“E視界”視頻綜合服務運營平臺設計及應用

李海健

1引言

多媒體應用目前是3G時代的主流應用，視頻業務已成為各大運營商增值業務的熱點，包括視頻直播、點播、手機電視、會議直播等。中國電信、中國聯通打著3G的旗號，正在大力推廣各自的視頻應用類業務，視頻應用業務市場之戰已經打響。

中國移動的3G TD網絡建設還不完善，為了在視頻應用市場爭取得一定市場份額，迫切需要一種能夠在現有GSM網絡和未來TD網絡條件下，可滿足用戶手機需求的視頻服務技術。中國移動通信集團廣東有限公司中山分公司作為廣東移動無線城市的試點單位，在現有GSM+TD+WIFI三網合一的條件下，憑借豐富的視頻業務運營經驗，自主研發成功具有獨立知識產權的“E視界”視頻綜合服務平臺，并成功應用在了中山公安視頻監控、無線城市業務和中山服務廳服務質量實時監控上，同時通過無線城市展廳，向集團、省公司等各級領導進行了展示，獲得高度評價和認可。

2“E視界”視頻綜合服務運營平臺背景

視頻應用類綜合服務需求不斷增長：在“平安城市”工程、技術和成本的改善以及奧運會、世博會等的推動下，中國視頻監控市場快速發展，傳統的模擬監控市場逐步萎縮，而數字監控逐步成為主流，網絡監控穩步增長。網絡化、個人化和智能化將是中國視頻監控市場重要的發展趨勢，視頻監控的應用也將逐步趨廣。

這種新型的互動多媒體增值業務的應用，對業務模式比較固定的電信運營商來說，無疑是一場考驗。作為一個電信運營商，涉足新型的信息化業務市場是本身轉型的需要，而開拓多媒體視頻類業務市場也是中國移動在日益嚴峻的市場競爭中開展全業務拓展的選擇之一。

從傳統的運營業務模式到新的運營模式，電信行業正在經歷一場全新的轉型挑戰，包括技術架構、新型業務、運營模式的轉型，以及由傳統網絡到互聯網的轉型等全方位的轉變。在轉型的過程中，電信運營商只有開發出更新鮮更豐富的綜合增值服務，才能抓住更廣闊的市場與用戶群，不斷發展，創造價值。

3“E視界”視頻綜合服務運營平臺的架構

如圖1所示，“E視界”平臺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看、巡航、輪巡、定時作業、錄像、拍照等功能。

用戶管理嚴密：提供基于角色、職權等多種管理模式，具備PIN碼硬件認證，權限分配具體到每個區域、通道、菜單；提供詳盡的日志功能。

設備管理便利：遠程批量配置，定時狀態巡檢和報障。

GIS界面友好：內嵌GIS優秀的直觀的信息呈現界面。

3.1視頻監控管理軟件基本功能

該軟件具備現有的視頻監控系統常見的所有功能，且在其業務流程中內嵌移動的短信、彩信功能為客戶提供各種主動智能服務；還可以提供標準接口與客戶自身的多種平臺、系統聯動，提供豐富的業務功能。

主要功能如下：

(1)實時圖像監視功能

用戶可選擇前端的任一攝像機進行監控，能夠靈活方便地做到：對每臺變焦攝像機的鏡頭進行變倍、聚焦控制；對全方位云臺進行各種方向的控制和操作；直接在畫面上進行遠方控制操作；通過鍵盤控制，對攝像機視角、方位、焦距、光圈、景深進行調整；通過RS485總線，對系統內的高速智能球型攝像機的控制，使球機直接接到預置的方向和觀察角度。

(2)報警及報警聯動

用戶可以設置報警時自動錄像以及控制輸出設備的聯動方式，可以根據需要進行布防。系統實現對操作員信息及操作時間、報警設備信息及報警時間等信息自動存檔；實現與火災報警系統等警用系統聯動。監控前端能自動打開聲光等報警聯動設備，并發送相關的報警信息至服務器；報警時，授權遙控監視點能在0.2秒內自動彈出報警信息窗口和發出聲音提示，并顯示報警點的具體位置、報警類型及現場圖像，并存儲相關攝像機的圖像及聯動錄像等，便于事故處理與分析。

(3)字符疊加

用戶可以在監控畫面中疊加文字信息，包括攝像機編號、地名、當前日期、時間等。

(4)電子地圖

系統應提供與GIS管理平臺的接口，實現“直接在地圖上指揮”的業務需求。以最新的技術，將電子地圖與數字視頻圖像完全融合在一起，用戶通過簡單的點擊可直接查看地圖上某個位置的圖像?，F場地圖可以是圖片，區域地圖，建筑物布置圖，樓層平面圖；多個地圖按分層順序進行組織；在地圖上可放置攝像機圖標，用戶通過點擊圖標，可快速選擇所要觀察的監視點。對用戶來講，只有一個統一的視頻監控管理平臺的界面。

(5)硬盤錄像

系統可同時進行多路圖像的實時錄像。錄像時間可以設定。錄像采用數字硬盤錄像并具備回放功能；回放時不影響錄像；回放速度等都可調。歷史圖像的存儲與查詢通過數據庫進行。

(6)網絡監控

多個監控終端同時觀看同一個監控點的實時圖像。根據權限設置確定控制權，權限相同時，第一監控人獲得控制權，權限不同時，高權限用戶獲得控制權。系統具有自動檢錯功能，能避免通信干擾及誤碼帶來的影響；系統具有自診斷和實時自恢復功能，能對系統突發的異常自診斷、告警和自我恢復；系統采用流媒體分發方式，有效地降低了網絡的擁塞。系統有效地隔離內外網，防止來自外部網絡病毒和黑客攻擊。

(7)用戶管理

網絡客戶端采用集中管理模式，統一管理設置參數、權限等；系統管理員具有最高權限，能對相關人員的權限和初始口令進行設置，能設置操作人員的連接權限、控制權限、管理登記等使用權限；終端用戶對監控軟件和設備的操作記錄將自動存檔，并且不能刪除修改。3,2視頻編碼方式技術領先，效率高，時延小

開發手機視頻監控模塊。通過自主研發的增強型H.264(EH.264)編碼解碼技術是在當今流行的視頻編解碼技術H.264／AVC的基礎上，結合多種針對無線移動網絡而做增強改進的算法于一體的新一代編解碼技術，具有比以往標準更出色的性能。與標準的H.264或MPEG-4相比，在同樣質量下，其數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；而且具有良好的網絡親和性，特別是對于IP互聯網、無線移動網等易誤碼、易阻塞、Qos不易保證的網絡，使用增強型H.264編碼技術使“E視界”手機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)技術指標

◆主觀質量評價

從主觀視覺上評價本系統實際效果。選取營業廳中，既包括細節不豐富的圖像，如A營業廳，又包含有豐富細節的圖像，如B營業廳，在平均碼率為56kbps碼率的條件下，采用E-H.264進行編碼處理。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量。在圖像較為平坦的區域(比如營業廳A)，E-H.264的塊效應消除效果明顯。同時，在圖像細節豐富的區域(比如營業廳B)，

E-H.264較好地保護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。

◆客觀質量評價

從客觀指標上評價本系統實際效果。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)作為評價圖像質量的客觀標準。測試結果如表1所示。

分析表1可知，在較低碼率條件下，E-H.264對包含豐富細節的圖像及細節不豐富的圖像均能取得良好的PSNR和MSDS結果。

4“E視界”視頻綜合服務運營平臺的主要創新點

4.1自主研發的增強型H.264(EH.264)編碼解碼技術

自主研發的增強型H.264(EH.264)編碼解碼技術是在當今流行的視頻編解碼技術H.264／AVC的基礎上，結合多種針對無線移動網絡而做增強改進的算法于一體的新一代編解碼技術，其中包括：基于結構相似度的快速運動估計、多模式自適應環路濾波、增強前向糾錯、RCPC信道編碼非平等誤碼保護及FM0碼流率失真優化調度等技術。在目前網絡條件(GSM+TD)，基于加強版H.264手機視頻編碼技術保證了高清晰的手機視頻畫面?！癊視界”手機視頻監控效果明顯優于市場上同類型產品。

(1)基于結構相似度的快速運動估計

與傳統壓縮標準相比，H.264雖然具有更高的壓縮性能，但其編碼復雜度的大幅增加限制了它的實時應用。為此，E-H.264采用一種基于結構相似度的快速運動估計算法(FM EBSS)。該算法利用結構相似度的特性，通過在運動估計過程中設置閾值，減少不必要的運動搜索點，簡化復雜的搜索模式，從而達到了減小運動估計復雜度、改善壓縮性能的目的。實際使用結果表明，在保證壓縮質量不下降的前提下，該算法可以有效節約編碼時間，同時壓縮比也得以改善。如圖5所示。

(2)多模式自適應環路濾波

傳統基于塊的視頻編碼系統在碼率相對較低的視頻編碼時總會產生塊效應現象。為此E-H.264采用一種基于多模式的快速環路濾波算法。該算法根據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，針對每種模式的特點采用相應的濾波技術，并且利用圖像的空間相關性提出了一種快速的邊緣強度判別方法。

(3)增強前向糾錯

為了在無線網絡中支持H.264視頻業務傳輸，E-H.264采用了一種增強的前向糾錯算法(EFEC)。EFEC通過接收端發送的反饋信息決定是否采用EFEC傳輸數據，且不會因為反饋信息的丟失而停止數據傳輸；同時EFEC根據網絡誤比特率調整附加數據信息的長度。實際使用效果表明，EFEC能自動適應網絡狀態的變化，采取合適的編碼強度與較小的冗余信息，顯著地提高H.264視頻業務的傳輸質量。如圖6所示。

(4)RCPC信道編碼非平等誤碼保護

為了提高壓縮碼流在無線信道中傳輸的可靠性，E-H.264采用了基于RCPC(Rate Compatible PuncturedConvolutional)信道編碼的非平等誤碼保護方案，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的抗差錯能力。

(5)FMO碼流率失真優化調度

相對于TCP，UDP的及時性更好，但分組丟失使其不能直接應用于流媒體傳輸。E-H.264采用了FMO碼流率失真優化調度算法。該算法根據UDP信道變化調整傳輸參數，獲得最小的傳輸率失真。

(6)雙緩沖視頻傳輸控制協議

系統采用了雙緩沖視頻傳輸控制協議，在手機客戶端開辟兩個緩沖隊列，一個是播放緩沖區，一個是下載緩沖區，當下載滿一個緩沖區后，該緩沖區設置為播放緩沖區，下載緩沖區轉向另一個。播放線程和下載線程按視頻幀的次序交替執行，有效解決了因無線通信網絡網速不穩定而引起的播放速度和下載速度不匹配的問題。

4.2嵌入移動公司特色業務模塊，可使用USB攝像頭，價格低廉

平臺內部嵌入移動特色的短信、彩信、電話、139郵箱、網絡語音對講等通信服務。結合移動公司自身特點，發現異常情況，自動或者手動調用通信發送模塊，將情況通知給相關聯系人，嵌入式功能設計方便易用，符合客戶使用習慣。

USB攝像頭價格低廉，利用家庭固有的各種網絡環境，可以用低廉的價格(150元以下)實現視頻監控功能。

4.3兼容視頻行業內所有主流產品，集成服務能力強

市場上主流視頻服務提供商采用的都是硬編碼技術，每一路視頻轉換成本2000至4000元不等，“E視界”平臺完全軟編碼，成本最低，不受license限制，免除了后續受到視頻服務合作上的捆綁限制。不同于目前市場上主流的視頻監控產品采用的硬件芯片編解碼方式，采用軟件對視頻流進行編碼，可以使用客戶原有的硬件設備。同時軟編碼適配性高，可兼容?？?、大華、景陽等視頻監控行業內主流廠家的設備。其它設備在廠家開放協議情況下，也可實現直接接入。

5“E視界”視頻綜合服務運營平臺的實施效果

擁有自主知識產權的“E視界”視頻綜合服務運營平臺已經在中山公安視頻監控項目、中山水利局水文監控項目、中山移動服營廳以及通信機房監控等多個項目上成功進行了應用。

其中中山公安視頻監控項目視頻清晰、操作便易，對社會治安綜合治理提供了強大支持，成為全省公安系統的樣板工程。如圖7、圖8所示。

我們將“E視界”系統部署在中山移動服營斤安防系統中，使用該系統進行中山移動整個行政辦公區域和所有服營廳及通信機房的安防監控工作，可以通過集中視頻、Web視頻和手機視頻等全方位進行監控，特別在使用手機監控視頻時，圖像清晰度明顯高于目前其他主流系統。

在集團客戶視頻服務需求的充分調研，以及公安局、水利局等實際客戶的項目合作的基礎上，確定了中山公司“E視界”視頻綜合服務平臺的建設方向和特點?！癊視界”能夠盡量減少對于客戶原有設備的改造，最大限度地降低投資成本，同時可適應全省絕大多數地市目前的網絡條件(TD尚未完善，GSM具有相對覆蓋優勢)，特別將對視頻服務提供商的依賴性將到最低，自有知識產權確保了項目的長期不斷發展。

通過摸索，我們發現對于集團客戶提供的視頻服務要圍繞綜合視頻服務這一核心，提供包括本地的集中監控、基于Web的PC聯網監控、手機視頻監控等服務于一體的全方位視頻服務能力。這些服務手段，強調以本地集中監控和基于web的PC聯網監控服務為主，手機視頻監控服務為輔的模式。

目前“E視界”平臺正在“無線城市”的框架下，依據自有視頻平臺和技術資源，與市場業務部門相互配合積極開拓高價值信息化集成市場、中小企業和家庭軟件加服務的低端安防市場，以及針對特定用戶的視頻內容運營市場，為無線城市業務平臺儲備戰略視頻源和業務資源，并力爭把視頻業務培育成公司信息化市場的一類拳頭產品。