楊 玲，曾 浩，肖 洋

(1.重慶郵電大學(xué)，重慶 400065;2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十研究所，四川 成都 610041)

蘋(píng)果公司的DSS提供了完整的流媒體服務(wù)器源代碼，同時(shí)支持 FreeBSD，Linux，Solaris，Windows NT 和 Windows 2000等多個(gè)操作系統(tǒng)，是當(dāng)前所有同類產(chǎn)品中支持平臺(tái)最多的一個(gè)[1]。DSS支持多種主流音視頻格式，支持基于WEB的后臺(tái)管理，并具有完備的日志功能，又充分考慮了日后開(kāi)發(fā)的可擴(kuò)展性，該服務(wù)器提供了一個(gè)基于模板的擴(kuò)展方法。利用DSS提供的API就可以很方便地編寫(xiě)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的模塊，可以讓開(kāi)發(fā)者加入自己的模塊，對(duì)其進(jìn)行功能上的修改和擴(kuò)充，所以，DSS成為很多流媒體軟件開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，而DSS流媒體服務(wù)器的點(diǎn)播并發(fā)能力(對(duì)單一文件和不同文件點(diǎn)播并發(fā)的支持能力)成為對(duì)其性能評(píng)估的一個(gè)重要指標(biāo)。隨著用戶對(duì)流媒體要求的提高，很多人都根據(jù)自己的需求在DSS的基礎(chǔ)添加自定義模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展需求，而在對(duì)DSS進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)之前需要對(duì)DSS本身進(jìn)行性能評(píng)估，隨著流媒體的普遍化和帶寬的緊缺化，流媒體服務(wù)器的并發(fā)性能成為性能測(cè)試的重點(diǎn)。DSS安裝包里自帶了一個(gè)壓力測(cè)試小工具Streaming-LoadTool，但StreamingLoadTool有一定的限制，只能實(shí)現(xiàn)多端口對(duì)單一文件(同一個(gè)文件)的并發(fā)模擬測(cè)試，所以需要定制客戶端模擬并發(fā)用戶實(shí)現(xiàn)多端口訪問(wèn)多個(gè)不同文件的并發(fā)數(shù)測(cè)試。

1 DSS媒體點(diǎn)播的流程

DSS點(diǎn)播處理過(guò)程是客戶端經(jīng)由DSS中的RTP Session以及RTSP Session建立RTP/UDP/IP媒體流連接和RTSP/TCP/IP控制鏈路連接，媒體流經(jīng)由RTP連接傳到客戶端，以RTSP控制RTP媒體流的播放，如此完成整個(gè)流處理過(guò)程，即客戶端通過(guò)發(fā)起RTSP信令和流媒體服務(wù)器進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)媒體流的發(fā)起和控制，運(yùn)行RTSP協(xié)議獲取客戶端可操作的方法，并建立客戶端與流媒體服務(wù)器的通信方式，同時(shí)RTSP附帶SDP描述媒體流的編解碼等信息。RTSP交互成功后，媒體流通過(guò)RTP進(jìn)行傳輸，RTCP反饋傳輸?shù)臓顟B(tài)信息。所以，定制客戶端的主要工作就是模擬用戶與DSS進(jìn)行RTSP交互。

1.1 RTSP協(xié)議

實(shí)時(shí)流協(xié)議(Real Time Streaming Protocol，RTSP)工作于實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議之上，是一個(gè)多媒體播放控制協(xié)議，用來(lái)使用戶控制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的播放，如播放/暫停、快進(jìn)、快退等。

RTSP是基于文本的協(xié)議，采用ISO 10646字符集和UTF－8編碼方案，行以CRLF中斷[2]。RTSP消息由客戶端到服務(wù)器的請(qǐng)求和服務(wù)器到客戶端的響應(yīng)組成。請(qǐng)求消息的首行包括了應(yīng)用于資源的方法、資源的標(biāo)識(shí)符以及所使用的協(xié)議版本(如DESCRIBE rtsp://server IP:554/movie.xxx RTSP/1.0 )，響應(yīng)消息的第一行包含了表示請(qǐng)求是否成功或者失敗的狀態(tài)碼和原因短語(yǔ)(如RTSP/1.0200 OK ，表示請(qǐng)求成功)。表1為RTSP的方法列表，其中C表示RTSP客戶端，S表示RTSP服務(wù)器端。

表1 RTSP方法列表

下面是RTSP的一些重要頭字段參數(shù)[3]:

1)Accept。用于指定客戶端可以接受的媒體描述信息類型。

2)CSeq。指定了RTSP請(qǐng)求回應(yīng)對(duì)的序列號(hào)，在每個(gè)請(qǐng)求或回應(yīng)中都必須包括這個(gè)頭字段;對(duì)每個(gè)包含一個(gè)給定序列號(hào)的請(qǐng)求消息，都會(huì)有一個(gè)相同序列號(hào)的回應(yīng)消息;在客戶端發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求命令，得到成功的應(yīng)答后，再發(fā)送下一條命令，CSeq的值要加1。

3)Rang。用于指定一個(gè)時(shí)間范圍，可以使用SMPTE，NTP或clock時(shí)間單元，NPT通常用于指示播放、暫?；蛘咪洸サ拈_(kāi)始/結(jié)束時(shí)間。

4)Session。Session ID是由服務(wù)器收到SETUP信令并成功處理后生成的一個(gè)會(huì)話索引并通過(guò)響應(yīng)消息發(fā)送到客戶端，客戶端一旦得到Session ID后，后續(xù)對(duì)該媒體流的控制請(qǐng)求都需要帶上會(huì)話ID，會(huì)話ID是每個(gè)媒體流控制的全局標(biāo)志，Session頭字段標(biāo)識(shí)了一個(gè)RTSP會(huì)話。

5)Transport。Transport頭字段包含客戶端可以接受的傳輸選項(xiàng)列表，包括傳輸協(xié)議、地址端口、TTL等，服務(wù)器端也通過(guò)這個(gè)頭字段返回實(shí)際選擇的具體選項(xiàng)。

1.2 客戶端與DSS的RTSP請(qǐng)求處理過(guò)程

客戶端與DSS的RTSP交互過(guò)程是:客戶端連接到流服務(wù)器并發(fā)送一個(gè)RTSP請(qǐng)求命令(描述命令為DESCRIBE)，DESCRIBE和響應(yīng)DESCRIBE Response構(gòu)成了RTSP的媒體初始化階段，客戶端可以使用Accept頭域，聲明可以接受的格式，流媒體服務(wù)器通過(guò)一個(gè)SDP描述來(lái)進(jìn)行反饋，反饋信息包括流數(shù)量(video stream/audio stream)、請(qǐng)求的媒體類型等信息。客戶端分析該SDP描述，并為會(huì)話中的每一個(gè)流發(fā)送一個(gè)RTSP建立命令(SETUP)，RTSP建立命令告訴服務(wù)器客戶端用于接收媒體數(shù)據(jù)的端口(音頻流和視頻流的端口不同)。在SETUP Response中，服務(wù)器產(chǎn)生Session ID，在Session頭域攜帶該信息，并返回會(huì)話相關(guān)信息。流媒體連接建立完成后，客戶端發(fā)送一個(gè)播放命令(PLAY)，PLAY方法請(qǐng)求服務(wù)器使用SETUP建立的機(jī)制開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)，并且通過(guò)Range頭域設(shè)置了正常播放時(shí)間(NPT)，播放從Range指定的開(kāi)始位置開(kāi)始播放，直到Range指定的結(jié)束位置結(jié)束播放，服務(wù)器就開(kāi)始在UDP上傳送媒體流(RTP包)到客戶端。在播放過(guò)程中客戶端還可以向服務(wù)器發(fā)送命令進(jìn)行播放/暫停、快進(jìn)、快退等。最后，客戶端可發(fā)送一個(gè)終止命令(TERADOWN)來(lái)結(jié)束流媒體會(huì)話，服務(wù)器釋放已經(jīng)分配的資源。RTSP交互的示意時(shí)序圖如圖1所示。

圖1 DSS的RTSP交互時(shí)序圖

2 定制客戶端具體實(shí)現(xiàn)流程

定制客戶端主要是用于對(duì)流媒體服務(wù)器的點(diǎn)播并發(fā)能力進(jìn)行測(cè)試，所以定制并發(fā)模擬客戶端工具需滿足以下條件:

1)客戶端工具需與DSS之間完成RTSP協(xié)議交互(DESCRIPTION，SETUP，PLAY 需走通)。

2)客戶端可以不接收媒體服務(wù)器的流，但需與服務(wù)器之間保持持續(xù)的在線狀態(tài)，并讓媒體服務(wù)器從網(wǎng)口發(fā)出流(在UDP上傳送媒體流RTP包)。

3)客戶端工具請(qǐng)求的媒體文件需具有自動(dòng)循環(huán)的功能。

4)客戶端工具能根據(jù)設(shè)定的系列文件名稱自動(dòng)去循環(huán)請(qǐng)求服務(wù)器上相應(yīng)的媒體文件。

5)客戶端工具有一定的擴(kuò)展性，不局限于單純的DSS服務(wù)器，對(duì)修改了的DSS或者其他的流媒體軟件(只要是通過(guò)RTSP協(xié)議與客戶端進(jìn)行交互的)也能進(jìn)行模擬客戶端(要求是只做字符串級(jí)別的修改，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同媒體服務(wù)器模擬客戶端)。

根據(jù)以上對(duì)定制客戶端測(cè)試工具的要求和圖1所示的RTSP協(xié)議交互時(shí)序圖，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下:

1)定制客戶端的輸入界面

定制客戶端的總體設(shè)計(jì)以對(duì)話框的形式展現(xiàn)，用對(duì)話框來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)訪問(wèn)的服務(wù)器IP地址、影片格式和多文件路徑的讀取。圖2是為訪問(wèn)不同媒體文件的定制客戶端設(shè)計(jì)的輸入對(duì)話框界面。

圖2 訪問(wèn)不同媒體文件的定制客戶端界面(截圖)

2)通過(guò)SOCKET發(fā)送RTSP信令與DSS進(jìn)行點(diǎn)播請(qǐng)求

DSS源碼中應(yīng)用了大量的SOCKET和線程對(duì)流媒體服務(wù)器所涉及的信令協(xié)議進(jìn)行處理，所以該定制客戶端在模擬用戶與DSS進(jìn)行RTSP信令交互時(shí)，也主要應(yīng)用到SOCKET和線程。具體信令實(shí)現(xiàn)流程如圖3所示。

用SOCKET實(shí)現(xiàn)向服務(wù)器發(fā)起RTSP請(qǐng)求，就是先建立一個(gè)端口，類似于createsocket()，通過(guò)connect()將客戶端和服務(wù)器端連接，連接成功后，客戶端與流媒體服務(wù)器端進(jìn)行RTSP 信令交互:DESCRIBE－＞SETUP(video)－＞ SETUP(audio)－＞PLAY－＞ TERADOWN?？蛻舳私邮茼憫?yīng)socket.recv()，分析接收到的響應(yīng)信息RTSP信令響應(yīng)消息，Response(RTSP/1.0200 OK…)表示信令請(qǐng)求成功。

3)實(shí)現(xiàn)客戶端訪問(wèn)多個(gè)媒體文件

在實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)多個(gè)媒體文件時(shí)，針對(duì)上文所描述的定制客戶端需滿足條件中的第3條和第4條，對(duì)訪問(wèn)的多個(gè)不同媒體文件的文件命名有一定的限制，即文件命名必須遵循從1，2，3，…，N，…，當(dāng)對(duì)話框上輸入請(qǐng)求訪問(wèn)的多文件路徑是N時(shí)，定制客戶端就循環(huán)依次訪問(wèn)1～N個(gè)媒體文件，這樣就實(shí)現(xiàn)了客戶端對(duì)不同文件的訪問(wèn)。

圖3 實(shí)現(xiàn)RTSP信令交互具體流程圖

4)實(shí)現(xiàn)以多IP(虛擬IP)多端口形式訪問(wèn)不同媒體文件

圖4的程序段DifferentRequest()函數(shù)就是實(shí)現(xiàn)多IP多端口對(duì)不同媒體文件的訪問(wèn)，其中代碼中設(shè)置的客戶端初始虛擬IP是192.168.211.10。

圖4 功能擴(kuò)展部分程序段

5)擴(kuò)展性開(kāi)發(fā)

在對(duì)其擴(kuò)展性進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，對(duì)不同媒體服務(wù)器模擬客戶端，整體設(shè)計(jì)、程序的算法和信令發(fā)送方式都不需要修改，根據(jù)相應(yīng)的RTSP交互流程，實(shí)現(xiàn)時(shí)只須修改SOCKET中有關(guān)信令的部分字符串，即只是實(shí)現(xiàn)流程中的第2步中圖3所涉及到的RTSP協(xié)議信令字符串有所不同，其余步驟都不變。

例如針對(duì)下面測(cè)試中用到的修改的DSS流媒體服務(wù)器(支持MPEG－2 TS流)，在與客戶端進(jìn)行RTSP信令交互時(shí)，具體流程是 OPTION－＞DESCRIBE－＞SETUP－＞PLAY－＞TEARDOMN，比未修改的DSS多了一條OPTION命令，并且只須通過(guò)一條SETUP命令發(fā)起音視頻請(qǐng)求，在實(shí)現(xiàn)定制客戶端時(shí)只需要通過(guò)SOCKET對(duì)信令發(fā)送的內(nèi)容做出相應(yīng)修改，其余部分都不變。

3 對(duì)定制客戶端進(jìn)行測(cè)試及驗(yàn)證

根據(jù)定制模擬客戶端工具需滿足的條件對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)橛袛U(kuò)展性的要求，所以這里將針對(duì)兩種流媒體軟件進(jìn)行模擬客戶端，分別是蘋(píng)果公司的DSS流媒體軟件(支持MOV格式)和經(jīng)過(guò)修改后的DSS流媒體軟件(支持MPEG－2 TS 格式)。

3.1 測(cè)試設(shè)備及環(huán)境

因?yàn)橐槍?duì)兩種流媒體軟件進(jìn)行模擬客戶端，所以在寶德服務(wù)器上將安裝兩套流媒體軟件，先裝未修改的DSS，測(cè)試完成后，卸載未修改的DSS，再安裝修改的DSS對(duì)定制客戶端進(jìn)行擴(kuò)展性測(cè)試。所以在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中所用到的主要測(cè)試設(shè)備如表2所示。

表2 主要測(cè)試設(shè)備

測(cè)試環(huán)境為寶德PT6220G服務(wù)器與PC客戶端通過(guò)交換機(jī)構(gòu)成一個(gè)完整的流媒體系統(tǒng)，組建獨(dú)立局域網(wǎng)進(jìn)行測(cè)試，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖5所示。

圖5 測(cè)試網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.2 測(cè)試過(guò)程及結(jié)果

3.2.1 針對(duì)未修改的DSS模擬客戶端

蘋(píng)果公司的DSS支持基于WEB的后臺(tái)管理，如果有用戶連接到DSS服務(wù)器，并且服務(wù)器向客戶端發(fā)出流，在其管理頁(yè)面的Connectted Users界面中就可以查看當(dāng)前連接用戶的地址、傳輸碼率、傳輸數(shù)據(jù)量、丟包比例、傳輸時(shí)間和連接文件等信息[4]?？梢酝ㄟ^(guò)Connectted Users界面顯示的內(nèi)容對(duì)定制客戶端工具進(jìn)行檢驗(yàn)，如果定制客戶端實(shí)現(xiàn)了模擬并發(fā)用戶，Connectted Users界面就會(huì)顯示當(dāng)前連接的用戶信息。

運(yùn)行定制客戶端，在對(duì)話框上輸入服務(wù)器IP:192.168.111.211，影片格式為.mov，多文件路徑為20，(即定制客戶端模擬20個(gè)用戶同時(shí)訪問(wèn)1.mov～20.mov這20個(gè)不同影片)，查看DSS的WEB后臺(tái)管理端的Connectted Users界面顯示的內(nèi)容，顯示結(jié)果如圖6所示，顯示當(dāng)前有20個(gè)用戶連接到DSS服務(wù)器上，并且客戶端的IP地址是192.168.111.111，訪問(wèn)的文件是1.mov～20.mov這20個(gè)不同的影片，并且流媒體服務(wù)器有向客戶端發(fā)出流，由此證明了針對(duì)蘋(píng)果公司的DSS流媒體服務(wù)器，此定制客戶端實(shí)現(xiàn)了模擬多個(gè)用戶(多端口)訪問(wèn)多個(gè)不同的媒體文件。

圖6 DSS的WEB管理界面(截圖)

3.2.2 針對(duì)修改的DSS模擬客戶端

因?yàn)樾薷牧说腄arwin流媒體服務(wù)器(支持MPEG－2 TS格式)修改了文件讀取模塊，所以DSS的WEB后臺(tái)管理頁(yè)面不能顯示當(dāng)前用戶連接數(shù)，并且定制客戶端僅模擬用戶向服務(wù)器發(fā)起RTSP請(qǐng)求，不需要進(jìn)行播放流，所以對(duì)定制客戶端的擴(kuò)展性測(cè)試可以用Wirshark抓包工具進(jìn)行抓包，根據(jù)對(duì)抓包結(jié)果的分析，可以明確地檢驗(yàn)出該定制客戶端是否模擬了客戶與服務(wù)器進(jìn)行了RTSP交互。所以可以通過(guò)抓包的方式對(duì)定制客戶端工具的擴(kuò)展性進(jìn)行測(cè)試。

對(duì)定制客戶端的擴(kuò)展性進(jìn)行測(cè)試，在服務(wù)器上安裝修改了的DSS流媒體軟件(支持MPEG－2 TS格式)，模擬PC上運(yùn)行定制客戶端和Wirshark，如果模擬的并發(fā)數(shù)過(guò)多的話，抓包結(jié)果會(huì)很大，這里只需要證明定制客戶端能模擬用戶訪問(wèn)修改了的DSS，所以在測(cè)試過(guò)程中對(duì)不同文件的模擬并發(fā)數(shù)定為3(即只模擬3個(gè)用戶同時(shí)訪問(wèn)服務(wù)器)。

在定制客戶端對(duì)話框中輸入服務(wù)器IP:192.168.111.211，影片格式為.ts，多文件路徑為3(即定制客戶端模擬3個(gè)用戶同時(shí)訪問(wèn)1.ts，2.ts，3.ts這3個(gè)影片)，圖7是RTSP協(xié)議的抓包截圖，圖8是UDP協(xié)議的抓包截圖。

通過(guò)圖7可以看到定制客戶端(IP:192.168.111.111)與服務(wù)器端(IP:192.168.111.221)進(jìn)行了RTSP交互(請(qǐng)求了1.ts～3.ts這3個(gè)影片)。通過(guò)圖8可以看到服務(wù)器向 IP 為192.168.211.10，192.168.211.11，192.168.211.12這3個(gè)虛擬用戶IP發(fā)出了UDP包，即服務(wù)器有向客戶端提供媒體流。由此證明了針對(duì)修改了的DSS流媒體服務(wù)器，修改了的定制客戶端實(shí)現(xiàn)了模擬多個(gè)用戶(多IP)訪問(wèn)多個(gè)不同的媒體文件，即本文所設(shè)計(jì)的定制客戶端還具有一定的擴(kuò)展性，能對(duì)不同流媒體軟件進(jìn)行模擬并發(fā)用戶。

4 小結(jié)

隨著流媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用和IPTV業(yè)務(wù)的發(fā)展，有關(guān)音視頻互動(dòng)的系統(tǒng)已轉(zhuǎn)變到以用戶為導(dǎo)向的互動(dòng)服務(wù)上來(lái)，因此對(duì)流媒體視頻點(diǎn)播性能也提出了更高的要求。本文就流媒體軟件點(diǎn)播并發(fā)能力的測(cè)試設(shè)計(jì)定制客戶端，測(cè)試結(jié)果顯示定制客戶端測(cè)試工具有很好的性能，如果要對(duì)單一媒體文件進(jìn)行訪問(wèn)，定制客戶端的整體設(shè)計(jì)框架不變，只是循環(huán)訪問(wèn)的對(duì)象不同，而且本文設(shè)計(jì)的客戶端不僅僅能針對(duì)DSS模擬客戶端，只要對(duì)信令部分稍加修改，還可以針對(duì)改進(jìn)了的DSS以及其他的服務(wù)器模擬客戶端，在對(duì)流媒體軟件的壓力測(cè)試中得到了廣泛應(yīng)用。

[1]Apple Computer Inc.QuickTime streaming server modules programming guide[EB/OL].[2011－06－01].http://images.apple.com/quicktime/pdf/QTSS_Modules.pdf.

[2]Real time streaming protocol(RTSP)[EB/OL].[2011－06－01].http://www.tml.tkk.fi/Studies/Tik－110.300/1998/Essays/rtsp.html.

[3]RTSP 協(xié)議學(xué)習(xí)筆記[EB/OL].[2011－06－01].http://wenku.baidu.com/view/32a66e1c59eef8c75fbfb3c3.html.

[4]Apple Computer Inc.QuickTime streaming/server darwin streaming server administrator’s guide[EB/OL].[2011－06－01].http://manuals.info.apple.com/en/quicktimestreamingsrvradminguide.pdf.

[5]甘玲，邱勁，張璞.面向?qū)ο蠹夹g(shù)與Visual C++[M].北京:清華大學(xué)出版社，2006.