“E视界”视频综合服务运营平台设计及应用

李海健

1引言

多媒体应用目前是3G时代的主流应用，视频业务已成为各大运营商增值业务的热点，包括视频直播、点播、手机电视、会议直播等。中国电信、中国联通打着3G的旗号，正在大力推广各自的视频应用类业务，视频应用业务市场之战已经打响。

中国移动的3G TD网络建设还不完善，为了在视频应用市场争取得一定市场份额，迫切需要一种能够在现有GSM网络和未来TD网络条件下，可满足用户手机需求的视频服务技术。中国移动通信集团广东有限公司中山分公司作为广东移动无线城市的试点单位，在现有GSM+TD+WIFI三网合一的条件下，凭借丰富的视频业务运营经验，自主研发成功具有独立知识产权的“E视界”视频综合服务平台，并成功应用在了中山公安视频监控、无线城市业务和中山服务厅服务质量实时监控上，同时通过无线城市展厅，向集团、省公司等各级领导进行了展示，获得高度评价和认可。

2“E视界”视频综合服务运营平台背景

视频应用类综合服务需求不断增长：在“平安城市”工程、技术和成本的改善以及奥运会、世博会等的推动下，中国视频监控市场快速发展，传统的模拟监控市场逐步萎缩，而数字监控逐步成为主流，网络监控稳步增长。网络化、个人化和智能化将是中国视频监控市场重要的发展趋势，视频监控的应用也将逐步趋广。

这种新型的互动多媒体增值业务的应用，对业务模式比较固定的电信运营商来说，无疑是一场考验。作为一个电信运营商，涉足新型的信息化业务市场是本身转型的需要，而开拓多媒体视频类业务市场也是中国移动在日益严峻的市场竞争中开展全业务拓展的选择之一。

从传统的运营业务模式到新的运营模式，电信行业正在经历一场全新的转型挑战，包括技术架构、新型业务、运营模式的转型，以及由传统网络到互联网的转型等全方位的转变。在转型的过程中，电信运营商只有开发出更新鲜更丰富的综合增值服务，才能抓住更广阔的市场与用户群，不断发展，创造价值。

3“E视界”视频综合服务运营平台的架构

如图1所示，“E视界”平台具有的功能非常丰富：

视频展示多样：具备丰富完善的视频调看、巡航、轮巡、定时作业、录像、拍照等功能。

用户管理严密：提供基于角色、职权等多种管理模式，具备PIN码硬件认证，权限分配具体到每个区域、通道、菜单；提供详尽的日志功能。

设备管理便利：远程批量配置，定时状态巡检和报障。

GIS界面友好：内嵌GIS优秀的直观的信息呈现界面。

3.1视频监控管理软件基本功能

该软件具备现有的视频监控系统常见的所有功能，且在其业务流程中内嵌移动的短信、彩信功能为客户提供各种主动智能服务；还可以提供标准接口与客户自身的多种平台、系统联动，提供丰富的业务功能。

主要功能如下：

(1)实时图像监视功能

用户可选择前端的任一摄像机进行监控，能够灵活方便地做到：对每台变焦摄像机的镜头进行变倍、聚焦控制；对全方位云台进行各种方向的控制和操作；直接在画面上进行远方控制操作；通过键盘控制，对摄像机视角、方位、焦距、光圈、景深进行调整；通过RS485总线，对系统内的高速智能球型摄像机的控制，使球机直接接到预置的方向和观察角度。

(2)报警及报警联动

用户可以设置报警时自动录像以及控制输出设备的联动方式，可以根据需要进行布防。系统实现对操作员信息及操作时间、报警设备信息及报警时间等信息自动存档；实现与火灾报警系统等警用系统联动。监控前端能自动打开声光等报警联动设备，并发送相关的报警信息至服务器；报警时，授权遥控监视点能在0.2秒内自动弹出报警信息窗口和发出声音提示，并显示报警点的具体位置、报警类型及现场图像，并存储相关摄像机的图像及联动录像等，便于事故处理与分析。

(3)字符叠加

用户可以在监控画面中叠加文字信息，包括摄像机编号、地名、当前日期、时间等。

(4)电子地图

系统应提供与GIS管理平台的接口，实现“直接在地图上指挥”的业务需求。以最新的技术，将电子地图与数字视频图像完全融合在一起，用户通过简单的点击可直接查看地图上某个位置的图像。现场地图可以是图片，区域地图，建筑物布置图，楼层平面图；多个地图按分层顺序进行组织；在地图上可放置摄像机图标，用户通过点击图标，可快速选择所要观察的监视点。对用户来讲，只有一个统一的视频监控管理平台的界面。

(5)硬盘录像

系统可同时进行多路图像的实时录像。录像时间可以设定。录像采用数字硬盘录像并具备回放功能；回放时不影响录像；回放速度等都可调。历史图像的存储与查询通过数据库进行。

(6)网络监控

多个监控终端同时观看同一个监控点的实时图像。根据权限设置确定控制权，权限相同时，第一监控人获得控制权，权限不同时，高权限用户获得控制权。系统具有自动检错功能，能避免通信干扰及误码带来的影响；系统具有自诊断和实时自恢复功能，能对系统突发的异常自诊断、告警和自我恢复；系统采用流媒体分发方式，有效地降低了网络的拥塞。系统有效地隔离内外网，防止来自外部网络病毒和黑客攻击。

(7)用户管理

网络客户端采用集中管理模式，统一管理设置参数、权限等；系统管理员具有最高权限，能对相关人员的权限和初始口令进行设置，能设置操作人员的连接权限、控制权限、管理登记等使用权限；终端用户对监控软件和设备的操作记录将自动存档，并且不能删除修改。3,2视频编码方式技术领先，效率高，时延小

开发手机视频监控模块。通过自主研发的增强型H.264(EH.264)编码解码技术是在当今流行的视频编解码技术H.264／AVC的基础上，结合多种针对无线移动网络而做增强改进的算法于一体的新一代编解码技术，具有比以往标准更出色的性能。与标准的H.264或MPEG-4相比，在同样质量下，其数码率能降低一半左右；或者说在同样码率下，其信噪比明显提高；而且具有良好的网络亲和性，特别是对于IP互联网、无线移动网等易误码、易阻塞、Qos不易保证的网络，使用增强型H.264编码技术使“E视界”手机视频传输性能有明显的改善。

(1)EH.264编码原理(如图2所示)

(2)技术指标

◆主观质量评价

从主观视觉上评价本系统实际效果。选取营业厅中，既包括细节不丰富的图像，如A营业厅，又包含有丰富细节的图像，如B营业厅，在平均码率为56kbps码率的条件下，采用E-H.264进行编码处理。其主观视觉效果如图3、图4所示。

从图3、图4可以看出，在较低码率的情况下，E-H.264能取得良好的主观视觉质量。在图像较为平坦的区域(比如营业厅A)，E-H.264的块效应消除效果明显。同时，在图像细节丰富的区域(比如营业厅B)，

E-H.264较好地保护了图像的边缘和纹理，较少地引入新的模糊，获得了良好视觉效果。

◆客观质量评价

从客观指标上评价本系统实际效果。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)作为评价图像质量的客观标准。测试结果如表1所示。

分析表1可知，在较低码率条件下，E-H.264对包含丰富细节的图像及细节不丰富的图像均能取得良好的PSNR和MSDS结果。

4“E视界”视频综合服务运营平台的主要创新点

4.1自主研发的增强型H.264(EH.264)编码解码技术

自主研发的增强型H.264(EH.264)编码解码技术是在当今流行的视频编解码技术H.264／AVC的基础上，结合多种针对无线移动网络而做增强改进的算法于一体的新一代编解码技术，其中包括：基于结构相似度的快速运动估计、多模式自适应环路滤波、增强前向纠错、RCPC信道编码非平等误码保护及FM0码流率失真优化调度等技术。在目前网络条件(GSM+TD)，基于加强版H.264手机视频编码技术保证了高清晰的手机视频画面。“E视界”手机视频监控效果明显优于市场上同类型产品。

(1)基于结构相似度的快速运动估计

与传统压缩标准相比，H.264虽然具有更高的压缩性能，但其编码复杂度的大幅增加限制了它的实时应用。为此，E-H.264采用一种基于结构相似度的快速运动估计算法(FM EBSS)。该算法利用结构相似度的特性，通过在运动估计过程中设置阈值，减少不必要的运动搜索点，简化复杂的搜索模式，从而达到了减小运动估计复杂度、改善压缩性能的目的。实际使用结果表明，在保证压缩质量不下降的前提下，该算法可以有效节约编码时间，同时压缩比也得以改善。如图5所示。

(2)多模式自适应环路滤波

传统基于块的视频编码系统在码率相对较低的视频编码时总会产生块效应现象。为此E-H.264采用一种基于多模式的快速环路滤波算法。该算法根据H.264中特有的编码信息，将图像块边界分为五种不同的滤波模式，针对每种模式的特点采用相应的滤波技术，并且利用图像的空间相关性提出了一种快速的边缘强度判别方法。

(3)增强前向纠错

为了在无线网络中支持H.264视频业务传输，E-H.264采用了一种增强的前向纠错算法(EFEC)。EFEC通过接收端发送的反馈信息决定是否采用EFEC传输数据，且不会因为反馈信息的丢失而停止数据传输；同时EFEC根据网络误比特率调整附加数据信息的长度。实际使用效果表明，EFEC能自动适应网络状态的变化，采取合适的编码强度与较小的冗余信息，显著地提高H.264视频业务的传输质量。如图6所示。

(4)RCPC信道编码非平等误码保护

为了提高压缩码流在无线信道中传输的可靠性，E-H.264采用了基于RCPC(Rate Compatible PuncturedConvolutional)信道编码的非平等误码保护方案，在保证编码效率的前提下，使视频信息在无线信道传输过程中具有更强的抗差错能力。

(5)FMO码流率失真优化调度

相对于TCP，UDP的及时性更好，但分组丢失使其不能直接应用于流媒体传输。E-H.264采用了FMO码流率失真优化调度算法。该算法根据UDP信道变化调整传输参数，获得最小的传输率失真。

(6)双缓冲视频传输控制协议

系统采用了双缓冲视频传输控制协议，在手机客户端开辟两个缓冲队列，一个是播放缓冲区，一个是下载缓冲区，当下载满一个缓冲区后，该缓冲区设置为播放缓冲区，下载缓冲区转向另一个。播放线程和下载线程按视频帧的次序交替执行，有效解决了因无线通信网络网速不稳定而引起的播放速度和下载速度不匹配的问题。

4.2嵌入移动公司特色业务模块，可使用USB摄像头，价格低廉

平台内部嵌入移动特色的短信、彩信、电话、139邮箱、网络语音对讲等通信服务。结合移动公司自身特点，发现异常情况，自动或者手动调用通信发送模块，将情况通知给相关联系人，嵌入式功能设计方便易用，符合客户使用习惯。

USB摄像头价格低廉，利用家庭固有的各种网络环境，可以用低廉的价格(150元以下)实现视频监控功能。

4.3兼容视频行业内所有主流产品，集成服务能力强

市场上主流视频服务提供商采用的都是硬编码技术，每一路视频转换成本2000至4000元不等，“E视界”平台完全软编码，成本最低，不受license限制，免除了后续受到视频服务合作上的捆绑限制。不同于目前市场上主流的视频监控产品采用的硬件芯片编解码方式，采用软件对视频流进行编码，可以使用客户原有的硬件设备。同时软编码适配性高，可兼容海康、大华、景阳等视频监控行业内主流厂家的设备。其它设备在厂家开放协议情况下，也可实现直接接入。

5“E视界”视频综合服务运营平台的实施效果

拥有自主知识产权的“E视界”视频综合服务运营平台已经在中山公安视频监控项目、中山水利局水文监控项目、中山移动服营厅以及通信机房监控等多个项目上成功进行了应用。

其中中山公安视频监控项目视频清晰、操作便易，对社会治安综合治理提供了强大支持，成为全省公安系统的样板工程。如图7、图8所示。

我们将“E视界”系统部署在中山移动服营斤安防系统中，使用该系统进行中山移动整个行政办公区域和所有服营厅及通信机房的安防监控工作，可以通过集中视频、Web视频和手机视频等全方位进行监控，特别在使用手机监控视频时，图像清晰度明显高于目前其他主流系统。

在集团客户视频服务需求的充分调研，以及公安局、水利局等实际客户的项目合作的基础上，确定了中山公司“E视界”视频综合服务平台的建设方向和特点。“E视界”能够尽量减少对于客户原有设备的改造，最大限度地降低投资成本，同时可适应全省绝大多数地市目前的网络条件(TD尚未完善，GSM具有相对覆盖优势)，特别将对视频服务提供商的依赖性将到最低，自有知识产权确保了项目的长期不断发展。

通过摸索，我们发现对于集团客户提供的视频服务要围绕综合视频服务这一核心，提供包括本地的集中监控、基于Web的PC联网监控、手机视频监控等服务于一体的全方位视频服务能力。这些服务手段，强调以本地集中监控和基于web的PC联网监控服务为主，手机视频监控服务为辅的模式。

目前“E视界”平台正在“无线城市”的框架下，依据自有视频平台和技术资源，与市场业务部门相互配合积极开拓高价值信息化集成市场、中小企业和家庭软件加服务的低端安防市场，以及针对特定用户的视频内容运营市场，为无线城市业务平台储备战略视频源和业务资源，并力争把视频业务培育成公司信息化市场的一类拳头产品。