面向移动互联网的流媒体平台分析研究

王永建，张 楠，翟晓微，刘永涛，牛辉奇



面向移动互联网的流媒体平台分析研究

王永建，张 楠，翟晓微，刘永涛，牛辉奇

(中国通信建设集团设计院有限公司，北京 100079)

在自媒体时代，流媒体业务在移动互联网中的比重快速增长。针对移动移动互联网存在的速率低、受干扰大等问题，分析了目前主要的解决思路。从网络控制策略优化的角度，对流媒体平台做了探究。首先设计了系统架构，并阐述了主要的网络策略优化技术，包括发端速率控制、抽帧策略控制、打包策略控制、排序去抖控制等。然后，分析了流媒体平台的基本功能与主要增值功能。流媒体平台只是流媒体产业链中的一个环节，流媒体业务的发展需要全方位的措施。

移动互联网；流媒体；网络控制策略；周界防范

0 引言

随着三网融合、互联网+、云计算、大数据、智能终端等国家政策与信息技术的发展，基于移动互联网的业务迅速崛起，这也催生了自媒体时代的来临，流媒体业务在整个网络业务中的比重迅速增大，在自媒体时代，视频、图片、文字实时传播，流媒体业务更是呈现井喷态势。

尽管从2G、3G/CDMA到4G/LTE，无线通信技术发展迅速，但是流媒体属于一种高带宽业务，对网络的带宽要求比较高。仍受目前无线通信技术实际有效带宽较低，信道受环境干扰较大，通信链路不稳定，国内无线通信流量资费昂贵等影响，严重地影响了流媒体业务的推广。为解决上述问题，学术界与产业界主要从两方面入手。

（1）提高无线通信速率

主要有载波聚合、改进编码技术、整合频谱资源等方式，尽量提高无线通信速率。

（2）优化视频码流

改进视频编码协议，如MPEG-4、H.264、H.265等协议；研究视频智能分析技术，减少冗余帧的传送。

上述研究取得了显著效果，大大地推动了流媒体业务的普及。本文从网络控制策略入手，面向移动互联网对流媒体平台做了分析研究。

1 系统架构

流媒体平台采用支撑与业务分离的设计思路，中心管理平台实现不同用户的公共资源基本支撑服务，业务应用平台部署行业应用单元，满足不同行业的使用习惯和特点需求。流媒体平台支持在一个平台上承载三种以上行业监控业务解决方案，如公安、环保、质检、中小企业、个人用户等行业，流媒体平台能提供五种以上不同行业专业客户端界面。系统架构如图1：

图1 流媒体平台系统架构Fig.1 System diagram of streaming media platform

2 网络策略优化技术

2.1 发端速率控制技术

在流媒体平台媒体流传输协议设计中，对于实时性要求较高的视频监控业务来说，因为TCP面向连接的方式容易产生时延，无法满足要求。采用UDP包来传输实时的视频业务，但是，UDP不支持拥塞控制和质量保证的机制，不管网络状况是否变化，始终保持同样的速率发送UDP包，在低带宽情况下，容易造成网络阻塞，导致丢包现象，致使视频内容丢失。本文在UDP的上层加上拥塞控制的机制，以解决UDP本身的缺陷[1]。

2.2 抽帧策略控制技术

现场监控目标的变化，编码器上传的码流也随之变化，监控目标变化的范围越大，上传的码流就越大，由于现场运动图像的急剧增大，使得编码器的码流突然增多，在IP网络上行带宽一定的情况下，将引起丢包现象。码流控制技术将直接影响监控视频的画面效果，码流控制是视频编码中一个重要的问题。为解决这个问题，在流媒体平台技术设计中，增加了针对前端设备码流控制技术，在现场运动图像的急剧增大的情况下，系统采取抽帧策略，优先上传关键帧，降低编码器输出的码流，避免造成丢包现象，同时保持监控中心视频的流畅性。

2.3 打包策略控制技术

在IP网络通信中，物理层要限制每次发送数据帧的最大长度MTU[2]。如果该数据报长度超过MTU规定的最大值，则需要对该数据报进行分片处理，但是过多的IP分片会导致时序混乱，整个数据包重传或者数据丢失[3]。本文增加了针对前端设备打包策略控制技术，系统根据目标端口MTU，控制发送端（编码器）发送数据报的大小，以避免上述问题。

2.4 排序去抖控制技术

延迟抖动(delay jitter)定义为“抖动是对连续接收的数据包之间延迟差值的加权平均值”[4]。在数据网络中，数据流中的连续包必须以恒定的时间间隔到达（德尔塔时间）[5]。如果数据包之间的德尔塔时间不恒定，即被视为抖动，抖动的数据包数量超过一定值后，图像质量就会受到影响[6]。

为解决上述问题，本文在系统中设置了排序缓冲区，对到达的数据包进行排序处理，经过排序处理后的数据包再按照一定的时间顺序传送给解码器进行解码处理，能够有效地处理抖动问题[7]。

3 流媒体平台功能

流媒体平台为用户提供丰富的监控业务功能，同时也具备完善的管理功能，能够实现平台的分级分域管理，保证流媒体平台系统的高可用性[8]。

3.1 基本业务功能描述

流媒体平台基本业务指系统的基础功能，如图2所示。

3.1.1 多媒体业务功能

（1）实时视频浏览

包括多画面显示、轮询播放方式、画面翻页功能、巡航功能、局部放大功能、视频遮盖功能、图片抓拍功能、摄像机分组管理、收藏夹管理、播放列表管理等[9]。

（2）远程控制管理

包括多种控制方式、鼠标控制、云镜控制、焦距调整、调整光圈、争控管理、数模互控等。

（3）存储管理功能

包括前端存储、中心存储、混合存储、告警联动存储、按时间段存储、条件组合存储、磁盘管理功能等[10]。

（4）录像回放及复核

包括录像查询、录像导出、录像回放、录像复核、录像文件分割和合成等[11]。

（5）音频管理功能

包括现场声音监听、中心语音广播、语音对讲功能、远程调节音量等。

（6）告警管理功能

包括外接告警功能、移动侦测告警、视频丢失告警、视频丢失告警、镜头遮盖告警、告警联动功能、告警提示功能、告警查询管理等[12]。

（7）远程参数设置

包括码流参数设置、视频参数调整等。

图2 系统基本业务功能描述Fig.2 Basic function description of system

3.1.2 系统管理功能

系统管理功能通过管理业务台实现，供系统管理人员使用，实现设备管理、用户管理、系统维护等功能，保障系统正常运行。主要包括功能如下：

（1）用户管理

系统具有开户、销户、暂停用户使用等功能。系统用户包括平台侧用户和业务侧用户，其中平台侧用户包括：平台管理员、平台操作员和值班人员，主要负责系统维护和管理，保障系统正常运行；业务侧用户包括用户管理员和用户，是系统业务的业务使用者，根据用户组权限的不同，业务侧用户可以实现多级用户管理[13]。如图3所示：

图3 系统用户结构图

（2）权限管理

系统支持多级用户权限管理功能，对于平台管理员、平台操作员、值班人员、用户管理员、用户组等不同的用户，分配不同的权限[14]。

（3）设备管理

系统支持对所有设备进行增加、修改、启/停用、删除等操作，能够对同类设备进行批量复制，可以远程重启设备程序或者重启机器，支持远程升级，可以远程配置视频图像的对比度、亮度、饱和度、色度、编码帧率、帧数、信号制式和图像格式等参数。

（4）状态管理

可以实时采集设备的CPU、内存、磁盘容量、网卡等状态信息，预测可用资源情况等，并可根据历史数据分析设备性能趋势。

（5）日志管理

系统能够自动记录用户登录、登出时间，自动记录用户申请视频、控制视频、停止视频等主要操作信息，支持日志查询等。

（6）异常告警

设备出现故障或者参数超过设定阀值时，系统自动弹出告警窗口，产生告警提示，支持声、光、短消息等多种告警，支持按照时间段、故障类型等进行故障信息查询、统计的功能。

（7）系统诊断

系统集成常用的网络故障检测工具，实现自诊断功能，前端设备发生故障时，系统能够远程进行故障分析和诊断定位，并按照指令自动、手工对软件/硬件重新配置，恢复设备正常工作。

（8）报表管理

系统软件具有丰富的报表统计功能。用户可以按照指定的时间段，进行用户量、监控点、业务总量、业务量峰值汇总统计，形成报表，以及做动态统计报表。

3.2 增值业务功能描述

基本业务能够满足用户的基本监控需求，但是，对于一些用户来说，如：公安等行业用户，监控系统作为重要的业务手段，要求监控系统具有电子地图、周界防范等全面的功能，基本功能不能满足其实际使用要求，需要提供更多的增值业务选择。

3.2.1 电子地图系统

GIS地理信息系统（Geographical Information System）融合计算机科学、地理学、测量学和地图学等多门学科的技术，它是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统[15]。

通过系统与GIS结合，在电子地图上显示摄像机位置，并且提示告警信息，用户可以纵观监控系统中所有摄像机的工作状态，直观、快速查看各个监控现场的地理信息。根据情况，快速切换到相应摄像机的监控区域[16]。

3.2.2 周界防范系统

周界防范系统采用先进的传感器技术，实现某一特定区域的安全防范功能，主要由周界防卫系统及智能门禁系统组成。

（1）周界防卫系统

通过安装红外对射、振动电缆等传感器，在重要区域周围形成一道无形的屏障，可以感知非法入侵的物体，并且及时报警通知工作人员。主要功能如下：远程布防撤防，现场警号告警，中心声光告警，告警短信提示，告警视频切换，告警视频录像等。

（2）智能门禁系统

智能门禁系统采用先进的射频技术、指纹识别技术等先进的技术手段，取代传统的钥匙开门方式，有效地解决了钥匙管理混乱的问题，同时，实现进出人员的科学管理。主要功能如下：进出人员管理，进出时间管理，人员权限管理，出入信息存储，状态信息显示，信息统计管理等。

4 结语

本文面向移动互联网，探究了流媒体平台的关键技术，基本业务和增值业务。影响流媒体业务的推广因素是多方面的，除了无线通信速率，视频码流优化，网络控制策略，电信运营商流量资费等原因之外，还与整个产业链的发展密切相关，例如商业模式的创新，应用服务的创新，流媒体资源的丰富，智能终端的发展，行业政策的制定等。因此，流媒体业务的推广是个系统的工程，需要全方位的措施。

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Analysis and Study of Streaming Media Platform for Mobile Internet

WANG Yong-jian, ZHANG Nan, ZHAI Xiao-wei, LIU Yong-tao, NIU Hui-qi

(China International Telecommunication Construction Group Design Institute Co. Ltd, Beijing 100079, China)

In the era of self-media, the proportion of streaming media services is growing rapidly in the mobile Internet. Aiming at the problems of low speed and serious interference in mobile Internet, some main solutions are analyzed in the present. From the point of view of network control strategy optimization, streaming media platforms are studied. Firstly, a architecture of the system is designed. The main strategies of network policy optimization are discussed, which includs the control of originator rate, the control of drawing-frame strategy, the control of packing strategy, and the control of sort order. Then, some basic functions and main value-added functions are analyzed in a streaming media platform. Streaming media platform is only one link in the media industry chain, and it needs a full range of measures for the development of streaming media business.

Mobile internet; Streaming media; Network control strategy optimization; Perimeter guard

TP393

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.04.012

河南省重点科技攻关项目(122102210430)

王永建(1981-)，男，博士研究生，高级工程师，IEEE会员、ACM会员，研究方向为信息安全、大数据、计算机应用；张楠(1980-)，男，硕士，高级工程师，研究方向为多媒体技术、计算机应用；翟晓微(1979-)，女，本科，工程师，研究方向为计算机应用、光通信；刘永涛(1981-)，男，本科，高级工程师，研究方向为数据通信、计算机应用；牛辉奇(1974-)，男，本科，高级工程师，研究方向为数据通信、计算机应用。

本文著录格式：王永建，张楠，翟晓微，等. 面向移动互联网的流媒体平台分析研究[J]. 软件，2017，38（4）：63-67