“E視界”視頻綜合服務(wù)運(yùn)營平臺(tái)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

李海健

1引言

多媒體應(yīng)用目前是3G時(shí)代的主流應(yīng)用，視頻業(yè)務(wù)已成為各大運(yùn)營商增值業(yè)務(wù)的熱點(diǎn)，包括視頻直播、點(diǎn)播、手機(jī)電視、會(huì)議直播等。中國電信、中國聯(lián)通打著3G的旗號(hào)，正在大力推廣各自的視頻應(yīng)用類業(yè)務(wù)，視頻應(yīng)用業(yè)務(wù)市場(chǎng)之戰(zhàn)已經(jīng)打響。

中國移動(dòng)的3G TD網(wǎng)絡(luò)建設(shè)還不完善，為了在視頻應(yīng)用市場(chǎng)爭(zhēng)取得一定市場(chǎng)份額，迫切需要一種能夠在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)和未來TD網(wǎng)絡(luò)條件下，可滿足用戶手機(jī)需求的視頻服務(wù)技術(shù)。中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司中山分公司作為廣東移動(dòng)無線城市的試點(diǎn)單位，在現(xiàn)有GSM+TD+WIFI三網(wǎng)合一的條件下，憑借豐富的視頻業(yè)務(wù)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，自主研發(fā)成功具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“E視界”視頻綜合服務(wù)平臺(tái)，并成功應(yīng)用在了中山公安視頻監(jiān)控、無線城市業(yè)務(wù)和中山服務(wù)廳服務(wù)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控上，同時(shí)通過無線城市展廳，向集團(tuán)、省公司等各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行了展示，獲得高度評(píng)價(jià)和認(rèn)可。

2“E視界”視頻綜合服務(wù)運(yùn)營平臺(tái)背景

視頻應(yīng)用類綜合服務(wù)需求不斷增長(zhǎng)：在“平安城市”工程、技術(shù)和成本的改善以及奧運(yùn)會(huì)、世博會(huì)等的推動(dòng)下，中國視頻監(jiān)控市場(chǎng)快速發(fā)展，傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控市場(chǎng)逐步萎縮，而數(shù)字監(jiān)控逐步成為主流，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控穩(wěn)步增長(zhǎng)。網(wǎng)絡(luò)化、個(gè)人化和智能化將是中國視頻監(jiān)控市場(chǎng)重要的發(fā)展趨勢(shì)，視頻監(jiān)控的應(yīng)用也將逐步趨廣。

這種新型的互動(dòng)多媒體增值業(yè)務(wù)的應(yīng)用，對(duì)業(yè)務(wù)模式比較固定的電信運(yùn)營商來說，無疑是一場(chǎng)考驗(yàn)。作為一個(gè)電信運(yùn)營商，涉足新型的信息化業(yè)務(wù)市場(chǎng)是本身轉(zhuǎn)型的需要，而開拓多媒體視頻類業(yè)務(wù)市場(chǎng)也是中國移動(dòng)在日益嚴(yán)峻的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中開展全業(yè)務(wù)拓展的選擇之一。

從傳統(tǒng)的運(yùn)營業(yè)務(wù)模式到新的運(yùn)營模式，電信行業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)全新的轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)，包括技術(shù)架構(gòu)、新型業(yè)務(wù)、運(yùn)營模式的轉(zhuǎn)型，以及由傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)到互聯(lián)網(wǎng)的轉(zhuǎn)型等全方位的轉(zhuǎn)變。在轉(zhuǎn)型的過程中，電信運(yùn)營商只有開發(fā)出更新鮮更豐富的綜合增值服務(wù)，才能抓住更廣闊的市場(chǎng)與用戶群，不斷發(fā)展，創(chuàng)造價(jià)值。

3“E視界”視頻綜合服務(wù)運(yùn)營平臺(tái)的架構(gòu)

如圖1所示，“E視界”平臺(tái)具有的功能非常豐富：

視頻展示多樣：具備豐富完善的視頻調(diào)看、巡航、輪巡、定時(shí)作業(yè)、錄像、拍照等功能。

用戶管理嚴(yán)密：提供基于角色、職權(quán)等多種管理模式，具備PIN碼硬件認(rèn)證，權(quán)限分配具體到每個(gè)區(qū)域、通道、菜單；提供詳盡的日志功能。

設(shè)備管理便利：遠(yuǎn)程批量配置，定時(shí)狀態(tài)巡檢和報(bào)障。

GIS界面友好：內(nèi)嵌GIS優(yōu)秀的直觀的信息呈現(xiàn)界面。

3.1視頻監(jiān)控管理軟件基本功能

該軟件具備現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)常見的所有功能，且在其業(yè)務(wù)流程中內(nèi)嵌移動(dòng)的短信、彩信功能為客戶提供各種主動(dòng)智能服務(wù)；還可以提供標(biāo)準(zhǔn)接口與客戶自身的多種平臺(tái)、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，提供豐富的業(yè)務(wù)功能。

主要功能如下：

(1)實(shí)時(shí)圖像監(jiān)視功能

用戶可選擇前端的任一攝像機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，能夠靈活方便地做到：對(duì)每臺(tái)變焦攝像機(jī)的鏡頭進(jìn)行變倍、聚焦控制；對(duì)全方位云臺(tái)進(jìn)行各種方向的控制和操作；直接在畫面上進(jìn)行遠(yuǎn)方控制操作；通過鍵盤控制，對(duì)攝像機(jī)視角、方位、焦距、光圈、景深進(jìn)行調(diào)整；通過RS485總線，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的高速智能球型攝像機(jī)的控制，使球機(jī)直接接到預(yù)置的方向和觀察角度。

(2)報(bào)警及報(bào)警聯(lián)動(dòng)

用戶可以設(shè)置報(bào)警時(shí)自動(dòng)錄像以及控制輸出設(shè)備的聯(lián)動(dòng)方式，可以根據(jù)需要進(jìn)行布防。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)操作員信息及操作時(shí)間、報(bào)警設(shè)備信息及報(bào)警時(shí)間等信息自動(dòng)存檔；實(shí)現(xiàn)與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等警用系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。監(jiān)控前端能自動(dòng)打開聲光等報(bào)警聯(lián)動(dòng)設(shè)備，并發(fā)送相關(guān)的報(bào)警信息至服務(wù)器；報(bào)警時(shí)，授權(quán)遙控監(jiān)視點(diǎn)能在0.2秒內(nèi)自動(dòng)彈出報(bào)警信息窗口和發(fā)出聲音提示，并顯示報(bào)警點(diǎn)的具體位置、報(bào)警類型及現(xiàn)場(chǎng)圖像，并存儲(chǔ)相關(guān)攝像機(jī)的圖像及聯(lián)動(dòng)錄像等，便于事故處理與分析。

(3)字符疊加

用戶可以在監(jiān)控畫面中疊加文字信息，包括攝像機(jī)編號(hào)、地名、當(dāng)前日期、時(shí)間等。

(4)電子地圖

系統(tǒng)應(yīng)提供與GIS管理平臺(tái)的接口，實(shí)現(xiàn)“直接在地圖上指揮”的業(yè)務(wù)需求。以最新的技術(shù)，將電子地圖與數(shù)字視頻圖像完全融合在一起，用戶通過簡(jiǎn)單的點(diǎn)擊可直接查看地圖上某個(gè)位置的圖像。現(xiàn)場(chǎng)地圖可以是圖片，區(qū)域地圖，建筑物布置圖，樓層平面圖；多個(gè)地圖按分層順序進(jìn)行組織；在地圖上可放置攝像機(jī)圖標(biāo)，用戶通過點(diǎn)擊圖標(biāo)，可快速選擇所要觀察的監(jiān)視點(diǎn)。對(duì)用戶來講，只有一個(gè)統(tǒng)一的視頻監(jiān)控管理平臺(tái)的界面。

(5)硬盤錄像

系統(tǒng)可同時(shí)進(jìn)行多路圖像的實(shí)時(shí)錄像。錄像時(shí)間可以設(shè)定。錄像采用數(shù)字硬盤錄像并具備回放功能；回放時(shí)不影響錄像；回放速度等都可調(diào)。歷史圖像的存儲(chǔ)與查詢通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行。

(6)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控

多個(gè)監(jiān)控終端同時(shí)觀看同一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)圖像。根據(jù)權(quán)限設(shè)置確定控制權(quán)，權(quán)限相同時(shí)，第一監(jiān)控人獲得控制權(quán)，權(quán)限不同時(shí)，高權(quán)限用戶獲得控制權(quán)。系統(tǒng)具有自動(dòng)檢錯(cuò)功能，能避免通信干擾及誤碼帶來的影響；系統(tǒng)具有自診斷和實(shí)時(shí)自恢復(fù)功能，能對(duì)系統(tǒng)突發(fā)的異常自診斷、告警和自我恢復(fù)；系統(tǒng)采用流媒體分發(fā)方式，有效地降低了網(wǎng)絡(luò)的擁塞。系統(tǒng)有效地隔離內(nèi)外網(wǎng)，防止來自外部網(wǎng)絡(luò)病毒和黑客攻擊。

(7)用戶管理

網(wǎng)絡(luò)客戶端采用集中管理模式，統(tǒng)一管理設(shè)置參數(shù)、權(quán)限等；系統(tǒng)管理員具有最高權(quán)限，能對(duì)相關(guān)人員的權(quán)限和初始口令進(jìn)行設(shè)置，能設(shè)置操作人員的連接權(quán)限、控制權(quán)限、管理登記等使用權(quán)限；終端用戶對(duì)監(jiān)控軟件和設(shè)備的操作記錄將自動(dòng)存檔，并且不能刪除修改。3,2視頻編碼方式技術(shù)領(lǐng)先，效率高，時(shí)延小

開發(fā)手機(jī)視頻監(jiān)控模塊。通過自主研發(fā)的增強(qiáng)型H.264(EH.264)編碼解碼技術(shù)是在當(dāng)今流行的視頻編解碼技術(shù)H.264／AVC的基礎(chǔ)上，結(jié)合多種針對(duì)無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)而做增強(qiáng)改進(jìn)的算法于一體的新一代編解碼技術(shù)，具有比以往標(biāo)準(zhǔn)更出色的性能。與標(biāo)準(zhǔn)的H.264或MPEG-4相比，在同樣質(zhì)量下，其數(shù)碼率能降低一半左右；或者說在同樣碼率下，其信噪比明顯提高；而且具有良好的網(wǎng)絡(luò)親和性，特別是對(duì)于IP互聯(lián)網(wǎng)、無線移動(dòng)網(wǎng)等易誤碼、易阻塞、Qos不易保證的網(wǎng)絡(luò)，使用增強(qiáng)型H.264編碼技術(shù)使“E視界”手機(jī)視頻傳輸性能有明顯的改善。

(1)EH.264編碼原理(如圖2所示)

(2)技術(shù)指標(biāo)

◆主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)

從主觀視覺上評(píng)價(jià)本系統(tǒng)實(shí)際效果。選取營業(yè)廳中，既包括細(xì)節(jié)不豐富的圖像，如A營業(yè)廳，又包含有豐富細(xì)節(jié)的圖像，如B營業(yè)廳，在平均碼率為56kbps碼率的條件下，采用E-H.264進(jìn)行編碼處理。其主觀視覺效果如圖3、圖4所示。

從圖3、圖4可以看出，在較低碼率的情況下，E-H.264能取得良好的主觀視覺質(zhì)量。在圖像較為平坦的區(qū)域(比如營業(yè)廳A)，E-H.264的塊效應(yīng)消除效果明顯。同時(shí)，在圖像細(xì)節(jié)豐富的區(qū)域(比如營業(yè)廳B)，

E-H.264較好地保護(hù)了圖像的邊緣和紋理，較少地引入新的模糊，獲得了良好視覺效果。

◆客觀質(zhì)量評(píng)價(jià)

從客觀指標(biāo)上評(píng)價(jià)本系統(tǒng)實(shí)際效果。下面采用流行的峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio，PSNR)和斜率均方差(mean squared difference of slope，MS-DS)作為評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的客觀標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

分析表1可知，在較低碼率條件下，E-H.264對(duì)包含豐富細(xì)節(jié)的圖像及細(xì)節(jié)不豐富的圖像均能取得良好的PSNR和MSDS結(jié)果。

4“E視界”視頻綜合服務(wù)運(yùn)營平臺(tái)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

4.1自主研發(fā)的增強(qiáng)型H.264(EH.264)編碼解碼技術(shù)

自主研發(fā)的增強(qiáng)型H.264(EH.264)編碼解碼技術(shù)是在當(dāng)今流行的視頻編解碼技術(shù)H.264／AVC的基礎(chǔ)上，結(jié)合多種針對(duì)無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)而做增強(qiáng)改進(jìn)的算法于一體的新一代編解碼技術(shù)，其中包括：基于結(jié)構(gòu)相似度的快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)、多模式自適應(yīng)環(huán)路濾波、增強(qiáng)前向糾錯(cuò)、RCPC信道編碼非平等誤碼保護(hù)及FM0碼流率失真優(yōu)化調(diào)度等技術(shù)。在目前網(wǎng)絡(luò)條件(GSM+TD)，基于加強(qiáng)版H.264手機(jī)視頻編碼技術(shù)保證了高清晰的手機(jī)視頻畫面。“E視界”手機(jī)視頻監(jiān)控效果明顯優(yōu)于市場(chǎng)上同類型產(chǎn)品。

(1)基于結(jié)構(gòu)相似度的快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)

與傳統(tǒng)壓縮標(biāo)準(zhǔn)相比，H.264雖然具有更高的壓縮性能，但其編碼復(fù)雜度的大幅增加限制了它的實(shí)時(shí)應(yīng)用。為此，E-H.264采用一種基于結(jié)構(gòu)相似度的快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法(FM EBSS)。該算法利用結(jié)構(gòu)相似度的特性，通過在運(yùn)動(dòng)估計(jì)過程中設(shè)置閾值，減少不必要的運(yùn)動(dòng)搜索點(diǎn)，簡(jiǎn)化復(fù)雜的搜索模式，從而達(dá)到了減小運(yùn)動(dòng)估計(jì)復(fù)雜度、改善壓縮性能的目的。實(shí)際使用結(jié)果表明，在保證壓縮質(zhì)量不下降的前提下，該算法可以有效節(jié)約編碼時(shí)間，同時(shí)壓縮比也得以改善。如圖5所示。

(2)多模式自適應(yīng)環(huán)路濾波

傳統(tǒng)基于塊的視頻編碼系統(tǒng)在碼率相對(duì)較低的視頻編碼時(shí)總會(huì)產(chǎn)生塊效應(yīng)現(xiàn)象。為此E-H.264采用一種基于多模式的快速環(huán)路濾波算法。該算法根據(jù)H.264中特有的編碼信息，將圖像塊邊界分為五種不同的濾波模式，針對(duì)每種模式的特點(diǎn)采用相應(yīng)的濾波技術(shù)，并且利用圖像的空間相關(guān)性提出了一種快速的邊緣強(qiáng)度判別方法。

(3)增強(qiáng)前向糾錯(cuò)

為了在無線網(wǎng)絡(luò)中支持H.264視頻業(yè)務(wù)傳輸，E-H.264采用了一種增強(qiáng)的前向糾錯(cuò)算法(EFEC)。EFEC通過接收端發(fā)送的反饋信息決定是否采用EFEC傳輸數(shù)據(jù)，且不會(huì)因?yàn)榉答佇畔⒌膩G失而停止數(shù)據(jù)傳輸；同時(shí)EFEC根據(jù)網(wǎng)絡(luò)誤比特率調(diào)整附加數(shù)據(jù)信息的長(zhǎng)度。實(shí)際使用效果表明，EFEC能自動(dòng)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，采取合適的編碼強(qiáng)度與較小的冗余信息，顯著地提高H.264視頻業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量。如圖6所示。

(4)RCPC信道編碼非平等誤碼保護(hù)

為了提高壓縮碼流在無線信道中傳輸?shù)目煽啃裕珽-H.264采用了基于RCPC(Rate Compatible PuncturedConvolutional)信道編碼的非平等誤碼保護(hù)方案，在保證編碼效率的前提下，使視頻信息在無線信道傳輸過程中具有更強(qiáng)的抗差錯(cuò)能力。

(5)FMO碼流率失真優(yōu)化調(diào)度

相對(duì)于TCP，UDP的及時(shí)性更好，但分組丟失使其不能直接應(yīng)用于流媒體傳輸。E-H.264采用了FMO碼流率失真優(yōu)化調(diào)度算法。該算法根據(jù)UDP信道變化調(diào)整傳輸參數(shù)，獲得最小的傳輸率失真。

(6)雙緩沖視頻傳輸控制協(xié)議

系統(tǒng)采用了雙緩沖視頻傳輸控制協(xié)議，在手機(jī)客戶端開辟兩個(gè)緩沖隊(duì)列，一個(gè)是播放緩沖區(qū)，一個(gè)是下載緩沖區(qū)，當(dāng)下載滿一個(gè)緩沖區(qū)后，該緩沖區(qū)設(shè)置為播放緩沖區(qū)，下載緩沖區(qū)轉(zhuǎn)向另一個(gè)。播放線程和下載線程按視頻幀的次序交替執(zhí)行，有效解決了因無線通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)速不穩(wěn)定而引起的播放速度和下載速度不匹配的問題。

4.2嵌入移動(dòng)公司特色業(yè)務(wù)模塊，可使用USB攝像頭，價(jià)格低廉

平臺(tái)內(nèi)部嵌入移動(dòng)特色的短信、彩信、電話、139郵箱、網(wǎng)絡(luò)語音對(duì)講等通信服務(wù)。結(jié)合移動(dòng)公司自身特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)異常情況，自動(dòng)或者手動(dòng)調(diào)用通信發(fā)送模塊，將情況通知給相關(guān)聯(lián)系人，嵌入式功能設(shè)計(jì)方便易用，符合客戶使用習(xí)慣。

USB攝像頭價(jià)格低廉，利用家庭固有的各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可以用低廉的價(jià)格(150元以下)實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控功能。

4.3兼容視頻行業(yè)內(nèi)所有主流產(chǎn)品，集成服務(wù)能力強(qiáng)

市場(chǎng)上主流視頻服務(wù)提供商采用的都是硬編碼技術(shù)，每一路視頻轉(zhuǎn)換成本2000至4000元不等，“E視界”平臺(tái)完全軟編碼，成本最低，不受license限制，免除了后續(xù)受到視頻服務(wù)合作上的捆綁限制。不同于目前市場(chǎng)上主流的視頻監(jiān)控產(chǎn)品采用的硬件芯片編解碼方式，采用軟件對(duì)視頻流進(jìn)行編碼，可以使用客戶原有的硬件設(shè)備。同時(shí)軟編碼適配性高，可兼容?？?、大華、景陽等視頻監(jiān)控行業(yè)內(nèi)主流廠家的設(shè)備。其它設(shè)備在廠家開放協(xié)議情況下，也可實(shí)現(xiàn)直接接入。

5“E視界”視頻綜合服務(wù)運(yùn)營平臺(tái)的實(shí)施效果

擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“E視界”視頻綜合服務(wù)運(yùn)營平臺(tái)已經(jīng)在中山公安視頻監(jiān)控項(xiàng)目、中山水利局水文監(jiān)控項(xiàng)目、中山移動(dòng)服營廳以及通信機(jī)房監(jiān)控等多個(gè)項(xiàng)目上成功進(jìn)行了應(yīng)用。

其中中山公安視頻監(jiān)控項(xiàng)目視頻清晰、操作便易，對(duì)社會(huì)治安綜合治理提供了強(qiáng)大支持，成為全省公安系統(tǒng)的樣板工程。如圖7、圖8所示。

我們將“E視界”系統(tǒng)部署在中山移動(dòng)服營斤安防系統(tǒng)中，使用該系統(tǒng)進(jìn)行中山移動(dòng)整個(gè)行政辦公區(qū)域和所有服營廳及通信機(jī)房的安防監(jiān)控工作，可以通過集中視頻、Web視頻和手機(jī)視頻等全方位進(jìn)行監(jiān)控，特別在使用手機(jī)監(jiān)控視頻時(shí)，圖像清晰度明顯高于目前其他主流系統(tǒng)。

在集團(tuán)客戶視頻服務(wù)需求的充分調(diào)研，以及公安局、水利局等實(shí)際客戶的項(xiàng)目合作的基礎(chǔ)上，確定了中山公司“E視界”視頻綜合服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)方向和特點(diǎn)。“E視界”能夠盡量減少對(duì)于客戶原有設(shè)備的改造，最大限度地降低投資成本，同時(shí)可適應(yīng)全省絕大多數(shù)地市目前的網(wǎng)絡(luò)條件(TD尚未完善，GSM具有相對(duì)覆蓋優(yōu)勢(shì))，特別將對(duì)視頻服務(wù)提供商的依賴性將到最低，自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)確保了項(xiàng)目的長(zhǎng)期不斷發(fā)展。

通過摸索，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于集團(tuán)客戶提供的視頻服務(wù)要圍繞綜合視頻服務(wù)這一核心，提供包括本地的集中監(jiān)控、基于Web的PC聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、手機(jī)視頻監(jiān)控等服務(wù)于一體的全方位視頻服務(wù)能力。這些服務(wù)手段，強(qiáng)調(diào)以本地集中監(jiān)控和基于web的PC聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控服務(wù)為主，手機(jī)視頻監(jiān)控服務(wù)為輔的模式。

目前“E視界”平臺(tái)正在“無線城市”的框架下，依據(jù)自有視頻平臺(tái)和技術(shù)資源，與市場(chǎng)業(yè)務(wù)部門相互配合積極開拓高價(jià)值信息化集成市場(chǎng)、中小企業(yè)和家庭軟件加服務(wù)的低端安防市場(chǎng)，以及針對(duì)特定用戶的視頻內(nèi)容運(yùn)營市場(chǎng)，為無線城市業(yè)務(wù)平臺(tái)儲(chǔ)備戰(zhàn)略視頻源和業(yè)務(wù)資源，并力爭(zhēng)把視頻業(yè)務(wù)培育成公司信息化市場(chǎng)的一類拳頭產(chǎn)品。