袁智

摘要：基于Google開(kāi)源WebRTC視頻傳輸架構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種基于WebRTC的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控軟件。首先，設(shè)計(jì)了該軟件的基本功能，其次，搭建了視頻傳輸?shù)男帕罘?wù)器和穿網(wǎng)服務(wù)器并實(shí)現(xiàn)了Web客戶端。實(shí)驗(yàn)表明，該軟件可以支持跨平臺(tái)的視頻傳輸，支持多客戶端，且可以穿越NAT的限制。

關(guān)鍵詞：WebRTC；遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控軟件；服務(wù)器；客戶端

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）05-0168-02

隨著社會(huì)的發(fā)展，安全問(wèn)題受到人們更多的關(guān)注。遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控可以為人們提供實(shí)時(shí)、清晰的畫(huà)面，有利于年輕人對(duì)家庭、老人和小孩的安全的實(shí)時(shí)掌握，近年來(lái)受到廣泛的關(guān)注。

2011年，Google公司開(kāi)源了WebRTC[1]（Web Real-Time Communication）技術(shù)，目的是為了實(shí)現(xiàn)基于瀏覽器提供P2P的視頻通話。目前WebRTC已經(jīng)成為HTML5的標(biāo)準(zhǔn)，微軟、蘋(píng)果、火狐等瀏覽器提供商已支持WebRTC技術(shù)。基于WebRTC技術(shù)視頻監(jiān)控的研究，尤其在家庭場(chǎng)景下具有重要的意義。WebRTC技術(shù)可以在低帶寬下實(shí)現(xiàn)流暢的視頻傳輸，且其P2P的傳輸設(shè)計(jì)使得個(gè)人信息得到很好的保護(hù)。

本文，基于WebRTC設(shè)計(jì)一種家用遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控軟件?；赪ebRTC視頻傳輸架構(gòu)，設(shè)計(jì)了并實(shí)現(xiàn)了視頻傳輸?shù)姆?wù)器和客戶端，并搭建了視頻傳輸穿網(wǎng)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了視頻的P2P傳輸。

1 WebRTC簡(jiǎn)介

WebRTC是Google開(kāi)源的一項(xiàng)支持瀏覽器進(jìn)行P2P視頻通話的項(xiàng)目。其將音視頻處理功能內(nèi)嵌到瀏覽器中，是瀏覽器可以在不使用任何插件的情況下，直接對(duì)音視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

1.1 WebRTC的系統(tǒng)架構(gòu)

WebRTC使用了世界上公認(rèn)的最好的音視頻處理引擎是，其NAT穿透方案的成功率達(dá)到83%[2]，為開(kāi)發(fā)各種音視頻媒體客戶端提供便利。WebRTC的系統(tǒng)架構(gòu)[3]如圖1所示。

圖1中，Web API是面向第三方音視頻開(kāi)發(fā)者的JavaScript API，主要有Network API、RTC PeerConncetion API和RTC Data API；WebRTC Native C++ API是面向?yàn)g覽器廠商，用于瀏覽器的底層開(kāi)發(fā)；信令管理部分主要負(fù)責(zé)基于Web應(yīng)用的信令控制部分；音頻引擎是WebRTC的音頻采集和音頻通話質(zhì)量保證的核心部分；視頻引擎是WebRTC的視頻采集和視頻通話質(zhì)量保證的核心部分；網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊兒負(fù)責(zé)音視頻數(shù)據(jù)的傳輸和網(wǎng)絡(luò)中NAT和防火墻的穿透。

1.2 WebRTC的優(yōu)點(diǎn)

WebRTC支持跨平臺(tái)瀏覽器進(jìn)行實(shí)時(shí)的音視頻通信，目前已被W3C作為HTML5的標(biāo)準(zhǔn)。利用WebRTC不僅可以開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)的音視頻通信Web應(yīng)用，其核心模塊也可以單獨(dú)作為音視頻軟件的組成部分。

WebRTC主要有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）WebRTC技術(shù)目前已成為HTML5的標(biāo)準(zhǔn)，主流的瀏覽器都提供了豐富的Web API方便開(kāi)發(fā)；（2）WebRTC的音、視頻處理技術(shù)免費(fèi)、開(kāi)源，且能夠提供高質(zhì)量的通信質(zhì)量；（3）WebRTC技術(shù)可以和其他音、視頻通信技術(shù)融合，如VoIP（Voice Over IP）[4]、IMS（IP Multimedia Subsystem） [5]等。

2基于WebRTC的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控軟件

2.1基于WebRTC的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控軟件功能設(shè)計(jì)

圖2中，通過(guò)家中的攝像頭實(shí)時(shí)采集室內(nèi)的視頻數(shù)據(jù)，并保存在本地；視頻傳輸服務(wù)器為遠(yuǎn)程的視頻客戶端提供建立視頻傳輸鏈接的服務(wù)；遠(yuǎn)程視頻客戶端可以通過(guò)視頻服務(wù)器請(qǐng)求查看視頻。

2.2 基于WebRTC的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控軟件服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)

圖3中，服務(wù)器開(kāi)啟后處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)接收遠(yuǎn)程視頻鏈接建立請(qǐng)求消息；收到遠(yuǎn)程連接請(qǐng)求消息后，服務(wù)器根據(jù)消息的內(nèi)容向指定的視頻采集端廣播視頻鏈接請(qǐng)求消息；視頻采集端接收到鏈接請(qǐng)求消息后發(fā)送鏈接建立應(yīng)答消息給服務(wù)器，服務(wù)器接收到鏈接應(yīng)答消息后，廣播給遠(yuǎn)程視頻客戶端；視頻采集端和遠(yuǎn)程客戶端完成鏈接建立請(qǐng)求和應(yīng)答消息的交互后完成視頻傳輸鏈路的建立。

通常視頻采集端和遠(yuǎn)程客戶端處于不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，要完成視頻的傳輸還需要穿越NAT（Network Address Translators）和防火墻的限制。WebRTC采用ICE（Interactive Connectivity Establishment ）[6]協(xié)議完成NAT和防火墻的穿越，ICE需要STUN[7]和TURN（Traversal Using Relays around NAT ）[8]服務(wù)器的支持，本文搭建來(lái)了開(kāi)源的STUN和TURN服務(wù)器來(lái)完成NAT和防火墻的穿透。

2.3 基于WebRTC的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控軟件客戶端的實(shí)現(xiàn)

客戶端分為視頻采集端和遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控端。視頻采集端有兩個(gè)核心功能：遠(yuǎn)程視頻傳輸和本地視頻錄制。遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控端接收視頻采集端的視頻流，進(jìn)行解碼，并通過(guò)緩沖等技術(shù)保證視頻的質(zhì)量。

視頻采集端采用WebRTC的getUserMedia API函數(shù)獲取本地視頻流，獲取視頻流后顯示在本地的Web界面上；調(diào)用WenRTC的PeerConnction API創(chuàng)建視頻傳輸鏈接，并將本地視頻流添加到PeerConnection中傳輸。

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控端，調(diào)用PeerConnction API函數(shù)與視頻采集端建立視頻傳輸鏈接，鏈接建立后實(shí)時(shí)接收視頻采集端的視頻流，并解碼顯示。

基于WebRTC的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控軟件客戶端框架圖如4所示。

3 實(shí)驗(yàn)與分析

如圖5中所示，視頻采集端和遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控端分別連接在兩個(gè)路由器，路由器開(kāi)啟NAT功能，路由器和服務(wù)器主機(jī)連接在同一個(gè)交換機(jī)。

開(kāi)啟Web服務(wù)器，關(guān)閉穿網(wǎng)服務(wù)器，啟動(dòng)視頻視頻采集端，然后視頻監(jiān)控端請(qǐng)求遠(yuǎn)程視頻鏈接，視頻傳輸效果如圖6和圖7所示。

關(guān)閉穿網(wǎng)服務(wù)器時(shí)視頻采集端和視頻監(jiān)控端只能顯示本地視頻，無(wú)法正常傳輸視頻；開(kāi)啟穿網(wǎng)服務(wù)器后視頻采集端和監(jiān)控端可以正常傳輸視頻。這說(shuō)明本文的設(shè)計(jì)的信令服務(wù)器、穿網(wǎng)服務(wù)器、客戶端可以正常工作，且視頻傳輸可以穿越NAT和防火墻的限制。

4 總結(jié)

本文基于Google開(kāi)源視頻通話架構(gòu)WebRTC，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種家用遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控軟件。首先，設(shè)計(jì)了軟件的服務(wù)器和客戶端的各部分功能；其次，搭建了視頻傳輸?shù)男帕罘?wù)器和穿網(wǎng)服務(wù)器，并實(shí)現(xiàn)了視頻采集客戶端和是哦監(jiān)控客戶端。實(shí)驗(yàn)表明，本文設(shè)計(jì)的服務(wù)器和客戶端可正常運(yùn)行，且視頻傳輸可以穿越NAT和防火墻的限制。

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