摘要：人工智能（AI）、算力、云服務(wù)等技術(shù)的快速發(fā)展，以及安全管理需求的持續(xù)增長(zhǎng)，使機(jī)房監(jiān)控與運(yùn)維模式面臨新的挑戰(zhàn)。本文基于廣東聯(lián)通三山核心機(jī)房視頻推流系統(tǒng)設(shè)備安全管理需求，深入分析了當(dāng)前視頻采集與多平臺(tái)推流存在的問(wèn)題，并提出了優(yōu)化策略。通過(guò)引入視頻推流服務(wù)技術(shù)，顯著提升了系統(tǒng)運(yùn)行效率和推流質(zhì)量，解決了指揮調(diào)度、AI接入等多訪問(wèn)需求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化后的方案在帶寬利用率、延遲性能和運(yùn)維效率等方面均取得明顯改善，為機(jī)房視頻監(jiān)控管理提供了可靠的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：視頻推流；分布式采集；多平臺(tái)對(duì)接；協(xié)議適配；機(jī)房管理

引言

現(xiàn)今，視頻采集與管理已成為保障設(shè)備安全運(yùn)行的重要手段，廣泛用于監(jiān)控、調(diào)度、指揮、自動(dòng)監(jiān)測(cè)等生產(chǎn)用途，而在信息技術(shù)快速發(fā)展的背景下，機(jī)房安全管理對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高要求[1]。作為華南地區(qū)重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，廣東聯(lián)通三山核心機(jī)房面臨如何高效支撐機(jī)房視頻監(jiān)控和多平臺(tái)推流的重大挑戰(zhàn)。當(dāng)前，三山核心機(jī)房在視頻管理方面存在傳統(tǒng)集中式架構(gòu)難以應(yīng)對(duì)高并發(fā)采集需求、網(wǎng)絡(luò)資源利用不均衡、單一推流策略難以適應(yīng)多平臺(tái)接入訪問(wèn)等問(wèn)題，出現(xiàn)多訪問(wèn)連接掉線、畫(huà)質(zhì)變差、攝像槍發(fā)熱嚴(yán)重、攝像槍壽命變短等問(wèn)題。同時(shí)，結(jié)合數(shù)字化、智能化管理的需要，需要增加的人工智能（AI）接入、系統(tǒng)智能聯(lián)動(dòng)調(diào)度等受到了限制。本文針對(duì)這些問(wèn)題，提出了一套綜合優(yōu)化方案，旨在提升視頻采集效率和推流質(zhì)量，為機(jī)房安全運(yùn)維提供更可靠的視頻保障。

1. 機(jī)房視頻推流系統(tǒng)概述

廣東聯(lián)通三山核心機(jī)房位于佛山聯(lián)通數(shù)據(jù)中心，其視頻推流方案是為滿足機(jī)房安全管理和多平臺(tái)監(jiān)控需求而設(shè)計(jì)，以解決多終端、多服務(wù)器、上電視墻、本地調(diào)度、省遠(yuǎn)程指揮、AI訪問(wèn)等需求。該方案以推流服務(wù)器為核心，將存儲(chǔ)與訪問(wèn)分開(kāi)，以確保NVR存儲(chǔ)的安全性。在訪問(wèn)方面，將前端視頻流通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅髅襟w服務(wù)器，服務(wù)器接收并緩存這些媒體流，然后根據(jù)不同平臺(tái)及監(jiān)控終端的請(qǐng)求進(jìn)行分發(fā)，以確保多訪問(wèn)下的視頻連接、畫(huà)質(zhì)、帶寬占用等穩(wěn)定且高效。該機(jī)房視頻管理應(yīng)用模式是目前廣東聯(lián)通在機(jī)房中探索創(chuàng)新的首個(gè)應(yīng)用案例。

2. 視頻推流服務(wù)架構(gòu)在多用戶視頻監(jiān)控中的流程

視頻推流服務(wù)架構(gòu)通過(guò)將前端視頻流分流實(shí)時(shí)傳輸至流媒體服務(wù)器、級(jí)聯(lián)網(wǎng)關(guān)、視頻存儲(chǔ)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)視頻內(nèi)容的接收、緩存、分發(fā)、復(fù)制，以及帶寬優(yōu)化與負(fù)載均衡等，如圖1所示。在這一過(guò)程中，流媒體服務(wù)器接收并緩存前端設(shè)備傳來(lái)的視頻流，并根據(jù)客戶端的請(qǐng)求，將緩存的視頻流進(jìn)行分發(fā)。視頻推流服務(wù)架構(gòu)采用了高效的復(fù)制算法，能夠?qū)⒁宦芬粢曨l流復(fù)制成多路，以滿足多個(gè)客戶端的并發(fā)訪問(wèn)需求，從而顯著降低網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用[2]。

2.1 視頻流的接收與緩存

在視頻推流服務(wù)架構(gòu)中，流媒體服務(wù)器首先從前端設(shè)備接收視頻流，并對(duì)其進(jìn)行緩存處理。這一步驟不僅確保了視頻流的連續(xù)性和穩(wěn)定性，還為后續(xù)的分發(fā)提供了可靠的基礎(chǔ)。通過(guò)緩存機(jī)制，流媒體服務(wù)器能夠在短時(shí)間內(nèi)應(yīng)對(duì)大量客戶端的并發(fā)請(qǐng)求，從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性[3]。

2.2 視頻流的分發(fā)與復(fù)制

當(dāng)有多個(gè)用戶同時(shí)訪問(wèn)同一監(jiān)控點(diǎn)的視頻資源時(shí)，流媒體服務(wù)器會(huì)根據(jù)上級(jí)平臺(tái)及監(jiān)控終端的請(qǐng)求，將緩存的視頻流分發(fā)至相應(yīng)的客戶端。在這一過(guò)程中，流媒體服務(wù)器通過(guò)高效的復(fù)制算法，將一路音視頻流復(fù)制成多路，以滿足多個(gè)用戶的并發(fā)訪問(wèn)需求。這種復(fù)制方式不僅避免了重復(fù)從前端設(shè)備取流帶來(lái)的帶寬浪費(fèi)，還提高了視頻傳輸?shù)男屎唾|(zhì)量[4]。

2.3 帶寬優(yōu)化與負(fù)載均衡

流媒體服務(wù)器通常具備強(qiáng)大的帶寬管理和負(fù)載均衡功能。通過(guò)智能調(diào)度算法，服務(wù)器能夠優(yōu)化帶寬的分配，確保每個(gè)客戶端都能獲得足夠的帶寬資源，從而實(shí)現(xiàn)流暢的視頻播放。同時(shí)，負(fù)載均衡功能還能夠有效防止服務(wù)器過(guò)載，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性[5]。

3. 視頻推流服務(wù)架構(gòu)的優(yōu)化策略與實(shí)踐

3.1 提高視頻壓縮效率

視頻壓縮是流媒體技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。本應(yīng)用將三山核心機(jī)房原使用的視頻壓縮算法H.264優(yōu)化為H.265，可以在保證視頻質(zhì)量的前提下，顯著降低視頻流的碼率和帶寬占用。H.265旨在提供與H.264相同的圖像質(zhì)量，但比特率降低了大約50%，從而提高了壓縮效率。這意味著在相同的視頻質(zhì)量下，H.265能夠以更低的比特率傳輸視頻，通常能夠節(jié)省30%至50%的帶寬，由于壓縮效率的提升，H.265在存儲(chǔ)視頻數(shù)據(jù)時(shí)所需的硬盤空間也相應(yīng)減少；同時(shí)H.265具有較強(qiáng)的兼容性和靈活性，可以與各種傳輸網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備兼容。這意味著用戶可以在不同的設(shè)備和平臺(tái)上流暢地播放H.265編碼的視頻，滿足三山核心機(jī)房的視頻轉(zhuǎn)發(fā)需求。

3.2 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議

選擇合適的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議對(duì)于提高流媒體傳輸效率至關(guān)重要。RTMP、HLS等協(xié)議因其良好的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，在流媒體傳輸中得到了廣泛應(yīng)用。然而，不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)傳輸協(xié)議的要求也不同。因此，在本次應(yīng)用中，根據(jù)具體需求選擇合適的傳輸協(xié)議，并進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整。例如，針對(duì)低延遲需求的應(yīng)用場(chǎng)景，可以選擇RTMP協(xié)議；而針對(duì)跨平臺(tái)兼容性和高可靠性的需求，則可以選擇HLS協(xié)議[6]。

3.3 增強(qiáng)服務(wù)器性能

流媒體服務(wù)器的性能直接影響視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量和效率。因此，本次應(yīng)用通過(guò)增加服務(wù)器的硬件配置來(lái)提升服務(wù)器的處理能力，并通過(guò)優(yōu)化軟件算法來(lái)進(jìn)一步提高服務(wù)器的性能，同時(shí)采用分布式架構(gòu)和負(fù)載均衡技術(shù)手段進(jìn)一步提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。

3.4 智能調(diào)度與資源分配

為了進(jìn)一步提高流媒體傳輸?shù)男屎陀脩趔w驗(yàn)，本次應(yīng)用流媒體服務(wù)管理系統(tǒng)進(jìn)行智能調(diào)度和資源分配機(jī)制。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀況、客戶端需求等信息，流媒體服務(wù)管理系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整傳輸策略和資源分配方案。例如，在網(wǎng)絡(luò)狀況不佳時(shí)，可以降低視頻流的碼率以保證流暢性；在客戶端需求較高時(shí)，可以優(yōu)先分配更多的帶寬資源給這些客戶端。這種智能調(diào)度和資源分配機(jī)制能夠確保視頻傳輸?shù)牧鲿承院头€(wěn)定性，從而提升用戶體驗(yàn)[7]。

3.5 安全保護(hù)

在多用戶視頻監(jiān)控資源訪問(wèn)中，安全保護(hù)是不可忽視的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)隱私保護(hù)策略，確保視頻流在傳輸過(guò)程中的安全性和隱私性，系統(tǒng)采用訪問(wèn)控制和身份驗(yàn)證機(jī)制來(lái)防止未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)和泄露。

3.6 優(yōu)化多平臺(tái)訪問(wèn)問(wèn)題

廣東聯(lián)通三山核心機(jī)房在“房基礎(chǔ)設(shè)施資源實(shí)時(shí)智能網(wǎng)業(yè)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)研究項(xiàng)目”的推進(jìn)中，涉及研發(fā)平臺(tái)推流需求、平臺(tái)電腦上電視墻需求、施工視頻管理需求、智能故障分析和消防智能聯(lián)動(dòng)需求等，對(duì)本地視頻系統(tǒng)的多路推流及視頻流的穩(wěn)定性及質(zhì)量提出了新的挑戰(zhàn)[8]。傳統(tǒng)的分流結(jié)構(gòu)，從視頻前端進(jìn)行分流，視頻前端一般只支持七路分流，并且在達(dá)到三路及以上分流時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)視頻流質(zhì)量下降、視頻前端設(shè)備發(fā)熱、視頻流掉線等問(wèn)題，無(wú)法滿足多平臺(tái)及客戶端的推流需求，影響視頻監(jiān)控管理及硬件安全[9]。

本應(yīng)用為解決廣東聯(lián)通三山核心機(jī)房的多路推流、視頻流穩(wěn)定性及質(zhì)量要求的需求，應(yīng)用視頻推流服務(wù)架構(gòu)，采用流媒體服務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)模式，利用流媒體服務(wù)器處理轉(zhuǎn)發(fā)能力以及管理系統(tǒng)的智能調(diào)度與資源分配，可在滿足多平臺(tái)及客戶端推流需求的前提下，保障視頻流的穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性以及視頻質(zhì)量[10]。

4. 在AI視頻的發(fā)展下，視頻推流服務(wù)架構(gòu)的應(yīng)用展望

視頻推流服務(wù)在AI視頻系統(tǒng)建設(shè)中扮演著至關(guān)重要的角色，其高效性、穩(wěn)定性和靈活性直接決定了AI分析平臺(tái)的性能和用戶體驗(yàn)。盡管面臨網(wǎng)絡(luò)帶寬、數(shù)據(jù)安全、計(jì)算資源等挑戰(zhàn)，但隨著5G、邊緣計(jì)算、區(qū)塊鏈等新技術(shù)的應(yīng)用，視頻推流服務(wù)將在未來(lái)AI視頻系統(tǒng)中發(fā)揮更大的價(jià)值，推動(dòng)智能化應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展。

AI視頻在安防監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用將朝著更加智能化、高效化和全面升級(jí)的方向發(fā)展。首先，智能化將是AI視頻在安防監(jiān)控領(lǐng)域的重要趨勢(shì)。通過(guò)深度學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等先進(jìn)技術(shù)的加持，AI視頻將能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)監(jiān)控畫(huà)面的實(shí)時(shí)分析和精準(zhǔn)識(shí)別。無(wú)論是人臉、車輛，還是其他關(guān)鍵物體，AI都能在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，并自動(dòng)進(jìn)行分類和標(biāo)注。這種智能化的識(shí)別能力將大大提高安防監(jiān)控的準(zhǔn)確性和效率，使得監(jiān)控人員能夠更快地發(fā)現(xiàn)和處理異常情況。其次，高效化也是AI視頻在安防監(jiān)控領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。傳統(tǒng)的安防監(jiān)控系統(tǒng)往往需要大量的人力物力進(jìn)行維護(hù)和監(jiān)控，而AI視頻的引入將大大減輕這一負(fù)擔(dān)。通過(guò)智能化的預(yù)警和響應(yīng)機(jī)制，AI視頻能夠在發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警，并將相關(guān)信息實(shí)時(shí)推送給監(jiān)控人員。這樣，監(jiān)控人員就可以在第一時(shí)間對(duì)異常情況做出反應(yīng)，并采取必要的措施進(jìn)行處理。此外，AI視頻還可以通過(guò)數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)，對(duì)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警，從而進(jìn)一步提高安防監(jiān)控的效率。

除了智能化和高效化，AI視頻在安防監(jiān)控領(lǐng)域的全面升級(jí)也將成為可能。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，AI視頻將逐漸從單一的監(jiān)控功能向多元化的安防服務(wù)拓展。此外，AI視頻還可以與大數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘和分析，為用戶提供更加全面的安防服務(wù)。在未來(lái)，AI視頻在安防監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用還將面臨一些挑戰(zhàn)和機(jī)遇。例如，如何保障隱私和數(shù)據(jù)安全，如何在保證監(jiān)控質(zhì)量的同時(shí)降低算法復(fù)雜度，以及如何將AI視頻與其他安防技術(shù)進(jìn)行深度融合和協(xié)同創(chuàng)新等。

目前，作為三山核心機(jī)房上級(jí)的佛山聯(lián)通已形成了AI技術(shù)在視頻分析中的應(yīng)用方案，結(jié)合機(jī)房的生產(chǎn)場(chǎng)景和機(jī)樓的流媒體視頻系統(tǒng)解決了AI接入訪問(wèn)的問(wèn)題，為研發(fā)機(jī)房AI自動(dòng)檢測(cè)模塊，實(shí)現(xiàn)機(jī)樓的人臉識(shí)別、入侵防范、施工作業(yè)監(jiān)控、安全作業(yè)、消防安全等自動(dòng)識(shí)別檢測(cè)，以及智能分析、統(tǒng)計(jì)、管理，奠定了基礎(chǔ)底座，這將進(jìn)一步提升機(jī)樓的數(shù)字化、智能化管理水平，強(qiáng)化機(jī)房安全管理能力。

結(jié)語(yǔ)

本方案針對(duì)廣東聯(lián)通三山核心機(jī)房視頻推流系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與升級(jí)，通過(guò)流媒體服務(wù)器的接收、緩存和分發(fā)功能，以及優(yōu)化策略的實(shí)施，有效解決了傳統(tǒng)架構(gòu)面臨的諸多問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化后的方案在各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)上均取得了顯著提升，實(shí)現(xiàn)了三山核心機(jī)房多平臺(tái)的穩(wěn)定、高質(zhì)量推流服務(wù)，為機(jī)房安全管理和遠(yuǎn)程運(yùn)維提供了有力支撐。

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作者簡(jiǎn)介：葉偉能，本科，工程師，yewn1@chinaunicom.cn，研究方向：通信工程。