基于阿里云的高清視頻多路傳輸系統(tǒng)研究

戴洵

摘 ?要 ?隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，視頻遠程傳輸和處理的相關(guān)業(yè)務(wù)越來越常見，尤其是在線電影播放、遠程視頻非線性編輯等業(yè)務(wù)，更是對視頻傳輸速度、清晰度、通道數(shù)等指標提出了更高的要求。文章以阿里云服務(wù)器為平臺搭建流媒體服務(wù)器，實現(xiàn)了全終端的視頻下載、高清傳輸、在線播放、云編輯等功能，具有較強的工程實用性。

關(guān)鍵詞 ?阿里云;高清視頻;多路傳輸;云端編輯

中圖分類號 ?G2 ? ? ?文獻標識碼 ?A ? ? ?文章編號 ?2096-0360（2019）04-0023-02

傳統(tǒng)的視頻服務(wù)器必須依靠一定的硬件資源才能實現(xiàn)，并且需要向網(wǎng)絡(luò)運營商購買帶寬和分配IP，費時費力[1]。云服務(wù)器的出現(xiàn)，實現(xiàn)了較為成熟的云存儲體系，并且視頻服務(wù)器也逐漸向云端轉(zhuǎn)移[2]。然而，將在線視頻編輯服務(wù)從本地實體服務(wù)器遷移到云端服務(wù)器仍然是業(yè)內(nèi)面臨的一個難題[3]。本文將對基于云端的視頻傳輸和在線編輯等問題進行深入的研究。

1 ?總體設(shè)計方案

本系統(tǒng)是基于阿里云的高清視頻多路傳輸，采用了H.265視頻標準，可以為安防監(jiān)控、遠程編輯、廣電系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)視頻等應(yīng)用提供高速傳輸服務(wù)。首先，前端的各種圖像采集設(shè)備實時采集目標區(qū)域的視頻圖像，然后通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至阿里云平臺上的流媒體服務(wù)器上，用戶通過各種終端、手機、客戶端、網(wǎng)頁等可以實現(xiàn)視頻的讀取、轉(zhuǎn)發(fā)、編輯等功能。由于云服務(wù)器處于整個系統(tǒng)的核心，因此視頻的前端采集和視頻后端處理互不影響，可獨立進行。系統(tǒng)整體框架如圖1所示。

在本系統(tǒng)中，攝像頭采集到視頻圖像后首先進行H.265編碼，接著進行RTMP封裝并傳輸?shù)皆贫朔?wù)平臺并存儲起來。用戶可以通過客戶端軟件對云端的視頻資源進行請求，視頻資源經(jīng)過相反的過程傳輸?shù)奖镜赜嬎銠C。用戶也可以通過遠程的方式對云端服務(wù)器的視頻資源進行編輯制作，充分利用阿里云的高速計算能力和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)。

2 ?系統(tǒng)模塊設(shè)計

2.1 ?前端視頻采集單元設(shè)計

視頻采集設(shè)備處于整個系統(tǒng)的前端，支持多種采集方式，例如互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的智能機、攝像頭和廣電圖像的SDI、HDMI，可以完成視頻信息的實時采集，視頻數(shù)據(jù)由Hi3516D進行處理器。為了降低時延并提高壓縮率，系統(tǒng)前端采用了H.265硬編碼的方式，分別由視頻編碼層和網(wǎng)絡(luò)提取層來實現(xiàn)。前端視頻數(shù)據(jù)到用戶本地的傳輸采用了推送模式，因為推送模式對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求更低，避免了拉取模式要求的固定IP、穩(wěn)定公網(wǎng)環(huán)境等苛刻要求。為了滿足后期系統(tǒng)的擴展，本系統(tǒng)還預(yù)設(shè)了電源接口、RJ45網(wǎng)線接口、紅外信號接口和紅外濾光接口等常用擴展接口。

2.2 ?云端流媒體服務(wù)器設(shè)計

云端流媒體服務(wù)器設(shè)計的關(guān)鍵點和難點在于在線播放和在線編輯功能，而在線編輯功能也是以在線播放為基礎(chǔ)的。從目前的技術(shù)來看，一般可以選擇兩種方式來實現(xiàn)在線播放：一是先將云端視頻資源下載到本地，直到視頻傳輸完成后再進行播放，這種方式的核心在于視頻高速傳輸;二是通過客戶端軟件與云平臺建立連接，然后服務(wù)器會以數(shù)據(jù)流的形式將用戶需要的資源傳輸給用戶。可見，第二種方式才是真正意義上的在線播放，由于這種方式又可以分為順序流傳輸和實時流傳輸兩種方案，其中前者采用標準HTTP服務(wù)器來傳輸數(shù)據(jù)，在點播領(lǐng)域有較廣泛的應(yīng)用，但對于直播而言則無法滿足要求。因此本文采用實時流式傳輸，通過專用的傳輸協(xié)議來對現(xiàn)場的圖像進行實時傳輸，因而滿足在線編輯和現(xiàn)場直播的要求。

流媒體服務(wù)器基于阿里視頻云技術(shù)可以完成二次開發(fā)，對RTMP協(xié)議有很好的兼容性，也使第三方廠商的硬件接入更加方便，可以和前端采集硬件建立長連接。流媒體服務(wù)器底層技術(shù)采用FFMPEG，通過推模式發(fā)送碼流數(shù)據(jù)，實現(xiàn)高速傳輸。由于系統(tǒng)有多路傳輸?shù)奶厥庑枨螅虼吮仨氂幸粋€標識可以區(qū)分各路數(shù)據(jù)，本文為每一路視頻數(shù)據(jù)都指定了一個唯一的URL鏈接。用戶只需通過客戶端訪問該URL，即可完成向服務(wù)器端請求數(shù)據(jù)的過程，數(shù)據(jù)經(jīng)過RTMP協(xié)議傳輸?shù)奖镜睾螅龠M行解碼即可在線播放或轉(zhuǎn)發(fā)。為了支持多終端在線播放，云端流媒體服務(wù)器還設(shè)計了在線轉(zhuǎn)碼功能，通過RTMP上傳的視頻文件，經(jīng)過FFMPEG轉(zhuǎn)碼、轉(zhuǎn)封裝后變?yōu)槌Ｒ姷腍LS、FLV等格式，實現(xiàn)對多終端的兼容。

2.3 ?視頻播放客戶端設(shè)計

視頻播放客戶端安裝在用戶本地PC平臺上，它是基于開源流媒體播放器來開發(fā)設(shè)計的，一方面可以向云端服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請求，并建立連接，另一方面還可以對云端返回的碼流進行接收、解包、解碼和播放。客戶端與前端采集單元相對應(yīng)，支持HLS、FLV和RTMP等協(xié)議格式，可以實現(xiàn)多路碼流的同時傳輸和播放。顯然，除了傳輸系統(tǒng)的高性能要求之外，還需要客戶端具有較強的解碼能力，本系統(tǒng)采用了H.265視頻數(shù)據(jù)的軟解碼，由FFMPEG 完成客戶端所有視頻數(shù)據(jù)的解碼。客戶端可以由用戶將界面配置為多個小窗口，每個窗口對應(yīng)一個URL地址，各窗口后臺線程分別向服務(wù)器請求相應(yīng)的前端視頻圖像，最終實現(xiàn)多路視頻的采集、傳輸和播放。客戶端可以運行在智能手機、PC、OTT等多種終端系統(tǒng)上，視頻格式支持HLS、FLV、RTMP等多種常用格式。

3 ?多用戶同時在線編輯

為了擴展更多的應(yīng)用場合，充分利用阿里云的強大計算功能和智能化服務(wù)，使系統(tǒng)進一步實用化，本系統(tǒng)還在客戶端中集成了在線編輯功能，并且支持多用戶同時在線操作，實現(xiàn)了視頻云編輯的功能。為了避免多用戶同時向服務(wù)器請求數(shù)據(jù)造成的網(wǎng)絡(luò)堵塞，本文采用流媒體服務(wù)器來對所有的在線編輯服務(wù)器進行統(tǒng)一管理，對計算資源進行合理分配。同時充分利用分布式系統(tǒng)的計算能力，采用分布式技術(shù)解決大規(guī)模并發(fā)用戶請求的難題。當大量客戶端同時發(fā)來在線編輯請求時，由流媒體服務(wù)器動態(tài)分配相應(yīng)的計算機為其提供服務(wù)，各計算任務(wù)之間相互獨立，互不影響。當某個客戶端的在線編輯完成后，將自動釋放計算機資源，為其他用戶的計算提供了更多資源。這個方案雖然解決了多路傳輸?shù)膯栴}，但由于視頻是在云端進行編輯的，用戶無法像本次資源一樣隨意對視頻進行預(yù)覽，自然也很難知道編輯效果是否滿意。為此，充分利用了阿里云的人工智能服務(wù)，通過智能算法提取云端視頻圖像的邊緣輪廓，也就是關(guān)鍵幀和時間戳，由流媒體服務(wù)器將其傳回客戶端，使用戶可以對云端編輯視頻進行高保真度的預(yù)覽。為了記錄當前正在編輯的視頻文件和位置，采用集中式的拓撲索引服務(wù)器來動態(tài)記錄各進程的視頻編輯列表信息。

4 ?結(jié)束語

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展以及各種視頻傳輸業(yè)務(wù)的增長，視頻存儲已基本實現(xiàn)了較為成熟的云存儲體系，并且視頻服務(wù)器也逐漸向云端轉(zhuǎn)移。近年來，隨著云服務(wù)器性能和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的發(fā)展，各大互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)開始關(guān)注視頻的云編輯功能，云端技術(shù)的發(fā)展正在經(jīng)歷著一場前所未有的革命，并且推動著網(wǎng)絡(luò)視頻相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于云服務(wù)的視頻應(yīng)用體系成為未來互聯(lián)網(wǎng)和人工智能的重要發(fā)展方向。

參考文獻

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[3]朱婕.全媒體時代“云”編輯模式研究[D].北京：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2014.