jitsi 是目前最流行的完整开源视频会议解决方案，用户可以非常便捷地部署在本地和云平台，实现自己的会议系统。其应用场景非常广泛。为了进一步了解Jitsi的技术架构和各种技术挑战，我们深度分析Jtisi，并且输出一份报告，此报告包含了核心模块解析、系统工作流程、关键技术挑战、扩展性演进方案和未来技术演进等部分，力求全面、深入地分析Jitsi的技术架构。
以下文章来源于Jitsi，作者james.zhu
Jitsi 技术架构深度分析报告
一、绪论
随着远程办公和在线协作的日益普及，视频会议系统已成为现代通信基础设施的关键组成部分。Jitsi Meet，作为一个开源的、可定制的视频会议解决方案，因其易用性、灵活性和强大的功能而备受青睐。本报告旨在深入分析 Jitsi 的技术架构，探讨其核心模块、工作流程、技术挑战以及未来的扩展方向，为开发者和对实时通信技术感兴趣的读者提供有价值的参考。
二、核心模块解析
Jitsi 的技术架构由多个核心模块组成，这些模块协同工作，共同实现了高质量、可扩展的视频会议功能。其中，Jitsi Videobridge、Jicofo 和 Jitsi Meet 前端应用是三个最重要的组成部分。
2.1 Jitsi Videobridge（媒体路由核心）
Jitsi Videobridge (JVB) 是 Jitsi Meet 的核心组件，负责在会议参与者之间路由和转发媒体流。与传统的 Multipoint Control Unit (MCU) 架构不同，JVB 采用 Selective Forwarding Unit (SFU) 架构，这使得 Jitsi Meet 能够支持大规模的视频会议，同时保持较低的延迟和高质量的音视频流。
2.1.1 架构特征
• SFU 架构：JVB 采用 SFU 架构，它接收来自各个参与者的媒体流，并选择性地将这些流转发给其他参与者。这种架构避免了将所有媒体流混合成一个复合流的需要，从而降低了服务器的计算负担，提高了可扩展性。
• WebRTC 兼容：JVB 与 WebRTC 兼容，这意味着它可以与各种 WebRTC 客户端（如浏览器和移动应用）进行互操作。
• DTLS/SRTP 加密：JVB 使用 DTLS/SRTP 协议对媒体流进行加密，确保通信的安全性。
• SSRC 重写：为了优化大规模会议的性能，JVB 引入了 SSRC (Synchronization Source Identifier) 重写技术。SSRC 是用于标识 RTP (Real-time Transport Protocol) 数据包流的唯一 ID。通过限制发送到每个端点的 SSRC 数量，SSRC 重写可以减少信令开销和客户端的计算负担。
2.1.2 核心技术
• 动态流量管理：JVB 需要根据网络条件和参与者的需求动态地管理媒体流量。它采用基于音频能量检测的主动流选择算法，优先转发“响亮”的音频流。
• 带宽自适应：JVB 需要根据网络带宽的变化自适应地调整媒体流的质量。它结合 RTCP (Real-time Transport Control Protocol) 反馈的带宽预测模型（如 REMB 和 TWCC），动态调整视频编码参数，以避免网络拥塞。
• 网络穿透：由于 NAT (Network Address Translator) 的存在，WebRTC 客户端可能无法直接连接。JVB 集成 ICE (Interactive Connectivity Establishment)、STUN (Session Traversal Utilities for NAT) 和 TURN (Traversal Using Relays around NAT) 协议栈，以实现网络穿透，确保客户端能够建立连接。
• 拥塞控制：JVB 采用 Google Congestion Control 算法来控制媒体流的发送速率，避免网络拥塞。
2.1.3 性能优化
• 可扩展性：JVB 的设计使其能够轻松扩展到支持数千个并发用户。通过添加更多的服务器，可以进一步提高系统的容量和性能。
• 低延迟：JVB 采用 SFU 架构，避免了传统 MCU 架构中的混合和解码过程，从而降低了延迟。
• 资源利用率：JVB 通过选择性转发媒体流和动态调整编码参数，优化了带宽和 CPU 资源的利用率。
2.2 Jicofo（会议控制中枢）
Jicofo（JItsi COnference FOcus）是 Jitsi Meet 的服务器端焦点组件，负责管理会议的动态方面，如信令处理和媒体协商。它作为会议协调者，不直接处理参与者认证，而是专注于会议的动态管理，确保会议的顺利进行。
2.2.1 核心职责
• 会议生命周期管理：Jicofo 负责会议的创建、销毁和状态同步。
• 媒体协商协调：Jicofo 协调参与者之间的媒体协商，包括 SDP (Session Description Protocol) Offer/Answer 交换。
• 资源负载均衡调度：Jicofo 根据 JVB 的负载情况，将参与者分配到不同的 JVB 实例，实现负载均衡。
2.2.2 关键技术
• XMPP MUC 协议扩展：Jicofo 使用 XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol) MUC (Multi-User Chat) 协议的扩展来实现会议控制。
• 基于参与者角色的分级信令处理：Jicofo 根据参与者的角色（如主持人、参与者）进行分级信令处理，优化信令效率。
• 故障转移机制：Jicofo 具有故障转移机制，当 JVB 实例发生故障时，Jicofo 可以将参与者迁移到其他可用的 JVB 实例，保证会议的连续性。
2.2.3 与其他组件的协作
• 与 Jitsi Meet 前端：Jicofo 接收来自 Jitsi Meet 前端的会议创建和加入请求，并将会议状态同步给前端。
• 与 Jitsi Videobridge：Jicofo 与 JVB 交互，分配媒体节点和管理媒体流。
• 与 Prosody：Jicofo 使用 Prosody (XMPP 服务器) 进行身份验证和授权。
2.3 Jitsi Meet（前端应用）
Jitsi Meet 是 Jitsi 的前端应用，提供用户界面和会议管理功能。用户可以通过 Jitsi Meet 发起和加入视频会议，进行实时音视频通信、屏幕共享和聊天。
2.3.1 架构设计
• React+Redux 构建：Jitsi Meet 使用 React 和 Redux 构建单页应用 (SPA) 架构，提供流畅的用户体验。
• lib-jitsi-meet SDK 封装：Jitsi Meet 使用 lib-jitsi-meet SDK 封装 WebRTC 底层交互，简化了 WebRTC API 的使用。
• 自适应分层渲染引擎：Jitsi Meet 采用自适应分层渲染引擎，根据设备性能和网络条件动态调整渲染策略，保证视频质量和性能。
2.3.2 关键技术
• WebRTC 集成：Jitsi Meet 通过 WebRTC 技术实现实时音视频通信。WebRTC 提供了浏览器和移动应用之间的点对点通信能力，无需安装额外的插件。
• 动态分辨率适配算法：Jitsi Meet 根据网络带宽和设备性能动态调整视频分辨率，保证视频质量和流畅性。
• 网络质量探测系统：Jitsi Meet 集成网络质量探测系统，实时监测网络状况，并根据网络状况调整编码参数和重传策略。
• 多语言实时字幕系统：Jitsi Meet 支持多语言实时字幕系统，通过语音识别技术将语音转换为文本，并实时显示在屏幕上。
2.3.3 用户交互与 UI/UX 架构
Jitsi Meet 提供了直观的用户界面和简洁的操作流程，使用户能够轻松发起和加入会议。其 UI/UX 架构注重以下几个方面：
• 易用性：Jitsi Meet 提供了简洁明了的会议控制面板，用户可以轻松地管理参与者、共享屏幕和进行聊天。
• 可定制性：Jitsi Meet 允许用户自定义会议主题、背景和布局，满足不同场景的需求。
• 跨平台兼容性：Jitsi Meet 支持各种操作系统和浏览器，包括 Windows、macOS、Linux、Chrome、Firefox、Safari 等。
三、系统工作流程
Jitsi Meet 的工作流程涉及多个模块之间的协同工作。下面将详细介绍典型的会议建立流程和数据流转机制。
3.1 典型会议建立流程
下图描述了 Jitsi Meet 中典型的会议建立流程：
1. XMPP 登录：客户端 A (ClientA) 向 Prosody (XMPP 服务器) 发起登录请求。
2. 认证成功：Prosody 验证客户端 A 的身份，并返回认证成功的响应。
3. 创建会议室请求：客户端 A 向 Jicofo 发送创建会议室的请求。
4. 分配媒体节点：Jicofo 向 JVB 请求分配媒体节点。
5. 返回节点信息：JVB 分配一个媒体节点，并将其信息返回给 Jicofo。
6. 返回 SDP Offer：Jicofo 将 SDP Offer (会话描述协议) 返回给客户端 A。
7. ICE 连接建立：客户端 A 与 JVB 建立 ICE 连接。
8. 媒体流交换：客户端 A 与 JVB 之间开始交换媒体流。
3.2 数据流转机制
Jitsi Meet 中的数据流转涉及媒体流、信令和控制平面。
3.2.1 媒体流路径
媒体流在参与者之间通过 JVB 进行转发。典型的媒体流路径如下：
1. 终端：参与者的设备，如电脑、手机或平板电脑。
2. Edge 节点：JVB 的边缘节点，负责接收来自终端的媒体流。
3. 区域中心节点：JVB 的区域中心节点，负责在不同区域之间转发媒体流。
4. 目标区域节点：JVB 的目标区域节点，负责将媒体流转发给接收终端。
5. 接收终端：接收媒体流的参与者的设备。
3.2.2 信令路径
信令用于控制会议的建立、管理和结束。Jitsi Meet 的信令路径如下：
1. WebSocket：客户端与服务器之间的通信通道。
2. Prosody：XMPP 服务器，负责处理客户端的信令请求。
3. Jicofo：会议控制中心，负责协调会议的各个方面。
4. Videobridge：媒体服务器，负责处理媒体流的转发。
3.2.3 控制平面
控制平面用于同步会议状态和管理资源。Jitsi Meet 的控制平面使用 XMPP PubSub (Publish-Subscribe) 通道实现状态同步。
四、关键技术挑战
Jitsi Meet 作为一款开源的视频会议系统，面临着诸多技术挑战。其中，大规模会议优化、网络适应能力和安全架构是三个最重要的挑战。
4.1 大规模会议优化
在大规模会议中，Jitsi Meet 需要处理大量的媒体流和信令，这对系统的性能和可扩展性提出了很高的要求。
4.1.1 SSRC 动态管理
为了减少信令开销和客户端的计算负担，Jitsi Meet 采用 SSRC 动态管理技术。通过空间复用技术，将大量的 SSRC 压缩到少量的逻辑通道中。例如，可以将 500+ 个 SSRC 压缩到 50 个逻辑通道中。
4.1.2 信令风暴抑制
在大规模会议中，大量的参与者同时加入或离开会议，会导致信令风暴。为了抑制信令风暴，Jitsi Meet 实现了增量式 SDP 更新协议（Δ-SDP）。该协议只发送 SDP 的差异部分，而不是完整的 SDP，从而减少了信令开销。
4.1.3 资源竞争优化
在大规模会议中，网络带宽和 CPU 资源成为稀缺资源。为了优化资源利用率，Jitsi Meet 引入了分级 QoS (Quality of Service) 策略。例如，可以为 VIP 用户提供带宽保障，确保其获得更好的会议体验。
4.2 网络适应能力
Jitsi Meet 需要在各种网络条件下提供高质量的视频会议体验。这需要系统具有很强的网络适应能力。
4.2.1 自适应 FEC 算法
FEC (Forward Error Correction) 是一种通过添加冗余数据来提高数据传输可靠性的技术。Jitsi Meet 采用自适应 FEC 算法，根据丢包率动态调整冗余度。当丢包率较高时，增加冗余度，提高数据传输的可靠性；当丢包率较低时，减少冗余度，提高带宽利用率。
4.2.2 多径传输技术
多径传输是一种通过多个网络路径同时传输数据来提高数据传输可靠性和带宽利用率的技术。Jitsi Meet 支持 QUIC (Quick UDP Internet Connections) 协议的实验性部署，QUIC 协议支持多径传输，可以提高 Jitsi Meet 的网络适应能力。
4.2.3 智能路由选择
Jitsi Meet 采用智能路由选择策略，根据 GeoIP (地理 IP) 信息选择距离用户最近的 JVB 节点。这可以减少网络延迟，提高会议体验。
4.3 安全架构
Jitsi Meet 需要提供安全的视频会议环境，保护会议数据的安全性和隐私性。
4.3.1 会议准入控制
为了防止未经授权的用户加入会议，Jitsi Meet 实现了会议准入控制。用户可以通过 JWT (JSON Web Token) 令牌验证身份，只有通过验证的用户才能加入会议。
4.3.2 媒体流加密
Jitsi Meet 使用 SRTP (Secure Real-time Transport Protocol) 和 DTLS (Datagram Transport Layer Security) 协议对媒体流进行双重加密，确保会议数据的安全性。
4.3.3 信令通道加密
Jitsi Meet 强制对信令通道使用 TLS (Transport Layer Security) 1.3 加密，防止信令数据被窃听或篡改。
4.3.4 会议录制安全存储
Jitsi Meet 支持会议录制功能。为了保护录制数据的安全性和隐私性，Jitsi Meet 使用 AES-256-GCM 算法对录制数据进行加密存储。
五、扩展性演进方案
为了应对不断增长的用户需求和技术挑战，Jitsi Meet 需要不断演进和扩展其架构。
5.1 架构改进方向
• 服务网格化：将 Jitsi Meet 的各个组件拆分成独立的微服务，并使用服务网格 (Service Mesh) 进行管理。服务网格可以提供流量管理、安全性和可观察性等功能。
- 采用 Envoy 作为 Sidecar 代理，负责处理服务之间的通信。
- 实现 gRPC-WEB 信令通道，提高信令传输效率。
- 服务发现集成 Consul，实现服务的动态注册和发现。
• 媒体处理单元化：将媒体处理功能（如编码、解码、降噪、超分）封装成独立的单元，并使用 Wasm (WebAssembly) 实现。
- 开发 Wasm 媒体处理模块，提高媒体处理的灵活性和可移植性。
- 支持 AI 降噪/超分插件，提高音视频质量。
- 引入 AV1 编解码器支持，提高编码效率和视频质量。
• 云原生部署：将 Jitsi Meet 部署到云原生平台（如 Kubernetes），利用云平台的弹性伸缩能力，实现自动化的部署、扩展和管理。
apiVersion: apps/v1
kind:StatefulSet
metadata:
name:jvb-cluster
spec:
serviceName:"jvb-service"
replicas:3
template:
spec:
containers:
-name:jvb
image:jitsi/jvb:latest
envFrom:
-configMapRef:
name:jvb-config 5.2 性能提升策略
• 边缘计算架构：将 JVB 节点部署到网络的边缘，实现就近接入，减少网络延迟。
- 部署 L7 边缘节点，提供负载均衡、缓存和安全防护等功能.
• 智能预连接：基于用户行为预测，提前建立与 JVB 节点的连接，减少会议建立时间。
• 硬件加速：利用 GPU (Graphics Processing Unit) 和 NPU (Neural Processing Unit) 等硬件加速器，加速媒体处理过程。
- 集成 GPU/NPU 的媒体处理流水线，提高编码、解码、降噪和超分等操作的效率。
六、未来技术演进
Jitsi Meet 的未来发展方向将受到新兴技术的影响，并朝着更加智能化、高效化和安全化的方向演进。
6.1 新兴技术整合
- WebTransport 协议：WebTransport 是一种新的 Web API，它提供了在客户端和服务器之间进行双向数据传输的能力。WebTransport 协议可以替代传统的 WebSocket 信令通道，提高信令传输效率和可靠性。
- ML 驱动的 QoE 优化：利用机器学习 (ML) 技术，对视频质量进行实时评估，并根据评估结果动态调整编码参数和网络策略，提高用户体验 (QoE)。
- 实时视频质量评估模型，可以预测用户对视频质量的感知。
- 区块链会议存证：利用区块链技术，对会议记录进行存证，确保会议记录的不可篡改性。
6.2 架构演进路线
Jitsi Meet 的架构演进路线可以分为以下几个阶段：
- 2023-2024：完成微服务化改造，将 Jitsi Meet 的各个组件拆分成独立的微服务。
- 2025：实现全 Serverless 架构，将 Jitsi Meet 部署到 Serverless 平台，利用 Serverless 平台的弹性伸缩能力，进一步提高系统的可扩展性和资源利用率。
- 2026：部署全球智能调度网络，在全球范围内部署 JVB 节点，并根据用户的位置和网络状况，智能地将用户调度到最近的 JVB 节点，实现全球范围内的低延迟视频会议。
七、结论
Jitsi Meet 作为一个开源的视频会议系统，具有易用性、灵活性和强大的功能。其核心模块包括 Jitsi Videobridge、Jicofo 和 Jitsi Meet 前端应用，这些模块协同工作，共同实现了高质量、可扩展的视频会议功能。
Jitsi Meet 面临着大规模会议优化、网络适应能力和安全架构等技术挑战。为了应对这些挑战，Jitsi Meet 需要不断演进和扩展其架构，采用服务网格化、媒体处理单元化和云原生部署等技术。
未来，Jitsi Meet 将受到新兴技术的影响，并朝着更加智能化、高效化和安全化的方向演进。WebTransport 协议、ML 驱动的 QoE 优化和区块链会议存证等技术将为 Jitsi Meet 带来新的发展机遇。
主要发现总结
| 领域 | 关键技术/策略 | 描述 | 影响/意义 |
| 核心架构 | SFU 架构 | Jitsi Videobridge 采用 SFU 架构，选择性转发媒体流，降低服务器负担。 | 提高可扩展性，支持大规模会议。 |
| 媒体流处理 | SSRC 重写 | 通过限制发送到每个端点的 SSRC 数量，减少信令开销和客户端的计算负担。 | 优化大规模会议性能，降低资源消耗。 |
| 网络适应性 | 自适应 FEC 算法 | 根据丢包率动态调整冗余度，提高数据传输可靠性。 | 保证在各种网络条件下提供高质量的视频会议体验。 |
| 安全性 | JWT 令牌验证、SRTP/DTLS 加密 | 采用 JWT 令牌验证用户身份，使用 SRTP/DTLS 协议对媒体流进行加密。 | 保护会议数据的安全性和隐私性，防止未经授权的访问。 |
| 扩展性 | 服务网格化、云原生部署 | 将 Jitsi Meet 的各个组件拆分成独立的微服务，并使用服务网格进行管理；部署到云原生平台，利用云平台的弹性伸缩能力。 | 提高系统的可扩展性、灵活性和可维护性，实现自动化的部署、扩展和管理。 |
| 未来技术 | WebTransport 协议、ML 驱动的 QoE 优化、区块链会议存证 | 采用 WebTransport 协议替代传统的 WebSocket 信令通道；利用机器学习技术对视频质量进行实时评估；利用区块链技术对会议记录进行存证。 | 提高信令传输效率和可靠性，优化用户体验，确保会议记录的不可篡改性。 |
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