面向移動互聯網的流媒體平臺分析研究

王永建，張 楠，翟曉微，劉永濤，牛輝奇

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面向移動互聯網的流媒體平臺分析研究

王永建，張 楠，翟曉微，劉永濤，牛輝奇

(中國通信建設集團設計院有限公司，北京 100079)

在自媒體時代，流媒體業務在移動互聯網中的比重快速增長。針對移動移動互聯網存在的速率低、受干擾大等問題，分析了目前主要的解決思路。從網絡控制策略優化的角度，對流媒體平臺做了探究。首先設計了系統架構，并闡述了主要的網絡策略優化技術，包括發端速率控制、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業鏈中的一個環節，流媒體業務的發展需要全方位的措施。

移動互聯網；流媒體；網絡控制策略；周界防范

0 引言

隨著三網融合、互聯網+、云計算、大數據、智能終端等國家政策與信息技術的發展，基于移動互聯網的業務迅速崛起，這也催生了自媒體時代的來臨，流媒體業務在整個網絡業務中的比重迅速增大，在自媒體時代，視頻、圖片、文字實時傳播，流媒體業務更是呈現井噴態勢。

盡管從2G、3G/CDMA到4G/LTE，無線通信技術發展迅速，但是流媒體屬于一種高帶寬業務，對網絡的帶寬要求比較高。仍受目前無線通信技術實際有效帶寬較低，信道受環境干擾較大，通信鏈路不穩定，國內無線通信流量資費昂貴等影響，嚴重地影響了流媒體業務的推廣。為解決上述問題，學術界與產業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、改進編碼技術、整合頻譜資源等方式，盡量提高無線通信速率。

（2）優化視頻碼流

改進視頻編碼協議，如MPEG-4、H.264、H.265等協議；研究視頻智能分析技術，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務的普及。本文從網絡控制策略入手，面向移動互聯網對流媒體平臺做了分析研究。

1 系統架構

流媒體平臺采用支撐與業務分離的設計思路，中心管理平臺實現不同用戶的公共資源基本支撐服務，業務應用平臺部署行業應用單元，滿足不同行業的使用習慣和特點需求。流媒體平臺支持在一個平臺上承載三種以上行業監控業務解決方案，如公安、環保、質檢、中小企業、個人用戶等行業，流媒體平臺能提供五種以上不同行業專業客戶端界面。系統架構如圖1：

圖1 流媒體平臺系統架構Fig.1 System diagram of streaming media platform

2 網絡策略優化技術

2.1 發端速率控制技術

在流媒體平臺媒體流傳輸協議設計中，對于實時性要求較高的視頻監控業務來說，因為TCP面向連接的方式容易產生時延，無法滿足要求。采用UDP包來傳輸實時的視頻業務，但是，UDP不支持擁塞控制和質量保證的機制，不管網絡狀況是否變化，始終保持同樣的速率發送UDP包，在低帶寬情況下，容易造成網絡阻塞，導致丟包現象，致使視頻內容丟失。本文在UDP的上層加上擁塞控制的機制，以解決UDP本身的缺陷[1]。

2.2 抽幀策略控制技術

現場監控目標的變化，編碼器上傳的碼流也隨之變化，監控目標變化的范圍越大，上傳的碼流就越大，由于現場運動圖像的急劇增大，使得編碼器的碼流突然增多，在IP網絡上行帶寬一定的情況下，將引起丟包現象。碼流控制技術將直接影響監控視頻的畫面效果，碼流控制是視頻編碼中一個重要的問題。為解決這個問題，在流媒體平臺技術設計中，增加了針對前端設備碼流控制技術，在現場運動圖像的急劇增大的情況下，系統采取抽幀策略，優先上傳關鍵幀，降低編碼器輸出的碼流，避免造成丟包現象，同時保持監控中心視頻的流暢性。

2.3 打包策略控制技術

在IP網絡通信中，物理層要限制每次發送數據幀的最大長度MTU[2]。如果該數據報長度超過MTU規定的最大值，則需要對該數據報進行分片處理，但是過多的IP分片會導致時序混亂，整個數據包重傳或者數據丟失[3]。本文增加了針對前端設備打包策略控制技術，系統根據目標端口MTU，控制發送端（編碼器）發送數據報的大小，以避免上述問題。

2.4 排序去抖控制技術

延遲抖動(delay jitter)定義為“抖動是對連續接收的數據包之間延遲差值的加權平均值”[4]。在數據網絡中，數據流中的連續包必須以恒定的時間間隔到達（德爾塔時間）[5]。如果數據包之間的德爾塔時間不恒定，即被視為抖動，抖動的數據包數量超過一定值后，圖像質量就會受到影響[6]。

為解決上述問題，本文在系統中設置了排序緩沖區，對到達的數據包進行排序處理，經過排序處理后的數據包再按照一定的時間順序傳送給解碼器進行解碼處理，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控業務功能，同時也具備完善的管理功能，能夠實現平臺的分級分域管理，保證流媒體平臺系統的高可用性[8]。

3.1 基本業務功能描述

流媒體平臺基本業務指系統的基礎功能，如圖2所示。

3.1.1 多媒體業務功能

（1）實時視頻瀏覽

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、攝像機分組管理、收藏夾管理、播放列表管理等[9]。

（2）遠程控制管理

包括多種控制方式、鼠標控制、云鏡控制、焦距調整、調整光圈、爭控管理、數模互控等。

（3）存儲管理功能

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

（4）錄像回放及復核

包括錄像查詢、錄像導出、錄像回放、錄像復核、錄像文件分割和合成等[11]。

（5）音頻管理功能

包括現場聲音監聽、中心語音廣播、語音對講功能、遠程調節音量等。

（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、告警聯動功能、告警提示功能、告警查詢管理等[12]。

（7）遠程參數設置

包括碼流參數設置、視頻參數調整等。

圖2 系統基本業務功能描述Fig.2 Basic function description of system

3.1.2 系統管理功能

系統管理功能通過管理業務臺實現，供系統管理人員使用，實現設備管理、用戶管理、系統維護等功能，保障系統正常運行。主要包括功能如下：

（1）用戶管理

系統具有開戶、銷戶、暫停用戶使用等功能。系統用戶包括平臺側用戶和業務側用戶，其中平臺側用戶包括：平臺管理員、平臺操作員和值班人員，主要負責系統維護和管理，保障系統正常運行；業務側用戶包括用戶管理員和用戶，是系統業務的業務使用者，根據用戶組權限的不同，業務側用戶可以實現多級用戶管理[13]。如圖3所示：

圖3 系統用戶結構圖

（2）權限管理

系統支持多級用戶權限管理功能，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，分配不同的權限[14]。

（3）設備管理

系統支持對所有設備進行增加、修改、啟/停用、刪除等操作，能夠對同類設備進行批量復制，可以遠程重啟設備程序或者重啟機器，支持遠程升級，可以遠程配置視頻圖像的對比度、亮度、飽和度、色度、編碼幀率、幀數、信號制式和圖像格式等參數。

（4）狀態管理

可以實時采集設備的CPU、內存、磁盤容量、網卡等狀態信息，預測可用資源情況等，并可根據歷史數據分析設備性能趨勢。

（5）日志管理

系統能夠自動記錄用戶登錄、登出時間，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

設備出現故障或者參數超過設定閥值時，系統自動彈出告警窗口，產生告警提示，支持聲、光、短消息等多種告警，支持按照時間段、故障類型等進行故障信息查詢、統計的功能。

（7）系統診斷

系統集成常用的網絡故障檢測工具，實現自診斷功能，前端設備發生故障時，系統能夠遠程進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，恢復設備正常工作。

（8）報表管理

系統軟件具有豐富的報表統計功能。用戶可以按照指定的時間段，進行用戶量、監控點、業務總量、業務量峰值匯總統計，形成報表，以及做動態統計報表。

3.2 增值業務功能描述

基本業務能夠滿足用戶的基本監控需求，但是，對于一些用戶來說，如：公安等行業用戶，監控系統作為重要的業務手段，要求監控系統具有電子地圖、周界防范等全面的功能，基本功能不能滿足其實際使用要求，需要提供更多的增值業務選擇。

3.2.1 電子地圖系統

GIS地理信息系統（Geographical Information System）融合計算機科學、地理學、測量學和地圖學等多門學科的技術，它是以地理空間數據庫為基礎，采用地理模型分析方法適時提供多種空間的和動態的地理信息，為地理研究和地理決策服務的計算機技術系統[15]。

通過系統與GIS結合，在電子地圖上顯示攝像機位置，并且提示告警信息，用戶可以縱觀監控系統中所有攝像機的工作狀態，直觀、快速查看各個監控現場的地理信息。根據情況，快速切換到相應攝像機的監控區域[16]。

3.2.2 周界防范系統

周界防范系統采用先進的傳感器技術，實現某一特定區域的安全防范功能，主要由周界防衛系統及智能門禁系統組成。

（1）周界防衛系統

通過安裝紅外對射、振動電纜等傳感器，在重要區域周圍形成一道無形的屏障，可以感知非法入侵的物體，并且及時報警通知工作人員。主要功能如下：遠程布防撤防，現場警號告警，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

智能門禁系統采用先進的射頻技術、指紋識別技術等先進的技術手段，取代傳統的鑰匙開門方式，有效地解決了鑰匙管理混亂的問題，同時，實現進出人員的科學管理。主要功能如下：進出人員管理，進出時間管理，人員權限管理，出入信息存儲，狀態信息顯示，信息統計管理等。

4 結語

本文面向移動互聯網，探究了流媒體平臺的關鍵技術，基本業務和增值業務。影響流媒體業務的推廣因素是多方面的，除了無線通信速率，視頻碼流優化，網絡控制策略，電信運營商流量資費等原因之外，還與整個產業鏈的發展密切相關，例如商業模式的創新，應用服務的創新，流媒體資源的豐富，智能終端的發展，行業政策的制定等。因此，流媒體業務的推廣是個系統的工程，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

河南省重點科技攻關項目(122102210430)

王永建(1981-)，男，博士研究生，高級工程師，IEEE會員、ACM會員，研究方向為信息安全、大數據、計算機應用；張楠(1980-)，男，碩士，高級工程師，研究方向為多媒體技術、計算機應用；翟曉微(1979-)，女，本科，工程師，研究方向為計算機應用、光通信；劉永濤(1981-)，男，本科，高級工程師，研究方向為數據通信、計算機應用；牛輝奇(1974-)，男，本科，高級工程師，研究方向為數據通信、計算機應用。

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