基于云計算的城市級視頻監控系統應用技術及模式研討

幸伍洲

摘 要：視頻監控系統為政府部門開展社會管理和公共服務提供了重要技術手段，在平安建設、交通管理、城市管理、應急管理等發揮不可或缺的重要作用。但隨著管理功能需求的提升，如何對海量的視頻實現大規模實時視頻寫入與存儲，并實現智能分析應用，實現節約監控資源、降低監控成本，統一管理的目標，成為各地在系統建設中面臨的課題。本文以視頻監控系統為研究對象，結合目前主流物聯網、大數據、云計算等相關技術，圍繞視頻接入、視頻存儲、視頻處理、視頻流媒體這4個環節進行淺析，對云計算技術和服務模式在未來大規模的視頻監控領域的應用前景進行了思考。

關鍵詞：云計算;視頻監控

1 視頻監控系統技術發展狀況

在我國視頻監控技術主要經歷了三個發展階段，分別如下：

第一階段的視頻監控技術用于模擬監控（央視），因為它具有：易于安裝，使用簡單和價格低廉等特點，所以廣泛應用于多個領域和行業，并得到了高度的評價和很好的反應效果。由于模擬監控圖像傳輸和兼容性的局限，目前市場的需求量非常大，影響力度也是非常廣泛的。關注度比較高，但由于中國整體視頻監控市場的巨大需求和區域發展不平衡的影響因素，因其成本優勢，在許多工廠、小超市、商店等短距離內，無法連接網絡和其他行業的特點以及更多的應用，因此模擬監控市場仍存在很長時間。

第二階段為數字監控技術監測（DTV），與模擬監控相比，在圖像質量，兼容性和可靠性較之前均有大大幅度的提高，為用戶提供高成本控制解決方案。數字監控設備是硬盤錄像機（DVR）和編碼器（DVS），國內知名的監控設備提供商，如宇科技（原華三公司），海康威視，大華技術，有多年豐富的項目實施經驗，裝備制造業和工業領域的經驗，這為后期的發展奠定了強烈的基礎。

第三階段為網絡監測技術監測（IPTV），基于網絡的一組視頻解決方案的網絡技術，它是由網絡攝像機（攝像機IP），網絡視頻存儲（NVR）和網絡連接設備和其他設備等設備組成的技術檢測。

雖然中國市場的發展環境和其他各方面的因素跟全球市場的各項條件相比稍欠成熟，但中國市場的總體需求量，增長速度較全球市場相比發展機會和前景都比較樂觀。

隨著視頻監控技術的不斷發展，需要針對視頻監控系統的各種需求。目前，越來越多的用戶提出了視頻監控系統的智能功能的個性化需求，但由于各個行業和領域不同的個性需求，目前的視頻監控系統不能滿足所有用戶的需求。

2 系統實現的關鍵技術

2.1 云計算技術

云計算（Cloud Computing），是一種以互聯網為基礎的計算方法，通過云計算這種方式，共享軟件和硬件資源和信息可以提供給計算機和其他設備。

按照美國國家標準和技術研究院對云計算定義，明確規定了三種主要服務模式，具體詳情分別如下：

①軟件即服務（SaaS）：消費者使用這種應用程序，但不對該系統控制操作、硬件或網絡基礎設施。只是一個服務理念，基于軟件服務商，以租賃客戶服務的理念，而不是購買，更常見的模式是提供一套賬戶密碼。

②平臺即服務（PaaS）：消費者使用主機操作應用。消費者控制應用程序的運行環境（也擁有主機部分掌控權），但不控制操作系統、硬件或網絡基礎設施。平臺通常是應用基礎設施。

③基礎設施即服務（IaaS）：消費者使用“基礎計算資源”，如處理能力、存儲空間、網絡組件或中間件。消費者能掌控操作系統、存儲空間、已部署的應用程序及網絡組件（如防火墻、負載平衡器等），但并不掌控云基礎架構。

2.2 大數據技術

大數據（Big data或Megadata），換一個說法可以稱為巨量數據、海量數據、大數據等，指的是所統計的數據涉及的數據量規模非常的巨大，人工無法完成，無法在有效合理的時間內達到獲取、管理、處理、并整理出來，無法有效的轉換成為人類所能解讀理解的詳細信息。

大數據幾乎無法使用大多數的數據庫管理系統處理，而必須使用“在數十、數百甚至數千臺服務器上同時平行運行的軟件”。大數據的定義取決于持有數據組的機構之能力，以及其平常用來處理分析數據的軟件之能力。“對某些組織來說，第一次面對數百GB的數據集可能讓他們需要重新思考數據管理的選項。對于其他組織來說，數據集可能需要達到數十或數百兆字節才會對他們造成困擾。”

3 城市級視頻監控系統設計

3.1系統結構

對基于云架構的城市級高清視頻監控系統架構設計如圖1所示，視頻監控系統主要由兩大系統組成：兩大系統為海量視頻存儲系統及視頻管理系統。視頻管理系統包括接入子系統、讀寫子系統、處理子系統、流媒體子系統、視頻中心調度子系統和客戶端訪問。

①視頻接入子系統負責整合前端各類接入設備，實現多種前端設備的統一管理，為視頻監控平臺的其他子系統的提供統一調用入口。

②通過ParaStor客戶端掛載到處理服務器和流媒體服務器，這樣視頻存儲和視頻處理程序就可以訪問海量的存儲空間。

③視頻處理子系統主要負責對完成對接入視頻的各項處理任務，諸如：內容識別、實時轉碼、錄像存儲等，再將處理好的結果發送至流媒體服務器和存儲服務器。

圖2

④流媒體子系統負責對外提供標準的RTSP流媒體服務。同時流媒體系統采用虛擬IP技術，實現了應用訪問的備份冗余，提供高可用性。

圖3

⑤視頻中心調度系統是整個系統中核心控制部分，它通過云調度系統來調節各個云環節來處理各項任務目標、并由此來實現對整個平臺的統一管理和監控。

⑥客戶端訪問支持Windows、Linux、iOS、Android等主流操作系統，提供B/S和C/S架構客戶端，控制視頻解碼上墻等，實現與用戶的直接交互。

3.2 系統的特點

①利用云存儲技術，在保障數據安全的情況下，實現海量視頻的云存儲，盡可能降低整體建設、運維成本。

②利用開放的云視頻管理平臺，實現大規模前端不同資源（攝像頭、平臺）的統一接入、存儲和分發，形成一個統一的、標準的市級監控視頻共享平臺，并提供開放的API接口，實現上層應用對底層資源的透明操作，為后續各種業務應用的開發提供基礎支撐。

③利用云計算技術，將視頻接入、轉碼、存儲、發布等各項服務，利用云端計算資源的動態調度機制，實現單點故障隔離和任務調度。

④利用開放的分布式平臺架構，為各部門提供開放的應用接口，滿足不同業務部的個性業務需求，包括視頻分析、流媒體發布、業務集成等，實現應用模塊化、可擴展化。

4 云服務模式探討

在城市級視頻監控項目設計中，大規模視頻數據并行處理的基本功能，包括：本地/遠程實時監控、視頻數據存儲、轉發、檢索、設備管理、設置等。使用單位可以通過2個開發界面提供，來發展自己的業務，也可以直接使用平臺提供的應用和業務流程，通過組合和整合，直接形成自己的業務。

這種建設思路就是按照云計算模式設計及實施，IT基礎設施能夠像水電一樣流通、按需收費;IT 資源從基礎設施擴展至軟件服務、網絡應用、數據存儲。視頻云系統就是將視頻數據存儲，視頻網絡、視頻軟件的服務作為一種資源，提供給各使用部分。項目建設對用戶實現了以下三個“統一”：

統一基礎設施平臺：基于云計算、云存儲、物聯網等技術，建設城市級（地市級）統一的視頻監控云平臺，滿足未來城市視頻監控應用不斷發展和海量視頻存儲的建設、維護需求，為各部門提供一體化高清視頻信息的管理、處理、存儲、分析、共享和發布等功能。通過城市視頻監控云平臺建設，強化部門視頻信息資源的有機整合和高效利用，發揮城市視頻監控系統整體效益。

統一項目布點規劃：按照點、線、面進行視頻監控布點規劃，統籌建設，重復利用，實現一個攝像頭多種用途，避免視頻監控探頭的重復建設，同時為建立網格化城市視頻防控體系奠定基礎。

統一技術標準和規范：制定高清視頻監控信息接入標準，將前端接入標準化，避免視頻監控探頭孤島。后端平臺采用國家標準進行建設，平臺開放性要求高，便于第三方開展應用開發，避免原廠商基于公司利益建設的封閉性平臺，嚴重影響和制約視頻監控信息的開發利用。便于下一步開展視頻大數據的開發和利用。

5 展望

云計算、物聯網、大數據成為當前智慧城市建設中的關鍵技術，城市高清視頻監控云平臺是智慧城市建設中的重要項目，須為社會管理、城市管理、道路交通指揮、應急管理等各項智慧應用，提供準確、完整的視頻信息。未來城市級視頻監控云平臺建設將成為智慧城市建設中視頻監控系統的建設發展方向，成為城市物聯網數據中心的核心內容，不斷充實智慧城市核心和大腦功能，技術的突破和項目建設、管理、運營模式的創新，將不斷加快中國智慧城市建設進程。在此過程中，基于云計算技術和模式的城市視頻監控云也將有廣闊的技術創新和模式創新的空間。

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