流媒体视频实时传输在消防应急通信中的应用研究

王志强

摘要：在新时代与时俱进的发展理念下，为进一步推动消防通信工程的现代化建设，加强现代网络通信技术在消防应急救援中的有效应用是重点。流媒体视频的实时传输已被广泛应用到军事、公共安全等多个领域，并发挥出巨大的作用。文章从介绍流媒体视频的技术优势、消防应急通信的现状出发，就流媒体视频实时传输在消防应急通信中的应用和发展进行研究，旨在进一步推动消防应急信息化建设。

关键词：流媒体视频;实时传输;应急通信;信息化

流媒体视频的实时传输是一种在数据网络上以流的形式进行多媒体信息实时传输的技术。近年来，随着互联网的发展和用户需求的提高，针对流媒体视频实时传输的应用也受到了越来越多的关注，也是未来宽带网络发展的主流趋势之一。但是，当前应急救援任务中最为突出的消防应急通信系统，由于条件的限制，目前大多数还只是采用相对落后的技术设备，对于灾害事故还缺乏实时监控和信息传输，这就造成现场的指挥模式无法满足快速反应、正确决策的现象。因此，文章针对当前消防应急通信系统的研究现状，就流媒体视频实时传输技术的应用进行阐述，以求为消防应急通信保障的研究提供技术支持。

一、流媒体实时传输技术

（一）流媒体技术概述

在Internet/Intranet中使用流式传输技术的连续播放媒体就称为流媒体。当前针对互联网上的视频等多媒体信息传播的方法大致有两类：一类是下载;另一类是流式传播。但受传输速度制约，与流式传播的方法相比，下载时所需的存储容量大，因此使用流式传送的方法就比较便捷，它通常是把音频、影像或动画等内容利用音视频服务器向终端用户进行连续的实时传送，只需要经过几秒钟的启动延时便可以进行播放。

实时流媒体服务器通过不同传输层的协议将多媒体数据传送到客户端。因此，根据传输层采用的不同传输协议，可以将实时流媒体传输协议分为两类：一类是使用开销较小的无连接传输协议UDP作为其传输层的协议，比如，RTP、RTMFP等;另一类是使用可靠的面向连接的TCP协议作为其传输层协议，比如，RTMP等。当然，流媒体在传输过程中也不可避免地因为受到干扰影响流畅度，因此，对于流媒体流畅度的提高是现今研究的重点，当前已有的比如可以通过优化带宽自适应方法改善流畅度，还可以通过P2P平台、Spark开源分布式计算平台、Symbian平台等软件平台进行提升。

（二）流媒体拥塞控制算法及自组网模式

1.流媒体拥塞控制算法

TCP协议提供端到端的可靠服务和QoS，其拥塞控制机制是端到端吞吐量控制的最重要方式，所以起初对于拥塞控制机制的研究，都是围绕TCP协议的拥塞控制。TCP协议的拥塞控制对报文往返时间、数据包大小、网络阻塞程度、发送端都能进行相应的反馈处理，因此在某种程度上可保证给接收端分派同等的网络带宽，确保所有客户的公平性。

发生拥塞时，TCP协议会让傳输速率减半，这会造成网络状态的突然剧变，这明显不适合多媒体视频的流式传输，会导致客户端声音和图像的剧烈变化，带给用户非常糟糕的视觉感受。目前普遍的解决方案是在流媒体服务器创建缓冲区域，利用缓冲机制缓和传输速率的瞬间变化，使数据流平滑地传送到用户端的流媒体播放器。当然，引入缓冲机制，会导致发送端到接收端的传输时延增加。

2.自组网模式

（1）以地面为主。有时也称为“天星地网”结构，卫星以中继信号的形式在网络中提供服务。有时会利用星间链路技术实现卫星间信息传递，但通常做法是尽快将信息回传至地面站进行后续传输。这是包括Iridium在内的现有卫星通信网络的使用形式。

（2）以卫星为主。卫星负责整个网络的管理工作，有时也有地面站协同管理。在这类研究中，多层卫星网络（例如，由GEO、 MEO和LEO三层卫星组成的多层网络）常常被使用，其中处于高轨的卫星通常作为控制单元和骨干网络，处于低轨的卫星负责信号中继传输。

（3）完全融合。卫星网络和地面网络享有相同的优先级。可由两部分网络协同负责网络管理（中心化网络管理），也可由各节点自主适应网络情况变化实现信息传输（去中心化网络管理）。

（三）视频流的网络传输方式

对于视频流的网络传输主要分为以下几个方面：

1.单播

这种方式是指能够在客户机与服务器之间建立一个单向通道以供其进行数据传输。各个客户端可以查询所属的服务器，而服务器可以实现将客户机所申请的信息数据发送到客户端。这种方式会影响信息传递的效率，服务器对于受到的信息也很难及时做出反应。为了确保网络的服务质量，需要增加一些不是很必要的硬件，不仅增加成本，还会影响整体工作质量。

2.组播

由路由器通过IP组播的技术进行网络的构建，一次可以实现多个数据通道的传输，并且传输的数据是连续的，可以发送到相当数量的客户端，延迟较短，可以忽略不计。同时信息的传输可以发送到任意地址的客户端，不再局限于单个通道，这极大减少了数据传输的总量，降低了成本，提高了网络的使用率。

3.点播和广播

点播是指客户机发出数据，请求服务器进行传输。这种方式首先是要选择所要联系的内容。点播方式可以实现对数据流的控制，但是会在很短的时间就消耗完现有网络带宽。

广播是用户被动地接收服务器传输的信息。在广播的过程中只能接收，不能控制，也就是说不能进行快进、后退等操作。

二、流媒体视频服务器模块

流媒体服务器主要包含两项服务：一是RTSP服务，二是流媒体转发服务。RTSP服务是整个系统通信中的关键部分，主要负责系统中信令消息的交互处理及视频流链路的会话管理，可以增强整个系统的负载能力;流媒体转发服务采用的是模块化设计，各个模块之间采用高内聚低耦合、按功能划分的原则，主要分成了四个模块，即流媒体接收模块、流媒体处理或过滤、流媒体发送模块、RTCP控制模块。各模块主要负责的功能如下：

（一）流媒体接收模块

流媒体接收模块可以按照不同媒体格式分成若干子模块，分别处理来自不同媒体的数据，它只负责媒体数据的来源，而不关心媒体数据的去向，也不关心媒体数据是否被转发或中间是否被处理、过滤等。它只需要在允许的缓存空间中尽量接收数据，提供给其他模块使用。

（二）流媒体处理、过滤

在整个系统中，流媒体处理、过滤不是一定需要的，针对不同的业务，可以灵活地加入系统，主要对来自流媒体接收模块的媒体数据进行相应的处理或过滤掉一些不需要给流媒体发送模块的数据。

（三）流媒体发送模块

当流媒体数据已经就绪的情况下，流媒体发送模块只需要负责将流媒体数据发送到相应的播放器端，而不关心发送媒体数据的类型、格式及来源。本系统传输流媒体数据的方式是TS/RTP/UDP的方式，所以本模块只负责将读入的TS流打包成RTP包发送到相应的播放器端就行。

（四）RTCP模块

对流媒体传输的信道信息进行反馈，从而让服务端和移动端做出相应调整。媒体管理为RTSP服务和流媒体转发服务提供桥梁，每个通道管理着一种类型流媒体的传输工作。媒体管理可以同时管理多个媒体通道，每个媒体通道管理着各自RTSP请求的流媒体转发相关工作，它并不关心流媒体是如何传输处理的，这样的设计能让RTSP服务和流媒体转发服务完美结合，让各个功能模块充分解耦，使整个系统也更加具有扩展性，更能適应今后不同场景的消防应急救援工作状况。

在当今科技飞速发展的时代，流媒体视频的应用日益广泛，在传输过程中除了自身服务器外，还会与其他模块相结合，比如，无人机、手机、平板、导播台等，具体模块如图1所示。

流媒体视频实时传输系统包括固定视频传输系统和移动视频传输系统两大类：

（一）固定视频传输系统

对于流媒体实时数据传输的固定视频传输，是指在某些地区不便于实现有线通讯的，或者由于环境影响而无法实现重大灾害事件监测的场所，包括高山密林、高层建筑、地下工程、大中型的石化公司、人员密集场所、易燃易爆场所等。通过利用流媒体实时数据传输，指挥中心的监测人员能够及时了解所有重点区域的安全状况，从而可以及时发现危险隐患并将其消除。如果出现重大灾害事件时，还可以在最短的时限内及时掌握现场救援的一手资源，让现场实时感知，让指挥变得可视，为事故侦查和消防应急救援提供可靠的技术基础，使应急救援的效能得到明显提升。

（二）移动视频传输系统

随着当前移动设备的发展，流媒体视频实时传输需要加入GPRS技术，这样方便实现随时随地、实时地传输视频，同时还可以对其位置进行定位，方便位置的查找。移动视频传输系统主要是在应急救援场景下对多媒体信息进行即时、动态的采集与管理，从而把现场的图像信息直观、精确地分发至指挥中心以及各级指挥员处，使其能够对现场情况进行实时把控，使指挥救援更加高效。

按照移动视频数据传输终端所属的部位以及指挥层次的不同，可分成“单兵模式”和“中继模式”两类。

第一，“单兵”模式。即通过派出单兵前端，就能实现对救援现场的可视化，指挥车也能够及时将收集到的现场音视频加以管理，对单兵进行实时指挥处置。

第二，“中继”模式。即在“单兵装置”模式的基础上，经过现场技术测量后，在确定的制高点上或地下适当转弯处等便于通信的有利地点建立中继，以确保通信网络能够覆盖整个指定或全部的主要地区，并同时设置通信干点，或连接有线专网，以确保在应急网络范围内的一线灾害信息能及时传送到各级指挥中心，以求实现首长机关的指挥工作人员都能随时监控灾情，最终决胜于千里之外。并且还可以对现场处理工作进行录像，方便后期进行回放总结。

四、结语

当前，虽然流媒体视频实时传输已经在众多领域中得到了广泛应用，但是对于消防应急通信中的应用还未成熟，视频信号对传输的需要和实际环境之间还存在矛盾，致使其在未来的发展还有很多的挑战。文章对于流媒体视频实时传输在消防应急通信中的应用研究已经取得了一些成果，未来还需要不断加强对流媒体视频实时传输技术的研究，从而完善流媒体视频实时传输在消防应急通信中的使用性能，不断提升消防应急救援工作的效率，从而更好地完成应急救援任务。

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