项目解决方案：在弱网(低带宽、高延迟、有丢包的网络)环境下建设视频监控平台的设计方案（上）

一、需求分析

1、业务需求分析

（1）提升用户体验

（2）降低带宽消耗

（3）增强适应性

2、功能需求分析

（1）视频汇聚联网

（2）分辨率转换

（3）码率控制

（4）视频灵活转码

（5）设置抖动缓冲

三、建设目标

1、联网整合，统筹规划

2、资源共享，集中管控

3、联动互通，深度感知

4、解码压缩，适应环境

5、录像保存，查阅下载

四、设计原则

1、整体性原则

2、扩展性原则

3、安全性原则

4、开放性原则

5、创新性原则

五、标准规范建设

1、标准规范建设

2、视频建设规范设计

3、视频监控平台操作指引设计

4、管理办法设计

5、视频监控平台应急保障方案设计

一、需求分析

近年来，随着全球海洋经济的快速发展，海上活动日益频繁，包括海上卫星发射在内的各类海上作业需求不断增加。这些活动通常需要在远离陆地的海域进行，而传统的有线通信方式无法覆盖这些区域，因此卫星通信成为海上数据传输的主要手段。然而，海上卫星通信面临着诸多挑战，其中之一便是弱网环境下的数据传输问题。

在海上卫星发射过程中，实时视频监控是确保发射安全、及时发现并处理突发情况的重要手段。然而，由于卫星通信的带宽有限，且受到海洋环境、天气条件以及卫星轨道位置等多种因素的影响，海上卫星通信的网络状况往往十分不稳定，导致视频数据传输出现延迟、卡顿甚至丢失等现象。为了解决这一问题，就需要在弱网环境下对视频数据进行高效的解码压缩处理。

1、业务需求分析

从业务层面来说，实现弱网环境下的音视频编解码和压缩，在实际应用中拥有非常多的好处。

（1）提升用户体验

减少卡顿和延迟：弱网环境下，网络带宽有限且不稳定，容易导致音视频传输过程中出现卡顿和延迟。通过解码压缩技术，可以有效降低音视频数据的大小，从而减少在网络中传输的时间，降低延迟和卡顿现象，提升用户的观看和沟通体验。

提高流畅度：解码压缩技术通过优化编码算法和压缩效率，能够在保证音视频质量的前提下，减少数据传输量。这有助于在弱网环境下保持音视频的流畅播放，避免因网络波动导致的播放中断或跳帧问题。

（2）降低带宽消耗

优化网络资源利用：在弱网环境下，带宽资源尤为宝贵。通过音视频解码压缩，可以显著降低传输所需带宽，使有限的网络资源能够承载更多的音视频数据流，满足更多用户的需求。

降低运营成本：对于服务提供商而言，降低带宽消耗意味着可以减少网络基础设施的投入和运营成本。同时，也能够为用户提供更加经济实惠的音视频服务套餐，吸引更多用户。

（3）增强适应性

适应不同网络环境：解码压缩技术可以根据网络状况动态调整编码参数和压缩比，以适应不同网络环境下的音视频传输需求。在弱网环境下，通过降低编码分辨率和帧率等参数，可以在保证基本观看体验的前提下，实现音视频的稳定传输。

支持更多应用场景：弱网环境下的音视频解码压缩技术，使得音视频服务能够覆盖更多应用场景，如海事作业、应急救灾、野外作业等网络条件受限的场合。这些应用场景对音视频通信的稳定性和可靠性有着更高的要求，解码压缩技术的应用可以显著提升这些场合下的音视频通信质量。

2、功能需求分析

从功能层面来说，视频资源整合汇聚，并且能够在弱网环境下的音视频解码压缩，需要通过以下几点来实现：

（1）视频汇聚联网

通过视频汇聚平台，将现有的视频监控系统进行远程联网汇聚，可以对接现有的视频监控平台，NVR录像机， IPC摄像头等设备。部署专用的视频监控平台，可以满足500-10000级别的视频监控终端接入，通过GB/T28181专用的国标联网协议，解决视频接入的同时，保留视频监控的各种功能和能力，云台控制，焦距控制，告警，语音对讲等能力，可以在视频融合平台上以目录结构查看，管理，控制。

另外在视频汇聚方面，充分考虑了视频终端等丰富化，兼容记录仪，视频会议，无人机，布控球，智能头盔，视频话机等终端，支持GB/T28181、SIP、RTMP等多种方式接入。在融合平台进行统一调看、管理和分发。

（2）分辨率转换

分辨率指的是视频图像中像素的数量，通常以水平像素数×垂直像素数来表示（如1920×1080）。分辨率越高，意味着图像中的像素点越多，每个像素点都需要传输颜色、亮度等信息。

随着分辨率的提高，每帧图像所需传输的数据量也随之增加。在视频传输中，由于视频是由连续的帧组成的，因此高分辨率视频每秒钟需要传输的数据量远大于低分辨率视频。

在带宽有限的情况下，可以通过降低分辨率的方式来减少数据传输量，从而在保证视频质量的前提下实现顺畅传输。

（3）码率控制

码率控制对弱网环境下音视频压缩的作用主要体现在以下几个方面：

①提高传输效率

动态调整码率：在弱网环境下，网络带宽不稳定，容易出现带宽波动。码率控制可以根据网络带宽的实时情况，动态调整音视频数据的压缩比，即动态调整码率，以确保音视频数据能够在有限的带宽内高效传输。这有助于减少因网络带宽不足而导致的音视频卡顿、延迟等问题。

优化资源利用：码率控制通过精确控制音视频数据的比特率，可以优化网络资源的利用。在带宽受限的情况下，通过降低码率来减少数据传输量，从而减轻网络负担，提高整体传输效率。

②保障音视频质量

平衡码率与质量：码率控制不仅仅是简单地降低码率以减小文件大小，更重要的是在降低码率的同时，尽可能保持音视频的质量。通过智能算法分析音视频内容，对关键帧和重要信息分配更多的比特，对非关键帧和次要信息分配较少的比特，从而在降低码率的同时保持较高的音视频质量。

减少压缩失真：码率控制还可以优化编码器的参数设置，以减少压缩过程中产生的失真。通过合理的码率分配和编码策略，可以最大限度地减少音视频数据在压缩过程中的损失，保持原始音视频信号的清晰度和保真度。

（4）视频灵活转码

视频接入能力和分发能力的丰富需要对各种系统的兼容性有较高的要求，通过统一部署的视频转码服务器，可以有效解决各种视频系统间无法互通，无法调看，黑屏等问题。视频转码能力可以统一调配使用，支持H.264，H.265等多种编码等任意互转，可以对任何视频的帧率，码率，分辨率进行实时调整。转码能力的部署是视频融合平台能力的真正提升，通过视频转码能力，可以确保视频融合平台真正的融合能力，按需任意输出。解决视频兼容问题，弱网传输，视频轻量化等多种视频领域的棘手问题。

（5）设置抖动缓冲

抖动缓冲的核心思想是用时间换空间，即通过增加一定的端到端延迟为代价，来换取音视频传输的流畅性。这种机制在弱网环境下尤为重要，能够有效应对数据包丢失、乱序、延迟到达等问题。

三、建设目标

本项目致力于打造一个基础的、强大的、开放的视频基本能力平台，充分释放视频资源的价值，赋能各种智慧业务快速构建可视化、智能化的视频应用能力。利用已建设的视频监控资源，横向拓展视频资源的应用范围，纵向提升视频资源对各部门业务的能力支撑，提供视频图像预览、录像查找回放、录像下载、视频事件检测等视频价值挖掘的技术手段，促进视频应用与部门职能相融合，同时通过音视频的解码压缩技术，使得视频监控平台平台在弱网环境下也可以正常使用。为企业发展决策指挥提供智慧支持，促进水平提升。

1、联网整合，统筹规划

构建统一的视频联网整合、开放共享平台，从各部门接入各类视频资源，形成统一的视频数据资源池，实现对各类专网、互联网、物联网等视频资源的汇聚，避免重复建设，提高资源可复用性。

2、资源共享，集中管控

在保障安全、可控的条件下，构建公共的视频能力，将视频数据资源池进行开放共享，在减少重复建设的同时，能让更多单位能享受到高清的、先进的、智慧的视频能力，包括视频的接入、转发、转码、存储等能力，并通过集中运维系统对接入的海量视频数据资源进行统一管控，形成系统运维的事前预警、事中监测、事后分析的闭环式监管。