國家“十二五”規(guī)劃出臺后，新一輪經(jīng)濟增長又將在各區(qū)域經(jīng)濟中心推進，各個經(jīng)濟區(qū)域的智慧城市化進程也就進一步加速。許多城市把建設“智慧城市”做為城市發(fā)展的重要任務，并計劃在十二五期間打造智慧城市，智慧城市的建設需要用到大量的IT技術，音視頻技術作為智慧城市基礎IT技術有著廣泛的需求和應用。
在公共領域，城市道路交通系統(tǒng)通過視頻監(jiān)控技術能實時監(jiān)測道路情況，為解決日益擁擠的道路交通提供有效的解決方案;城市安防和管理系統(tǒng)中，通過視頻監(jiān)控為解決城市治安帶來方便快捷的能力;在公安系統(tǒng)中，視頻技術為公安的刑事偵查帶來很多有價值的資源。
在個人用戶領域，隨著城市移動網(wǎng)絡的發(fā)展，家庭帶寬的提升，個人智能移動終端已經(jīng)非常普及，移動終端的攝像頭具備很高的清晰度，人們能通過攝像頭實時分享有價值和娛樂性的內容;家庭智能電視和智能家居也逐步成為市場追逐的熱點，智能電視和智能家居所攜帶的視頻能力，可以為我們帶來家庭遠程監(jiān)護，家庭視頻聚會等新的生活娛樂方式，為我們的生活、工作和娛樂提供更多的便利。
目前，個人用戶領域和公共領域音視頻應用的發(fā)展相對獨立。音視頻技術想要更好的為我們服務，必然要實現(xiàn)各個領域應用的融合，而不是各個系統(tǒng)孤立的存在。比如在公安系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)具備在辦公室的電腦上瀏覽視頻的能力，但已經(jīng)不能滿足他們工作的需求。警務人員已經(jīng)配備了高配置、高性能的移動終端，他們不僅需要在辦公室中能查看視頻整理案件，同時需要在外出辦公時也能夠瀏覽視頻，為快速偵破案件提供幫助。在某些特定緊急場景下，對于視頻攝像頭沒有覆蓋的領域，能夠通過手機攝像頭攝取視頻傳送給后臺的指揮中心，為處理緊急事件提供快捷方便的幫助。可以預見，智慧城市中音視頻技術將向高清化，聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展，各種視頻終端能互聯(lián)互通，大量基于音視頻的應用將會出現(xiàn)。視頻監(jiān)控，視頻會議，視頻培訓，遠程監(jiān)護，遠程醫(yī)療，家庭視頻聊天等視頻應用將會逐漸普及，人們在視頻基礎之上創(chuàng)建各種應用，滿足人們對交流，協(xié)作，娛樂的各項需求。
音視頻技術的發(fā)展在給我們生活帶來的便利的同時，也對音視頻網(wǎng)絡的架構和存儲帶來了挑戰(zhàn)。視頻高清化為我們提供了高質量的畫面，但數(shù)據(jù)量也成倍的增長。監(jiān)控前端在向高清的方向發(fā)展，目前已經(jīng)有720P、1080P、5MP、8MP等高分辨率的IPC，手機攝像頭也向千萬像素方向發(fā)展。高清晰音視頻數(shù)據(jù)的分發(fā)給網(wǎng)絡傳輸帶來了很大挑戰(zhàn)，在智慧城市中網(wǎng)絡建設相對領先的公安視頻網(wǎng)目前具備萬兆主干網(wǎng)傳輸?shù)哪芰Γ粋€城市通常會有上萬個攝像頭，因此網(wǎng)絡的瓶頸還是非常的明顯。
音視頻數(shù)據(jù)因為攜帶的數(shù)據(jù)量大，和普通文本數(shù)據(jù)傳輸技術存在比較大的差異，對延時、網(wǎng)絡和存儲都有更高的要求，具體表現(xiàn)在：
1.網(wǎng)絡帶寬的壓力：
高清視頻攝像頭采集的視頻數(shù)據(jù)非常大，對于一個1080P的視頻，需要占用4-8M的帶寬，一個智慧城市中將部署上萬個攝像頭，對網(wǎng)絡的壓力非常大。智能移動終端攝像頭采集的高清視頻也在1-10M，移動終端的用戶數(shù)量將達到百萬級別，移動視頻網(wǎng)絡的瓶頸非常明顯。
2.視頻單元聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)互通的困難：
公共領域的攝像頭一般有專線接入局域網(wǎng)，甚至在系統(tǒng)內部也區(qū)分視頻專網(wǎng)，比如在公安系統(tǒng)內部就有視頻網(wǎng)和公安網(wǎng)兩部分。視頻網(wǎng)和公安網(wǎng)通過中間的防火墻連接，家庭電視或家用攝像頭位于家庭路由器后面，移動終端通過移動網(wǎng)絡接入互聯(lián)網(wǎng)。各個視頻單元之間如果要相互訪問，必須經(jīng)過多重防火墻，路由器、各種類型NAT設備。例如，從移動智能端訪問局域網(wǎng)內的視頻攝像頭，或者從局域網(wǎng)內的PC端訪問移動終端，將會非常困難，因此構建一個合理的網(wǎng)絡成為視頻單元互聯(lián)互通的重要保障。
3.視頻安全
視頻內容很多涉及公共安全，比如公安系統(tǒng)的視頻監(jiān)控，銀行和郵政的視頻監(jiān)控都會對社會安全，經(jīng)濟金融產(chǎn)生很多的影響。如果泄露將會產(chǎn)生嚴重的后果，移動終端視頻和家庭視頻監(jiān)控涉及到個人隱私。現(xiàn)在，我們對個人隱私越來越重視。因此，在架構視頻網(wǎng)絡時，必須保證視頻數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中不被第三方攔截;就算被攔截，數(shù)據(jù)也不能被第三方破解。必須保證視頻數(shù)據(jù)在傳輸中不能被篡改，視頻單元也不被未授權用戶訪問;同時還需要解決密碼破解，網(wǎng)絡攻擊等問題。
4.視頻存儲：
海量視頻數(shù)據(jù)的接入，多路視頻和大并發(fā)數(shù)據(jù)的實時讀寫，對存儲的性能有很大挑戰(zhàn)，如果視頻數(shù)據(jù)都集中存儲，存儲設備規(guī)模非常龐大，集中存儲也會造成存儲端局部的網(wǎng)絡瓶頸。因此，均衡考慮網(wǎng)絡條件，合理利用各種后端存儲設備，兼容歷史系統(tǒng)的存儲架構非常重要。視頻存儲后的檢索和定位也是非常重要的環(huán)節(jié)，在架構中必須考慮盡量減少數(shù)據(jù)的移動，對視頻數(shù)據(jù)源的處理必須在最近節(jié)點進行。
現(xiàn)有智慧城市中普遍的視頻網(wǎng)絡和存儲解決方案分兩種：
第一種：小規(guī)模應用。比如超市、商場和小區(qū)，一般是攝像頭集中接入，通過媒體服務器轉發(fā)，視頻數(shù)據(jù)集中存儲的模式。
這種模式能接入的攝像頭比較少，聯(lián)網(wǎng)能力很差，移動終端也很難聯(lián)網(wǎng)。
第2種：中大規(guī)模的應用，普通采用分級的方式，將視頻網(wǎng)絡分成多個子網(wǎng)絡，每個子網(wǎng)絡獨立的接入和存儲，子網(wǎng)絡之間有專線連接。
這種模式解決了部分聯(lián)網(wǎng)能力，但是子網(wǎng)之間很容易形成瓶頸。比如在公安系統(tǒng)內，視頻子網(wǎng)負責視頻數(shù)據(jù)的分發(fā)和存儲。發(fā)生重大公共事件時，公安業(yè)務部門有大量的視頻訪問需求，導致子網(wǎng)絡和子網(wǎng)絡之間產(chǎn)生了視頻瓶頸。同時，這種架構也沒有考慮目前網(wǎng)絡的發(fā)展，聯(lián)網(wǎng)相對復雜，存在視頻孤島的問題，移動終端和家庭終端的視頻聯(lián)網(wǎng)也是很困難的。
為解決目前音視頻網(wǎng)絡和存儲架構存在的問題，必須采用新的架構方式：
1. 通過點對點的傳輸解決一部分網(wǎng)絡瓶頸的問題：
比如個人用戶移動終端訪問家庭的視頻攝像頭，系統(tǒng)提供移動終端到視頻攝像頭的直接連接和視頻交互的能力，避免視頻源將視頻傳送到視頻服務器，減少了視頻帶寬的占用。在子網(wǎng)和子網(wǎng)直接的音視頻訪問中，如果同一個子網(wǎng)有多個用戶訪問同一個音視頻源，同子網(wǎng)的某個用戶可作為音視頻的分發(fā)者，其余用戶通過點對點方式訪問該用戶的音視頻源，減少了子網(wǎng)和子網(wǎng)之間的視頻帶寬占用。
2. 通過安全加密的傳輸方式來解決視頻傳輸?shù)陌踩珕栴};
3. 通過分布式的存儲來解決視頻網(wǎng)絡和存儲的問題
方案實現(xiàn)有下面幾個關鍵技術組成：
1. 聯(lián)網(wǎng)協(xié)議：使用SIP(Session Initiation Protocol)協(xié)議來進行監(jiān)控攝像頭、手機攝像頭、家庭攝像頭、智能電視等音視頻單元和訪問終端的聯(lián)網(wǎng)定位。通過SIP協(xié)議注冊到定位服務器，對音視頻單元的訪問，通過定位服務器可以方便快捷的找到音視頻單元，從而解決音視頻單元直接互聯(lián)互通的問題。
2. 點對點的握手協(xié)議：網(wǎng)絡攝像頭、電腦PC、移動終端、家庭電視等音視頻單元所處的網(wǎng)絡各不相同，網(wǎng)絡情況非常復雜。要保障音視頻單元之間能夠互聯(lián)互通必須實現(xiàn)握手協(xié)議，音視頻單元將自己能夠被訪問的多個聯(lián)網(wǎng)地址發(fā)送給對方，兩個視頻聯(lián)網(wǎng)單元之間通過發(fā)送探測包，最終形成雙方都能接收數(shù)據(jù)的通道，從而視頻單元的互通。
3. 加密安全傳輸?shù)脑O計：數(shù)據(jù)的安全傳輸，目前采用的加密方式有兩種，非對稱加密和對稱加密。非對稱加密一般采用公鑰加密的方式，安全性好，但運算量大，CPU消耗大，一般每秒只能加密幾M的數(shù)據(jù)，對于音視頻數(shù)據(jù)來說開銷大大;使用對稱式加密算法，運算量小，但是安全性比較低，容易產(chǎn)生安全漏洞。根據(jù)音視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c，結合兩種加密算法的優(yōu)缺點，在連接建立的時候，用非對稱加密算法的公鑰進行加密和認證，協(xié)商出對稱加密算法的密鑰;在數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾A段，通過對稱加密算法和協(xié)商密碼進行加密，既保障了安全，又兼顧了效率。
4. 局部集中存儲，全局索引，分布式訪問的網(wǎng)絡存儲方式：如果所有音視頻都集中存儲，對帶寬和存儲的建設都帶來困難，容易引發(fā)網(wǎng)絡的堵塞和抖動。在設計時考慮在音視頻接入的附近建立存儲區(qū)，減少音視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡環(huán)節(jié)，同時將音視頻做索引并集中存儲，對音視頻單元的訪問先檢索索引再進行訪問。
總結：
隨著智慧城市的發(fā)展，未來的智慧城市中我們會使用各種音視頻技術來保障公共安全，為生活、工作和娛樂提供便利。構建合理的音視頻網(wǎng)絡和存儲，可以為智慧城市中音視頻應用提供基礎服務，使音視頻應用成為推動智慧城市建設的重要力量，提升智慧城市服務能力。
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