窄带宽下监控视频传送优化机制的思考

孙建

浙江中迈科技有限公司  浙江杭州  310012

摘要：随着科技的发展，计算机应用的普及，数字化技术的应用，更先进的成像元件的应用，让视频成像的清晰度也越来越高，同时对网络的依赖也变得越来越大。对于大型的项目型企业，在全国甚至海外有许多临时项目分支机构，大型的数字视频监控系统的应用是非常重要的手段。但数字化的视频监控系统依托于互联网的链路，由于很多项目地的以太网链路由于地区偏远或运营商服务技术质量等原因，特别是海外项目，存在很多不确定因素，无法保障所有的链路都是优质的、高带宽的。因此，思考如何优化视频的传输，优化视频系统对于窄带宽的适应，对于大型的数字监控系统能否正常应用，显得犹为重要。本文将以此为重点，探讨技术上的优化。

关键词：视频监控；以太网链路；数据优化

中国是建设大国，有许多优势的建设企业，业务遍布全国及至海外。虽然企业也有很多优秀的人才，但是如果缺乏监管，总是容易产生问题。而及时性的管理与现场场景的还原，成为现代大型建设企业管理中的重要期待。大型的星型结构的视频监控系统，可以提供给建设企业一个非常有效的技术手段，实现异地多点到中心服务平台的互联与接入，让管理层可以随时提取视频数据。在这样的大型数字视频监控系统中，以太网链路成为重要的依赖，以太网链路质量的好坏，直接影响到数字视频监控系统的效果。视频流要达到实时，需要至少25连续帧每秒的数据量，如果项目地的以太网带宽允许，则可以实现非常优质画面的传输，但如果在窄带中，由于数据流的庞大，有限的带宽，无法实现全数据流的实时传输，那么将造成数据拥堵，到用户端，最直观的呈现就是视频无法显示或卡顿不动。因此，优化软件系统的取流技术，最大程度让视频流能在各类带宽上跑，以保障企业视频系统的顺昨应用。

一、智能带宽判断

虽然在向营运商购买宽带时，都会给一个承诺的带宽，但是在实际应用中，由于要跨越不同的地区甚至国家，跨越不同的运营商，在实际的连接中，常常是不能达到承诺的带宽，如何能分析出真实的有效带宽，就需要进行智能的分析判断。

智能判断带宽功能，集成到后台软件平台系统中。软件平台系统在通过网络链路与前端项目地的设备提取视频流时，不知道真正的带宽是多少，只假设是一个优质的带宽。因此当后台系统向前端设备发送数据提取指令后，前端按正常数据向后台系统进行推送。后面平台系统端在收到或长时间为收到前端过来的数据流时，对获取到的数据做一个判断，如果获取到的数据是和后台发送的提取指令相符的并且是完整的，则认为前端带宽足以满足当前视频传输的需要，为优质带宽，不需要做优化处理，同时对该项目进行标签。如果获取到的数据不完整，后台平台系统根据收到的数据与请求要的数据进行比对，判断数据完整度的比例，根据能获取到的数据完整度的比例降低要获取的数据量，重新以此低比例的数据量请求再次向前端发送数据获取请求，对获取到的新的数据再进行判断，直到获取到对称的数据流为止，以最终获取的数据流的大小判断带宽的大小，并对该项目标示标签。数据流的判断，均进行三次以上的验证，以增加判断的容错性，如果三次的判断产生的带宽值都比较相近，则标记灵稳定链路，而之则标记为不稳定链路。完成标签的链路，每次日再验证一次，以维持判断的准确性。

二、抽帧优化机制

由于后台系统无法必变链路质量，因此在智能判断中判断链路为带宽值较小的链路且不能满足正常视频传送时，启动抽帧机制。后台计算提取到的视频单帧数据量，结合智能判断模块判断的带宽大小，进行平均抽帧动作。按25帧/秒为基数进行抽取，带宽越小，抽取越小，低至每帧/秒，以达到满足数据顺利传输的目的。后台平台端如果同时需要获取多路数据流时，亦根据数据量的大小进行判断调整，以总带宽为基础平均每路数据的大小，根据分配的带宽的大小请求数据。为能顺利获取到数据，平台发送提取请求时，加入抽取指令，对于不需要提取的帧，不进行提取，以实现窄带宽中的流畅性。由于抽帧模式，导致提取到的帧数较少，实时性比较差，为了提升用户端的感受性，在后台系统中加入通过插帧功能，根据获取到的帧，每一帧插入一到二个同类帧，让视频流解码是多几帧，提升平台端视频流的连续性。

三、数据池缓冲功能   

根据智能判断后的链路质量，当前链路质量对于能传送的帧率小于设定的阀值时，启动数据池缓冲功能。在后台平台系统中设置缓冲存储区，缓冲数倍于链路带宽能传送的帧数的数据量。当客户端向平台服务系统发送需要浏览视频数据流的请求时，平台系统即时向前端发送提取数据请求，并将获取到的数据放置于缓冲区，当缓冲区达到阀值时，再推送给客户端应用。在推送给客户端应用时，根据获取到的帧数，适当进行插帧，提升用户端的体验感。由于有些窄带宽非常不理想，根据智能判断后的链路质量的阀值，启动空闲提取帧机制。当带宽空闲时，启动空闲抽帧帧率提取，存储于缓冲池，当客户端向平台提取数据时，可以直接抽取缓冲池中的数据，增加数据推送的流畅性。当客户端有多数据提取要求时，如果超过带宽时，停止空闲抽帧帧率提取，让出带宽给即时数据需求。故此，当客户端请求视频数据时，由于需要缓冲，就需要适度牺牲部分实时性，以达到视频能呈现的目的。  

四、降分辨率流机制

根据智能判断后的链路质量，比对单帧数据量，当前面链路还不能达到帧数阀值时，启用抽取低分辨率机制。现在的视频监控设备，都会有多个码流，如高分辨率的主码流、低分辨率的辅码流等。根据项目到中心平台服务系统的有效带宽的大小，请求提取低分辨率的方式来降低数据流的大小，增加传输效能。同时在启用代分辨取流的状态下，重新加入数据判断机制，根据需要决定是否启用抽帧机制、数据池缓冲机制以及空闲提取帧机制。更大程度去优化数据流的传送，以达到低分辨下的视频流的可用性，实现在特小带宽下的视频流的传送，为项目管理提供参考。

五、总结

总之，无论视频是否流畅，分辨率是高还是低，只要有图像能提取，就能给总部管理层对现场的了解与巡查，提供极大的帮助。有图像与没有图像，是两个完全不同的管理状态。在带宽非常不理想且无法变更等情况下，通过平台管理系统的智能机制，大大优化数据流的提取与传输，从而让大型以太网数字视频监控系统的实现成为现实，给大型建设型企业管理项目提供直观的视频辅助，大大提升企业管理的效能。

参考文献：

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