黃 震，黃曉亮

（惠州學院 計算機科學系，廣東 惠州 516007）

1 引言

在智能手機和移動互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的今天，即時通訊應用占據(jù)了網(wǎng)絡中絕大多數(shù)的流量，其得益于能夠提供豐富的功能來滿足用戶的日常交流需要。國內(nèi)很多學者利用不同的技術對即時通訊應用進行了研究，賴曉京實現(xiàn)了基于Htm l5 WebSocket一個即時通訊系統(tǒng)［1］，可以直接在網(wǎng)上登錄，避免了下載安裝軟件的麻煩；賀凌云等論述了基于局域網(wǎng)的即時通訊系統(tǒng)的設計方法［2］；田源等研究了Protocol Buffers在即時通訊系統(tǒng)中的應用［3］；方宣杰等設計了針對校園內(nèi)部使用的即時通訊平臺，避免了來自網(wǎng)上公眾信息的干擾，可以提升校園工作管理水平和辦公效率［4］。

基于位置服務（Location Based Service）是借助電信或其他運營商的通訊網(wǎng)絡（如GSM網(wǎng)、CDMA網(wǎng)）或其他方式（如GPS）獲得使用應用的用戶的位置信息（地理坐標），在地理信息系統(tǒng)的幫助下，為使用者反饋相應服務的一種增值業(yè)務。

本程序實現(xiàn)了Android系統(tǒng)平臺上的LBS地理信息獲取、音視頻編碼、XMPP即時通訊傳輸協(xié)議［5，6］等綜合應用，能夠實現(xiàn)基本的即時通訊功能，同時結合了LBS服務，為用戶提供了更豐富的功能。服務器端與客戶端之間基于XMPP通訊協(xié)議，保證通訊的穩(wěn)定性和可靠性。

2 程序功能分析

即時通訊是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的即時交流信息的業(yè)務，是一個終端服務，允許兩個人或者多人使用網(wǎng)絡即時的傳送文字等數(shù)據(jù)。因此，移動平臺上的即時通訊應用扮演著人與人之間交流橋梁的角色。用戶對提供即時通訊的移動端應用程序基本功能的要求，使本程序在包含基本需求的前提下，結合LBS核心功能和地理信息系統(tǒng)，得出了服務器端與客戶端兩部分的程序功能分析。

圖1 服務器端的會話管理流程圖

服務器端的會話管理流程如圖1所示，服務器端的會話管理主要是XMPP服務器對客戶端發(fā)起的會話的內(nèi)容信息的即時分發(fā)，包括賬號管理、用戶信息管理、聊天內(nèi)容管理、地理位置信息管理。服務器端中賬戶管理模塊對用戶賬號的注冊與登錄進行管理，同時保證賬號的唯一性；用戶信息管理對用戶信息的管理，包括用戶個人賬號、昵稱、性別和所在地的增刪查改；聊天內(nèi)容管理即時將相應的聊天信息分發(fā)到對應的賬號，保證客戶端接收消息的實時性；地理位置信息管理存儲客戶端上傳到服務器的位置信息，包括賬號、昵稱、經(jīng)度和緯度，并響應客戶端的位置信息檢索請求，反饋對應的位置信息列表到客戶端。

客戶端的會話管理流程如圖2所示，客戶端會話管理主要是客戶端用戶登錄與注冊、好友管理、聊天記錄管理、文件共享管理、用戶信息管理、聊天會話和地理位置定位等?？蛻舳酥械卿浥c注冊模塊依據(jù)用戶輸入的賬號和密碼進行非空檢測，同時發(fā)送相應的數(shù)據(jù)到服務器端進行校驗；個人信息管理模塊提供對用戶信息的查看，包括昵稱、年齡、性別、所在地，對用戶自身信息的修改；好友管理模塊提供根據(jù)賬號添加好友，查看好友個人信息，刪除好友功能；聊天管理模塊可進行文本會話、語音會話、視頻通話、文件發(fā)送和接收，并對本地聊天記錄進行保存；地理定位管理模塊對當前客戶端所在地理位置信息進行感知，包括經(jīng)度和緯度，并上傳服務器端同步，同時，可以從服務器端檢索附近存在的用戶信息，并根據(jù)其賬號添加對方為好友，然后進行聊天對話。

圖2 客戶端的會話管理流程圖

3 程序的設計

3.1 服務器端數(shù)據(jù)庫

在本程序功能分析的基礎上，結合XMPP即時通訊傳輸協(xié)議和Openfire開源實時協(xié)作服務器的功能特性，以Openfire默認數(shù)據(jù)庫管理模塊為出發(fā)點，擴展服務器端對用戶信息、好友信息、會話信息、多人聊天信息的管理，其中用戶個人信息表結構如圖3所示。

圖3 用戶個人信息表（think_user）

地理位置信息表結構如圖4所示。

圖4 地理位置信息表（think_location）

服務器端數(shù)據(jù)庫的E-R圖如圖5所示。

圖5 擴展表與Openfire自帶數(shù)據(jù)庫關系圖

3.2 客戶端數(shù)據(jù)庫

客戶端數(shù)據(jù)庫中會話消息表結構設計如圖6所示。

圖6 會話消息表（XCHAT_message）

文件信息表結構如圖7所示。

圖7 文件信息表（XCHAT_file）

會話記錄表結構如圖8所示。

圖8 會話記錄表（XCHAT_talk）

客戶端數(shù)據(jù)庫的E-R圖如圖9所示。

圖9 客戶端數(shù)據(jù)庫E-R圖

3.3 架構設計

在針對本程序功能分析和數(shù)據(jù)庫設計的基礎上，對本程序使用了三層架構（MVC）進行程序架構設計，服務器端結合Openfire、Apache Web服務器和ThinkPHP框架，協(xié)調(diào)處理客戶端與服務器的各種數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理，使用MySQL關系型數(shù)據(jù)庫儲存服務器端處理的數(shù)據(jù)信息。同時，客戶端亦遵循Android系統(tǒng)MVC架構，視圖層顯示用戶界面，控制層響應用戶操作，模型層處理與數(shù)據(jù)庫有關的操作等。

4 程序的實現(xiàn)

4.1 服務器端實現(xiàn)

通過搭建開源即時協(xié)作服務器Openfire，即將本地服務器構建成為一個支持XMPP協(xié)議的XMPP服務器，所有遵從XMPP協(xié)議標準的應用程序都可以與此XMPP服務器建立連接。從而，本即時應用程序能夠在此基礎上擴展服務器的功能。在用戶信息管理模塊中，服務器端自動檢測客戶端發(fā)送的請求類型，并做出相應的響應動作，如響應客戶端的GET或POST方式的請求動作。

4.2 客戶端實現(xiàn)

4.2.1 用戶登錄和注冊模塊

本程序客戶端中用戶登錄和注冊模塊對用戶的賬號進行管理和檢測，在用戶擁有合法賬號的前提下，使用其賬號登錄本程序，客戶端調(diào)用XMPPAPI中的login方法，檢驗用戶名和與之對應的密碼，即可正常使用本程序。本模塊視圖層的用戶界面如圖10所示。

圖10 登錄和注冊

4.2.2 用戶信息管理模塊

用戶信息管理模塊具有用戶查看和修改自身賬號資料信息、查看其他用戶資料信息的功能，同時，支持修改用戶資料信息，并將信息提交到服務器端保存。數(shù)據(jù)操作上采用GET方式獲取用戶信息，采用POST上傳信息。本模塊視圖層用戶界面如圖11、圖12所示。

圖11 用戶信息查看

圖12 用戶信息修改

4.2.3 好友管理模塊

此模塊提供好友的添加和展示功能，用戶通過好友列表，可選擇好友進行聊天；通過對方賬號，在對方同意添加請求后，即可成為聊天好友并進行聊天。在實現(xiàn)方式上，客戶端調(diào)用XMPPAPI的createEntry方法和removeEntry方法，實現(xiàn)添加好友和刪除好友的功能。本模塊視圖層用戶界面如圖13、圖14所示。

圖13 好友列表

圖14 添加好友

4.2.4 地理位置定位模塊

地理位置定位模塊具有通過Android智能手機傳感器感知地理位置的功能，數(shù)據(jù)同步上傳至服務器，并能在其他客戶端上被用戶所檢索到，用戶通過附近的人可查看用戶信息和添加對方為好友。本程序所使用的定位服務為高德定位SDK，通過網(wǎng)絡、基站和GPS定位來獲取位置信息。本模塊視圖層用戶界面如圖15、圖16所示。

圖15 附近的人

圖16 附近的人列表操作

4.2.5 聊天會話模塊

聊天會話模塊具有一對一聊天和多人聊天功能。當用戶當前沒有正在與發(fā)送消息的好友進行聊天會話時，客戶端收到對方發(fā)送過來的消息后顯示在程序主界面上，當用戶正在與該用戶進行聊天時，客戶端則將消息直接顯示在聊天窗口的界面上，同時，用戶可以通過聊天窗口發(fā)送文件給對方。通過調(diào)用XMPPAPI的sendMessage方法發(fā)送會話消息，并監(jiān)聽對方發(fā)送過來的消息，同步顯示在聊天窗口上。除此，聊天窗口亦能夠進行音頻傳輸和視頻聊天。本模塊視圖層用戶界面如圖17至圖22所示。

圖17 一對一聊天

圖19 錄制語音消息

圖20 接收語音消息

圖21 視頻通話

圖22 多人聊天

5 程序實現(xiàn)的關鍵技術

5.1 Speex音頻編解碼

在智能手機終端進行語音消息的錄制時，由于設備性能和網(wǎng)絡傳輸速度的局限，對數(shù)據(jù)所占用的空間進行壓縮則成為提高程序執(zhí)行效率的有效方法。針對各種開源的免費音頻處理引擎，并在保證壓縮質(zhì)量、易于使用的前提下，Speex［7，8］就擁有這些優(yōu)點，并提供了不錯的性能。通過其處理的音頻數(shù)據(jù)，能夠清晰地互相傳送，信息真實。

另外，相對于其它編解碼器，在網(wǎng)絡應用上，Speex也非常適合網(wǎng)絡環(huán)境。Speex針對不同設備的噪音抑制功能有大致相同的效果，減少背景噪音，改善音質(zhì)，自動增益控制（AGC）則就是用來處理這種情況的，它提供了一種調(diào)整信號為參考變量的方法。有時候會有丟包和錯誤時序的情況發(fā)生，特別在使用UDP方式進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，抖動緩沖的目的就是將它們緩沖到足夠長并對這些包進行重排序，然后交給編碼器進行解碼。

在免提通訊系統(tǒng)中，聲音從遠端傳回本地的擴音器，麥克風就會捕獲房間內(nèi)的回聲，然后將其直接發(fā)送回遠端，遠端用戶就會聽到自己的回音。而回聲消除器就是為了將傳回遠端用戶的回聲消除，提高遠端用戶接收到的聲音質(zhì)量。

5.2 網(wǎng)頁實時通信（Web Real-Time Communication）

WebRTC［9，10］是一種支持網(wǎng)頁瀏覽器進行音視頻聊天的開源框架，基于javascript和P2P，在不同的瀏覽器之間構建起一個傳輸視頻和音頻數(shù)據(jù)的橋梁，使其擺脫客戶端的限制，并擁有不錯的多用戶接入特性。

WebRTC的視頻模塊包括獲取視頻數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)加密、多媒體文件和圖像的處理、視頻展示、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸與流數(shù)據(jù)控制等功能。視頻采集（video-capture）支持多種媒體類型，如I420、YUY2、RGB、UYUY等，并可以進行幀大小和幀率控制；視頻編解碼（video-coding）采用I420/VP8編解碼技術，VP8能以更少的數(shù)據(jù)提供更高質(zhì)量的視頻；視頻加密（video-engine-encryption）相當于視頻應用層面的功能，給點對點的視頻雙方提供數(shù)據(jù)的安全保證，防止視頻數(shù)據(jù)的泄漏。數(shù)據(jù)加密采用密鑰對數(shù)據(jù)進行處理并在接收方對數(shù)據(jù)解密并顯示。同時，WebRTC還能對幀數(shù)據(jù)進行處理，增加亮度，提高清晰度，而且，還在不增加數(shù)據(jù)量和保證傳輸速度的情況下，可以動態(tài)改變視頻質(zhì)量，保證音視頻數(shù)據(jù)的正確。視頻顯示（video-render）則是用來進行圖像的渲染，在網(wǎng)絡傳輸和流控方面，WebRTC采用了成熟的RTP/RTCP技術。

WebRTC技術最突出的特點就是通過瀏覽器就能進行視頻通訊，擺脫了客戶端的限制，只要一小段代碼，就能實現(xiàn)視頻通訊服務。

6 結束語

本文在對Android系統(tǒng)LBS即時通訊應用的開發(fā)基礎上，對XMPP協(xié)議和Android系統(tǒng)應用開發(fā)技術進行研究，結合音頻處理和視頻處理技術，實現(xiàn)了一個滿足基本需求的移動終端結合LBS特色的即時通訊應用，符合用戶對程序功能的基本要求。

［1］賴曉京.基于Html5 WebSocket的即時通訊系統(tǒng)［J］.電子技術與軟件工程，2013（17）：61-62.

［2］賀凌云，李明哲.基于Delphi的即時通訊系統(tǒng)的設計［J］.物聯(lián)網(wǎng)技術，2013（4）：60-62.

［3］田源，潘晨光，丁杰.Protocol Buffers在即時通訊系統(tǒng)中的應用研究［J］.現(xiàn)代電子技術，2014，31（5）：32-34.

［4］方宣杰，陳文生.校園即時通訊平臺的設計與實現(xiàn)［J］.信息通信，2014（3）：115-116.

［5］李新路.XMPP協(xié)議在Android即時通訊系統(tǒng)中的應用［J］.電腦知識與技術，2013，9（28）：6268-6270.

［6］齊幸輝，張庚，劉革，等.基于XMPP協(xié)議的文件傳輸模塊設計與實現(xiàn)［J］.無線電工程，2014，44（3）：1-4.

［7］楊果，王亞潔，王晶.Speex編碼器中回聲消除算法的分析與評估［J］.電聲技術，2014，37（9）：52-55.

［8］張立文，吳迪，宋占偉.基于Speex的嵌入式無線數(shù)字音頻交互系統(tǒng)［J］.吉林大學學報，2013，31（4）：353-358.

［9］林鴻，王松，楊鑫，等.基于WebRTC技術的應用及平臺技術開發(fā)與設計［J］.電信科學，2013，29（9）：20-25.

［10］董振江，李從兵，王蔚，等.移動互聯(lián)網(wǎng)WebRTC及相關技術［J］.中興通訊技術，2013（6）：28-32.