基于VC-2浅压缩技术的IP化传输网络架构设计

余明明

（桐庐县融媒体中心，浙江 桐庐 311500）

0 引 言

为了有效应对使用场景对于海量视频信号传输的要求，通过信号处理技术来进行信号预处理，优化网络结构环境。现阶段，高清视频信号传输技术的实现依赖于分布式Hybrid-Matrix算法的H.264/H.265编码协议[1]。考虑到分布式应用可以满足远超320路高清信号采集、多目标源使用场景以及跨域海量信号汇集和变换等要求，但同时会带来信号极致压缩所引起的信号质量降低，并出现时延和异步等情况，因此提出了一种能够同时满足多类多域使用场景且容易实现数据扩容和同步实时传输的IP化传输网络结构。通过VC-2浅压缩技术将分布式信号重组应用在IP化宽带网络架构中，充分实现高清视频信号在多级场景中的跨域采集与传输[2]。

1 视频传输网络架构分析

1.1 基本组织框架

IP化视频传输网络架构主要由信号的接入层、传输层以及应用层组成，通过VC-2浅压缩技术实现跨域视频信号的采集、输入、解码译码、码元转换以及编码传输等，通过信号重组完成IP化宽带网络建设[3]。网络组织架构如图1所示。

图1 IP化视频传输网络基础架构

1.2 网络传输协议

IP化视频传输网络的传输场景如图2所示，其中涉及了基于IP化网络码流的编解码设备、管理与数据交换设备等[4]。值得注意的是，数据交互应当充分考虑承担任务量、使用效率以及用户设备范围等，需要预留空间来应对额外接入的数据吞吐，有效解决未来业务模式升级带来的网络承载问题。

图2 IP化视频传输网络传输场景

2 基于VC-2浅压缩技术的视频信号编解码

VC-2浅压缩技术能够对信号有效压缩，通过网络架构的优化保证视频信号不失真、不掉帧，满足高清显示的要求[5]。经优化后的传输网络信号时延将小于20 ms，可以保证多路视频唇音同步，视觉上无明显延迟。依靠编解码设备、信号传输设备、变换转换机制等构建子系统，系统间通过宽带网络桥接，同步实现视频信号的数据传输。对于无线多通道视频信号传输而言，信号采集设备通过VC-2浅压缩技术将跨域视频信号以超压缩比格式进行再编码，如图3所示，以频带置换数据空间，然后再局部封装形成IP化网络传输数据包，从而实现数据传输交换[6]。

图3 无线多通道视频信号传输模式下浅压缩技术运用

数据信号解码的前提是信号流转中IP化网文格式的二次解封，网文解码后可以通过交换机实时联动信号显示单元，同步输出高清数字信号[7]。基于VC-2浅压缩技术实现视频信号扩容、降噪、降时延以及低失真等目标，其中信号交互设备、转换设备通过宽带网络架构的侨联实时采集、传输视频数据。对于压缩后的网络报文信号，宽带格式基本保存视频信号的高频部分，保证信号图像无色彩损失、无失真。

3 基于IP化宽带网络重组架构设计

现阶段，分布式场景中的网络架构可以设计为两种模式，即“中心+节点+接口”三级模式、“中心+接口”二级模式。“中心+节点+接口”三级模式采用环路结构，处理的数据信号量更大，但处置效率较低。根据多域视频信号采集标准，以IP化视频传输网络架构为基础，采用“环状中心+节点+接口”三级模式作为宽带组网的核心模式，即在环状中心中安装信号接入设备和汇总设备，便于在单独的网络节点中实现局域组网、分区处置[8]。

主网络中心位置安装两组大型核心数据交互设备，同时将多路子系统的数据交互节点机全部桥接至核心交互设备中，从宏观层面构建数据中心的大网络，即数据中心（Data Center，DC）网。数据处置进程对于整个系统运维工作几乎不会造成影响，且预留接口能够随时面对业务数据扩展等。次节点中心位置分别安装多域数据接入端口，远程控制数据汇总交互设备，从局部层面降低了核心网络的承载压力。根据跨域信号接入机制将视频采集信号传输至最合适的次节点网络中心，兼顾整个网络架构的安全性，单中心的视频信号采集、汇总以及分发由节点交换机堆叠完成。环状网络架构设计能够有效减少核心交换设备的数量（本方案使用了两组），在不大幅增加接入机和汇聚机的基础上，提升了整体IP化网路架构的承载能力和扩容能力。此外，次节点中心可以独立于系统运行，一旦遭受泛洪攻击，不会破坏核心数据。IP化宽带网络重组架构如图4所示。

图4 IP化宽带网络重组架构

在使用场景中，如图5所示，选择48口接入式交互设备，便于后期数据扩容。现阶段，单设备只使用36个网口与数据采集端相连，完成信号编码和解码[9]。按照一条数据通路平均带宽500 Mb/s、峰值带宽900 Mb/s计算，则单组接入式交互设备的总带宽约为17.58 Gb/s，整体峰值带宽约为31.64 Gb/s。根据计算结果，单通道最多配置两条40 Gb/s的数据上行链路，直接对接两组汇聚式数据交互设备，此时接入层的容错机制和数据承载均能够满足实际使用需求。主网络中心设计的两组核心数据交互设备可以堆叠使用，其中下行数据端口与次节点中心的交互设备上行数据端口同步即可[10]。

图5 IP化视频信号传输应用场景

总而言之，通过VC-2浅压缩技术能够实现分布式信号重组，进而在全局IP化网络架构的基础上实现局部网络最优传输的目的。应用层或传输层的主干网络与接入层的支线网络可以有效满足视频信号传输等需求，极大地提升了网络传输的效率和稳定性。

4 结 论

针对现阶段网络矩阵节点过多、链路过长、H.264/H.265传输协议受限等问题，提出了一种基于VC-2浅压缩技术的IP化传输网络架构解决方案。通过分布式信号重组、基础传输网络异步重建、三级传输机制设置等方式完成了跨域多点高清视频信号的采集、汇总、分发以及处置，有效提升了数据传输的稳定性，能够满足未来业务模式变化的数据端口拓展要求。