLC視頻請(qǐng)求模塊：主要負(fù)責(zé)當(dāng)VLC播放器發(fā)生視頻請(qǐng)求時(shí)，根據(jù)視頻請(qǐng)求查找請(qǐng)求的設(shè)備是否在線，如果在線則通知視頻直播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊轉(zhuǎn)發(fā)所請(qǐng)求的視頻數(shù)據(jù)；(2)直播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊：負(fù)責(zé)所有的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，主要實(shí)現(xiàn)同時(shí)直播多路時(shí)的負(fù)載均衡，最大程度地減輕服務(wù)器壓力；(3)視頻點(diǎn)播模塊：主要是采用蘋果公司所特有的HLS(HTTP Live Streaming)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)iOS直播軟件端保存的視頻文件進(jìn)行隨時(shí)隨地的點(diǎn)播回放。

    項(xiàng)目選擇以live555開源庫作為基礎(chǔ)庫，設(shè)計(jì)出符合功能和性能要求的流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器。以下簡(jiǎn)單介紹利用live555開源庫開發(fā)出一個(gè)實(shí)現(xiàn)流媒數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)的服務(wù)器。

    TaskScheduler* scheduler=BasicTaskScheduler::createNew();

    UsageEnvironment* env=BasicUsageEnvironment::createNew(*scheduler); 

    這里創(chuàng)建兩個(gè)關(guān)鍵的對(duì)象用于事件調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)事件的異步讀取、對(duì)事件句柄的設(shè)置及對(duì)錯(cuò)誤信息的輸出等，是整個(gè)事件驅(qū)動(dòng)的核心。

    RTSPServer* rtspServer=RTSPServer::createNew(*env,8554,authDB);//authDB為用戶驗(yàn)證的用戶數(shù)據(jù)庫

    ServerMediaSession* sms=ServerMediaSession::createNew(*env, streamName, streamName,descriptionString);

    MPEG2TransportUDPServerMediaSubsession* mpeg2=MPEG2TransportUDPServerMediaSubsession::createNew(*env,inputAddressStr,inputPortNum, inputStreamIsRawUDP);

    sms->addSubsession(mpeg2);

    rtspServer->addServerMediaSession(sms);

    這里是在端口8554上建立一個(gè)RTSP服務(wù)負(fù)責(zé)與VLC客戶端之間的會(huì)話，并新建一個(gè)MPEG2數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)的MediaSession添加到RTSP服務(wù)中。MPEG2對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)源，sms作為RTSP服務(wù)的數(shù)據(jù)源會(huì)話。當(dāng)有VLC客戶端請(qǐng)求時(shí)，進(jìn)行用戶驗(yàn)證，如驗(yàn)證通過則從數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的服務(wù)就建立起來了。

2.2 iOS數(shù)據(jù)采集軟件的模塊設(shè)計(jì)

    iOS設(shè)備數(shù)據(jù)采集端主要包括如圖3所示的功能模塊。

    圖3中各主要模塊的功能：(1)H.264編碼：將攝像頭采集到的原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行H.264壓縮編碼，便于在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，減少發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的碼率^[2]；(2)TS碼流封裝：基于MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)(ISO13818-1)的視頻壓縮編碼，將H.264編碼出的ES流打包成PES流， PES流再按188 B的固定長(zhǎng)度加上必要的節(jié)目專用信息PSI組成傳送TS碼流；(3)本地保存：設(shè)備在直播的同時(shí)對(duì)攝像頭采集編碼出的TS流數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，為了用戶能實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史錄像進(jìn)行觀看，主要包含兩個(gè)文件，一個(gè)是.M3U8文件，用于單碼率適配流的HLS技術(shù)，項(xiàng)目中只用到了一種CIF碼率，另一個(gè)是.ts文件，存儲(chǔ)視頻數(shù)據(jù)的切片媒體文件；(4)本地HLS和本地播放：建立本地HLS服務(wù)，本地回看錄像文件。

    以下是軟件實(shí)現(xiàn)過程的簡(jiǎn)單介紹。

    do {

       if (self.avCaptureSession!=nil) break;

       [self vcrEncoderInit]; 

           //對(duì)原始數(shù)據(jù)采集所需的一些變量進(jìn)行初始化

       [self cameraSetting]; //對(duì)攝像頭的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置

       } while (0);

    [self startVideoCapture]; //啟動(dòng)攝像頭采集實(shí)時(shí)視頻幀

    將采集的原始數(shù)據(jù)通ffmpeg庫進(jìn)行H.264編碼，根據(jù)MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)(ISO13818-1)的視頻壓縮編碼，將H.264編碼出的ES流打包成PES流，PES流再按188 B的固定長(zhǎng)度加上必要的節(jié)目專用信息PSI組成傳送TS碼流[3-4]，并進(jìn)行本地保存。

    av_register_all();//注冊(cè)編碼器

    pCodec=avcodec_find_encoder(AV_CODEC_ID_H264);//查找H264編碼器

    pcodecCtx=avcodec_alloc_context3(pCodec);//分配編碼器上下文內(nèi)存空間

    avcodec_open2(pcodecCtx, pCodec, NULL);//打開H264編碼器

    _m_yuvFrame=avcodec_alloc_frame();//分配yuv圖像幀內(nèi)存空間

    m_rgbFrame=avcodec_alloc_frame();//分配rgb圖像格式的內(nèi)存空間

    swsCtx=sws_getContext(pcodecCtx->width, pcodecCtx->height, PIX_FMT_BGRA, pcodecCtx->width, pcodecCtx->

    height, PIX_FMT_YUV420P, SWS_FAST_BILINEAR, NULL, NULL, NULL);//rgb轉(zhuǎn)為yuv圖像轉(zhuǎn)換的上下文句柄

    int nbytes=avpicture_get_size(PIX_FMT_YUV420P, pcodecCtx->width, pcodecCtx->height);

    outbuffer=(uint8_t*)av_malloc(nbytes);

    avpicture_fill((AVPicture*)_m_yuvFrame, outbuffer, 

    PIX_FMT_YUV420P, pcodecCtx->width, pcodecCtx->height);//設(shè)置outbuffer為yuv圖像幀buffer

    ofmt = av_guess_format("mpegts", NULL, NULL);//輸出格式為mpegts

    _oc = avformat_alloc_context();//分配輸出到文件的上下文內(nèi)存空間

    _oc->oformat = ofmt;//設(shè)置輸出格式

    avio_open(&_oc->pb, output, AVIO_FLAG_WRITE);//以寫格式打開文件

    avformat_write_header(_oc, &pAVDictionary);//寫入ts的節(jié)目專用信息頭

    上面都是為接下來的編碼和本地保存做準(zhǔn)備工作。

    avpicture_fill((AVPicture*)m_rgbFrame, buffer, PIX_FMT_BGRA, width, height);

    int rec=sws_scale(swsCtx, (const uint8_t**)m_rgbFrame->data, m_rgbFrame->linesize, 0, pcodecCtx->height,_m_yuvFrame->data, _m_yuvFrame->linesize);

    int state=avcodec_encode_video2(pcodecCtx, &avpakt, _m_yuvFrame, &got_packet_ptr);//將原始數(shù)據(jù)編碼成H264裸數(shù)據(jù)

    [self TSpacket:&avpakt];//打包

    int nRet = av_interleaved_write_frame(_oc, packet);//將ts數(shù)據(jù)寫入本地文件

    [delegate_sendData SendH264Data:_oc->pb->buffer+havepk*188 Size:tspk*188];//rtp打包ts流數(shù)據(jù)進(jìn)行流媒體直播

    av_free_packet(packet);//釋放內(nèi)存

    HLS是一個(gè)由蘋果公司提出的基于HTTP的流媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。本項(xiàng)目的本地播放錄像功能所采用的也是HLS協(xié)議，在手機(jī)本地搭建一個(gè)輕量級(jí)的Web服務(wù)，只需要支持靜態(tài)文件訪問，然后調(diào)用系統(tǒng)的播放器類播放本地的M3U8文件即可。實(shí)現(xiàn)如下：

    httpServer = [[HTTPServer alloc] init];[httpServer setType:@"_http._tcp."]; [httpServer setPort:52479];[httpServer setDocumentRoot:filePath]; [httpServer start:&error];//建立輕量級(jí)本地Web服務(wù)

    然后即可調(diào)用系統(tǒng)播放組件MPMoviePlayerController進(jìn)行播放，這樣一個(gè)基于流媒體技術(shù)的移動(dòng)視頻直播系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)基本完成。

3 移動(dòng)直播系統(tǒng)測(cè)試

    在實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)條件下，分別從RTSP用戶驗(yàn)證、VLC視頻請(qǐng)求播放、流媒體視頻轉(zhuǎn)發(fā)、iOS視頻采集軟件、本地播放錄像四方面對(duì)移動(dòng)直播系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果軟件運(yùn)行正常，VLC視頻直播圖像較為清晰流暢，無明顯時(shí)延，用戶體驗(yàn)較好，達(dá)到了實(shí)時(shí)播放的效果。各界面效果如圖4～圖7所示。

    綜上所述，該移動(dòng)直播系統(tǒng)利用手機(jī)終端的便利性，能夠在任何場(chǎng)景利用手機(jī)進(jìn)行拍攝；并且使用3G/4G網(wǎng)絡(luò)連接手機(jī)移動(dòng)直播平臺(tái)，就可以在互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)事件的現(xiàn)場(chǎng)同步播出，或者在網(wǎng)絡(luò)條件不好的情況下保存本地，而后進(jìn)行上傳，供其他用戶隨時(shí)隨地地點(diǎn)播錄像視頻，足以應(yīng)付基本的突發(fā)事件。利用手機(jī)的視頻拍攝和傳送能力，開發(fā)即時(shí)視頻直播系統(tǒng)將會(huì)帶來巨大的市場(chǎng)效應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

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[3] 路錦正.MPEG-4/H.264視頻編解碼工程實(shí)踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[4] ISO/IEC 13818-1 information technology-generic coding of moving pictures and associated audio[S]：Syetems Recommendation H.222.0，1994.