廣東聯通三山核心機房視頻推流方案的優化與應用研究

摘要：人工智能（AI）、算力、云服務等技術的快速發展，以及安全管理需求的持續增長，使機房監控與運維模式面臨新的挑戰。本文基于廣東聯通三山核心機房視頻推流系統設備安全管理需求，深入分析了當前視頻采集與多平臺推流存在的問題，并提出了優化策略。通過引入視頻推流服務技術，顯著提升了系統運行效率和推流質量，解決了指揮調度、AI接入等多訪問需求。實驗結果表明，優化后的方案在帶寬利用率、延遲性能和運維效率等方面均取得明顯改善，為機房視頻監控管理提供了可靠的技術支撐。

關鍵詞：視頻推流；分布式采集；多平臺對接；協議適配；機房管理

引言

現今，視頻采集與管理已成為保障設備安全運行的重要手段，廣泛用于監控、調度、指揮、自動監測等生產用途，而在信息技術快速發展的背景下，機房安全管理對視頻監控系統提出了更高要求[1]。作為華南地區重要的網絡節點，廣東聯通三山核心機房面臨如何高效支撐機房視頻監控和多平臺推流的重大挑戰。當前，三山核心機房在視頻管理方面存在傳統集中式架構難以應對高并發采集需求、網絡資源利用不均衡、單一推流策略難以適應多平臺接入訪問等問題，出現多訪問連接掉線、畫質變差、攝像槍發熱嚴重、攝像槍壽命變短等問題。同時，結合數字化、智能化管理的需要，需要增加的人工智能（AI）接入、系統智能聯動調度等受到了限制。本文針對這些問題，提出了一套綜合優化方案，旨在提升視頻采集效率和推流質量，為機房安全運維提供更可靠的視頻保障。

1. 機房視頻推流系統概述

廣東聯通三山核心機房位于佛山聯通數據中心，其視頻推流方案是為滿足機房安全管理和多平臺監控需求而設計，以解決多終端、多服務器、上電視墻、本地調度、省遠程指揮、AI訪問等需求。該方案以推流服務器為核心，將存儲與訪問分開，以確保NVR存儲的安全性。在訪問方面，將前端視頻流通過網絡傳輸到流媒體服務器，服務器接收并緩存這些媒體流，然后根據不同平臺及監控終端的請求進行分發，以確保多訪問下的視頻連接、畫質、帶寬占用等穩定且高效。該機房視頻管理應用模式是目前廣東聯通在機房中探索創新的首個應用案例。

2. 視頻推流服務架構在多用戶視頻監控中的流程

視頻推流服務架構通過將前端視頻流分流實時傳輸至流媒體服務器、級聯網關、視頻存儲設備，實現視頻內容的接收、緩存、分發、復制，以及帶寬優化與負載均衡等，如圖1所示。在這一過程中，流媒體服務器接收并緩存前端設備傳來的視頻流，并根據客戶端的請求，將緩存的視頻流進行分發。視頻推流服務架構采用了高效的復制算法，能夠將一路音視頻流復制成多路，以滿足多個客戶端的并發訪問需求，從而顯著降低網絡帶寬的占用[2]。

2.1 視頻流的接收與緩存

在視頻推流服務架構中，流媒體服務器首先從前端設備接收視頻流，并對其進行緩存處理。這一步驟不僅確保了視頻流的連續性和穩定性，還為后續的分發提供了可靠的基礎。通過緩存機制，流媒體服務器能夠在短時間內應對大量客戶端的并發請求，從而提高系統的響應速度和穩定性[3]。

2.2 視頻流的分發與復制

當有多個用戶同時訪問同一監控點的視頻資源時，流媒體服務器會根據上級平臺及監控終端的請求，將緩存的視頻流分發至相應的客戶端。在這一過程中，流媒體服務器通過高效的復制算法，將一路音視頻流復制成多路，以滿足多個用戶的并發訪問需求。這種復制方式不僅避免了重復從前端設備取流帶來的帶寬浪費，還提高了視頻傳輸的效率和質量[4]。

2.3 帶寬優化與負載均衡

流媒體服務器通常具備強大的帶寬管理和負載均衡功能。通過智能調度算法，服務器能夠優化帶寬的分配，確保每個客戶端都能獲得足夠的帶寬資源，從而實現流暢的視頻播放。同時，負載均衡功能還能夠有效防止服務器過載，提高系統的穩定性和可靠性[5]。

3. 視頻推流服務架構的優化策略與實踐

3.1 提高視頻壓縮效率

視頻壓縮是流媒體技術中的關鍵環節之一。本應用將三山核心機房原使用的視頻壓縮算法H.264優化為H.265，可以在保證視頻質量的前提下，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量下，H.265能夠以更低的比特率傳輸視頻，通常能夠節省30%至50%的帶寬，由于壓縮效率的提升，H.265在存儲視頻數據時所需的硬盤空間也相應減少；同時H.265具有較強的兼容性和靈活性，可以與各種傳輸網絡和設備兼容。這意味著用戶可以在不同的設備和平臺上流暢地播放H.265編碼的視頻，滿足三山核心機房的視頻轉發需求。

3.2 優化網絡傳輸協議

選擇合適的網絡傳輸協議對于提高流媒體傳輸效率至關重要。RTMP、HLS等協議因其良好的實時性和穩定性，在流媒體傳輸中得到了廣泛應用。然而，不同的應用場景對傳輸協議的要求也不同。因此，在本次應用中，根據具體需求選擇合適的傳輸協議，并進行相應的優化調整。例如，針對低延遲需求的應用場景，可以選擇RTMP協議；而針對跨平臺兼容性和高可靠性的需求，則可以選擇HLS協議[6]。

3.3 增強服務器性能

流媒體服務器的性能直接影響視頻傳輸的質量和效率。因此，本次應用通過增加服務器的硬件配置來提升服務器的處理能力，并通過優化軟件算法來進一步提高服務器的性能，同時采用分布式架構和負載均衡技術手段進一步提升系統的穩定性和可擴展性。

3.4 智能調度與資源分配

為了進一步提高流媒體傳輸的效率和用戶體驗，本次應用流媒體服務管理系統進行智能調度和資源分配機制。通過實時監測網絡狀況、客戶端需求等信息，流媒體服務管理系統能夠動態調整傳輸策略和資源分配方案。例如，在網絡狀況不佳時，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，可以優先分配更多的帶寬資源給這些客戶端。這種智能調度和資源分配機制能夠確保視頻傳輸的流暢性和穩定性，從而提升用戶體驗[7]。

3.5 安全保護

在多用戶視頻監控資源訪問中，安全保護是不可忽視的重要環節。通過隱私保護策略，確保視頻流在傳輸過程中的安全性和隱私性，系統采用訪問控制和身份驗證機制來防止未經授權的訪問和泄露。

3.6 優化多平臺訪問問題

廣東聯通三山核心機房在“房基礎設施資源實時智能網業聯動系統研究項目”的推進中，涉及研發平臺推流需求、平臺電腦上電視墻需求、施工視頻管理需求、智能故障分析和消防智能聯動需求等，對本地視頻系統的多路推流及視頻流的穩定性及質量提出了新的挑戰[8]。傳統的分流結構，從視頻前端進行分流，視頻前端一般只支持七路分流，并且在達到三路及以上分流時，通常會出現視頻流質量下降、視頻前端設備發熱、視頻流掉線等問題，無法滿足多平臺及客戶端的推流需求，影響視頻監控管理及硬件安全[9]。

本應用為解決廣東聯通三山核心機房的多路推流、視頻流穩定性及質量要求的需求，應用視頻推流服務架構，采用流媒體服務轉發模式，利用流媒體服務器處理轉發能力以及管理系統的智能調度與資源分配，可在滿足多平臺及客戶端推流需求的前提下，保障視頻流的穩定性、實時性以及視頻質量[10]。

4. 在AI視頻的發展下，視頻推流服務架構的應用展望

視頻推流服務在AI視頻系統建設中扮演著至關重要的角色，其高效性、穩定性和靈活性直接決定了AI分析平臺的性能和用戶體驗。盡管面臨網絡帶寬、數據安全、計算資源等挑戰，但隨著5G、邊緣計算、區塊鏈等新技術的應用，視頻推流服務將在未來AI視頻系統中發揮更大的價值，推動智能化應用的進一步發展。

AI視頻在安防監控領域的應用將朝著更加智能化、高效化和全面升級的方向發展。首先，智能化將是AI視頻在安防監控領域的重要趨勢。通過深度學習、計算機視覺等先進技術的加持，AI視頻將能夠實現對監控畫面的實時分析和精準識別。無論是人臉、車輛，還是其他關鍵物體，AI都能在短時間內進行準確識別，并自動進行分類和標注。這種智能化的識別能力將大大提高安防監控的準確性和效率，使得監控人員能夠更快地發現和處理異常情況。其次，高效化也是AI視頻在安防監控領域的重要發展方向。傳統的安防監控系統往往需要大量的人力物力進行維護和監控，而AI視頻的引入將大大減輕這一負擔。通過智能化的預警和響應機制，AI視頻能夠在發現異常情況時自動觸發報警，并將相關信息實時推送給監控人員。這樣，監控人員就可以在第一時間對異常情況做出反應，并采取必要的措施進行處理。此外，AI視頻還可以通過數據分析和預測，對潛在的安全風險進行預警，從而進一步提高安防監控的效率。

除了智能化和高效化，AI視頻在安防監控領域的全面升級也將成為可能。隨著技術的不斷進步，AI視頻將逐漸從單一的監控功能向多元化的安防服務拓展。此外，AI視頻還可以與大數據分析相結合，對監控數據進行深入挖掘和分析，為用戶提供更加全面的安防服務。在未來，AI視頻在安防監控領域的應用還將面臨一些挑戰和機遇。例如，如何保障隱私和數據安全，如何在保證監控質量的同時降低算法復雜度，以及如何將AI視頻與其他安防技術進行深度融合和協同創新等。

目前，作為三山核心機房上級的佛山聯通已形成了AI技術在視頻分析中的應用方案，結合機房的生產場景和機樓的流媒體視頻系統解決了AI接入訪問的問題，為研發機房AI自動檢測模塊，實現機樓的人臉識別、入侵防范、施工作業監控、安全作業、消防安全等自動識別檢測，以及智能分析、統計、管理，奠定了基礎底座，這將進一步提升機樓的數字化、智能化管理水平，強化機房安全管理能力。

結語

本方案針對廣東聯通三山核心機房視頻推流系統進行優化與升級，通過流媒體服務器的接收、緩存和分發功能，以及優化策略的實施，有效解決了傳統架構面臨的諸多問題。實驗結果表明，優化后的方案在各項關鍵指標上均取得了顯著提升，實現了三山核心機房多平臺的穩定、高質量推流服務，為機房安全管理和遠程運維提供了有力支撐。

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