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视联网关键技术探索(一)

视联网是什么

1、视联网是什么?

2030年,全球带摄像头终端数量将达到130亿台,视频流量将成为网络流量中的主体,视频物联市场已成为新的增长引擎和竞争高地。随着ChatGPT发布,AI技术出现革命性提升,视频物联在AI技术的加持下,全新的应用场景将大量涌现,比如智慧家庭、城市大脑、车路协同等等,而视频、物联、AI的进一步跨域融通,也面临一些挑战:

算力协同,视频数据处理需要大量算力支持,单点算力受摩尔定律制约,难以满足快速增长的智能化应用的计算需求,需要云网算力协同,比如车路协同场景,终端设备算力有限,需要将智能分析卸载到边缘节点进行计算。

多媒体传输,在智能监控、语音社交、视频社交、游戏语音和互动直播等领域,对多媒体传输时延的要求越来越高,需要低时延、高速、安全、实时的多媒体传输,受互联网环境限制,优化提升空间有限。

泛在连接,人类社会传播的文字、语音、图像等信息从未像今天这样呈指数级的增长,一方面信息大量过载,一方面因缺乏互通,使信息孤岛问题日益严重。随着数字化推进,需要强化多维感知、万物智联。

视联网是在5G和宽带网基础上,通过云网融合能力升级,接入视频、摄像头实现物联网可视化,打造以内容密度更高、更易接受的视频为主要信息载体的新型互联网络,支撑高速增长的视频、物联、AI需求。

中国移动智慧家庭运营中心经多年技术积累,基于AIoTel物联网多媒体通信能力、泛安防监控能力、场景化AI能力3大核心能力,攻关视联网关键技术,构建视联网能力平台,孵化移动看家、和家智话2类全网业务,以和家亲APP为智家服务入口,创新探索多类信息服务场景,打造1+2+3+X泛家庭信息服务体系(如图1),支撑泛家庭市场高质量发展。目前基于视联网能力,接入智能终端数达千万级规模,用户规模、云存储规模位居业界第一。

1+2+3+X泛家庭信息服务体系

图1 1+2+3+X泛家庭信息服务体系

2、视联网技术架构

视联网为了突破大规模视频物联在感知、传输、存储、算力等方面的技术挑战,视联网的技术架构一般包括基础设施、平台能力、平台服务和能力开放。通过构建包括端、管、云、智、安等环节的关键能力,对智能感知技术、音视频编解码、多媒体传输、云原生、云边端协同、全链路安全保障等技术进行深度融合,向上为平台服务提供能力支撑。平台服务为客户提供全面、丰富的视频物联服务,并通过能力开放服务对外输出视联网能力。技术架构如图2所示。

视联网技术架构图

图2 视联网技术架构图

为支撑超大规模视频物联服务,视联网的部署架构(如图3所示)通常采用“1+N+31+X”的四级部署架构,第一级的业务中心,用于运行核心的业务系统,承载重要用户数据,采用同城双活和异地热备的两级容灾模式,保障核心业务系统可靠运行;第二级的能力中心,用于终端接入、用户接入的实时调度,采用分大区模式进行区域化管理;第三级的省级节点提供视频转发、直播、存储、计算等服务,将全网业务划分到每个省,实现数据不出省、降低跨省主干网带宽消耗,同时可满足视频物联专业项目的数据安全性要求;第四级的边缘节点按需建设,将存储、算力下沉到地市、县区级别,提供边缘推流、存储、计算服务,能显著降低视频传输时延,提高存储和视频AI推理的效率。“1+N+31+X”部署架构具备就近接入、二级容灾、存智一体的特点,为视联网提供低时延、高速率、强安全、强计算的使用体验。

视联网部署架构图

图3 视联网部署架构图

3、视联网关键技术之:智能感知

智能感知是视联网在最末端(端侧)的技术体系,围绕智能、接入、多模态等方面关键技术进行攻关,实现一个多维融合、立体丰富的感知平面。

1️⃣ 多传感融合:烟感、气感、门磁和摄像头等各类智能终端都可视为传感器,将多个传感器的特征进行互联,实现多模特征的时空融合,支撑上层应用制定更精确的决策。通过提取多个视联终端的特征数据(如图4所示),在边缘节点进行智能分析,进行特征级融合,通过云端联动不同设备的事件,例如:在烟气感触发告警时,联动监控设备拍摄烟气感的监控范围,进行精准监控。

多传感器融合原理图

图4 多传感器融合原理图

2️⃣ 脑启发编码:基于人类大脑视杆、视锥细胞对2D信息的处理机制(如图5所示),区别于传统视频编码技术,对视频图像进行脑启发编码,提高像素编码的压缩上限。目前大规模设备的视频采集具有极大的信息冗余,同时搭载算力芯片的智能设备具有一定的AI检测识别能力,能够对数据进行预处理提取关键信息,通过脑启发编码技术,大大降低传输带宽并缓解了云端运算的压力。

人脑处理机制示意图

图5 人脑处理机制示意图

4、总结

以上我们介绍了视联网的技术背景及其面临的技术挑战,视联网技术架构通过构建端、管、云、智、安等环节的关键能力,向上支持平台服务,并通过能力开放支撑高速增长的视频、物联、AI需求,中国移动智慧家庭运营中心基于视联网能力,接入智能终端数达千万级规模,用户规模、云存储规模位居业界第一,落地超大规模视联网应用。

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