網絡視頻監控系統接口標準研究

殷振慧，宋斐菲，嚴 冬，張建軍，梁阿磊

0 引言

視頻監控行業作為安防產業的重中之重，正經歷著由模擬監控系統到數字監控系統，再到智能網絡視頻監控系統的發展歷程。隨著技術的革新，尤其是以IP攝像機為代表的網絡化監控技術，使得視頻監控系統無論是在圖像質量還是在智能化程度方面都達到了新的高度，但同時也帶來了新的挑戰，其中系統兼容性問題正日益成為設備制造商和系統集成商關注的焦點。

智能化的網絡視頻監控系統中不同廠商的設備即有其專業分工，又需要相互協作共同組成一套完整的解決方案。這種架構給視頻監控系統帶來了豐富的靈活性和創新空間，但也不可避免的涉及到不同廠商設備如何互聯互通。由于各廠商采用的技術不同，尤其是沒有統一的控制信令，兼容性問題逐漸成為制約網絡視頻監控系統發展的瓶頸。

目前在大型視頻監控系統中，互聯互通主要采用以下實現方式：基于SDK進行二次開發、基于ONVIF或PSIA標準協議等[1]。本文先研究了目前普遍使用的基于 SDK進行二次開發的實現方式以及其在應用中的缺陷。在此基礎上，詳細介紹了基于開放接口標準的集成方法，以求給大型系統集成項目設計提供參考。

1 基于SDK進行二次開發的集成方案

目前在大型視頻監控應用領域中，最普遍的是采用基于設備供應商提供的SDK（Software Development Kit）進行二次開發的方法進行系統集成。

1.1 基于 SDK進行二次開發的集成方案實現

如圖1，以編碼器或IP Camera與NVR（Network Video Recorder）的集成為例，簡單介紹基于 SDK進行二次開發的集成方案。這種方式中，SDK運行在NVR服務器上實現對設備的控制功能。編碼器或IP Camera的API提供了一種軟件和硬件的接口機制，如圖1所示：

圖1 NVR與編碼器SDK集成方式

1.2 基于 SDK進行二次開發的集成方案應用缺陷

在大型系統應用領域，中央管理軟件需要與編碼器、硬盤錄像機、網絡攝像頭等硬件設備集成，共同構成一套完整的系統。在這種大規模集成的情形下，采用SDK進行二次開發的方式進行集成存在以下一些問題：

1）各設備廠商提供SDK的集成方式是以硬件為主導。系統集成商來通過與設備供應商的溝通對SDK進行二次開發，將各個廠商的設備接入系統中。這樣的接入方式顯然以硬件設備為主導，集成系統的性能很大程度上取決于設備廠商對SDK的開放程度，嚴重阻礙了設計的靈活性與創新性。

2）以SDK方式進行集成，集成深度不夠。API屬于上層軟件層次的集成方式，可能會導致設備功能的缺失，也很難實現一些個性化的功能。同時，雖然大部分廠家聲稱能夠提供完整的API，但是其產品與其他設備互連仍具有不確定性。

3）SDK集成方式是一種高耗低效的集成方式。同樣，因為其屬于上層的集成方式，系統資源（如 CPU）的消耗比較高，這也是一種效率比較低的通信機制。

4）SDK的二次開發難度大。視頻監控行業發展至今，各設備廠商都擁有其核心技術。設備的異構性和客戶需求的多樣性使得二次開發工作異常復雜。而且對于不同的系統項目，重復開發投入現象嚴重。

因此，面對復雜的系統集成問題，設備廠商和集成商不約而同的把目光集中于統一的視頻監控行業接口標準。采用規范協議和接口的行業標準能夠提供廣泛的設備支持，避免了因二次開發帶來的種種弊端。在巨大的行業需求驅動下，兩個安防產業的接口標準化組織應運而生——ONVIF和PSIA。

2 網絡視頻監控系統接口標準

接口標準化的建立給整個安防產業帶來了革命性的變化。一方面，網絡視頻監控系統迅猛的發展勢頭刺激了對安防產業全球性標準的需求；另一方面，現有標準化組織的努力也加速了市場由模擬系統向數字網絡系統靠攏。

雖然行業內普遍認識到標準化的重要性和影響力，但對于目前視頻監控行業接口標準的發展進程仍然了解不清。針對這一狀況，本節先從系統開放性角度闡述了接口標準化的重要性，再對網絡視頻監控系統接口標準進行了詳細研究。

2.1 視頻監控系統的開放性

開放系統是計算機廠商廣泛倡導并積極遵循的商業策略。不僅有助于增強產品的競爭力, 而且有利于用戶在不同的計算機廠家的產品中選其所需。雖然對于開放系統并不存在精確的定義, 但行業內還是存在著公認的“必具特征”。即是具有可移植性(Portability)、可互操作性( Interoperability )、可伸縮性( Scalability )和易獲得性( Availability )的系統[2]。

對于網絡視頻監控系統，開放的體系結構意味著系統能夠支持多個視頻壓縮算法、不同型號的網絡攝像機和基于IP網絡的存儲設備，同時這些設備能夠相互協作共同完成安防任務。互操作性要求視頻監控系統中不同廠商生產的所有視頻設備能夠相互“對話”。這種“對話”既可以是行業內一些約定俗成的接口定義，也可以是一些已經發布的行業標準。

另一方面，開放系統的非技術含義是指以可移植性、可互操作性、可伸縮性和易獲得性為目標的計算機產業標準化行為。標準化行為即是以開放的進程制定標準。

2.2 標準化組織——ONVIF和PSIA

在業內普遍認識到標準化行為對擴大和成熟整個市場的重要性之后，兩個視頻監控領域的標準化組織——ONVIF和 PSIA——應運而生。這兩個組織的目標都是為視頻監控系統中的硬件設備和軟件平臺提供標準網絡接口，管理和控制不同廠商的設備以提高互操作性。

2.2.1 開放網絡視頻接口論壇（Open Network Video Interface Forum）

2008年5月，由安訊士(AXIS)聯合博世(BOSCH)及索尼(SONY)公司三方共同發起成立一個全球化的非盈利性的開放產業論壇——開放網絡視頻接口論壇（ONVIF）。

1）基于 ONVIF規范的視頻監控系統實現

ONVIF協議采用Web服務架構。Web服務是視頻監控系統設計中常用的技術手段[3]。如圖2所示：

圖2 基于ONVIF的視頻監控系統

設備的實際功能均被抽象為了Web Service的服務，視頻監控系統的控制單元以客戶端的身份出現，通過 Web請求的形式完成控制操作。

2）ONVIF規范的技術要點

ONVIF規范采用基于Web Service的B/S架構。技術規范中使用WSDL（Web Services Description Language）語言對服務進行描述，XML語言標記數據、定義數據類型，SOAP協議傳遞消息，如圖3所示：

圖3 基于Web服務的開發原則

系統中所有的設備功能均是服務提供者以Web服務的方式實現，服務是通過基于XML的WSDL語言進行描述。服務申請者（客戶端）可利用該WSDL文檔通過WSDL編譯工具將特定平臺下的源代碼集成到應用程序中，以使用這些服務。在Web服務的提供者和申請者間采用SOAP消息傳遞協議[4]。

除此之外，ONVIF規范中還定義了IP配置、設備發現、設備類型、設備管理、設備 IO、圖像配置、媒體配置、實時流媒體、事件管理、PTZ控制、視頻分析、設備分析、部署、存儲、安全性等方面的內容，詳細資料參見ONVIF2.0版本。

3）ONVIF組織介紹

目前，ONVIF的會員已經達到340家。在前15大視頻監控供應商中，有11家加入了ONVIF。松下、三星、思科、西門子、海康威視、浙江大華等主流網絡視頻設備制造商都是ONVIF的成員。

ONVIF組織成立將近四年，經歷了快速的發展。2008年11月，該組織發布了ONVIF1.0版本的規范。2008年12月，ONVIF又發布了其1.0版本的測試規范；到目前為止已有超過1300款符合ONVIF規范的網絡視頻產品。在2010年11月又發布了其核心規范2.0，ONVIF規范擴展到了顯示設備、存儲設備、視頻分析技術及其他相關領域。

2.2.2 物理安全互通性聯盟（Physical Security Interoperability Alliance）

PSIA（物理安全產業聯盟）是由超過65個物理安防廠商和系統集成商共同組成的全球性聯盟，創立于2008年2月。

1）PSIA規范的技術要點

PSIA規范包括服務模型和媒體設備規范，在媒體設備規范中所有的功能接口規范都需要引用服務模型。服務模型是整個規范的基礎。

PSIA規范是建立在基于REST的服務模型之上。REST是一種比SOAP和XML-RPC更加簡潔的Web服務實現方案。在REST架構下，PSIA將所有的接口（包括管理和控制接口）都定義為資源，并按服務分類[5]。REST架構提供了一種方便的方式來組織相關資源，即通過層次化的命名空間來組織，此方法適用于快速的服務發現和良好的擴展性。

在媒體設備規范中包括：一致性需求、流媒體、數據類型定義、服務命令、存儲、網絡、視頻等，詳細資料參見PSIA IP Media Device Specification1.1版本。

2）PSIA組織介紹

PSIA的成員來自于安防產業各個領域的生產商，思科、霍尼韋爾、亞薩合萊、派爾高、IBM、Milestone Systems、NICE等廠商都是PSIA的成員。

同ONVIF協議一樣，PSIA在提高網絡視頻產品的互操作性方面進行了不斷的努力。2009年2月，PSIA正式決定采用REST為支持物理安全產品互操作性的架構。一個月以后，PSIA發布了其IP Media Device規范的1.0版本。22010年6月發布了一致性測試工具。2011年11月，PSIA又發布了其區域控制規范。

2.2.3 ONVIF標準和PSIA標準比較

首先，ONVIF標準和PSIA標準的側重點不同。雖然兩個組織的最終目標都是提高網絡視頻產品的互操作性，但ONVIF更專注于制定網絡視頻設備發送端與網絡視頻客戶端的標準接口。PSIA定位于更廣泛的安全市場，著眼于各個層面上的安防產品。PSIA將門禁控制、存儲等內容也納入到其標準中。

與其市場定位相適應，技術方面ONVIF標準和PSIA標準采用了不同的框架。ONVIF組織使用SOAP傳遞信息，較為復雜，執行起來也更加嚴格。相較于ONVIF標準，PSIA標準采用了REST架構。REST架構是一種更為簡潔的軟件架構風格，滿足輕量級計算的需求，占用的帶寬資源也較少。

2.3 網絡視頻監控系統接口標準面臨的挑戰

首先，技術不夠成熟，兼容性不能得到完全的保證。對于現有的網絡視頻監控系統接口標準ONVIF和PSIA，經過四年的發展，兩個組織都發布了一系列的規范和測試工具，力求保證網絡視頻監控設備間的互操作性。但是，由于技術本身不夠成熟，不同版本標準的設備兼容性不能得到完全的保證。這導致，雖然大部分廠商都聲稱支持ONVIF協議或PSIA協議，但各廠商都只把ONVIF和PSIA作為輔助協議給予支持。

其次，網絡視頻監控系統接口標準不適用于多種架構并存的混合系統。在大型的視頻監控項目中，系統歷經多次改造，存在模擬系統和數字化網絡視頻監控系統共存的現狀。而ONVIF和PSIA僅限于網絡視頻監控系統的互聯，并不適用于多種架構并存的系統。這種技術上的局限性，限制了網絡視頻監控系統接口標準的應用范圍。

同時不斷增長的視頻分析技術應用需求帶來了新的挑戰。視頻分析產品具有不同的產品形態和架構方式，與系統和外界的交互性更強。分布式的智能攝像機能夠實現數據的部署，同時流媒體返回的元數據（Meta-data）整合成多有用的媒體數據[6]。這些特性導致系統對產品的互操作性要求更高。

3 結論

就目前整個監控行業來看，基于SDK進行二次開發的集成方式仍然是行業內的主流，但是隨著系統越來越復雜，不斷增加的集成成本也成為用戶不得不考慮的問題。而網絡視頻監控系統接口標準的發展給集成問題帶來了新的解決思路。當然對于現有的標準ONVIF和PSIA，還處于發展階段，各設備廠商也只把其作為輔助協議給予支持，形成被普遍廠商所支持的行業統一標準仍需要進一步的努力。

就ONVIF和PSIA而言，這兩個組織追求的目標是一致的，技術上的差異也并不大。目前市場上，ONVIF的市場占有率逐漸高于 PSIA，但也已經有同時滿足兩個標準的產品出現。在以視頻分析技術為代表的監控系統智能化發展趨勢的影響下，這兩個組織標準孰優孰劣還無法定論。無論如何，這兩個組織對提高不同廠商生產的網絡視頻監控設備的互操作性方面做出了突出的貢獻，也滿足行業發展的需求。

[1]肖行詮，李富祥.視頻監控系統平臺互聯互通的建設思路[J].電力系統通信， 2010，（7）：30-35.

[2]劉錦德.對于開放系統內涵的澄清[J].計算機應用，1997，（6），1-3.

[3]Chen Wei,ZhangJiangShan. Thorough Research on Application of Embedded Web server inVideo Surveillance System[J].微計算機信息，2007，（36）：36-38.

[4]Open Network Video Interface Forum. ONVIF Core Specification, version 2.2[Z].2012-05.

[5]Physical Security Interoperability Alliance. Service Model v1.0[Z].2009-02

[6]SoomiYang.An Efficient Surveillance Data Management Scheme for Large-Scale Smart Camera Networks[A].In:Proceedings of 2012 International Conference on Information and Computer Networks[C].Singapore:International Association of Computer Science and Information Technology(IACSIT)，2012.