王永建，張 楠，翟曉微，劉永濤，牛輝奇

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面向移動互聯(lián)網(wǎng)的流媒體平臺分析研究

王永建，張 楠，翟曉微，劉永濤，牛輝奇

(中國通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100079)

在自媒體時(shí)代，流媒體業(yè)務(wù)在移動互聯(lián)網(wǎng)中的比重快速增長。針對移動移動互聯(lián)網(wǎng)存在的速率低、受干擾大等問題，分析了目前主要的解決思路。從網(wǎng)絡(luò)控制策略優(yōu)化的角度，對流媒體平臺做了探究。首先設(shè)計(jì)了系統(tǒng)架構(gòu)，并闡述了主要的網(wǎng)絡(luò)策略優(yōu)化技術(shù)，包括發(fā)端速率控制、抽幀策略控制、打包策略控制、排序去抖控制等。然后，分析了流媒體平臺的基本功能與主要增值功能。流媒體平臺只是流媒體產(chǎn)業(yè)鏈中的一個環(huán)節(jié)，流媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展需要全方位的措施。

移動互聯(lián)網(wǎng)；流媒體；網(wǎng)絡(luò)控制策略；周界防范

0 引言

隨著三網(wǎng)融合、互聯(lián)網(wǎng)+、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能終端等國家政策與信息技術(shù)的發(fā)展，基于移動互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)迅速崛起，這也催生了自媒體時(shí)代的來臨，流媒體業(yè)務(wù)在整個網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)中的比重迅速增大，在自媒體時(shí)代，視頻、圖片、文字實(shí)時(shí)傳播，流媒體業(yè)務(wù)更是呈現(xiàn)井噴態(tài)勢。

盡管從2G、3G/CDMA到4G/LTE，無線通信技術(shù)發(fā)展迅速，但是流媒體屬于一種高帶寬業(yè)務(wù)，對網(wǎng)絡(luò)的帶寬要求比較高。仍受目前無線通信技術(shù)實(shí)際有效帶寬較低，信道受環(huán)境干擾較大，通信鏈路不穩(wěn)定，國內(nèi)無線通信流量資費(fèi)昂貴等影響，嚴(yán)重地影響了流媒體業(yè)務(wù)的推廣。為解決上述問題，學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界主要從兩方面入手。

（1）提高無線通信速率

主要有載波聚合、改進(jìn)編碼技術(shù)、整合頻譜資源等方式，盡量提高無線通信速率。

（2）優(yōu)化視頻碼流

改進(jìn)視頻編碼協(xié)議，如MPEG-4、H.264、H.265等協(xié)議；研究視頻智能分析技術(shù)，減少冗余幀的傳送。

上述研究取得了顯著效果，大大地推動了流媒體業(yè)務(wù)的普及。本文從網(wǎng)絡(luò)控制策略入手，面向移動互聯(lián)網(wǎng)對流媒體平臺做了分析研究。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

流媒體平臺采用支撐與業(yè)務(wù)分離的設(shè)計(jì)思路，中心管理平臺實(shí)現(xiàn)不同用戶的公共資源基本支撐服務(wù)，業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺部署行業(yè)應(yīng)用單元，滿足不同行業(yè)的使用習(xí)慣和特點(diǎn)需求。流媒體平臺支持在一個平臺上承載三種以上行業(yè)監(jiān)控業(yè)務(wù)解決方案，如公安、環(huán)保、質(zhì)檢、中小企業(yè)、個人用戶等行業(yè)，流媒體平臺能提供五種以上不同行業(yè)專業(yè)客戶端界面。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1：

圖1 流媒體平臺系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 System diagram of streaming media platform

2 網(wǎng)絡(luò)策略優(yōu)化技術(shù)

2.1 發(fā)端速率控制技術(shù)

在流媒體平臺媒體流傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)中，對于實(shí)時(shí)性要求較高的視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)來說，因?yàn)門CP面向連接的方式容易產(chǎn)生時(shí)延，無法滿足要求。采用UDP包來傳輸實(shí)時(shí)的視頻業(yè)務(wù)，但是，UDP不支持擁塞控制和質(zhì)量保證的機(jī)制，不管網(wǎng)絡(luò)狀況是否變化，始終保持同樣的速率發(fā)送UDP包，在低帶寬情況下，容易造成網(wǎng)絡(luò)阻塞，導(dǎo)致丟包現(xiàn)象，致使視頻內(nèi)容丟失。本文在UDP的上層加上擁塞控制的機(jī)制，以解決UDP本身的缺陷[1]。

2.2 抽幀策略控制技術(shù)

現(xiàn)場監(jiān)控目標(biāo)的變化，編碼器上傳的碼流也隨之變化，監(jiān)控目標(biāo)變化的范圍越大，上傳的碼流就越大，由于現(xiàn)場運(yùn)動圖像的急劇增大，使得編碼器的碼流突然增多，在IP網(wǎng)絡(luò)上行帶寬一定的情況下，將引起丟包現(xiàn)象。碼流控制技術(shù)將直接影響監(jiān)控視頻的畫面效果，碼流控制是視頻編碼中一個重要的問題。為解決這個問題，在流媒體平臺技術(shù)設(shè)計(jì)中，增加了針對前端設(shè)備碼流控制技術(shù)，在現(xiàn)場運(yùn)動圖像的急劇增大的情況下，系統(tǒng)采取抽幀策略，優(yōu)先上傳關(guān)鍵幀，降低編碼器輸出的碼流，避免造成丟包現(xiàn)象，同時(shí)保持監(jiān)控中心視頻的流暢性。

2.3 打包策略控制技術(shù)

在IP網(wǎng)絡(luò)通信中，物理層要限制每次發(fā)送數(shù)據(jù)幀的最大長度MTU[2]。如果該數(shù)據(jù)報(bào)長度超過MTU規(guī)定的最大值，則需要對該數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行分片處理，但是過多的IP分片會導(dǎo)致時(shí)序混亂，整個數(shù)據(jù)包重傳或者數(shù)據(jù)丟失[3]。本文增加了針對前端設(shè)備打包策略控制技術(shù)，系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)端口MTU，控制發(fā)送端（編碼器）發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)的大小，以避免上述問題。

2.4 排序去抖控制技術(shù)

延遲抖動(delay jitter)定義為“抖動是對連續(xù)接收的數(shù)據(jù)包之間延遲差值的加權(quán)平均值”[4]。在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)流中的連續(xù)包必須以恒定的時(shí)間間隔到達(dá)（德爾塔時(shí)間）[5]。如果數(shù)據(jù)包之間的德爾塔時(shí)間不恒定，即被視為抖動，抖動的數(shù)據(jù)包數(shù)量超過一定值后，圖像質(zhì)量就會受到影響[6]。

為解決上述問題，本文在系統(tǒng)中設(shè)置了排序緩沖區(qū)，對到達(dá)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序處理，經(jīng)過排序處理后的數(shù)據(jù)包再按照一定的時(shí)間順序傳送給解碼器進(jìn)行解碼處理，能夠有效地處理抖動問題[7]。

3 流媒體平臺功能

流媒體平臺為用戶提供豐富的監(jiān)控業(yè)務(wù)功能，同時(shí)也具備完善的管理功能，能夠?qū)崿F(xiàn)平臺的分級分域管理，保證流媒體平臺系統(tǒng)的高可用性[8]。

3.1 基本業(yè)務(wù)功能描述

流媒體平臺基本業(yè)務(wù)指系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，如圖2所示。

3.1.1 多媒體業(yè)務(wù)功能

（1）實(shí)時(shí)視頻瀏覽

包括多畫面顯示、輪詢播放方式、畫面翻頁功能、巡航功能、局部放大功能、視頻遮蓋功能、圖片抓拍功能、攝像機(jī)分組管理、收藏夾管理、播放列表管理等[9]。

（2）遠(yuǎn)程控制管理

包括多種控制方式、鼠標(biāo)控制、云鏡控制、焦距調(diào)整、調(diào)整光圈、爭控管理、數(shù)?；タ氐?。

（3）存儲管理功能

包括前端存儲、中心存儲、混合存儲、告警聯(lián)動存儲、按時(shí)間段存儲、條件組合存儲、磁盤管理功能等[10]。

（4）錄像回放及復(fù)核

包括錄像查詢、錄像導(dǎo)出、錄像回放、錄像復(fù)核、錄像文件分割和合成等[11]。

（5）音頻管理功能

包括現(xiàn)場聲音監(jiān)聽、中心語音廣播、語音對講功能、遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)音量等。

（6）告警管理功能

包括外接告警功能、移動偵測告警、視頻丟失告警、視頻丟失告警、鏡頭遮蓋告警、告警聯(lián)動功能、告警提示功能、告警查詢管理等[12]。

（7）遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置

包括碼流參數(shù)設(shè)置、視頻參數(shù)調(diào)整等。

圖2 系統(tǒng)基本業(yè)務(wù)功能描述Fig.2 Basic function description of system

3.1.2 系統(tǒng)管理功能

系統(tǒng)管理功能通過管理業(yè)務(wù)臺實(shí)現(xiàn)，供系統(tǒng)管理人員使用，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理、用戶管理、系統(tǒng)維護(hù)等功能，保障系統(tǒng)正常運(yùn)行。主要包括功能如下：

（1）用戶管理

系統(tǒng)具有開戶、銷戶、暫停用戶使用等功能。系統(tǒng)用戶包括平臺側(cè)用戶和業(yè)務(wù)側(cè)用戶，其中平臺側(cè)用戶包括：平臺管理員、平臺操作員和值班人員，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)維護(hù)和管理，保障系統(tǒng)正常運(yùn)行；業(yè)務(wù)側(cè)用戶包括用戶管理員和用戶，是系統(tǒng)業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)使用者，根據(jù)用戶組權(quán)限的不同，業(yè)務(wù)側(cè)用戶可以實(shí)現(xiàn)多級用戶管理[13]。如圖3所示：

圖3 系統(tǒng)用戶結(jié)構(gòu)圖

（2）權(quán)限管理

系統(tǒng)支持多級用戶權(quán)限管理功能，對于平臺管理員、平臺操作員、值班人員、用戶管理員、用戶組等不同的用戶，分配不同的權(quán)限[14]。

（3）設(shè)備管理

系統(tǒng)支持對所有設(shè)備進(jìn)行增加、修改、啟/停用、刪除等操作，能夠?qū)ν愒O(shè)備進(jìn)行批量復(fù)制，可以遠(yuǎn)程重啟設(shè)備程序或者重啟機(jī)器，支持遠(yuǎn)程升級，可以遠(yuǎn)程配置視頻圖像的對比度、亮度、飽和度、色度、編碼幀率、幀數(shù)、信號制式和圖像格式等參數(shù)。

（4）狀態(tài)管理

可以實(shí)時(shí)采集設(shè)備的CPU、內(nèi)存、磁盤容量、網(wǎng)卡等狀態(tài)信息，預(yù)測可用資源情況等，并可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析設(shè)備性能趨勢。

（5）日志管理

系統(tǒng)能夠自動記錄用戶登錄、登出時(shí)間，自動記錄用戶申請視頻、控制視頻、停止視頻等主要操作信息，支持日志查詢等。

（6）異常告警

設(shè)備出現(xiàn)故障或者參數(shù)超過設(shè)定閥值時(shí)，系統(tǒng)自動彈出告警窗口，產(chǎn)生告警提示，支持聲、光、短消息等多種告警，支持按照時(shí)間段、故障類型等進(jìn)行故障信息查詢、統(tǒng)計(jì)的功能。

（7）系統(tǒng)診斷

系統(tǒng)集成常用的網(wǎng)絡(luò)故障檢測工具，實(shí)現(xiàn)自診斷功能，前端設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程進(jìn)行故障分析和診斷定位，并按照指令自動、手工對軟件/硬件重新配置，恢復(fù)設(shè)備正常工作。

（8）報(bào)表管理

系統(tǒng)軟件具有豐富的報(bào)表統(tǒng)計(jì)功能。用戶可以按照指定的時(shí)間段，進(jìn)行用戶量、監(jiān)控點(diǎn)、業(yè)務(wù)總量、業(yè)務(wù)量峰值匯總統(tǒng)計(jì)，形成報(bào)表，以及做動態(tài)統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

3.2 增值業(yè)務(wù)功能描述

基本業(yè)務(wù)能夠滿足用戶的基本監(jiān)控需求，但是，對于一些用戶來說，如：公安等行業(yè)用戶，監(jiān)控系統(tǒng)作為重要的業(yè)務(wù)手段，要求監(jiān)控系統(tǒng)具有電子地圖、周界防范等全面的功能，基本功能不能滿足其實(shí)際使用要求，需要提供更多的增值業(yè)務(wù)選擇。

3.2.1 電子地圖系統(tǒng)

GIS地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System）融合計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、測量學(xué)和地圖學(xué)等多門學(xué)科的技術(shù)，它是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法適時(shí)提供多種空間的和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)[15]。

通過系統(tǒng)與GIS結(jié)合，在電子地圖上顯示攝像機(jī)位置，并且提示告警信息，用戶可以縱觀監(jiān)控系統(tǒng)中所有攝像機(jī)的工作狀態(tài)，直觀、快速查看各個監(jiān)控現(xiàn)場的地理信息。根據(jù)情況，快速切換到相應(yīng)攝像機(jī)的監(jiān)控區(qū)域[16]。

3.2.2 周界防范系統(tǒng)

周界防范系統(tǒng)采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)某一特定區(qū)域的安全防范功能，主要由周界防衛(wèi)系統(tǒng)及智能門禁系統(tǒng)組成。

（1）周界防衛(wèi)系統(tǒng)

通過安裝紅外對射、振動電纜等傳感器，在重要區(qū)域周圍形成一道無形的屏障，可以感知非法入侵的物體，并且及時(shí)報(bào)警通知工作人員。主要功能如下：遠(yuǎn)程布防撤防，現(xiàn)場警號告警，中心聲光告警，告警短信提示，告警視頻切換，告警視頻錄像等。

（2）智能門禁系統(tǒng)

智能門禁系統(tǒng)采用先進(jìn)的射頻技術(shù)、指紋識別技術(shù)等先進(jìn)的技術(shù)手段，取代傳統(tǒng)的鑰匙開門方式，有效地解決了鑰匙管理混亂的問題，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出人員的科學(xué)管理。主要功能如下：進(jìn)出人員管理，進(jìn)出時(shí)間管理，人員權(quán)限管理，出入信息存儲，狀態(tài)信息顯示，信息統(tǒng)計(jì)管理等。

4 結(jié)語

本文面向移動互聯(lián)網(wǎng)，探究了流媒體平臺的關(guān)鍵技術(shù)，基本業(yè)務(wù)和增值業(yè)務(wù)。影響流媒體業(yè)務(wù)的推廣因素是多方面的，除了無線通信速率，視頻碼流優(yōu)化，網(wǎng)絡(luò)控制策略，電信運(yùn)營商流量資費(fèi)等原因之外，還與整個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展密切相關(guān)，例如商業(yè)模式的創(chuàng)新，應(yīng)用服務(wù)的創(chuàng)新，流媒體資源的豐富，智能終端的發(fā)展，行業(yè)政策的制定等。因此，流媒體業(yè)務(wù)的推廣是個系統(tǒng)的工程，需要全方位的措施。

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Analysis and Study of Streaming Media Platform for Mobile Internet

WANG Yong-jian, ZHANG Nan, ZHAI Xiao-wei, LIU Yong-tao, NIU Hui-qi

(China International Telecommunication Construction Group Design Institute Co. Ltd, Beijing 100079, China)

In the era of self-media, the proportion of streaming media services is growing rapidly in the mobile Internet. Aiming at the problems of low speed and serious interference in mobile Internet, some main solutions are analyzed in the present. From the point of view of network control strategy optimization, streaming media platforms are studied. Firstly, a architecture of the system is designed. The main strategies of network policy optimization are discussed, which includs the control of originator rate, the control of drawing-frame strategy, the control of packing strategy, and the control of sort order. Then, some basic functions and main value-added functions are analyzed in a streaming media platform. Streaming media platform is only one link in the media industry chain, and it needs a full range of measures for the development of streaming media business.

Mobile internet; Streaming media; Network control strategy optimization; Perimeter guard

TP393

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.04.012

河南省重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(122102210430)

王永建(1981-)，男，博士研究生，高級工程師，IEEE會員、ACM會員，研究方向?yàn)樾畔踩?、大?shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用；張楠(1980-)，男，碩士，高級工程師，研究方向?yàn)槎嗝襟w技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用；翟曉微(1979-)，女，本科，工程師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用、光通信；劉永濤(1981-)，男，本科，高級工程師，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)應(yīng)用；牛輝奇(1974-)，男，本科，高級工程師，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

本文著錄格式：王永建，張楠，翟曉微，等. 面向移動互聯(lián)網(wǎng)的流媒體平臺分析研究[J]. 軟件，2017，38（4）：63-67