陳碧玉 羅軼

1 引言

本文通過對數(shù)字視頻及流媒體技術(shù)的研究，針對電信機(jī)房所具有的管控節(jié)點(diǎn)多、分布區(qū)域廣、整體信息量大、現(xiàn)場無人值守等應(yīng)用環(huán)境的特點(diǎn)，將相關(guān)的數(shù)字視頻及流媒體技術(shù)應(yīng)用在電信機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)中，以達(dá)到分布式數(shù)據(jù)存儲，集中聯(lián)網(wǎng)管控的要求，從而實(shí)現(xiàn)電信機(jī)房的全面數(shù)字化集中管控。增強(qiáng)機(jī)房管控的實(shí)時性，確保系統(tǒng)的安防效果。

2 數(shù)字視頻處理技術(shù)的應(yīng)用

本文以數(shù)字視頻編解碼技術(shù)及流媒體技術(shù)為基礎(chǔ)，利用數(shù)字視頻技術(shù)的相關(guān)特點(diǎn)，并根據(jù)電信機(jī)房聯(lián)網(wǎng)集中監(jiān)控系統(tǒng)的環(huán)境、特點(diǎn)及功能要求，將數(shù)字視頻技術(shù)的優(yōu)勢與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，增強(qiáng)系統(tǒng)的先進(jìn)性及適用性。

（1）、多模式數(shù)據(jù)存儲

采用數(shù)字視頻多模式存儲的應(yīng)用特點(diǎn)，系統(tǒng)可采用多種存儲模式，一是前端存儲的模式，即將視頻數(shù)據(jù)存儲于機(jī)房前端錄像機(jī)的硬盤上，該模式的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)保存穩(wěn)定可靠且不受網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)的影響。另一種模式為后端存儲模式，即所有圖像數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳至系統(tǒng)后端監(jiān)控中心集中存儲，該模式的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)集中在一個地點(diǎn)存儲，數(shù)據(jù)檢索快捷方便，存儲設(shè)備的維護(hù)管理也比較容易。也可將兩種模式結(jié)合使用，采用設(shè)定的存儲策略在系統(tǒng)后端存儲重要的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，而在前端機(jī)房設(shè)備上保存全面的圖像數(shù)據(jù)[1]。

（2）、多節(jié)點(diǎn)多用戶同時訪問

數(shù)字視頻技術(shù)的特點(diǎn)之一就是可支持多用戶的訪問，電信機(jī)房是分區(qū)分片進(jìn)行管理的，這就意味著，同一機(jī)房的圖像數(shù)據(jù)可能同時被多個管理者訪問監(jiān)看或調(diào)用。前端機(jī)房的硬盤錄像機(jī)由于網(wǎng)絡(luò)處理能力的限制，支持的訪問數(shù)量有限，我們利用流媒體技術(shù)的特性，通過采用專用服務(wù)器來進(jìn)行實(shí)時視頻流數(shù)據(jù)的分發(fā)，所有用戶都通過專用服務(wù)器獲取實(shí)時視頻數(shù)據(jù)，而不是直接訪問前端機(jī)房設(shè)備，既確保了各區(qū)域各級別的多個用戶能夠同時對系統(tǒng)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，又不會造成網(wǎng)絡(luò)的堵塞。

（3）、數(shù)字視頻解碼輸出，數(shù)字視頻矩陣功能

數(shù)字視頻信號解碼后可轉(zhuǎn)換為模擬視頻信號，并可輸出至模擬顯示設(shè)備上進(jìn)行顯示，以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)良的監(jiān)視效果。我們應(yīng)用這一技術(shù)，在系統(tǒng)后端監(jiān)控中心配置視頻解碼服務(wù)器，對前端機(jī)房通過網(wǎng)絡(luò)上傳的實(shí)時視頻流進(jìn)行硬件解碼，實(shí)現(xiàn)前端機(jī)房現(xiàn)場圖像的數(shù)模轉(zhuǎn)換，并將模擬圖像輸出至屏幕墻設(shè)備上進(jìn)行顯示和監(jiān)看。視頻解碼服務(wù)器配置有多張解碼卡，可構(gòu)成多通道硬件解碼系統(tǒng)，且各通道完成獨(dú)立控管，支持多路視頻的同時解碼輸出；同時能夠?qū)崿F(xiàn)不同的畫面分割顯示，組成各種靈活的視頻顯示方案，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)視頻矩陣的相關(guān)功能。

（4）、圖像移動偵測技術(shù)，自動偵測移動目標(biāo)

半個多世紀(jì)以來，齊齊哈爾地區(qū)的工業(yè)為共和國的經(jīng)濟(jì)、國防和工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。這里的工廠曾經(jīng)為我國第一門大炮、第一顆人造衛(wèi)星、第一臺核反應(yīng)推、第一艘核潛艇……在工業(yè)戰(zhàn)線上涌現(xiàn)的全國勞動模范馬恒昌先后13次受到毛主席接見。但是，由于種種原因，在以往報(bào)道中沒有充分挖掘這些典型的人物與事件。而在相距150公里之外的大慶市就把鐵人王進(jìn)喜的形象搬進(jìn)社區(qū)、學(xué)校、廣場、公交車……在整個大慶市的每個角落都能受到“鐵人”精神的鼓舞。

最新的H.264數(shù)字視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)能夠提供多種更好的運(yùn)動估計(jì)。在H.264中采用1/4像素（最高1/8像素）的運(yùn)動估計(jì)，即運(yùn)動矢量位移是以1/4（最高 1/8像素）為基本單位的。較高的位移精度，為精確的圖像移動偵測應(yīng)用創(chuàng)造了條件。通常情況下電信機(jī)房基本無人值守，應(yīng)用圖像移動偵測技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場圖像的自動監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)移動目標(biāo)則向值班管理人員發(fā)出提醒或報(bào)警。

實(shí)際應(yīng)用中，在工作時間內(nèi)可通過撤防設(shè)置屏蔽移動偵測功能，而在非工作時間則對現(xiàn)場進(jìn)行布防，通過偵測現(xiàn)場設(shè)定區(qū)域的動態(tài)圖像變化來判定是否有移動目標(biāo)闖入布控區(qū)域。并對異常狀況聯(lián)動報(bào)警，有效地提高系統(tǒng)的實(shí)際安防效果。

（5）、數(shù)字水印技術(shù)，確保數(shù)據(jù)安全

數(shù)字視頻可采用水印疊加技術(shù)確保數(shù)據(jù)的可靠有效，系統(tǒng)錄像文件數(shù)據(jù)可嵌入專屬的序列號水印及時間水印，確保原始錄像文件記錄的完整性，防止數(shù)據(jù)被篡改，提升所有數(shù)字視頻數(shù)據(jù)的安全性。

此外，數(shù)字視頻還支持OSD疊加，可在圖像畫面上疊加機(jī)房現(xiàn)場的相關(guān)信息（如區(qū)域、位置，編號時間等），有助于管理人員從大量類似的機(jī)房現(xiàn)場圖像中找到自己需要監(jiān)看的畫面。

3 流媒體技術(shù)的應(yīng)用

電信機(jī)房的運(yùn)維管理模式是由各專業(yè)管理部門、機(jī)樓片區(qū)、區(qū)域分局、市級運(yùn)維管理部門等多級管理單位，根據(jù)轄區(qū)范圍對機(jī)房運(yùn)營狀況進(jìn)行管控。這種管理模式?jīng)Q定了監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中會出現(xiàn)多個終端同時對一個機(jī)房現(xiàn)場圖像進(jìn)行監(jiān)看，或同時對同一組錄像數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問的情況。

如果多個用戶同時對前端設(shè)備進(jìn)行訪問，就會造成前端設(shè)備的超負(fù)荷運(yùn)行甚至造成網(wǎng)絡(luò)的堵塞，從而影響整體系統(tǒng)的性能。

解決該問題的途徑就是利用流媒體的技術(shù)特性，通過設(shè)置專用的流媒體服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)實(shí)時視頻流的存儲轉(zhuǎn)發(fā)和分發(fā)，因?yàn)閷Ｓ玫牧髅襟w服務(wù)器具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硬盤錄像機(jī)的網(wǎng)絡(luò)性能及數(shù)據(jù)處理能力，由流媒體服務(wù)器來承擔(dān)數(shù)據(jù)處理及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹負(fù)?dān)，前端錄像機(jī)設(shè)備只需向流媒體服務(wù)器發(fā)送視頻流數(shù)據(jù)，這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能提高系統(tǒng)的性能，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，使多用戶訪問成為可能[2]。

流媒體服務(wù)器的主要作用就是降低前端站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用，用戶不直接對前端站點(diǎn)的實(shí)時視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，而是通過流媒體服務(wù)器來間接進(jìn)行訪問。流媒體服務(wù)器通過專用的管理軟件來進(jìn)行管理，可以采用多級權(quán)限設(shè)置和有效的訪問策略來提高響應(yīng)訪問的效率，在單位時間內(nèi)有效提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率[2]。

流媒體分發(fā)業(yè)務(wù)流程圖如圖1所示。

圖1 流媒體分發(fā)業(yè)務(wù)流程圖

如圖1所示，在聯(lián)網(wǎng)集中數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，存儲服務(wù)器、硬解碼服務(wù)器及監(jiān)控終端都通過流媒體服務(wù)器來獲取實(shí)時視頻流。各種終端設(shè)備均需與流媒體服務(wù)器建立連接，接收流媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的實(shí)時視頻流后再進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、圖像實(shí)時監(jiān)看及解碼轉(zhuǎn)換輸出顯示等工作[3]。

實(shí)際調(diào)測中，電信機(jī)房監(jiān)控專用網(wǎng)絡(luò)帶寬約為50M，一臺流媒體服務(wù)器可負(fù)載100路視頻流的轉(zhuǎn)發(fā)工作，以每個管理終端同時訪問16路視頻流來計(jì)算，每臺服務(wù)器可支持6～7個管理終端的同時訪問。

在系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用上，以廣州電信為例，專業(yè)管理部門及區(qū)域分局的管理終端超過25個，加上市級監(jiān)控中心的管理終端，硬解碼服務(wù)器，系統(tǒng)管理終端的總數(shù)超過30個，也就是說系統(tǒng)至少應(yīng)同時滿足對30個管理終端進(jìn)行視頻流轉(zhuǎn)發(fā)的需求，并提供超過500路視頻流的同時轉(zhuǎn)發(fā)，此時系統(tǒng)應(yīng)配置5臺流媒體服務(wù)器，管理終端數(shù)量增加，則服務(wù)器的數(shù)量也應(yīng)相應(yīng)增加。

流媒體服務(wù)器群組協(xié)同工作，就需要解決管理終端接入請求分配的問題，即終端接入的負(fù)載平衡問題。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用要求，我們采用了有效的流媒體轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)負(fù)載的平衡。

配置專用的應(yīng)用管理服務(wù)器來對流媒體服務(wù)器群組進(jìn)行管理，流媒體服務(wù)器啟動服務(wù)時，需在應(yīng)用服務(wù)器上注冊，而應(yīng)用管理服務(wù)器則通過心跳技術(shù)對流媒體服務(wù)器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

當(dāng)監(jiān)控終端需要訪問一路前端視頻時，先向應(yīng)用服務(wù)器發(fā)出一個視頻訪問請求；應(yīng)用服務(wù)器驗(yàn)證請求權(quán)限是否有效后，以最少連接法平衡負(fù)荷，將當(dāng)前訪問請求優(yōu)先分派給連接數(shù)據(jù)最少的流媒體服務(wù)器。以達(dá)到負(fù)載的均衡。

若某臺服務(wù)器出現(xiàn)故障，則應(yīng)用服務(wù)器會將該服務(wù)器的視頻流訪問分配給其它正常的流媒體服務(wù)器，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。

4 主要設(shè)備的選用

電信機(jī)房數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)備包括 DVR設(shè)備和硬解碼卡設(shè)備，這兩種設(shè)備均選用了?？低暺放频?HC系列產(chǎn)品，提供全實(shí)時圖像幀率達(dá)到 25幀/S，提供多種碼流類型的選擇（CIF、QCIF、DCIF、D1）。?？低曈辛己玫募嫒菪约翱蓴U(kuò)展性，提供豐富的功能應(yīng)用接口（USB口，IO接口，網(wǎng)絡(luò)接口，報(bào)警輸入輸出接口，RS485/RS232控制接口等），DVR設(shè)備采用嵌入式系統(tǒng)，并提供SDK開發(fā)接口，應(yīng)用中可根據(jù)電信系統(tǒng)的實(shí)際需要，進(jìn)行功能二次開發(fā)。非常適合在電信機(jī)房視頻監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用。

5 應(yīng)用效果

目前數(shù)字視頻及流媒體技術(shù)已在廣州電信機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)中得到應(yīng)用，接入的機(jī)房達(dá)到200個，且節(jié)點(diǎn)機(jī)房的接入數(shù)量還在持續(xù)增加中。實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)椴捎脭?shù)字視頻及流媒體技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了分布式多節(jié)點(diǎn)的集中管控，電信運(yùn)維部門無需設(shè)置多個區(qū)域分控中心，只需要一個集中監(jiān)控中心即可完成對所有機(jī)房的監(jiān)控，減少運(yùn)維部門巡檢的次數(shù)。通過系統(tǒng)錄像記錄，能追查機(jī)房事故產(chǎn)生的原因，防止事故的再次發(fā)生，保證電信機(jī)房的穩(wěn)定運(yùn)營。

6 結(jié)論

本文根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)在電信機(jī)房的應(yīng)用環(huán)境以及電信機(jī)房運(yùn)維管理要求，結(jié)合當(dāng)前數(shù)字視頻及流媒體技術(shù)的特點(diǎn)，對數(shù)字視頻及流媒體技術(shù)的應(yīng)用模式和實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行闡述，進(jìn)而為構(gòu)造功能強(qiáng)大的電信機(jī)房視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)管理應(yīng)用提供借鑒。

[1] 江瑞清.數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用[J].寧波高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2001,13(4):63-66

[2] 馮麗霞.流媒體技術(shù)及應(yīng)用[J].甘肅科技縱橫,2006,35(6):16

[3] 石江明,謝文軍,黃善國.流媒體業(yè)務(wù)模型及其傳輸[J].中興通訊技術(shù),2006,12(6):31-35