余明明

（桐廬縣融媒體中心，浙江 桐廬 311500）

0 引 言

為了有效應(yīng)對(duì)使用場(chǎng)景對(duì)于海量視頻信號(hào)傳輸?shù)囊螅ㄟ^(guò)信號(hào)處理技術(shù)來(lái)進(jìn)行信號(hào)預(yù)處理，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)環(huán)境?，F(xiàn)階段，高清視頻信號(hào)傳輸技術(shù)的實(shí)現(xiàn)依賴于分布式Hybrid-Matrix算法的H.264/H.265編碼協(xié)議[1]?？紤]到分布式應(yīng)用可以滿足遠(yuǎn)超320路高清信號(hào)采集、多目標(biāo)源使用場(chǎng)景以及跨域海量信號(hào)匯集和變換等要求，但同時(shí)會(huì)帶來(lái)信號(hào)極致壓縮所引起的信號(hào)質(zhì)量降低，并出現(xiàn)時(shí)延和異步等情況，因此提出了一種能夠同時(shí)滿足多類多域使用場(chǎng)景且容易實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)擴(kuò)容和同步實(shí)時(shí)傳輸?shù)腎P化傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過(guò)VC-2淺壓縮技術(shù)將分布式信號(hào)重組應(yīng)用在IP化寬帶網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，充分實(shí)現(xiàn)高清視頻信號(hào)在多級(jí)場(chǎng)景中的跨域采集與傳輸[2]。

1 視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析

1.1 基本組織框架

IP化視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由信號(hào)的接入層、傳輸層以及應(yīng)用層組成，通過(guò)VC-2淺壓縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨域視頻信號(hào)的采集、輸入、解碼譯碼、碼元轉(zhuǎn)換以及編碼傳輸?shù)?，通過(guò)信號(hào)重組完成IP化寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)[3]。網(wǎng)絡(luò)組織架構(gòu)如圖1所示。

圖1 IP化視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)

1.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議

IP化視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)的傳輸場(chǎng)景如圖2所示，其中涉及了基于IP化網(wǎng)絡(luò)碼流的編解碼設(shè)備、管理與數(shù)據(jù)交換設(shè)備等[4]。值得注意的是，數(shù)據(jù)交互應(yīng)當(dāng)充分考慮承擔(dān)任務(wù)量、使用效率以及用戶設(shè)備范圍等，需要預(yù)留空間來(lái)應(yīng)對(duì)額外接入的數(shù)據(jù)吞吐，有效解決未來(lái)業(yè)務(wù)模式升級(jí)帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)承載問(wèn)題。

圖2 IP化視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸場(chǎng)景

2 基于VC-2淺壓縮技術(shù)的視頻信號(hào)編解碼

VC-2淺壓縮技術(shù)能夠?qū)π盘?hào)有效壓縮，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)化保證視頻信號(hào)不失真、不掉幀，滿足高清顯示的要求[5]。經(jīng)優(yōu)化后的傳輸網(wǎng)絡(luò)信號(hào)時(shí)延將小于20 ms，可以保證多路視頻唇音同步，視覺(jué)上無(wú)明顯延遲。依靠編解碼設(shè)備、信號(hào)傳輸設(shè)備、變換轉(zhuǎn)換機(jī)制等構(gòu)建子系統(tǒng)，系統(tǒng)間通過(guò)寬帶網(wǎng)絡(luò)橋接，同步實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)于無(wú)線多通道視頻信號(hào)傳輸而言，信號(hào)采集設(shè)備通過(guò)VC-2淺壓縮技術(shù)將跨域視頻信號(hào)以超壓縮比格式進(jìn)行再編碼，如圖3所示，以頻帶置換數(shù)據(jù)空間，然后再局部封裝形成IP化網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)包，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸交換[6]。

圖3 無(wú)線多通道視頻信號(hào)傳輸模式下淺壓縮技術(shù)運(yùn)用

數(shù)據(jù)信號(hào)解碼的前提是信號(hào)流轉(zhuǎn)中IP化網(wǎng)文格式的二次解封，網(wǎng)文解碼后可以通過(guò)交換機(jī)實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)信號(hào)顯示單元，同步輸出高清數(shù)字信號(hào)[7]?；赩C-2淺壓縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)擴(kuò)容、降噪、降時(shí)延以及低失真等目標(biāo)，其中信號(hào)交互設(shè)備、轉(zhuǎn)換設(shè)備通過(guò)寬帶網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的僑聯(lián)實(shí)時(shí)采集、傳輸視頻數(shù)據(jù)。對(duì)于壓縮后的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文信號(hào)，寬帶格式基本保存視頻信號(hào)的高頻部分，保證信號(hào)圖像無(wú)色彩損失、無(wú)失真。

3 基于IP化寬帶網(wǎng)絡(luò)重組架構(gòu)設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，分布式場(chǎng)景中的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以設(shè)計(jì)為兩種模式，即“中心+節(jié)點(diǎn)+接口”三級(jí)模式、“中心+接口”二級(jí)模式。“中心+節(jié)點(diǎn)+接口”三級(jí)模式采用環(huán)路結(jié)構(gòu)，處理的數(shù)據(jù)信號(hào)量更大，但處置效率較低。根據(jù)多域視頻信號(hào)采集標(biāo)準(zhǔn)，以IP化視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為基礎(chǔ)，采用“環(huán)狀中心+節(jié)點(diǎn)+接口”三級(jí)模式作為寬帶組網(wǎng)的核心模式，即在環(huán)狀中心中安裝信號(hào)接入設(shè)備和匯總設(shè)備，便于在單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)局域組網(wǎng)、分區(qū)處置[8]。

主網(wǎng)絡(luò)中心位置安裝兩組大型核心數(shù)據(jù)交互設(shè)備，同時(shí)將多路子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互節(jié)點(diǎn)機(jī)全部橋接至核心交互設(shè)備中，從宏觀層面構(gòu)建數(shù)據(jù)中心的大網(wǎng)絡(luò)，即數(shù)據(jù)中心（Data Center，DC）網(wǎng)。數(shù)據(jù)處置進(jìn)程對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)維工作幾乎不會(huì)造成影響，且預(yù)留接口能夠隨時(shí)面對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)擴(kuò)展等。次節(jié)點(diǎn)中心位置分別安裝多域數(shù)據(jù)接入端口，遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)匯總交互設(shè)備，從局部層面降低了核心網(wǎng)絡(luò)的承載壓力。根據(jù)跨域信號(hào)接入機(jī)制將視頻采集信號(hào)傳輸至最合適的次節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中心，兼顧整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的安全性，單中心的視頻信號(hào)采集、匯總以及分發(fā)由節(jié)點(diǎn)交換機(jī)堆疊完成。環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)能夠有效減少核心交換設(shè)備的數(shù)量（本方案使用了兩組），在不大幅增加接入機(jī)和匯聚機(jī)的基礎(chǔ)上，提升了整體IP化網(wǎng)路架構(gòu)的承載能力和擴(kuò)容能力。此外，次節(jié)點(diǎn)中心可以獨(dú)立于系統(tǒng)運(yùn)行，一旦遭受泛洪攻擊，不會(huì)破壞核心數(shù)據(jù)。IP化寬帶網(wǎng)絡(luò)重組架構(gòu)如圖4所示。

圖4 IP化寬帶網(wǎng)絡(luò)重組架構(gòu)

在使用場(chǎng)景中，如圖5所示，選擇48口接入式交互設(shè)備，便于后期數(shù)據(jù)擴(kuò)容?，F(xiàn)階段，單設(shè)備只使用36個(gè)網(wǎng)口與數(shù)據(jù)采集端相連，完成信號(hào)編碼和解碼[9]。按照一條數(shù)據(jù)通路平均帶寬500 Mb/s、峰值帶寬900 Mb/s計(jì)算，則單組接入式交互設(shè)備的總帶寬約為17.58 Gb/s，整體峰值帶寬約為31.64 Gb/s。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，單通道最多配置兩條40 Gb/s的數(shù)據(jù)上行鏈路，直接對(duì)接兩組匯聚式數(shù)據(jù)交互設(shè)備，此時(shí)接入層的容錯(cuò)機(jī)制和數(shù)據(jù)承載均能夠滿足實(shí)際使用需求。主網(wǎng)絡(luò)中心設(shè)計(jì)的兩組核心數(shù)據(jù)交互設(shè)備可以堆疊使用，其中下行數(shù)據(jù)端口與次節(jié)點(diǎn)中心的交互設(shè)備上行數(shù)據(jù)端口同步即可[10]。

圖5 IP化視頻信號(hào)傳輸應(yīng)用場(chǎng)景

總而言之，通過(guò)VC-2淺壓縮技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)分布式信號(hào)重組，進(jìn)而在全局IP化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)局部網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)傳輸?shù)哪康?。?yīng)用層或傳輸層的主干網(wǎng)絡(luò)與接入層的支線網(wǎng)絡(luò)可以有效滿足視頻信號(hào)傳輸?shù)刃枨?，極大地提升了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性。

4 結(jié) 論

針對(duì)現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)矩陣節(jié)點(diǎn)過(guò)多、鏈路過(guò)長(zhǎng)、H.264/H.265傳輸協(xié)議受限等問(wèn)題，提出了一種基于VC-2淺壓縮技術(shù)的IP化傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)解決方案。通過(guò)分布式信號(hào)重組、基礎(chǔ)傳輸網(wǎng)絡(luò)異步重建、三級(jí)傳輸機(jī)制設(shè)置等方式完成了跨域多點(diǎn)高清視頻信號(hào)的采集、匯總、分發(fā)以及處置，有效提升了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，能夠滿足未來(lái)業(yè)務(wù)模式變化的數(shù)據(jù)端口拓展要求。