监控摄像头RTSP低延时无插件直播解决方案

监控摄像头RTSP低延时无插件直播解决方案

第一章 应用简介

当前，视频监控应用场景越来越多，传统的视频监控厂商提供的解决方案需要安装厂商自己的手机APP或PC客户端软件，非常不方便在互联网环境下与第三方应用平台融合对接。比如智慧城市系统、基于H5的电子地图系统等。
目前有些公司将其转换成HLS协议去实现H5的视频播放功能，但是延时很大（几秒到几十秒钟不等），无法满足实时监控的应用需求，这成为阻碍监控视频大规模应用的主要障碍。

基于这种情况，我们在多年流媒体平台开发的基础上推出了兼容H5技术的低延时直播监控方案，该方案实现简单，成本可控，不受监控设备厂商和平台的制约，支持对各个厂商的网络摄像头统一管理和统一发布，支持几乎各大监控厂商的网络摄像头和NVR设备，支持用户端通过PC、手机内置的浏览器直接访问，支持微信等第三方应用程序直接访问，极大地提升了用户的使用体验，扩大了监控视频的应用范围。

同时，该方案在终端支持HTML5标准，用户可以基于H5浏览器直接收看，兼容PC、Android终端、iOS终端，兼容微信公众号和微信小程序，方便与各种应用系统进行集成，比如智慧城市、地图导航等，同时可以保证端到端延时低于1秒，在优质的网络环境下可以达到500ms以下的延时。

第二章 方案的实现方式

2.1 方案的技术架构

首先，该方案基于H.264的视频编码技术和低延时的流媒体直播技术来实现，整个方案的架构如下：

2.2 功能模块构成

首先，该方案基于H.264的视频编码技术和低延时的流媒体直播技术来实现，整个方案的架构如下：
该方案主要由四部分组成：
1. 前端监控设备
基于用户已有的设备，包括各大监控厂商的网络摄像机，NVR等设备；
2. 视频转码工作站
实现监控视频流的实时转码，转码后的节目直接推送给流媒体内容分发平台。
该工作站根据不同的应用需要，分为不同配置的版本。单台工作站可以同时转码20~100路监控视频。
3. 低延时流媒体内容分发平台
用于接收视频转码工作站推送上来的视音频信号，然后将其以流媒体的方式进行发布。
该平台采用通用的硬件服务器+流媒体平台软件来实现，可以为用户有效节省投资。

流媒体内容发布平台可以实现如下功能：
1） 支持上千路网络摄像头的并发接入；
2） 支持PC、智能手机、机顶盒等多终端设备通过浏览器直接播放；
3） 单台服务器支持2000以上用户并发收看；
4） 支持多服务器负载均衡技术和服务器的容灾备份；
5） 支持直播节目的同步录制功能，录制完成后可以自动生成点播内容；
6） 支持服务器的性能和状态监控，包括CPU和内存占用率、实时连接数、网络带宽占用等。
7） 多终端自动适配技术。
针对当前主流的客户端设备，我们开发了终端自适应播放功能，可以自动适配PC端的主流浏览器（Fifrfox、Chrome、Safari），Android端的HTML5浏览器，iOS端的HTML5浏览器，微信小程序等。

流媒体软件功能截图：


4. 终端内容发布
监控节目通过流媒体方式发布后，还需要将发布后的网络流在内容管理平台中以网页方式进行发布，以便于终端用户可以通过浏览器进行访问和收看。
节目的发布方式和效果如下：


这是控制直播延时的一个关键环节，因为前面诸多环节即使延时控制得很低，在这个环节一旦产生较大的数据缓存，就会严重影响整个系统的效率。因此，在这个终端播放环节我们开发了自主实现的视频播放器，从而有效控制终端的解码延时。
在这里，我们用的的核心技术包括：
1） 超低数据缓存技术
播放器端接收到数据流以后，只缓冲几个关键帧就将音视频数据送给解码器；
2） 实时解码技术
解码器接收到音视频数据后，立刻启动解码功能进行音视频的解码；
3） 多终端适配技术
针对当前主流的客户端设备，我们开发了终端自适应播放插件，可以兼容PC端的主流浏览器（Fifrfox、Chrome、Safari），Android端的HTML5浏览器、iOS端的HTML5浏览器、微信小程序。

第三章 平台的安装和部署

该平台基于模块化的设计思想，在保障平台整体稳定性的同时让用户安装简单，使用方便。

3.1 视频转码工作站的搭建

第一步：准备IP监控信号源
系统支持IP摄像机、NVR等网络监控设备；
第二步：设备连接
将监控信号源和视频转码工作站连入同一个局域网络；
第三步：配置转码服务器

1. 通过浏览器登录转码服务器，如下图所示：
   
2. 进入“通道设置”，配置各通道的转码信息，如下图所示：
   
   根据项目实际情况，按照上图所示将前端监控信号源配置到转码工作站的各个通道中。
   视频源地址：输入IP摄像机或者NVR的节目流播放地址；
   RTMP推流地址：通过视频监控管理平台，获取流媒体服务器的节目推流地址；
   参数设置好以后，点击页面下方的“设置”按钮即可配置完成。

流媒体服务器的管理界面如下：

在“性能监控”面板中，我们看到发布者数显示1，说明直播流已经推送到服务器端了。

3.2 流媒体服务器搭建

将流媒体服务器部署在互联网IDC机房或者单位局域网的中心机房，保障服务器和前端网络监控设备之间的互联互通。
该服务器可以采用通用品牌的服务器，比如DELL、HP、IBM、联想、浪潮等，
也可以租用网络服务器或者云服务器，比如从Amazon、阿里云、腾讯云租用云服务器。

流媒体直播发布服务器配置要求：
CPU: Intel EXON E5-2650
内存：>32GB
硬盘：>1TB
操作系统：CentOS 7.2 x64 以上版本或Windows Server 2016 x64 以上版本
网卡：千兆以太网
应用软件：顺景科技流媒体服务系统

【流媒体服务器的并发承载规划】
通常，流媒体服务器按照单台支持200路信号源/1000并发用户收看来设计。

主要依据如下：
首先，高清摄像机的主码流分辨率通常为1920x1080，在采用H.264编码格式的情况下平均码率设置在4Mb/s左右。200路高清摄像头所需的总带宽为800Mb/s左右。
考虑到大多数网络的主干带宽为千兆，带宽利用率通常在85%左右，因此千兆网络的实际可用带宽在850Mb/s左右，所以接入在千兆骨干网络上的服务器可以稳定承载200路高清摄像机信号输入。

【多服务器负载均衡】
当需要接入更多前端信号源时，就需要部署多台流媒体服务器来承载，这时候需要采用多服务器的负载均衡技术来实现。
多服务器负载均衡示意图如下：

【流媒体服务系统部署】：
首先下载和安装顺景科技流媒体服务器系统，如下图：
流媒体服务器下载地址（点此下载）：

第一步，点击右下角的“联机注册软件”
第二步，在打开的网页中，输入必要的注册信息，点击“开始注册”

第三步，联系技术支持开通测试授权

第四步，刷新许可证书

第五步，配置服务器相关参数，其中主要有以下信息需要注意：

1. 各协议默认的TCP端口号不要被其它应用程序占用，主要有：
   HTTP服务端口：8080
   RTMP服务端口：1935, 8935
   点播服务端口：8088
2. HLS分片文件保存路径确保存在且可访问
   D:\iAVCastMedias\hls
3. DASH分片文件保存路径确保存在且可访问
   D:\iAVCastMedias\dash
   第六步，启动服务
   

3.3 视频节目的WEB发布

流媒体平台搭建好以后，还需要将监控内容以HTML5方式通过网站发布出去，这样用户端才能通过多种终端进行浏览和收看，这个功能主要依赖“数字新媒体资源管理平台”来实现。如下图所示：
第一步，登录管理后台，打开左侧菜单中的“网络直播管理→管理直播频道”，如下图;

第二步，点击“添加直播频道”，在下方的“播放地址”中将3.4章节获取到的4种节目地址输入，然后提交即可。

3.4 终端收看

打开发布后的网站前台，点击节目信息后即可收看，如下图：

手机端收看：
点击PC页面中的“手机看”按钮，即可用手机扫码后收看。

第四章 平台的实现效果

4.1 直播延时指标

在专网环境下，端到端的直播延时通常在500ms以内；
在同一个电信运营商的互联网环境下，端到端的直播延时通常在800ms以内；

4.2 支持的终端类型

现有方案可以支持以下设备终端：

4.3 并发性能指标

经过实际测试，我们的低延时直播服务器软件系统的并发性能指标如下：
服务器硬件配置环境：
CPU：Intel E5-2650
内存：16GB
硬盘：120GB固态硬盘
网卡：Intel 千兆网卡x 4端口
服务器操作系统：
CentOS x64 7.4/Windows Server 2016
直播码流：2Mb/s
图像分辨率：1280x720
视频编码格式：H.264 Main Profile
并发性能指标：2000并发直播接收
峰值CPU占用率：42%
平均CPU占用率：35%
平均内存占用率：56%

4.3 终端呈现效果

PC端效果：

手机端效果：

第五章 平台设备清单

根据项目情况，系统集成商可以参考如下设备规格进行方案配置。
以下是所需设备的软硬件产品清单：

有缘的朋友可以多多交流，微信：liufeihong668