基于IP的大規模視頻監控系統的構建

摘 要：近期，隨著平安城市、智慧城市的建設及互聯網、物聯網技術的發展，全數字的大規模視頻監控系統技術已經成熟。基于IP的大規模視頻監控系統利用寬帶網絡實現高清圖像、聲音和各種報警信號的遠程采集、傳輸、存儲、處理與轉播。充分發揮無處不在的網絡資源優勢，通過網絡視頻監控業務平臺，將分散、獨立的采集點圖像信息進行聯網處理，實現跨區域的統一監控、統一管理，使用網絡存儲，實現基于互聯網的全數字大規模視頻監控。

關鍵詞：IP;編碼器;解碼器;DM備份服務器;VM視頻服務器

傳統的視頻監控系統聯網架構模式主要有全數字和數模結合兩種，主要工作在監控專網內，難以實現大規模的整體管理和調用。前者主要采用網絡攝像機和數字矩陣，后者主要采用模擬攝像機加編碼器和硬盤錄像機。但是目前主流的數字監控聯網方式復雜，成本較高，不易實現。模數結合的監控系統使用光電轉換器遠傳，使用DVR錄像，整體管理，調用復雜，圖像質量以及存儲安全和容量難以保證。基于IPC的大規模全數字網絡視頻監控系統采用當前網絡視頻監控最先進的架構，是網絡視頻監控今后的發展方向，是高清視頻監控的基石。全數字大規模網絡視頻監控系統易于擴容，易于開發應用新功能，是一套符合發展規律的、可持續的、先進的網絡視頻監控系統。大規模全數字網絡視頻監控系統運作于監控專網以及公網網絡，實現了跨網的大規模視頻監控的應用。

一、系統的組網方式及特點

大規模數字監控主要有攝像機、編解碼器、網絡存儲設備、網絡系統和管理平臺五大基礎組件，通過它們的相互融合大大降低了系統集成的實施風險，提高了系統的整體效能、可靠性和性價比，同時可以有效滿足定制需求。

組網結構如圖1所示：

圖1 大規模視頻監控原理圖

大規模視頻監控系統的重要組成部分如下：（1）攝像機;

（2）編碼器;（3）IP網;（4）IPSAN;（5）MS管理服務器;（6）VM視頻服務器;（7）DM備份管理服務器;（8）解碼器;（9）電視墻/客戶端。

系統采用IP流媒體的組網方式，開放的接口實現了IPC、NVR及管理平臺的互聯互通。

IPC/編碼器完全符合MPEG2/MPEG4/H.264等國際標準圖像壓縮技術，可提供1080P、FULL D1高清晰圖像分辨率，高碼流的支持提供了更多的圖像細節和高清圖像質量。IPC集視頻采集，編碼壓縮，網絡傳輸等多種功能于一體，真正實現數字化。

圖2 網絡攝像機原理圖

在存儲方面，前端高清的IPC和編碼器與后端的NVR網絡存儲設備采用IP SAN架構建立iSCSI連接，將視頻流進行iSCSI協議封裝，直接采用數據塊的方式將視頻數據寫入IP SAN存儲設備中，通過這種方式，監控視頻數據的存儲不需要轉換為視頻文件，不需要流媒體轉存服務器，有效規避了引發“啞鈴效應”的文件系統問題和流媒體服務器性能瓶頸問題，具有良好的可擴展性，無論監控系統有多大，整個系統都不會存在性能瓶頸。通過DM數據管理服務器可以對分布式部署在各級中心的IP SAN設備的存儲資源進行全局統一的存儲設備及空間管理，實現存儲資源的虛擬化，與物理位置無關，可以進行分布式部署，集中管理。

在編碼方面，采用編碼終端的雙碼流機制。編碼器終端通過發送單播或者組播實時視頻流到解碼器終端，實現了對實時視頻圖像的監視，實時視頻需要連貫的視頻圖像，采用UDP方式連接。同時，編碼器終端和存儲器之間建立直接連接，將視頻流存于IP SAN中，實現了對實時視頻圖像的存儲。回放流要求的圖像細節更高，但對實時性要求不高，所以編碼器采用基于IS CSI的TCP方式傳送，保證了回放圖像的質量。這樣做有如下優點：存儲流和實時視頻流的碼率和編碼協議可以不同，增強了系統設置的靈活性和對網絡環境的適應能力;相對于傳統監控系統，視頻流的存儲不再需要流媒體服務器實現，這樣可以避免系統的性能資源瓶頸，大大提高了系統的可擴展性;結構簡單，易于實現，穩定性、可靠性以及可維護性強。

此系統有著最安全的網絡冗余能力，支持RRPP環網冗余，雙鏈路冗余，多端口BOND冗余，還有統一的網管以及全流程的Qos保障，可以針對實時視頻、回放、報警等各業務設置不同的DSCP優先級，保證了監控平臺在異構網絡環境下實現大規模的可靠運行。

創新的媒體分發機制，經過優化的組播組網分發，虛擬IP矩陣，實現媒體流的無阻塞交換。對于大規模的視頻監控，在不支持組播的環境下，使用高性能路由交換平臺，通過交換機的高性能分發完成單播媒體流的大容量、高性能、低延時分發，滿足大規模專業監控需求。

二、開放的平臺

此系統可以實現和專業報警、門禁、SCADA（Supercisory Control And Acquisition，數據采集和監視控制系統），三臺合一，審訊指揮，智能視頻分析等系統的融合和聯動，大大豐富了系統的增值應用。

圖3 網絡冗余系統原理圖

系統采用國際標準SIP協議，可以與IETF協議集成，可寬展性好，架構簡單、開放、靈活，具有更強的上層應用適應能力。在軟件架構上采用SOA（Service-orientd Architecture）架構，通過開放的API接口實現和第三方系統對接和融合。

大規模監控系統基于IP架構，采用標準信令，開放的IP協議，融合網絡、存儲、多媒體和信令技術，解決不同廠家設備之間不能互聯互通的問題。此方案可以用在包括平安城市監控、企業園區監控、運動會場監控、著名景區監控、銀行中心及網點監控、地鐵輕軌監控、醫療示教、快遞公交和道路監控、數字城管、應急指揮、監獄監控等，實現大規模互聯互通的IP純數字監控。

圖4 開放的系統架構圖

三、小結

本文主要介紹了以IPC為探測器大規模全數字監控系統的硬件組成、工作特點、應用平臺以及應用場景。系統能對不同的網絡、不同的廠家設備、存儲的瓶頸、分布的部署、統一的管理等棘手問題進行優化分析，解決傳統視頻監控難以實現實時、快速、統一、開放的問題，其設計的組網方案完全滿足大規模視頻監控的應用需求。

作者簡介：陳明武（1981— ），男，安徽蕭縣人，碩士，講師，從事比色測溫、計算機網絡、視頻監控、綜合布線教學研究工作。