视频网络技术展望2.3.6

随着互联网技术的普及和高速发展，人们对信息内容的形式和要求也越来越高，信息可视化将是未来发展的重要方向之一。一些科学家在互联网的早期时代就曾预言，未来的网络基本上是一个高品质的视频网络，视频信息的传输将占用到网络传输总量的99%以上。

然而，典型数据、音频和视频文件体积比为1∶100∶10000，在网络中，视频服务能够产生比文字或声音服务多上千倍的流量，高清品质的视频服务更能产生多达数万倍的流量，双向高清视频服务将会更多。据推理，10%的视频服务需求能够消耗掉90%以上的网络资源，而当视频达到高清互动品质时，所占用的网络资源将更加庞大，现有的网络系统将无法提供服务。在这种背景下，1996年，美国VMS公司开发设计了全新的综合多媒体视频交换技术，并由此研发了世界上第一套多媒体视频服务平台系统。VMS平台所用的视频交换技术是第三代交换式数字电视技术的标准，这套全新的通信协议能够实时、高品质的传输视频流媒体，并且能够对视频流媒体、语音、多媒体、IP数据进行全兼容，并在一根线路上进行传输，从根本上解决了IP网络、互联网在视频信息传输方面的缺陷，成为网络科技和互联网的一个重要发展里程碑。

1.VMS平台的核心——视频交换技术

到目前为止，视频传输方式经历了三种模式，与早期的单向式视频和目前的交互式视频不同，MP技术采用了交换式视频方式，它没有了信息传输主从站之分，任何站点都可以作为发送点，从而使得视频技术的应用范围扩展到延时电视点播、电视电话、视频会议等无限新业务，使得用户体验最大。VMS平台的核心技术是目前最先进的流媒体实时交换传输技术，可以支持任何接入网承载，包括光纤、5类线、同轴电缆、ADSL2+或无线（只要提供足够双向带宽），视频质量可以达到高清至超高清品质，全球范围内的数千千米异地视频传输延时仅为毫秒级。

传统的视频传输通常采用“文件式”路由传输方式，通常由用户终端、路由器、服务器和存储器/硬盘四部分组成，每一部分都需要足够大的存储空间，使得视频信息经过每一部分时都是先存储再发送，因此系统成本高，但却永远无法实时传输。而VMS平台的核心技术中仅有用户终端和低成本的集成电路设备（IDE）硬盘组成，其中用户终端没有记忆体，可实现零延时下载；IDE硬盘针对流媒体的操作系统，效率10倍于传统DOS/Windows操作系统技术；同时路由器的去除，可以不使用路由表和记忆体，实现全程线速交换；服务器的去除，不使用CPU，不对每个包进行处理，而只管理用户和资源，从而极大地减少芯片压力，释放了光纤效率，最终实现了大规模视频交换，这是传统“文件式”路由传输方式所无法匹敌的。

VMS系统采用的全部技术，包括网络技术、传输技术、组包技术、交换技术、存储器技术、服务器技术等400余类项的专利技术已在包括美国、中国和欧盟地区在内的世界大部分地区申请了全球专利保护。这些核心专利技术在很大程度上突破了原有IP或互联网流媒体的技术瓶颈，能够在现有的网络上实现高品质（DVD/高清/超高清）的视频实时传输。

（1）交换机技术举例

1）OLRS（Off-Line Routing Selection，离线路由算法）确保发生故障时快速切换到备用路由，加快了故障发生时网络恢复时间。

2）LADS（Layered Automatic Distribution System，分层自治的网络结构）消除了IP核心路由器的技术瓶颈以及核心路由器带来的可靠性隐患。

3）HANS（Hierarchical Access Network Structure，有序化的分层结构）确保了在不增加复杂度的前提下，可将网络规模扩展至全球范围。

4）WSPS（Wire Speed Packet Switching，全线速分组交换结构）在保障电视级品质的同时，实现了全程线速交换，大大降低了系统的延时。

5）MDRE（Minimum Delay Rate Equalizer，数据均流适配算法）确保瞬时流量稳定。

6）SPRR（Smart Predictive Resource Reservation，基于流量预测的智能资源保留算法）不须记忆虚电路信息，实现网络电信级的品质保证。

（2）网络技术举例

1）TSEP（Topological Structure Extraction Procedure，拓扑结构提取算法）完成整个网内所有节点交换机的型号、结构、拓扑信息库、网络连接图以及网络设备地址分配。

2）RCSG（Reduced Complexity Server Group，简化功能的服务器群）将复杂的服务器分解成多个流程固化的简单功能模块，有效消除了由软硬件过度堆砌而造成的服务器效率瓶颈。

3）CCSG（Client Centered Service Group，以客户为中心的服务体系）是以客户为中心的自带病历卡式的服务器群的工作模式，极大地提升了网络和服务器的整体系统处理能力。

（3）存储器技术举例

1）VDOS（Video Disk Operation System，流媒体专有的硬盘操作系统）实现了针对视频流媒体的硬盘格式化、节目建立、删除、目录、读写、复制等功能，每台服务器可管理500个硬盘。

2）VLSS（Very Long Section Storage，超长数据连续存储模式）大大减少硬盘磁头的机械运动，进而有效地增加了视频点播系统的并发流。VLSS存储格式与视频帧结构直接对应，确保视频内容完全实时传输，省去了传输设备和终端设备中的缓存器，实现了视频点播的进、退、快、慢等实时操作。

（4）安全性技术举例

1）AOPP（Address On Physical Port，物理端口绑定）是用户终端地址由网络决定，具备防范假冒的用户认证功能，任何试图假冒的用户源地址或与用户身份不符的数据包均不能进入网络。

2）EEUP（End to End Unchanged Packets，端到端不变的分组）传输模式是确保用户数据包在整个交换过程中不打开、不修改、不作任何处理，全程无缝连接，实现了低成本、高效率和安全性，由此可从根本上杜绝病毒感染。

3）ULPF（Up Link Packet Filter，上行数据包过滤）算法用以对来自用户的数据实施参数的过滤，只要任一参数不符就不放行，有效保证所有上行数据清洁，用户不需下行防火墙，网络安全获得结构性保障。

目前，基于MP技术，典型业务系统的性能指标可以做到如下程度：

（1）系统重载丢包率 小于百万分之一（此项指标全球第一）；

（2）系统带宽利用率 大于90%（重载流媒体网络）；(https://www.xing528.com)

（4）超低网络延时 微秒级全线速交换机；

（5）服务操作响应时间 小于1s（无下载等待）；

（6）终端入网响应时间 小于10s（即插即用，无需配置）；

（7）退网或故障检测响应时间 小于5s；

（8）每户保证带宽 16Mbit/s（每户多台电视，包括高清电视）；

（9）广播电视同时收看比例 100%用户；

（10）点播节目同时收看比例 50%用户（可设定）；

（11）电视通信同时使用比例 50%用户（可设定）。

2.VMS综合多媒体视讯服务平台系统

VMS综合多媒体视讯服务平台是基于视频交换技术研发的系统平台，它突破了传统网络视频的缺陷，将高品质的视频播放、现场（远程）直播、智能化视频点播（VOD）、视频（远程）通信、视频（远程）会议、视频（远程）监控、广播电视、数字电视、智能化视频录制（PVR）、视频邮件、视频推送、智能化视频广告、虚拟（企业）频道、多媒体展示、智能化导览、电子地图、参观者自助互动终端、电子商务、互动商业、IP数据传输等数十种视频、多媒体、IP数据相关的服务整合在一个系统平台上，通过一条线路传输，视频质量可以达到高清至超高清品质，全球范围内的异地视频传输延时仅为毫秒级。图2-36所示为典型的VMS平台小系统网络结构。

IP网络由VMS核心服务器P1端口，或由中间任意BX-008交换机接入VMS平台网络，然后IP数据将由VMS平台网络进行传输，一条网络线路上可以同时传输IP数据、VMS流媒体数据和语音数据（最高支持30余种不同数据），最终在任意BX-008交换机或VMS平台双向机顶盒（MBOX）终端设备（机顶盒）将IP数据接出至电脑或IP网络设备，而语音数据在任意MBOX终端设备（机顶盒）接出至电话机等语音通信设备。

基于VMS小系统级别平台，可以实现多个服务器级联，目前VMS已经通过广播电视网络进行远程通信（见图2-37），从而使得终端点位服务规模可以扩大到万个以上。

图2-36 VMS平台系统网络结构

图2-37 大规模应用广播电视网络组网

3.VMS平台的主要功能

VMS综合多媒体视讯服务平台可以为用户提供几乎无限量的服务，不但支持传统的“三重播放”（语音、数据和电视），而且无限制地放大了视频服务，是最彻底的双向数字电视网络，如图2-38所示。

图2-38 MP的服务功能

例如，对于智能监控功能，VSM智能监控分析模块是视频监控的一种高端应用，它以其强大的功能对传统监控进行一个极大补充和增强，能满足视频监控多样化的需求，例如：

1）为客户提供闯入、离开、绊线、有向绊线、徘徊、骤变等六个基础事件检测功能；

2）提供人员的异常奔跑报警、检测打架报警、检测物品遗留和物品丢失提示、云台全方位运动及镜头变倍、变焦控制（Pan/Tilt/Zoom，PTZ）自动目标跟踪等功能，为客户提供一个更加智能化的安全管理。

3）提供视频诊断功能，能够检测视频的清晰度异常、视频干扰、视频亮度异常、视频偏色、PTZ运动、画面冻结、视频信号缺失，及时为客户检测破坏监控设备的不法行为。

到目前为止，VMS平台已经成功地在众多重要工程项目中获得成功应用，例如2008奥运电视播出和直播安全系统；VMS与美国商务部在中国多个城市的VMS虚拟多媒体展示平台系统工程等。

鉴于MP综合视频服务技术的未来应用的重要性，国家科技部高新司、国家863计划通信主题和高性能宽带信息网专项专家组在北京专门组织了交换式视频核心技术在中国市场全面覆盖建设的专项研讨会；国家广电总局也将交换式视频核心技术立项为“下一代通信技术和计算机技术对广播电视发展的影响”专项研究课题。可以预见，交换式视频核心技术将是未来网络科技和互联网的一个重要发展方向。