公路網(wǎng)監(jiān)測視頻上云應用服務的研究與實踐

楊 揚 王 琳

1.中國電信股份有限公司徐州分公司集成與軟研中心，江蘇 徐州 221018 2.中電鴻信信息科技有限公司，江蘇 南京 211100

1 交通路網(wǎng)視頻上云背景

隨著交通信息化的發(fā)展，社會公眾對安全、方便、快捷的公眾出行服務的關注越來越多，需求越來越迫切，期望值也越來越高，而視頻監(jiān)控又是能夠幫助社會公眾及時了解路況最有效、最直觀的方式，特別是基于移動端的視頻監(jiān)控，它的靈活性和便捷性在公眾出行等應用中發(fā)揮著重要的作用。

2018年8—10月，交通運輸部路網(wǎng)中心組織G2京滬高速運行監(jiān)測管理與服務實驗平臺示范工程，實現(xiàn)6?。ㄊ校?、1家路橋公司所有高速沿線視頻上云，在2018年國慶節(jié)期間開放給公眾，取得良好的效果。高速視頻上云效果顯著（國慶期間視頻點擊量1億次，平臺同時在線人數(shù)最高達21.6萬人），對于普通公路監(jiān)測視頻上云有較大助推作用。

2019年，交通運輸部辦公廳印發(fā)了《全國高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)檢測工作實施方案》和《全國高速公路視頻云聯(lián)網(wǎng)技術要求》，明確省部聯(lián)網(wǎng)，打造全國高速公路“一張網(wǎng)”運行監(jiān)測體系，并要求2021年6月建成高速公路視頻云聯(lián)網(wǎng)智慧監(jiān)測與管控體系。新基建也明確提出應用智能視頻分析技術，打造智慧交通基礎設施。《交通強國建設綱要》明確建設目標為2035年進入交通強國行列，實現(xiàn)交通智能化、信息化發(fā)展。

交通運輸部就視頻云聯(lián)網(wǎng)下發(fā)了相關政策后，江蘇省交通運輸廳公路事業(yè)發(fā)展中心積極響應交通運輸部相關政策要求，下發(fā)了《江蘇省公路網(wǎng)視頻上云應用建設方案》，從系統(tǒng)設計、關鍵技術、接口設計、網(wǎng)絡安全以及和現(xiàn)有系統(tǒng)的對接方案等方面提出了具體要求，全面啟動江蘇省公路網(wǎng)監(jiān)測視頻上云。視頻上云工作提升了公路信息化、智能化運行水平，符合人民的利益，增加人民群眾出行的獲得感、幸福感、安全感。

2 視頻上云實現(xiàn)策略

2.1 客戶需求

2.1.1 路網(wǎng)監(jiān)測視頻云接入

面向政府管理部門，打破視頻孤島，接入海量、不同協(xié)議與格式的路網(wǎng)監(jiān)測視頻，進而轉碼成為統(tǒng)一協(xié)議、不同碼率的視頻流，利用運營商專線實現(xiàn)天翼云端匯聚。

2.1.2 路網(wǎng)監(jiān)測視頻云直播

面向社會公眾出行，依托公有云CDN分發(fā)能力，利用相關政府管理部門門戶網(wǎng)站、微信公眾號等，提供高并發(fā)、秒播、脫敏的可視化視頻出行服務，實時了解路網(wǎng)事件與擁堵情況。

2.1.3 路網(wǎng)監(jiān)測視頻云監(jiān)控

面向政府管理部門，響應交通運輸部路網(wǎng)監(jiān)測與應急處置中心的《全國高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)檢測工作實施方案》和《全國高速公路視頻云聯(lián)網(wǎng)技術要求》，建設國家公路網(wǎng)視頻云聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測體系以及部、省兩級視頻云聯(lián)網(wǎng)智慧應用與共享平臺，實現(xiàn)公路網(wǎng)監(jiān)測的“全覆蓋、全聯(lián)網(wǎng)、全共享”。

2.2 立項必要性分析

2.2.1 國家政策有保障，全國行動計劃啟動

2019年4月，交通運輸部路網(wǎng)中心正式啟動“公路網(wǎng)視頻監(jiān)測云聯(lián)網(wǎng)行動計劃”，涵蓋高速公路與等級公路，建設統(tǒng)一標準、統(tǒng)一規(guī)范、統(tǒng)一云平臺為一體的國家公路網(wǎng)視頻云聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測體系以及部、省、兩級視頻云聯(lián)網(wǎng)智慧應用與共享平臺。

2019年6月，交通運輸部路網(wǎng)中心即將下發(fā)《公路網(wǎng)視頻云聯(lián)網(wǎng)技術與管理規(guī)程》，規(guī)范全國公路視頻云聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測技術應用與管理工作，實現(xiàn)基于云架構的視頻聯(lián)網(wǎng)平臺建設與應用目標。

2.2.2 產(chǎn)品可復制性強、商務模式靈活

交通視頻上云產(chǎn)品在電信體系具備獨特競爭優(yōu)勢，同時能夠充分發(fā)揮電信云網(wǎng)融合優(yōu)勢，提供整體性方案與服務。

中國電信已具備標準化解決方案、營銷策略指引等流程模式，可迅速在全國各省市復制。商務模式方面，可通過服務租賃方式為客戶提供軟硬件解決方案，便于客戶立項和招標。

2.3 總體方案

基于以上分析，我們充分發(fā)揮中國電信的云網(wǎng)融合優(yōu)勢，依托天翼云，采用“云—管—端”的架構模式，不改變原有政府部門視頻架構，以視頻云端匯集和資源共享為基礎，提供海量交通視頻數(shù)據(jù)接入、轉碼、存儲、分析、直播、監(jiān)控、調(diào)度以及基于云端的智慧應用，有效實現(xiàn)扁平化、全方位、標準化視頻監(jiān)管，滿足對社會公眾開放視頻的需求。

在原有視頻管理系統(tǒng)的基礎上，快速實現(xiàn)8個視頻匯聚點總計500余路公路網(wǎng)監(jiān)測視頻云端匯聚與分發(fā)，每個匯聚點使用視頻轉碼服務器和二級等保的防火墻，通過中國電信100 M互聯(lián)網(wǎng)專線推流到天翼云，利用中國電信天翼云CDN高并發(fā)能力把視頻分發(fā)給公眾用戶。具體總架構布局如圖1所示，從圖中可看出，核心功能包括：視頻云接入，包括多協(xié)議轉換、視頻推拉流、視頻轉碼、視頻分發(fā)等功能；視頻云分析，包括視頻質量分析等。

圖1 總架構布局

2.4 具備的功能及應用現(xiàn)狀

2.4.1 基礎數(shù)據(jù)同步

系統(tǒng)提供攝像機點位、狀態(tài)信息、組織架構信息的同步功能，保證移動端攝像機列表的加載速度。

系統(tǒng)可對各道路視頻的攝像機信息做統(tǒng)一的管理，實時地將各道路視頻的攝像機信息通過接口上報。其中，要具體推送的道路視頻圖像是由云平臺通過接口對指定攝像機控制的，包括圖像開始推送以及停止推送等命令。

系統(tǒng)采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和國際成熟的標準編解碼算法，根據(jù)客戶端終端設備能力生成符合其解碼播放的媒體數(shù)據(jù)。以實現(xiàn)不同客戶端終端順利解碼播放。根據(jù)客戶端終端網(wǎng)絡狀況，調(diào)整媒體數(shù)據(jù)的分辨率，幀率以適應不同的網(wǎng)絡通信要求。從而適應不同的硬件平臺，方便嵌入式移植。

2.4.2 上云設備及視頻管理

系統(tǒng)將視頻轉碼設備與對應接入NVR或流媒體服務、視頻攝像機進行匹配關聯(lián)，以便控制和選取視頻是否允許往云端平臺推流，與云端系統(tǒng)API交互獲取視頻推流的實時狀態(tài)。

此外，視頻轉碼設備需定期地向平臺做狀態(tài)上報，以便平臺能及時了解視頻轉碼設備的當前系統(tǒng)狀態(tài)和負載情況，如圖2所示。

圖2 轉碼設備系統(tǒng)狀態(tài)及負載示意

在云端通過智能視頻分析實現(xiàn)視頻質量的檢測，包括：黑屏、凍結、滾紋、滾屏、過曝光、顏色異常、圖片拉扯、未聚焦等情況。最終將質量差的視頻進行屏蔽。也便于運維人員對故障攝像機進行修復。

2.4.3 同步微信公眾號

為方便公眾出行，系統(tǒng)還與微信公眾號合作，同步提供便民信息。為社會公眾提供路況信息，讓公眾實時掌握出行路況；對社會公眾開放氣象預警信息，便于公眾了解出行天氣；對社會公眾開放站點信息、停車區(qū)信息、服務區(qū)信息，便于公眾合理安排?？课恢眉昂侠戆才判菹⒌攸c。預警信息如圖3所示。

圖3 預警信息

2.4.4 視頻發(fā)布

系統(tǒng)提供視頻發(fā)布管理功能，控制和選取已上云視頻是否對社會公眾開放。最終對社會公眾開放視頻需滿足政府管理部門實際管理要求，視頻發(fā)布如圖4所示。

圖4 視頻發(fā)布

3 關鍵創(chuàng)新點

交通視頻上云產(chǎn)品在電信體系內(nèi)，具備獨特競爭優(yōu)勢（除視頻接入、轉碼、直播和分發(fā)，將迭代視頻云存儲、視頻云智能分析等功能），同時能夠充分發(fā)揮電信云網(wǎng)融合優(yōu)勢，提供整體性方案與服務。

該項目針對客戶需求，采用的創(chuàng)新型技術如下。

（1）CDN分發(fā)：為滿足大量的人員訪問，采用云端視頻CDN分發(fā)功能，通過云服務提供視頻直播業(yè)務支持，包括了接受推流、視頻分發(fā)、視頻播放的全套技術解決方案，提供全網(wǎng)最流暢的直播觀看體驗，使用最優(yōu)質的BGP機房和帶寬降低直播時延，保證直播的實時交互，千萬級直播并發(fā)能力。

（2）GOP秒播功能：為了提升公眾調(diào)看視頻圖像的用戶體驗，平臺設計了GOP（group of picture）功能，在云端緩存1～2 s的I幀視頻數(shù)據(jù)組，當用戶打開調(diào)看時，云端服務器當即將此I幀視頻數(shù)據(jù)組推送給用戶，在播放器的配合下用戶能夠利用I幀立即解碼出圖像顯示，從而實現(xiàn)秒播功能。

（3）防盜鏈功能：為防止非法的攻擊以及視頻資源被盜用，云端提供了一套鑒權機制，每個被信任的用戶訪問攝像機視頻時，都需要在播放地址中帶上鑒權信息，依據(jù)此鑒權信息判斷是否為合法訪問，如不合法則斷開訪問的TCP連接，可以有效地防止盜鏈行為或者是惡意的攻擊訪問。

4 總結

本文提出的公路網(wǎng)視頻上云應用服務，依托中國電信“云網(wǎng)融合、安全可信、專享定制”三大優(yōu)勢，將各路網(wǎng)分中心500余路公路網(wǎng)監(jiān)測視頻通過互聯(lián)網(wǎng)專線實時匯聚至天翼云，進而通過云端視頻管理平臺為管理單位提供了穩(wěn)定、低延時的視頻云監(jiān)控服務，滿足公眾出行高并發(fā)、秒播的視頻云直播需求。