——武汉大学教授 胡瑞敏

    4、充分考虑网络流量和业务内容的层次化的联网系统结构

    结合目前的技术发展方向和城市视频监控联网的技术难点，经过深入的研究分析，系统采用了一些不同于以往的新技术来解决这些难点，如流媒体服务器转发视频流、网关视频格式转换、系统的插件集成。下面详细叙述这些新技术的产生背景、作用意义。

    一个中等城市监控联网视频总共监控点会在1000个以上，分散在各个派出所管辖范围内，用已有的各种网络实现系统接入，经过多年逐步建设的网络系统的节点种类繁多，连接各用户的网络区段会在带宽、延时和误码率等方面存在种种差异，不可避免的引入异构网络QoS保障这个难点问题。众所周知，IP网络在提供QoS方面有明显的困难，IP网络在设计时最大限度的降低了应用对网络的依赖性。这一点主要通过无缝连接、每包路由、尽力服务这几个方面来体现。也就是说，IP网络的架构是建立在对网络不信任的基础上的,IP的应用主要依靠终端的智能来实现。QoS问题集中反映在不能很好的传输实时媒体流,特别是：（1）IP无连接每包路由方式和实时媒体流不适应，实时媒体流需要能够确保资源的固定路径。（2）IP网络尽力而为的服务方式与实时媒体流不适应。实时业务对资源的持续要求必须通过和其他流量的有效区分来保证。（3）IP网络松散的管理方式不适应实时业务，因为实时业务需要端到端的服务保证，而普通的IP网络通常以域为单位进行管理，不同的域有不同的管理策略甚至网络结构。端到端的管理很难实现。

    为此我们首先分析视频监控联网的网络载体——城域网，层次结构一般分为，接入层、汇聚层、核心层。首先在核心层，营运商在核心层一般是光传输网络如SDH、DWDM。技术主要是保障数据的快速传送，以及同国家骨干网的连接。第二个层面汇聚层面，这个层面的增加，主要使城域网的结构布局更趋于合理。第三个是接入层面，作用是能够满足各个层面的用户的需要，如宽带接入、无线接入等等。考虑到视频监控传输过程的特点是大数据量、近似恒定的网络带宽、从前端的视频监控点向各级监控中心的汇聚型传输。如果设计好系统的拓朴结构就能够在一定程度上，减小异构网络中传输不可靠、数据传输延迟和无QoS保障等难点问题。同时考虑城市视频监控联网建设的长期性问题，系统必须具有可扩展性，符合公安的业务行政划分，充分考虑已建系统的互连问题，便于统一规划、分次建设，避免重复投资和资源浪费。

    为此，一个典型的城市监控传输系统逻辑结构由七个层次组成：视频监控点、社会监控资源、一级监控中心、二级监控中心、三级监控中心、用户分控终端、省部级监控中心。系统利用各级监控中心实现视频流的汇聚，采用流媒体服务器屏蔽系统内部的复杂结构，实现视频的压缩和转发分开的架构。各级用户统一从各级监控中心的流媒体服务器上获得监控视频。基本上实现一个应用层的流媒体组播系统的体系架构。在这样一个树状的层次结构下，视频信息是一个汇聚过程，基本上没有冗余的数据交换。

    5、系统的核心关键技求

    （1）采用接入网关转码技术统一视频压缩格式

    视频监控点隶属于不同的区域，而且由于视频标准的发展过程，视频压缩格式多元化，使原本简单的资源共享问题，由于视频的压缩格式的不同而变得十分复杂。不同的压缩算法、不同的压缩比特率、不同的视频压缩质量，给城市视频监控联网系统的资源协同共享制造了严重障碍。因此一个完整的联网系统必须提供视频数据格式转换的功能。最佳方案是采用接入网关，统一视频压缩格式、矩阵切换和云台控制的命令。采用统一通信协议支持多种视频编码方式的方法实现视频格式的融合。目前，一种特定流媒体的传输格式都支持多种视频压缩格式，这样随着视频压缩技术的进步，在客户端通过插件实现不同视频压缩协议的支持。所以可以在不改动流媒体服务器和传输方式的情况下，实现系统向后兼容。统一视频的压缩格式就会带来对大量旧设备的改造和添加新设备的投入，费用不可承受。设立接入网关，由它把视频流转换为一种通用的视频传输协议。用统一的视频传输协议来进行视频数据的逐级上传问题。

    （2）异构网络下视频自适应网络传输机制

    实时性、连续性是视频流媒体的主要特性，这要求拥塞控制算法在预防拥塞的同时要充分利用有效带宽，尽量将端到端的延迟控制在一个很短的时间内。流媒体要求传输速率具有平稳性，即在网络有效带宽下降时，调整传输速率缓慢一些，从而有一个平滑的码率变化，不会产生较大的抖动，使终端用户不会有视频流媒体质量剧烈变化的感觉，因此多媒体的网络传输机制必须有自适应能力。

    在传统的网络服务中应用程序在连接建立阶段，根据当时网络状况协商了一个服务质量，只要网络不发生灾难性故障，连接就会一直保证这个服务质量。但是这种机制并非最优，因为网络状况是动态变化的，最初连接阶段的网络状况与会话过程中整体网络状况可能相差很大。保持固定的服务质量可能会导致两种极端情况网络即便轻载也只能提供较低等级的服务质量或网络负载很重仍强求很高的服务质量，显然这都是不合理的。协议应该提供灵活的机制，根据网络的当前状况来动态调节速率以改变占用的网络带宽。视频监控的城域和广域互联就必须采用这种带宽自适应的视频传输机制，只有这样才能适应目前公安专网或是公网的实际网络环境。

    具体的传输速率自适应的调整可以分为基于发送方的、基于接收方的以及混合控制的方式。发送方可以根据来自接收方的RTCP中的RR计算包丢失，确认接收方看到的网络状况。发送端根据反馈信息评价包丢失及确认网络状况，并相应地调节发送帧率。这种基于发送方的调节方式主要应用于单播通信。基于接收方的控制主要应用于分层组播中。接收方根据RTCP包中的反馈信息，通过加入或者离开某个分层的组播组，实现对占用带宽的调整。除了改变发送速率，还可以通过调整媒体质量（如视频分辨率大小，音频采样率等）也到达带宽自适应的目的。

    也可以采用动态多码率技术，使视频流的码率能够根据带宽的不同而相应变化。理想的动态多码率编码方案,只需对视频序列进行一次压缩编码，就可在传输时根据网络带宽的情况,使用低复杂度的分配方案，生成不同码率的视频流，如16kbit/s，32kbit/s，64kbit/S等。这样可以在传输时根据网络情况的变化将不同的码流发送给服务器，以适应不同的网络带宽。