【文章內(nèi)容簡介】 的滿足各類網(wǎng)絡監(jiān)控前端編碼、存 儲和解碼的需求。 2. 網(wǎng)絡視頻存儲系統(tǒng) IP 存儲技術(shù) 和數(shù)據(jù)管理服務器構(gòu)建的網(wǎng)絡存儲系統(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器、數(shù)據(jù)管理服務器、客戶端和流媒體服務器，視頻管理服務器是用于集中認證、注冊、配置、控制、報警轉(zhuǎn)發(fā)控制的專用信令服務器，可以實現(xiàn)完善的視頻編解碼設備網(wǎng)絡管理功能，支持多臺信令管 理服務器相互協(xié)同工作組建多級多域的管理平臺。數(shù)據(jù)管理服務器主要功能為管理存儲設備、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。客戶端可以提供友好方便的人機界面功能，包括監(jiān)控對象的實時監(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)絡系統(tǒng) 采用充分組播優(yōu)化 的 交換機對前端視頻編碼器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行接入、匯聚、交換。通過設備自身安全特性和防火墻等實現(xiàn)對邊界安全接入的控制。同時可通過網(wǎng)絡本身的設備、協(xié)議冗余實現(xiàn)整個監(jiān)控網(wǎng)絡的穩(wěn)定 性。 當今監(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)絡要提供“監(jiān)，控，查”的功能。“監(jiān)”就是實時監(jiān)視，隨時了解被監(jiān)控點的實時狀態(tài)，要求實時性強，需要實時存在。“控”指對攝像頭控制靈活可靠，操作簡便，迅捷。“查”對于指定的地點的監(jiān)控數(shù)據(jù)要實時可靠的存貯，用于事后取證和調(diào)閱，實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戰(zhàn)需要，如有效取證、事態(tài)控制和運營管理維護能力等，目前許多監(jiān)控系統(tǒng)的設計開始走向一個誤區(qū)，系統(tǒng)過于復雜，模擬的數(shù)字的、各種服務器、視 頻承載和信令混合、各種非標的異構(gòu)的子系統(tǒng)堆積、各種不同功能的軟件組合，看起來雖然實現(xiàn)了基本功能，但圖像、存儲、維護管理等系統(tǒng)性能往往無法滿足基本實戰(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)控圖像實時性問題。大型監(jiān)控網(wǎng)絡的監(jiān)控點可以達到成百上千，要求在任何時間都可以讓網(wǎng)絡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)控點的碼流可調(diào)以滿足高清，重點監(jiān)控的目的。這就要求監(jiān)控網(wǎng)絡支持很高的圖像傳輸收斂比，即把眾多的網(wǎng)點的監(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)絡只能提供一種基于 UDP 的實時監(jiān)控碼流，實時流在高收斂比的匯聚過程中被反復級聯(lián)復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，不滿足實時性要求。所以現(xiàn)有的監(jiān)控網(wǎng)絡很難在高質(zhì)量高收斂比和實時性之間取得平衡。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)使用的實時流，而且這種數(shù)據(jù)流不應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，有的用戶會關注高質(zhì)量的存貯流已供事后調(diào) 9 閱和取證，而對實時流不是很關注?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡只是簡單的提供實時流同時對實時流進行存貯，這樣現(xiàn)有的單流網(wǎng)絡很難在網(wǎng)絡的性能和成本之間達到平衡。 3. 監(jiān)控圖像可靠存貯問題。傳統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)流是一種面向非連接的 UDP 報文，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時監(jiān)控流存入本地硬盤以達到存貯的目的技術(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 的實時流以外還可以提供基于面向可靠連接的存貯流以實現(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 分鐘進行一次數(shù)據(jù)分割，分割后保以文件方式進行存貯。一個監(jiān)控點一天就有 288 個存貯文件，如果數(shù)據(jù)保留 90 天那么文件數(shù)量會達到 25920 個。對于一個大型網(wǎng)絡一天就會有數(shù)十萬個文件產(chǎn)生。文件多直接導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器來進行管理，這又會引來文件服務器負載分擔和備份的問題，以及多服務器的集群管理，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)絡簡單的采用單一的基于非連接不可靠 UDP 協(xié)議的實時流技術(shù)很難解決現(xiàn)在面臨的問題。用戶要求實時監(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時監(jiān)測的網(wǎng)點要可以根據(jù)需要關閉實時流只發(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，實時數(shù)據(jù)流和存儲流來滿足用戶的需求。 實時流滿足快速無延遲的實時監(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)設計圖 三 . 系統(tǒng)特點 （一） 統(tǒng)一的監(jiān)控平臺 含擴編解碼器、網(wǎng)絡存儲設備、網(wǎng)絡系統(tǒng)和管理平臺四大基礎組件 ,通過對網(wǎng)絡監(jiān)控 4 大基礎組件的相互融和，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)容易導致相互扯皮，因為任何一個組件都無法有效滿足用戶對整體系統(tǒng)提出的各項需求。 11 （二） 先進的系統(tǒng)構(gòu)架 控制與交換相分離，由網(wǎng)絡本身來承載交換存儲流和實時流等業(yè)務碼流，由管理服務器處理控制控制信息。適合大規(guī)模擴展應用。 便于互連互通，整體架構(gòu)采用分層、開放設計，便于新技術(shù)新業(yè)務的引入及融和。 圖 8：分層系統(tǒng)構(gòu)架圖 四 . 系統(tǒng)設計內(nèi)容簡述 1. 監(jiān)控前端硬件建設 攝像機安裝及圖像采集 、 視頻編碼設備 、 報警聯(lián)動設備 。 2. 傳輸系統(tǒng) 圖像、控制信號傳輸 、 供電線路 、 IP 網(wǎng)絡傳輸 。 3. 總控 中心建設 存儲系統(tǒng) 、 顯示 解碼及顯示系統(tǒng) 、 綜合視頻管理系統(tǒng) 、 報警聯(lián)動系統(tǒng) 。 4. 分控中心建設 圖像解碼及顯示系統(tǒng) 、 監(jiān)控客戶端控制 。 （一） 系統(tǒng)前端設計 對于監(jiān)控工程來說，前端產(chǎn)品的選型直接關系到整個系統(tǒng)的效果，直接影響到用戶的最后使用，前端設備主要包含攝像機（如有音頻包括拾音器）、立桿、支架護罩、云臺 及 解碼器、音視頻編碼器、防雷器（ 尤其在室外高處 ）、 機箱 (室外監(jiān)控點 )等。 12 圖 9：系統(tǒng)前端設計圖 （二） 圖像采集設備 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（如有音頻包括拾音器）、支架護罩、云臺、解碼器、音視頻編碼器（見編解碼章節(jié)）、設備盒、等等 。 五 . 網(wǎng)絡視頻編、解碼器 （一） 視頻編碼器 前端監(jiān)控點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、麥克風等視音頻源信號）進行數(shù)字化和壓縮編碼，形成 IP 數(shù)據(jù)包，利用網(wǎng)絡傳送到指定的目的地址。 作為大量前端監(jiān)控點部署設備，視頻編碼器必須采用高性能設備：使用采用嵌入式結(jié)構(gòu)設計，穩(wěn)定可靠；具備工業(yè)防護設計，符合 監(jiān)控系統(tǒng)部署 要求；提供強大的圖像編碼能力，保障高質(zhì)量的圖像效果；支持標準的通信協(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 攝像機連接：攝像機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云臺，實現(xiàn)云臺控制信號。 麥克風連接：麥 克風通過同軸電纜將音頻信號輸入編碼器 報警連接：紅外等報警設備通過雙芯線將報警信號輸入編碼器的報警輸入接口。 報警聯(lián)動：編碼器通過雙芯線將報警輸出信號輸入警鈴等報警聯(lián)動設備。 （二） 視頻解碼器 視頻解碼器主要功能是從網(wǎng)絡上獲取視音頻數(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、音頻信號輸出設備，需要具備以下功能：自適應各種視音頻編碼方式；支持高碼流視頻解碼能力；設備穩(wěn)定可靠適合長時間運行；易管理，配置簡單。 圖 11： 視頻解碼器連接示意圖 ： 六 . 網(wǎng)絡傳輸設計 （一） 網(wǎng)絡總體構(gòu)架設計 在中心機房部署一臺核心交換機，用于連接接入交換機、網(wǎng)絡視頻存儲設備、系統(tǒng)管理服務器、應用服務器等 各個主控室分別接入交換機，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。 （二） 應用組播技術(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發(fā)送多點接收的問題，從而實現(xiàn)了網(wǎng)絡中點到多點的高效數(shù)據(jù)傳送，能夠大量節(jié)約網(wǎng)絡帶寬、降低網(wǎng)絡負載。 14 當多個用戶（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)絡的帶寬造成很大壓力，因此 應 進行相應的組播設置。 （三） 網(wǎng)絡安全設計 從體系結(jié)構(gòu)來看，安全體系應該是一個 多層次、多方面的結(jié)構(gòu)。通過 對承載網(wǎng)絡平臺所面臨的安全狀況的分析，可將承載網(wǎng)絡平臺的安全性在總體結(jié)構(gòu)上分為四個層次：網(wǎng)絡層安全、應用層安全、系統(tǒng)層安全和管理層安全。 網(wǎng)絡層安全是指在網(wǎng)絡的下三層 (物理層、鏈路層、網(wǎng)絡層 )采取各種安全措施來保障網(wǎng)絡平臺的安全； 應用層安全是指通過利用各應用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫自身的安全機制，在應用層保證對網(wǎng)絡上所承載的各種網(wǎng)絡 應用系統(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)的安全設置，防止不法分子利用操作系統(tǒng)的安全漏洞對網(wǎng)絡構(gòu)成安全威脅； 管理層安全主要是從網(wǎng)絡所涉及的 總控中心、分控中心 各級網(wǎng)絡用戶內(nèi)部安全管理和計算機病毒防范兩方面來保障網(wǎng)絡的安全。 七 . 存儲設計 （一） 需求分析及建設目標 監(jiān)控系統(tǒng)對不同的監(jiān)控點存儲時間長度不同 ,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)庫在紀錄圖像信息的同時，還應紀錄與圖像信息相關的檢索信息，設備、通道、時間、報警信息等。平臺應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備備份。 （ 2）圖像存儲設備滿足采用 或 MPEG4/2視頻編碼格式進行圖像存儲。跟進需要擴展 ， 音頻編解碼器標準實現(xiàn)音頻同步存儲。 （ 3）具有足夠的擴展空間，存儲的圖像數(shù)據(jù)應保證具有 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)控點要求進行設計，平均存儲時間為 2 天 ，經(jīng)過復合后的報警圖像應按相應的報警處置規(guī)范做長期的保存。 （ 5）應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、紀錄時間、報警事件類別等多種方式對存儲的圖 像數(shù)據(jù)進行檢索，支持多用戶同時并發(fā)訪問同一數(shù)據(jù)源； （ 6）支持圖像紀錄、網(wǎng)絡回放的雙工、雙碼流或多碼流模式。 15 （ 7）設備管理：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)性能的實時監(jiān)視，系統(tǒng)設備的故障報警監(jiān)視、故障診斷、及定位分析、報警日志的創(chuàng)建及維護等。 （ 8）安全認證：驗證用戶的訪問權(quán)限和優(yōu)先級，監(jiān)測和紀錄用戶進行的訪問和操作等；驗證接入設備的合法性，并注冊合法設備。 （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，小型計算機系統(tǒng)接口）等 I/O總線連接存儲設備和應用服務器的存儲架構(gòu)。該存儲設備由應用服務器獨享。 SAN（ Storage Area Network，存儲區(qū)域網(wǎng)絡）：通過網(wǎng)絡方式連接存儲設備和應用服務器的存儲構(gòu)架，對外提供塊（ block）級的存儲數(shù)據(jù)共享。這個網(wǎng)絡專用于主機和存儲設備之間的互訪，數(shù)據(jù)可以通過 SAN 在多個服務器和多個存儲設備之間高速傳輸。 NAS（ Network Attached Storage，網(wǎng)絡附加存儲） 一種文件共享服務，由專用的服務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)絡文件系統(tǒng)）