基于視頻網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)容緩沖和智能傳輸策略的研究

古小豐

（重慶市公安局兩江新區(qū)分局 重慶市 401122）

1 引言

隨著平安城市和智慧交通的建設(shè)升級，視頻高清化和視頻圖像的深度應(yīng)用逐步成為整個監(jiān)控行業(yè)的潮流，傳統(tǒng)視頻網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，為了支撐新建前端的接入、轉(zhuǎn)發(fā)、存儲以及滿足實(shí)戰(zhàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用主要采用橫向擴(kuò)展服器、網(wǎng)絡(luò)、存儲的方案，這種方案往往存在成本高、擴(kuò)展性差、不宜維護(hù)的特點(diǎn)，而且無法保障提供的視頻是高質(zhì)量、低延時、快接入的；加大了視頻深度應(yīng)用系統(tǒng)對接的難度和冗余度，不利于公安實(shí)戰(zhàn)化產(chǎn)品的應(yīng)用和普及，基于此本文提出的流媒體服務(wù)器內(nèi)容緩沖和智能傳輸策略保障視頻接入是高質(zhì)量、低延時、快接入的。

2 視頻內(nèi)容緩沖技術(shù)

結(jié)合圖1具體說明本研究提供的數(shù)據(jù)緩存策略和智能丟包策。

（1）判斷關(guān)鍵幀間隔：流媒體服務(wù)器收到媒體數(shù)據(jù)后根據(jù)數(shù)據(jù)包頭判斷數(shù)據(jù)幀的類型，自動判斷關(guān)鍵幀間隔；并根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求存儲至少兩個以上關(guān)鍵幀數(shù)據(jù)；

（2）配置緩存隊(duì)列：對于延時要求低的場景，在保證關(guān)鍵幀的情況下，對每個隊(duì)列僅維持至多兩個畫面的緩存隊(duì)列，對卡頓要求高的場景中，適當(dāng)增加緩存隊(duì)列長度以保證播放的流暢；

（3）網(wǎng)絡(luò)智能檢測：視頻數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)矫襟w接收端，媒體分發(fā)服務(wù)器根據(jù)數(shù)據(jù)包到達(dá)時間計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)傳輸情況，通過實(shí)時傳輸控制協(xié)議（RTCP）反饋給前端設(shè)備，前端設(shè)備根據(jù)反饋的信息動態(tài)調(diào)整編碼參數(shù)；

（4）服務(wù)端智能丟包：服務(wù)端周期監(jiān)控所有連接的緩沖隊(duì)列的長度，隊(duì)列長度與時間形成一個離散的函數(shù)關(guān)系，后端通過分析這個離散函數(shù)，采用逐步丟幀的策略，使得用戶的感知最小，平滑的逐步縮小延時的效果，保障視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量。

3 數(shù)據(jù)智能傳輸技術(shù)

結(jié)合圖2具體說明本研究提供的數(shù)據(jù)智能傳輸機(jī)制。

全局負(fù)載均衡技術(shù)完成用戶的就近接入，選取最優(yōu)的媒體轉(zhuǎn)發(fā)單元，實(shí)現(xiàn)媒體數(shù)據(jù)的最短路徑的傳輸，基于視頻專網(wǎng)提供所適合的媒體傳輸機(jī)制，最大程度的減少了傳輸通道建立的復(fù)雜度，降低了視頻內(nèi)容的延時。

（1）鑒權(quán)服務(wù)器啟動時，從數(shù)據(jù)庫中獲取本地所有中心管理服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)地址信息，根據(jù)中心管理服務(wù)器的狀態(tài)對網(wǎng)絡(luò)地址信息實(shí)時更新；

（2）鑒權(quán)服務(wù)器監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)地址列表中的所有中心管理服務(wù)，從中心管理模塊獲取其所有路由信息放至緩存和數(shù)據(jù)庫中；

（3）用戶向配置的鑒權(quán)服務(wù)器發(fā)起一個HTTP的連接請求，HTTP數(shù)據(jù)包含有該用戶的鑒權(quán)信息和地址信息；

（4）鑒權(quán)服務(wù)器收到HTTP連接請求后，從HTTP消息體中提取IP信息和鑒權(quán)信息，并對用戶進(jìn)行合法性檢驗(yàn)；

（5）鑒權(quán)服務(wù)器通過提取到的用戶IP地址信息與緩存中的中心管理服務(wù)器路由表信息進(jìn)行比較，通過DNS和路由表信息的匹配找到該IP對應(yīng)的中心管理服務(wù)器；

（6）若獲取到多個匹配成功的中心管理服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，則優(yōu)先提供用戶負(fù)載數(shù)目最小的節(jié)點(diǎn)；若未獲取到匹配成功的節(jié)點(diǎn)，則往頂級鑒權(quán)服務(wù)器上發(fā)起查詢；

（7）鑒權(quán)服務(wù)器將該用戶與此中心管理服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的路由信息記錄至緩存中，下一個相同網(wǎng)絡(luò)段的用戶再來查詢的時候就可以利用改緩存快速的查詢出來，減少計(jì)算的復(fù)雜度；

（8）用戶通過獲取到中心管理服務(wù)器URL與之建立基于視頻會話，向中心管理服務(wù)器發(fā)出視頻瀏覽的請求；

（9）中心管理服務(wù)器收到用戶的視頻請求后，從其管理的流媒體服務(wù)器列表中為其分配空閑的媒體分發(fā)服務(wù)進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；若之前已經(jīng)有用戶申請了相同的視頻源，則為其分配相同的流媒體服務(wù)器，減少前端鏈路的連接數(shù)和網(wǎng)絡(luò)冗余；

（10）基于視頻網(wǎng)的特點(diǎn)，不太適合用RTMP、HLS、HDL等高延時的協(xié)議，本案用戶與媒體分發(fā)單元之間采用UDP over RTP的方式傳輸數(shù)據(jù)，并提供RTCP來配合使用，提高視頻內(nèi)容的實(shí)時性和有效性。

4 實(shí)施方法

圖1：數(shù)據(jù)緩存策略和智能丟包策

圖2：數(shù)據(jù)智能傳輸技術(shù)

圖3：實(shí)施方法

為了使本研究的技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于監(jiān)控系統(tǒng)的視頻內(nèi)容緩沖合傳輸策略優(yōu)化實(shí)施方法，所述方法包括：

用戶根據(jù)默認(rèn)設(shè)置的配置文件連接到鑒權(quán)服務(wù)器，并發(fā)起用戶登陸請求；

鑒權(quán)服務(wù)器收到用戶的連接請求后，進(jìn)行合法性校驗(yàn)后，根據(jù)就近接入原則，找到本地空閑中心管理服務(wù)器URL，并將URL返回給用戶；

用戶根據(jù)鑒權(quán)服務(wù)器返回的中心管理服務(wù)器URL，連接到對應(yīng)的中心管理服務(wù)器，并發(fā)起實(shí)時視頻瀏覽的請求；

中心管理服務(wù)器收到用戶的視頻瀏覽請求后，通過全局均衡負(fù)載機(jī)制找到最短媒體接入路徑；

用戶通過UDP協(xié)議與分配的流媒體服務(wù)器建立媒體連接，媒體分發(fā)模塊通過RTP協(xié)議完成視頻數(shù)據(jù)的傳輸；

流媒體服務(wù)器通過數(shù)據(jù)幀緩存功能，保障每一路視頻收到的視頻幀序列總是以I幀開頭的；通過檢測網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀態(tài)實(shí)現(xiàn)智能丟包功能。

5 結(jié)束語

本研究實(shí)現(xiàn)了海量視頻資源的動態(tài)接入和服務(wù)資源的動態(tài)分配，使得視頻監(jiān)控系統(tǒng)的擴(kuò)展性和可用性極大的提高，系統(tǒng)的維護(hù)成本也得到降低；采用合理的媒體鏈路創(chuàng)建和管理技術(shù)，簡化了媒體創(chuàng)建和管理的效率；采用智能緩存策略大大的提高了系統(tǒng)的視頻服務(wù)的穩(wěn)定性，減少了視頻卡頓和黑屏的概率；采用智能丟包策略，減輕了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的壓力，同時為用戶體用了更好播放體驗(yàn)，提升公安民警的工作水平和辦事效率。