【文章內(nèi)容簡介】 的滿足各類網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控前端編碼、存 儲和解碼的需求。 2. 網(wǎng)絡(luò)視頻存儲系統(tǒng) IP 存儲技術(shù) 和數(shù)據(jù)管理服務(wù)器構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)，存儲資源可以根據(jù)需求分布式部屬并加以統(tǒng)一資源管理和調(diào)度，支持動態(tài)存儲資源管理、在線部屬，可以基于統(tǒng)一平臺滿足不同存儲質(zhì)量、容量和服務(wù)質(zhì)量的客戶需求，可以提供完善的備份和存儲生命周期管理功能 ， 同時支持 NAS 備份功能。 3. 系統(tǒng)管理平臺 8 包括專用的視頻管理服務(wù)器、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器、客戶端和流媒體服務(wù)器，視頻管理服務(wù)器是用于集中認(rèn)證、注冊、配置、控制、報(bào)警轉(zhuǎn)發(fā)控制的專用信令服務(wù)器，可以實(shí)現(xiàn)完善的視頻編解碼設(shè)備網(wǎng)絡(luò)管理功能，支持多臺信令管 理服務(wù)器相互協(xié)同工作組建多級多域的管理平臺。數(shù)據(jù)管理服務(wù)器主要功能為管理存儲設(shè)備、存儲資源和視頻數(shù)據(jù)，支持對系統(tǒng)所有存儲資源進(jìn)行全方位的監(jiān)控和管理，支持不間斷的視頻檢索、回放等業(yè)務(wù)。客戶端可以提供友好方便的人機(jī)界面功能，包括監(jiān)控對象的實(shí)時監(jiān)視監(jiān)聽、查詢、云臺控制、接警處理，并集成了基本的 GIS 功能方便用戶操作。 4. 承載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 采用充分組播優(yōu)化 的 交換機(jī)對前端視頻編碼器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行接入、匯聚、交換。通過設(shè)備自身安全特性和防火墻等實(shí)現(xiàn)對邊界安全接入的控制。同時可通過網(wǎng)絡(luò)本身的設(shè)備、協(xié)議冗余實(shí)現(xiàn)整個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定 性。 當(dāng)今監(jiān)控系統(tǒng)的用戶覆蓋各行各業(yè)，但是其本質(zhì)的需求都是一樣的，都要求監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)要提供“監(jiān)，控，查”的功能?！氨O(jiān)”就是實(shí)時監(jiān)視，隨時了解被監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時狀態(tài)，要求實(shí)時性強(qiáng)，需要實(shí)時存在?！翱亍敝笇z像頭控制靈活可靠，操作簡便，迅捷?！安椤睂τ谥付ǖ牡攸c(diǎn)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)要實(shí)時可靠的存貯，用于事后取證和調(diào)閱，實(shí)時性不敏感但可靠性要求高。 （三） 視頻監(jiān)控特征分析 ： 監(jiān)控的本質(zhì)需求是為了滿足用戶的實(shí)戰(zhàn)需要，如有效取證、事態(tài)控制和運(yùn)營管理維護(hù)能力等，目前許多監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開始走向一個誤區(qū)，系統(tǒng)過于復(fù)雜，模擬的數(shù)字的、各種服務(wù)器、視 頻承載和信令混合、各種非標(biāo)的異構(gòu)的子系統(tǒng)堆積、各種不同功能的軟件組合，看起來雖然實(shí)現(xiàn)了基本功能，但圖像、存儲、維護(hù)管理等系統(tǒng)性能往往無法滿足基本實(shí)戰(zhàn)需求，偏離了監(jiān)控的本質(zhì)。隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這些問題也將逐步暴露出來，一切將變得無法控制。 1. 監(jiān)控圖像實(shí)時性問題。大型監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控點(diǎn)可以達(dá)到成百上千，要求在任何時間都可以讓網(wǎng)絡(luò)的使用者可以無時延地看到想看到的圖像，并且要求被監(jiān)控點(diǎn)的碼流可調(diào)以滿足高清，重點(diǎn)監(jiān)控的目的。這就要求監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)支持很高的圖像傳輸收斂比，即把眾多的網(wǎng)點(diǎn)的監(jiān)控圖像層層匯聚到一個或幾個顯示大 屏幕。傳統(tǒng)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)只能提供一種基于 UDP 的實(shí)時監(jiān)控碼流，實(shí)時流在高收斂比的匯聚過程中被反復(fù)級聯(lián)復(fù)用造成最終顯示圖像質(zhì)量的下降，同時也會造成一定的圖像延遲，不滿足實(shí)時性要求。所以現(xiàn)有的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)很難在高質(zhì)量高收斂比和實(shí)時性之間取得平衡。這就要求監(jiān)控終端可以提供一種只需一次編碼就可供全網(wǎng)使用的實(shí)時流，而且這種數(shù)據(jù)流不應(yīng)因高收斂而造成圖像質(zhì)量下降。 2. 監(jiān)控圖像高解析還原問題。不同的用戶對監(jiān)控的“存”與“看”的要求也不相同。有的用戶需要高清晰的實(shí)時監(jiān)控流，而為了節(jié)省存貯空間降低成本可能會采用低分辨率的存貯碼流或只存幀 。反之，有的用戶會關(guān)注高質(zhì)量的存貯流已供事后調(diào) 9 閱和取證，而對實(shí)時流不是很關(guān)注?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)只是簡單的提供實(shí)時流同時對實(shí)時流進(jìn)行存貯，這樣現(xiàn)有的單流網(wǎng)絡(luò)很難在網(wǎng)絡(luò)的性能和成本之間達(dá)到平衡。 3. 監(jiān)控圖像可靠存貯問題。傳統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)流是一種面向非連接的 UDP 報(bào)文，數(shù)據(jù)一旦在傳輸中發(fā)生丟失，則在圖像回放時就會產(chǎn)生馬賽克和丟幀的情況。所以對于分出一份實(shí)時監(jiān)控流存入本地硬盤以達(dá)到存貯的目的技術(shù)無法滿足高可靠存貯的要求。我們需要監(jiān)控終端能夠提供除了基于 UDP 的實(shí)時流以外還可以提供基于面向可靠連接的存貯流以實(shí)現(xiàn)高可靠數(shù)據(jù)存貯。 4. 監(jiān)控圖像管理問題。一個監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)需要存貯的數(shù)據(jù)是海量的，如何有效的管理這些數(shù)據(jù)也是傳統(tǒng)的技術(shù)需要面臨的挑戰(zhàn)。以全球眼技術(shù)為例，全球眼的存貯流每 5 分鐘進(jìn)行一次數(shù)據(jù)分割，分割后保以文件方式進(jìn)行存貯。一個監(jiān)控點(diǎn)一天就有 288 個存貯文件，如果數(shù)據(jù)保留 90 天那么文件數(shù)量會達(dá)到 25920 個。對于一個大型網(wǎng)絡(luò)一天就會有數(shù)十萬個文件產(chǎn)生。文件多直接導(dǎo)致文件的檢索的困難和執(zhí)行性能的低下。同時存貯文件眾多也需要更多的服務(wù)器來進(jìn)行管理，這又會引來文件服務(wù)器負(fù)載分擔(dān)和備份的問題，以及多服務(wù)器的集群管理，文件共享等問題。這些問題都 是傳統(tǒng)的監(jiān)控單流網(wǎng)絡(luò)很難克服的問題。 圖 6：監(jiān)控構(gòu)建圖 綜上所述，現(xiàn)有的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)簡單的采用單一的基于非連接不可靠 UDP 協(xié)議的實(shí)時流技術(shù)很難解決現(xiàn)在面臨的問題。用戶要求實(shí)時監(jiān)控流和存儲數(shù)據(jù)流可分別根據(jù)需求 10 靈活地編碼設(shè)置，并且互不影響單。此外還要控制靈活，對于只需要存貯不需要實(shí)時監(jiān)測的網(wǎng)點(diǎn)要可以根據(jù)需要關(guān)閉實(shí)時流只發(fā)送存貯流以節(jié)省帶寬。由此可見我們需要兩種數(shù)據(jù)流，實(shí)時數(shù)據(jù)流和存儲流來滿足用戶的需求。 實(shí)時流滿足快速無延遲的實(shí)時監(jiān)控要求，存貯流采用面向連接的 ISCSI 高可靠協(xié)議滿足高清存貯的要求 ，并且以上兩種數(shù)據(jù)流的碼流可以分別靈活配置滿。 圖 7：系統(tǒng)總特結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 三 . 系統(tǒng)特點(diǎn) （一） 統(tǒng)一的監(jiān)控平臺 含擴(kuò)編解碼器、網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和管理平臺四大基礎(chǔ)組件 ,通過對網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控 4 大基礎(chǔ)組件的相互融和，優(yōu)化了系統(tǒng)架構(gòu)，提高系統(tǒng)整體效能、可靠性和性價比，同時可以真正有效滿足用戶的定制需求。相互分立的系統(tǒng)容易導(dǎo)致相互扯皮，因?yàn)槿魏我粋€組件都無法有效滿足用戶對整體系統(tǒng)提出的各項(xiàng)需求。 11 （二） 先進(jìn)的系統(tǒng)構(gòu)架 控制與交換相分離，由網(wǎng)絡(luò)本身來承載交換存儲流和實(shí)時流等業(yè)務(wù)碼流，由管理服務(wù)器處理控制控制信息。適合大規(guī)模擴(kuò)展應(yīng)用。 便于互連互通，整體架構(gòu)采用分層、開放設(shè)計(jì)，便于新技術(shù)新業(yè)務(wù)的引入及融和。 圖 8：分層系統(tǒng)構(gòu)架圖 四 . 系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容簡述 1. 監(jiān)控前端硬件建設(shè) 攝像機(jī)安裝及圖像采集 、 視頻編碼設(shè)備 、 報(bào)警聯(lián)動設(shè)備 。 2. 傳輸系統(tǒng) 圖像、控制信號傳輸 、 供電線路 、 IP 網(wǎng)絡(luò)傳輸 。 3. 總控 中心建設(shè) 存儲系統(tǒng) 、 顯示 解碼及顯示系統(tǒng) 、 綜合視頻管理系統(tǒng) 、 報(bào)警聯(lián)動系統(tǒng) 。 4. 分控中心建設(shè) 圖像解碼及顯示系統(tǒng) 、 監(jiān)控客戶端控制 。 （一） 系統(tǒng)前端設(shè)計(jì) 對于監(jiān)控工程來說，前端產(chǎn)品的選型直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的效果，直接影響到用戶的最后使用，前端設(shè)備主要包含攝像機(jī)（如有音頻包括拾音器）、立桿、支架護(hù)罩、云臺 及 解碼器、音視頻編碼器、防雷器（ 尤其在室外高處 ）、 機(jī)箱 (室外監(jiān)控點(diǎn) )等。 12 圖 9：系統(tǒng)前端設(shè)計(jì)圖 （二） 圖像采集設(shè)備 對于一套成熟的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，前端配置主要包括攝象機(jī)（如有音頻包括拾音器）、支架護(hù)罩、云臺、解碼器、音視頻編碼器（見編解碼章節(jié)）、設(shè)備盒、等等 。 五 . 網(wǎng)絡(luò)視頻編、解碼器 （一） 視頻編碼器 前端監(jiān)控點(diǎn)的視頻編碼器完成監(jiān)控信號的視音頻輸入，把模擬的視頻、音頻信號（ 如攝像機(jī)、麥克風(fēng)等視音頻源信號）進(jìn)行數(shù)字化和壓縮編碼，形成 IP 數(shù)據(jù)包，利用網(wǎng)絡(luò)傳送到指定的目的地址。 作為大量前端監(jiān)控點(diǎn)部署設(shè)備，視頻編碼器必須采用高性能設(shè)備：使用采用嵌入式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，穩(wěn)定可靠；具備工業(yè)防護(hù)設(shè)計(jì)，符合 監(jiān)控系統(tǒng)部署 要求；提供強(qiáng)大的圖像編碼能力，保障高質(zhì)量的圖像效果；支持標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議和視頻編碼方式。 圖 10： 前端視頻編碼器組網(wǎng)示意圖 連接 ： 13 攝像機(jī)連接：攝像機(jī)通過同軸電纜將視頻信號傳入視頻編碼器的視頻輸入接口；編碼器控制接口通過控制線纜連接攝像機(jī)云臺，實(shí)現(xiàn)云臺控制信號。 麥克風(fēng)連接：麥 克風(fēng)通過同軸電纜將音頻信號輸入編碼器 報(bào)警連接：紅外等報(bào)警設(shè)備通過雙芯線將報(bào)警信號輸入編碼器的報(bào)警輸入接口。 報(bào)警聯(lián)動：編碼器通過雙芯線將報(bào)警輸出信號輸入警鈴等報(bào)警聯(lián)動設(shè)備。 （二） 視頻解碼器 視頻解碼器主要功能是從網(wǎng)絡(luò)上獲取視音頻數(shù)據(jù)流，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換還原為模擬信號，輸出到監(jiān)視器、電視墻、多媒體大屏幕、調(diào)音臺、功放等模擬視音頻設(shè)備。 視頻解碼器作為后端各級監(jiān)控中心的視頻、音頻信號輸出設(shè)備，需要具備以下功能：自適應(yīng)各種視音頻編碼方式；支持高碼流視頻解碼能力；設(shè)備穩(wěn)定可靠適合長時間運(yùn)行；易管理，配置簡單。 圖 11： 視頻解碼器連接示意圖 ： 六 . 網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)計(jì) （一） 網(wǎng)絡(luò)總體構(gòu)架設(shè)計(jì) 在中心機(jī)房部署一臺核心交換機(jī)，用于連接接入交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)視頻存儲設(shè)備、系統(tǒng)管理服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器等 各個主控室分別接入交換機(jī)，用于連接視頻編碼器、視頻解碼器、監(jiān)控 端以及 辦公 PC 等，通過單模千兆光纖上行連接到核心交換機(jī)。 （二） 應(yīng)用組播技術(shù) 作為一種與單播和廣播并列的通信方式，組播技術(shù)能夠有效地解決單點(diǎn)發(fā)送多點(diǎn)接收的問題，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)到多點(diǎn)的高效數(shù)據(jù)傳送，能夠大量節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬、降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。 14 當(dāng)多個用戶（解碼器或者 PC 客戶端）同時訪問同一個編碼器終端時 ，如果采用單播方式，從編碼器到各個接受端都需要 有一路單播流，對網(wǎng)絡(luò)的帶寬造成很大壓力，因此 應(yīng) 進(jìn)行相應(yīng)的組播設(shè)置。 （三） 網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì) 從體系結(jié)構(gòu)來看，安全體系應(yīng)該是一個 多層次、多方面的結(jié)構(gòu)。通過 對承載網(wǎng)絡(luò)平臺所面臨的安全狀況的分析，可將承載網(wǎng)絡(luò)平臺的安全性在總體結(jié)構(gòu)上分為四個層次：網(wǎng)絡(luò)層安全、應(yīng)用層安全、系統(tǒng)層安全和管理層安全。 網(wǎng)絡(luò)層安全是指在網(wǎng)絡(luò)的下三層 (物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層 )采取各種安全措施來保障網(wǎng)絡(luò)平臺的安全； 應(yīng)用層安全是指通過利用各應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫自身的安全機(jī)制，在應(yīng)用層保證對網(wǎng)絡(luò)上所承載的各種網(wǎng)絡(luò) 應(yīng)用系統(tǒng)的信息訪問合法性； 系統(tǒng)層安全主要是通過對操作系統(tǒng)的安全設(shè)置，防止不法分子利用操作系統(tǒng)的安全漏洞對網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成安全威脅； 管理層安全主要是從網(wǎng)絡(luò)所涉及的 總控中心、分控中心 各級網(wǎng)絡(luò)用戶內(nèi)部安全管理和計(jì)算機(jī)病毒防范兩方面來保障網(wǎng)絡(luò)的安全。 七 . 存儲設(shè)計(jì) （一） 需求分析及建設(shè)目標(biāo) 監(jiān)控系統(tǒng)對不同的監(jiān)控點(diǎn)存儲時間長度不同 ,對于城市 監(jiān)控系統(tǒng)的存儲平臺 模擬要求如下 （ 1）要求監(jiān)控控制平臺的數(shù)據(jù)庫在紀(jì)錄圖像信息的同時，還應(yīng)紀(jì)錄與圖像信息相關(guān)的檢索信息，設(shè)備、通道、時間、報(bào)警信息等。平臺應(yīng)能存儲音頻信息并保持 7 天到 15 天 ；對于需 要長期保存的信息可配置專用存儲設(shè)備備份。 （ 2）圖像存儲設(shè)備滿足采用 或 MPEG4/2視頻編碼格式進(jìn)行圖像存儲。跟進(jìn)需要擴(kuò)展 ， 音頻編解碼器標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)音頻同步存儲。 （ 3）具有足夠的擴(kuò)展空間，存儲的圖像數(shù)據(jù)應(yīng)保證具有 FULL D1（ 720*576）以上的圖像分辨率； （ 4）監(jiān)控圖像存儲時間 根據(jù)每個監(jiān)控點(diǎn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，平均存儲時間為 2 天 ，經(jīng)過復(fù)合后的報(bào)警圖像應(yīng)按相應(yīng)的報(bào)警處置規(guī)范做長期的保存。 （ 5）應(yīng)考慮對錄像文件的采取防篡改或完整性檢查措施；支持按圖像來源、紀(jì)錄時間、報(bào)警事件類別等多種方式對存儲的圖 像數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，支持多用戶同時并發(fā)訪問同一數(shù)據(jù)源； （ 6）支持圖像紀(jì)錄、網(wǎng)絡(luò)回放的雙工、雙碼流或多碼流模式。 15 （ 7）設(shè)備管理：要求平臺內(nèi)的存儲系統(tǒng)，在同一的管理平臺下，實(shí)現(xiàn)對所有存儲軟硬件資源的配置及查詢，系統(tǒng)性能的實(shí)時監(jiān)視，系統(tǒng)設(shè)備的故障報(bào)警監(jiān)視、故障診斷、及定位分析、報(bào)警日志的創(chuàng)建及維護(hù)等。 （ 8）安全認(rèn)證：驗(yàn)證用戶的訪問權(quán)限和優(yōu)先級，監(jiān)測和紀(jì)錄用戶進(jìn)行的訪問和操作等；驗(yàn)證接入設(shè)備的合法性，并注冊合法設(shè)備。 （二） 存儲技術(shù)架構(gòu)分析 海量集中存儲存儲架構(gòu)分為以下三種： DAS、 NAS、 SAN （ IP or FC SAN） DAS（ Direct Attached Storage，直接外掛存儲） 通過 SCSI（ Small Computer System Interface，小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口）等 I/O總線連接存儲設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器的存儲架構(gòu)。該存儲設(shè)備由應(yīng)用服務(wù)器獨(dú)享。 SAN（ Storage Area Network，存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）：通過網(wǎng)絡(luò)方式連接存儲設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器的存儲構(gòu)架，對外提供塊（ block）級的存儲數(shù)據(jù)共享。這個網(wǎng)絡(luò)專用于主機(jī)和存儲設(shè)備之間的互訪，數(shù)據(jù)可以通過 SAN 在多個服務(wù)器和多個存儲設(shè)備之間高速傳輸。 NAS（ Network Attached Storage，網(wǎng)絡(luò)附加存儲） 一種文件共享服務(wù)，由專用的服務(wù)器通過專有文件系統(tǒng)管理存儲空間，對外通過NFS（ Network File System，網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)）