廣東聯(lián)通三山核心機房視頻推流方案的優(yōu)化與應用研究

摘要：人工智能（AI）、算力、云服務等技術(shù)的快速發(fā)展，以及安全管理需求的持續(xù)增長，使機房監(jiān)控與運維模式面臨新的挑戰(zhàn)。本文基于廣東聯(lián)通三山核心機房視頻推流系統(tǒng)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(yōu)化策略。通過引入視頻推流服務技術(shù)，顯著提升了系統(tǒng)運行效率和推流質(zhì)量，解決了指揮調(diào)度、AI接入等多訪問需求。實驗結(jié)果表明，優(yōu)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(jiān)控管理提供了可靠的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：視頻推流；分布式采集；多平臺對接；協(xié)議適配；機房管理

引言

現(xiàn)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(jiān)控、調(diào)度、指揮、自動監(jiān)測等生產(chǎn)用途，而在信息技術(shù)快速發(fā)展的背景下，機房安全管理對視頻監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高要求[1]。作為華南地區(qū)重要的網(wǎng)絡節(jié)點，廣東聯(lián)通三山核心機房面臨如何高效支撐機房視頻監(jiān)控和多平臺推流的重大挑戰(zhàn)。當前，三山核心機房在視頻管理方面存在傳統(tǒng)集中式架構(gòu)難以應對高并發(fā)采集需求、網(wǎng)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(xiàn)多訪問連接掉線、畫質(zhì)變差、攝像槍發(fā)熱嚴重、攝像槍壽命變短等問題。同時，結(jié)合數(shù)字化、智能化管理的需要，需要增加的人工智能（AI）接入、系統(tǒng)智能聯(lián)動調(diào)度等受到了限制。本文針對這些問題，提出了一套綜合優(yōu)化方案，旨在提升視頻采集效率和推流質(zhì)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(tǒng)概述

廣東聯(lián)通三山核心機房位于佛山聯(lián)通數(shù)據(jù)中心，其視頻推流方案是為滿足機房安全管理和多平臺監(jiān)控需求而設計，以解決多終端、多服務器、上電視墻、本地調(diào)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(wǎng)絡傳輸?shù)搅髅襟w服務器，服務器接收并緩存這些媒體流，然后根據(jù)不同平臺及監(jiān)控終端的請求進行分發(fā)，以確保多訪問下的視頻連接、畫質(zhì)、帶寬占用等穩(wěn)定且高效。該機房視頻管理應用模式是目前廣東聯(lián)通在機房中探索創(chuàng)新的首個應用案例。

2. 視頻推流服務架構(gòu)在多用戶視頻監(jiān)控中的流程

視頻推流服務架構(gòu)通過將前端視頻流分流實時傳輸至流媒體服務器、級聯(lián)網(wǎng)關(guān)、視頻存儲設備，實現(xiàn)視頻內(nèi)容的接收、緩存、分發(fā)、復制，以及帶寬優(yōu)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(jù)客戶端的請求，將緩存的視頻流進行分發(fā)。視頻推流服務架構(gòu)采用了高效的復制算法，能夠?qū)⒁宦芬粢曨l流復制成多路，以滿足多個客戶端的并發(fā)訪問需求，從而顯著降低網(wǎng)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(gòu)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(xù)性和穩(wěn)定性，還為后續(xù)的分發(fā)提供了可靠的基礎(chǔ)。通過緩存機制，流媒體服務器能夠在短時間內(nèi)應對大量客戶端的并發(fā)請求，從而提高系統(tǒng)的響應速度和穩(wěn)定性[3]。

2.2 視頻流的分發(fā)與復制

當有多個用戶同時訪問同一監(jiān)控點的視頻資源時，流媒體服務器會根據(jù)上級平臺及監(jiān)控終端的請求，將緩存的視頻流分發(fā)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(fā)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?shù)男屎唾|(zhì)量[4]。

2.3 帶寬優(yōu)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(diào)度算法，服務器能夠優(yōu)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(xiàn)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(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性[5]。

3. 視頻推流服務架構(gòu)的優(yōu)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(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)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(yōu)化為H.265，可以在保證視頻質(zhì)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(zhì)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(zhì)量下，H.265能夠以更低的比特率傳輸視頻，通常能夠節(jié)省30%至50%的帶寬，由于壓縮效率的提升，H.265在存儲視頻數(shù)據(jù)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(wǎng)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(zhuǎn)發(fā)需求。

3.2 優(yōu)化網(wǎng)絡傳輸協(xié)議

選擇合適的網(wǎng)絡傳輸協(xié)議對于提高流媒體傳輸效率至關(guān)重要。RTMP、HLS等協(xié)議因其良好的實時性和穩(wěn)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(xié)議的要求也不同。因此，在本次應用中，根據(jù)具體需求選擇合適的傳輸協(xié)議，并進行相應的優(yōu)化調(diào)整。例如，針對低延遲需求的應用場景，可以選擇RTMP協(xié)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(xié)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?shù)馁|(zhì)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(yōu)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(gòu)和負載均衡技術(shù)手段進一步提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴展性。

3.4 智能調(diào)度與資源分配

為了進一步提高流媒體傳輸?shù)男屎陀脩趔w驗，本次應用流媒體服務管理系統(tǒng)進行智能調(diào)度和資源分配機制。通過實時監(jiān)測網(wǎng)絡狀況、客戶端需求等信息，流媒體服務管理系統(tǒng)能夠動態(tài)調(diào)整傳輸策略和資源分配方案。例如，在網(wǎng)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(yōu)先分配更多的帶寬資源給這些客戶端。這種智能調(diào)度和資源分配機制能夠確保視頻傳輸?shù)牧鲿承院头€(wěn)定性，從而提升用戶體驗[7]。

3.5 安全保護

在多用戶視頻監(jiān)控資源訪問中，安全保護是不可忽視的重要環(huán)節(jié)。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(tǒng)采用訪問控制和身份驗證機制來防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和泄露。

3.6 優(yōu)化多平臺訪問問題

廣東聯(lián)通三山核心機房在“房基礎(chǔ)設施資源實時智能網(wǎng)業(yè)聯(lián)動系統(tǒng)研究項目”的推進中，涉及研發(fā)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(lián)動需求等，對本地視頻系統(tǒng)的多路推流及視頻流的穩(wěn)定性及質(zhì)量提出了新的挑戰(zhàn)[8]。傳統(tǒng)的分流結(jié)構(gòu)，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(xiàn)視頻流質(zhì)量下降、視頻前端設備發(fā)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(jiān)控管理及硬件安全[9]。

本應用為解決廣東聯(lián)通三山核心機房的多路推流、視頻流穩(wěn)定性及質(zhì)量要求的需求，應用視頻推流服務架構(gòu)，采用流媒體服務轉(zhuǎn)發(fā)模式，利用流媒體服務器處理轉(zhuǎn)發(fā)能力以及管理系統(tǒng)的智能調(diào)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(wěn)定性、實時性以及視頻質(zhì)量[10]。

4. 在AI視頻的發(fā)展下，視頻推流服務架構(gòu)的應用展望

視頻推流服務在AI視頻系統(tǒng)建設中扮演著至關(guān)重要的角色，其高效性、穩(wěn)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(wǎng)絡帶寬、數(shù)據(jù)安全、計算資源等挑戰(zhàn)，但隨著5G、邊緣計算、區(qū)塊鏈等新技術(shù)的應用，視頻推流服務將在未來AI視頻系統(tǒng)中發(fā)揮更大的價值，推動智能化應用的進一步發(fā)展。

AI視頻在安防監(jiān)控領(lǐng)域的應用將朝著更加智能化、高效化和全面升級的方向發(fā)展。首先，智能化將是AI視頻在安防監(jiān)控領(lǐng)域的重要趨勢。通過深度學習、計算機視覺等先進技術(shù)的加持，AI視頻將能夠?qū)崿F(xiàn)對監(jiān)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(guān)鍵物體，AI都能在短時間內(nèi)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(jiān)控的準確性和效率，使得監(jiān)控人員能夠更快地發(fā)現(xiàn)和處理異常情況。其次，高效化也是AI視頻在安防監(jiān)控領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。傳統(tǒng)的安防監(jiān)控系統(tǒng)往往需要大量的人力物力進行維護和監(jiān)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(fā)現(xiàn)異常情況時自動觸發(fā)報警，并將相關(guān)信息實時推送給監(jiān)控人員。這樣，監(jiān)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(shù)據(jù)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(jiān)控的效率。

除了智能化和高效化，AI視頻在安防監(jiān)控領(lǐng)域的全面升級也將成為可能。隨著技術(shù)的不斷進步，AI視頻將逐漸從單一的監(jiān)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(shù)據(jù)分析相結(jié)合，對監(jiān)控數(shù)據(jù)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(jiān)控領(lǐng)域的應用還將面臨一些挑戰(zhàn)和機遇。例如，如何保障隱私和數(shù)據(jù)安全，如何在保證監(jiān)控質(zhì)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(shù)進行深度融合和協(xié)同創(chuàng)新等。

目前，作為三山核心機房上級的佛山聯(lián)通已形成了AI技術(shù)在視頻分析中的應用方案，結(jié)合機房的生產(chǎn)場景和機樓的流媒體視頻系統(tǒng)解決了AI接入訪問的問題，為研發(fā)機房AI自動檢測模塊，實現(xiàn)機樓的人臉識別、入侵防范、施工作業(yè)監(jiān)控、安全作業(yè)、消防安全等自動識別檢測，以及智能分析、統(tǒng)計、管理，奠定了基礎(chǔ)底座，這將進一步提升機樓的數(shù)字化、智能化管理水平，強化機房安全管理能力。

結(jié)語

本方案針對廣東聯(lián)通三山核心機房視頻推流系統(tǒng)進行優(yōu)化與升級，通過流媒體服務器的接收、緩存和分發(fā)功能，以及優(yōu)化策略的實施，有效解決了傳統(tǒng)架構(gòu)面臨的諸多問題。實驗結(jié)果表明，優(yōu)化后的方案在各項關(guān)鍵指標上均取得了顯著提升，實現(xiàn)了三山核心機房多平臺的穩(wěn)定、高質(zhì)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。