衛(wèi)星通信在大視頻、大數(shù)據(jù)時代的應(yīng)用發(fā)展探討

陳 濤，張嘉元，高曉輝

（南京熊貓漢達科技有限公司，南京 210014）

1 引言

視頻與圖像的傳輸已成為衛(wèi)星通信中的重要業(yè)務(wù)，已廣泛應(yīng)用在應(yīng)急通信、實時監(jiān)控、視頻會議、野外作業(yè)、環(huán)境檢測等場景。隨著高清視頻編碼、視頻智能識別、大數(shù)據(jù)分析等新興技術(shù)的不斷發(fā)展，為衛(wèi)星通信系統(tǒng)迎來了新的發(fā)展方向，圖像高清化、平臺融合化、分析智能化逐漸成為衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。本文將結(jié)合衛(wèi)星通信的技術(shù)特點，探討其在大視頻、大數(shù)據(jù)時代的應(yīng)用發(fā)展。

2 衛(wèi)星通信在大視頻時代的應(yīng)用

視頻相比于語音、文字、圖片等信息載體，可以更加生動和形象地反映出事件的過程和細節(jié)，是擁有最廣泛受眾的媒體形式。目前，視頻業(yè)務(wù)已成為衛(wèi)星通信中的重要業(yè)務(wù)，過往由于視頻壓縮和通信傳輸技術(shù)手段的限制，高清視頻的傳輸分發(fā)受到很大的局限。但隨著新一代視頻編碼技術(shù)的發(fā)展以及通信技術(shù)的提升，更高清視頻在衛(wèi)星通信上的傳輸成為可能，因此催生了衛(wèi)星通信視頻業(yè)務(wù)發(fā)展的新時代。

2.1 H.265編碼技術(shù)在衛(wèi)星通信的應(yīng)用

高清視頻在衛(wèi)星通信的應(yīng)用前景廣泛，但卻存在帶寬資源占用高、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和可靠性差等問題，嚴(yán)重制約了其在衛(wèi)星通信中的發(fā)展和應(yīng)用。

為滿足高清視頻的發(fā)展需求，2010年1月，ITU-T和ISO聯(lián)合成立的JCT-VC，制定并發(fā)布新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.265/HEVC，在相同視頻質(zhì)量下的測試數(shù)據(jù)表明，H.265相比H.264的編碼，視頻大小減少大約39%～44%，可大幅提升視頻壓縮率。在衛(wèi)星通信方面，因H.265編碼技術(shù)具備在有限帶寬環(huán)境下傳輸更高質(zhì)量視頻的優(yōu)勢，可以將其與動中通系統(tǒng)充分結(jié)合，在衛(wèi)星通信方面H.265和H.264編碼碼率如表1所示：

表1 H.264和H.265編碼碼率對比

將H.265技術(shù)運用于動中通的衛(wèi)星通信中，采用自適應(yīng)偏移、運動估計、幀內(nèi)預(yù)測等技術(shù)，使得終端能夠充分滿足上述需求，同時針對衛(wèi)星鏈路做特殊化處理，在先進的圖像預(yù)處理以及改進的濾波技術(shù)等基礎(chǔ)上，使得傳輸?shù)膱D像能夠在低照度下降低噪點影響并排除其他干擾，可完全滿足動中通系統(tǒng)在實際使用中的嚴(yán)苛需求。

2.2 抗誤碼技術(shù)在衛(wèi)星通信的應(yīng)用

鑒于衛(wèi)星通信傳輸鏈路復(fù)雜、受外界干擾較大的特點，可采用幀內(nèi)刷新、差錯隱匿、自適應(yīng)編碼等算法，優(yōu)化碼流結(jié)構(gòu)、GOP長度，針對無線鏈路進行優(yōu)化，針對信號中斷后瞬時恢復(fù)的視頻效果進行處理，保證視頻圖像沒有或較少馬賽克出現(xiàn)，提供良好的使用感受。

（1）幀內(nèi)刷新。在P幀或者B幀內(nèi)對宏塊強制性地進行幀內(nèi)預(yù)測模式編碼，使用相對較少碼流的同時能部分抑制錯誤的擴散，從而提高重建圖像的信噪比，提高傳輸系統(tǒng)的魯棒性，采用均衡碼率控制算法，碼率波動小，視頻碼流傳輸穩(wěn)定，有效地避免碼率波動過大對視頻主觀質(zhì)量的影響。

（2）差錯隱匿。首先在編碼端，加入幀間預(yù)測的冗余信息，然后利用基本層的運動信息、殘差信息等進行采樣，得到增強層可以進行重建的編碼信息，增強層利用采集到的運動信息在編碼環(huán)路中進行相應(yīng)的運動補償操作，將采集到的殘差信息作為增強層殘差與運動補償?shù)玫降念A(yù)測塊信息相加，得到錯誤隱藏信息，最后根據(jù)冗余信息，對錯誤隱藏信息進行重建修復(fù)，從而恢復(fù)出正常的視頻流。

（3）自適應(yīng)編碼AC。根據(jù)信道帶寬信息，對應(yīng)編碼碼率。當(dāng)信道條件較差時，自動調(diào)整編碼速率，根據(jù)信道帶寬降低編碼碼率；當(dāng)信道條件較好時，最大化地增大編碼碼率，保證視頻質(zhì)量。

2.3 視頻智能識別技術(shù)在衛(wèi)星通信的應(yīng)用

衛(wèi)星通信實現(xiàn)了視頻、語音、文字、圖片及其他數(shù)據(jù)信息的多點采集和實時動態(tài)通信，近年來已發(fā)展成為應(yīng)急通信的重要方式。但現(xiàn)階段基于衛(wèi)星傳輸?shù)膽?yīng)急通信系統(tǒng)缺乏對視頻的再利用，存在智能化程度低、需值守人員實時監(jiān)看等缺點。因此，引入視頻智能識別技術(shù)，建立一個全天候、可自主監(jiān)測的應(yīng)急指揮系統(tǒng)十分必要。采用視頻智能化處理技術(shù)，將視頻利用模式由人工監(jiān)控變?yōu)橛嬎銠C自動處理，輔助識別和處理視頻中的關(guān)鍵信息；此外，可通過將監(jiān)測采集的視頻、數(shù)據(jù)、其他系統(tǒng)的視音頻文件通過人臉識別、語音識別、字幕識別、聲紋識別等進行特征提取、識別目標(biāo)，以便相關(guān)單位對大量視音頻資源的智能化檢索和識別。通過智能視頻識別技術(shù)，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可對高清視頻實時化、智能化的利用，極大地提高了系統(tǒng)的整體處理能力。

（1）智能視頻識別。實時監(jiān)控衛(wèi)星通信傳輸?shù)囊曇纛l資源，可以偵測跟蹤可視目標(biāo)，如人員、物體、車輛、行為、煙火煙霧等，支持視頻摘要、視頻壓縮、視頻檢索識別等多種功能，其應(yīng)用組網(wǎng)如圖1所示：

（2）聲像智能分析?；谏疃壬窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)，自主研發(fā)視頻檢索與分析核心算法，集視頻爬取、智能檢索識別、智能語音識別、事件智能拆條、聲紋識別等視音頻數(shù)據(jù)應(yīng)用于一體，支持對聲像數(shù)據(jù)庫資源的檢索、識別、事件拆條等智能分析，滿足視音頻業(yè)務(wù)的智能化處理需求，其應(yīng)用組網(wǎng)如圖2所示。

圖1 智能視頻識別組網(wǎng)圖

圖2 聲像數(shù)據(jù)智能分析組網(wǎng)圖

3 衛(wèi)星通信在大數(shù)據(jù)時代的應(yīng)用

3.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)在衛(wèi)星通信的應(yīng)用

數(shù)據(jù)及分析技術(shù)正逐步改變著傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)，將為衛(wèi)星通信提供更廣泛的應(yīng)用前景，并將對未來業(yè)務(wù)發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。

大數(shù)據(jù)如此重要，但要把大數(shù)據(jù)技術(shù)與衛(wèi)星通信真正結(jié)合并發(fā)揮實際作用，需建立適合衛(wèi)星通信傳輸系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理流程。在通信傳輸上，利用衛(wèi)星通信傳輸距離遠、覆蓋面積廣等特點，可以結(jié)合各種地面終端組成更加龐大的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)保障業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的實時通信及傳輸；與此同時，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)可以完成對衛(wèi)星通信產(chǎn)生和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行處理和分析，優(yōu)化資源利用效率。大數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)海量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)挖掘，從設(shè)定的關(guān)鍵詞或其他輸入語義，判別篩查，通過科學(xué)的建立模型，分析預(yù)測其發(fā)展趨勢和規(guī)律，為決策的制定提供輔助支持。例如：在應(yīng)急通信場景下，通過對通信衛(wèi)星傳輸?shù)膽?yīng)急現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)、視頻等信息數(shù)據(jù)進行采集整合、分析挖掘，使用大數(shù)據(jù)分析工具、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析模型、智能算法等方法手段，實現(xiàn)對應(yīng)急資源、應(yīng)急現(xiàn)場的全面立體感知，廣泛互聯(lián)互通和海量數(shù)據(jù)分析，從而提升遠程指揮和信息傳輸?shù)确矫娴男?，為快速而?zhǔn)確的決策提供科學(xué)依據(jù)。基于衛(wèi)星通信的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的典型應(yīng)用組網(wǎng)如圖3所示：

圖3 大數(shù)據(jù)技術(shù)在衛(wèi)星通信的應(yīng)用組網(wǎng)

3.2 融合平臺在衛(wèi)星通信的應(yīng)用

衛(wèi)星通信單獨建網(wǎng)的時代已經(jīng)結(jié)束，基于衛(wèi)星通信的多種業(yè)務(wù)融合傳輸和統(tǒng)一管理逐漸成為發(fā)展趨勢?，F(xiàn)階段的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)上都會同時運行多個獨立的視頻業(yè)務(wù)系統(tǒng)，而這些系統(tǒng)相對獨立、難以實現(xiàn)互聯(lián)互通，并且每個系統(tǒng)只具備單一功能，用戶體驗差，管理和部署成本也較高。因此客觀上要求能夠?qū)⑦@些不同協(xié)議的平臺進行互聯(lián)互通，在一個平臺上統(tǒng)一調(diào)度并控制不同格式的視頻和不同協(xié)議的終端。

新一代視頻融合平臺采用融合網(wǎng)關(guān)技術(shù)，融合網(wǎng)關(guān)是一個服務(wù)，一個橋梁把兩個不同協(xié)議，不同媒體的平臺及終端進行互聯(lián)互通，在同一平臺上實現(xiàn)視頻指揮、視頻會議、視頻監(jiān)控等多種業(yè)務(wù)的運行。此外還可將第三方的視頻會議系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、視頻指揮系統(tǒng)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)接入到視頻融合指揮控制系統(tǒng)，實現(xiàn)視頻、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的融合。視頻融合平臺分為采集顯示層、媒體處理層、信令控制層、系統(tǒng)服務(wù)層、應(yīng)用控制層五個層次，其分層架構(gòu)圖如圖4所示：

圖4 融合平臺分層架構(gòu)圖

其中，采集顯示層完成視音頻的采集、顯示與解碼；媒體處理層負(fù)責(zé)接收信令控制層的信令，對采集顯示層及存儲的視音頻進行處理；信令控制層負(fù)責(zé)接收系統(tǒng)服務(wù)層的信令，控制媒體處理層及采集顯示層實現(xiàn)視頻的調(diào)度處理；系統(tǒng)服務(wù)層負(fù)責(zé)響應(yīng)應(yīng)用控制層請求，并將請求進行轉(zhuǎn)換，發(fā)到信令層進行調(diào)度執(zhí)行；應(yīng)用控制層負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)展現(xiàn)，用戶通過該層進行操作，實現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)。

4 結(jié)束語

本文對衛(wèi)星通信在大視頻、大數(shù)據(jù)時代的應(yīng)用發(fā)展進行簡要探討，相信結(jié)合并依托大視頻、大數(shù)據(jù)技術(shù)，衛(wèi)星通信必將全面迎來全面數(shù)字化、智能化的發(fā)展階段，并更廣泛地融入到各行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。

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