基于云計算的城市級視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)及模式研討

幸伍洲

摘 要：視頻監(jiān)控系統(tǒng)為政府部門開展社會管理和公共服務(wù)提供了重要技術(shù)手段，在平安建設(shè)、交通管理、城市管理、應(yīng)急管理等發(fā)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(shí)現(xiàn)大規(guī)模實(shí)時視頻寫入與存儲，并實(shí)現(xiàn)智能分析應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)約監(jiān)控資源、降低監(jiān)控成本，統(tǒng)一管理的目標(biāo)，成為各地在系統(tǒng)建設(shè)中面臨的課題。本文以視頻監(jiān)控系統(tǒng)為研究對象，結(jié)合目前主流物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等相關(guān)技術(shù)，圍繞視頻接入、視頻存儲、視頻處理、視頻流媒體這4個環(huán)節(jié)進(jìn)行淺析，對云計算技術(shù)和服務(wù)模式在未來大規(guī)模的視頻監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用前景進(jìn)行了思考。

關(guān)鍵詞：云計算;視頻監(jiān)控

1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

在我國視頻監(jiān)控技術(shù)主要經(jīng)歷了三個發(fā)展階段，分別如下：

第一階段的視頻監(jiān)控技術(shù)用于模擬監(jiān)控（央視），因為它具有：易于安裝，使用簡單和價格低廉等特點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域和行業(yè)，并得到了高度的評價和很好的反應(yīng)效果。由于模擬監(jiān)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(guān)注度比較高，但由于中國整體視頻監(jiān)控市場的巨大需求和區(qū)域發(fā)展不平衡的影響因素，因其成本優(yōu)勢，在許多工廠、小超市、商店等短距離內(nèi)，無法連接網(wǎng)絡(luò)和其他行業(yè)的特點(diǎn)以及更多的應(yīng)用，因此模擬監(jiān)控市場仍存在很長時間。

第二階段為數(shù)字監(jiān)控技術(shù)監(jiān)測（DTV），與模擬監(jiān)控相比，在圖像質(zhì)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(shù)字監(jiān)控設(shè)備是硬盤錄像機(jī)（DVR）和編碼器（DVS），國內(nèi)知名的監(jiān)控設(shè)備提供商，如宇科技（原華三公司），?？低暎笕A技術(shù)，有多年豐富的項目實(shí)施經(jīng)驗，裝備制造業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域的經(jīng)驗，這為后期的發(fā)展奠定了強(qiáng)烈的基礎(chǔ)。

第三階段為網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測（IPTV），基于網(wǎng)絡(luò)的一組視頻解決方案的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是由網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（攝像機(jī)IP），網(wǎng)絡(luò)視頻存儲（NVR）和網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備和其他設(shè)備等設(shè)備組成的技術(shù)檢測。

雖然中國市場的發(fā)展環(huán)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(fā)展機(jī)會和前景都比較樂觀。

隨著視頻監(jiān)控技術(shù)的不斷發(fā)展，需要針對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的各種需求。目前，越來越多的用戶提出了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能功能的個性化需求，但由于各個行業(yè)和領(lǐng)域不同的個性需求，目前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)不能滿足所有用戶的需求。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 云計算技術(shù)

云計算（Cloud Computing），是一種以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)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(jī)和其他設(shè)備。

按照美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院對云計算定義，明確規(guī)定了三種主要服務(wù)模式，具體詳情分別如下：

①軟件即服務(wù)（SaaS）：消費(fèi)者使用這種應(yīng)用程序，但不對該系統(tǒng)控制操作、硬件或網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。只是一個服務(wù)理念，基于軟件服務(wù)商，以租賃客戶服務(wù)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(wù)（PaaS）：消費(fèi)者使用主機(jī)操作應(yīng)用。消費(fèi)者控制應(yīng)用程序的運(yùn)行環(huán)境（也擁有主機(jī)部分掌控權(quán)），但不控制操作系統(tǒng)、硬件或網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。平臺通常是應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施。

③基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）：消費(fèi)者使用“基礎(chǔ)計算資源”，如處理能力、存儲空間、網(wǎng)絡(luò)組件或中間件。消費(fèi)者能掌控操作系統(tǒng)、存儲空間、已部署的應(yīng)用程序及網(wǎng)絡(luò)組件（如防火墻、負(fù)載平衡器等），但并不掌控云基礎(chǔ)架構(gòu)。

2.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)（Big data或Megadata），換一個說法可以稱為巨量數(shù)據(jù)、海量數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)等，指的是所統(tǒng)計的數(shù)據(jù)涉及的數(shù)據(jù)量規(guī)模非常的巨大，人工無法完成，無法在有效合理的時間內(nèi)達(dá)到獲取、管理、處理、并整理出來，無法有效的轉(zhuǎn)換成為人類所能解讀理解的詳細(xì)信息。

大數(shù)據(jù)幾乎無法使用大多數(shù)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)處理，而必須使用“在數(shù)十、數(shù)百甚至數(shù)千臺服務(wù)器上同時平行運(yùn)行的軟件”。大數(shù)據(jù)的定義取決于持有數(shù)據(jù)組的機(jī)構(gòu)之能力，以及其平常用來處理分析數(shù)據(jù)的軟件之能力?！皩δ承┙M織來說，第一次面對數(shù)百GB的數(shù)據(jù)集可能讓他們需要重新思考數(shù)據(jù)管理的選項。對于其他組織來說，數(shù)據(jù)集可能需要達(dá)到數(shù)十或數(shù)百兆字節(jié)才會對他們造成困擾。”

3 城市級視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

對基于云架構(gòu)的城市級高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計如圖1所示，視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由兩大系統(tǒng)組成：兩大系統(tǒng)為海量視頻存儲系統(tǒng)及視頻管理系統(tǒng)。視頻管理系統(tǒng)包括接入子系統(tǒng)、讀寫子系統(tǒng)、處理子系統(tǒng)、流媒體子系統(tǒng)、視頻中心調(diào)度子系統(tǒng)和客戶端訪問。

①視頻接入子系統(tǒng)負(fù)責(zé)整合前端各類接入設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多種前端設(shè)備的統(tǒng)一管理，為視頻監(jiān)控平臺的其他子系統(tǒng)的提供統(tǒng)一調(diào)用入口。

②通過ParaStor客戶端掛載到處理服務(wù)器和流媒體服務(wù)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(tǒng)主要負(fù)責(zé)對完成對接入視頻的各項處理任務(wù)，諸如：內(nèi)容識別、實(shí)時轉(zhuǎn)碼、錄像存儲等，再將處理好的結(jié)果發(fā)送至流媒體服務(wù)器和存儲服務(wù)器。

圖2

④流媒體子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對外提供標(biāo)準(zhǔn)的RTSP流媒體服務(wù)。同時流媒體系統(tǒng)采用虛擬IP技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用訪問的備份冗余，提供高可用性。

圖3

⑤視頻中心調(diào)度系統(tǒng)是整個系統(tǒng)中核心控制部分，它通過云調(diào)度系統(tǒng)來調(diào)節(jié)各個云環(huán)節(jié)來處理各項任務(wù)目標(biāo)、并由此來實(shí)現(xiàn)對整個平臺的統(tǒng)一管理和監(jiān)控。

⑥客戶端訪問支持Windows、Linux、iOS、Android等主流操作系統(tǒng)，提供B/S和C/S架構(gòu)客戶端，控制視頻解碼上墻等，實(shí)現(xiàn)與用戶的直接交互。

3.2 系統(tǒng)的特點(diǎn)

①利用云存儲技術(shù)，在保障數(shù)據(jù)安全的情況下，實(shí)現(xiàn)海量視頻的云存儲，盡可能降低整體建設(shè)、運(yùn)維成本。

②利用開放的云視頻管理平臺，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模前端不同資源（攝像頭、平臺）的統(tǒng)一接入、存儲和分發(fā)，形成一個統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的市級監(jiān)控視頻共享平臺，并提供開放的API接口，實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用對底層資源的透明操作，為后續(xù)各種業(yè)務(wù)應(yīng)用的開發(fā)提供基礎(chǔ)支撐。

③利用云計算技術(shù)，將視頻接入、轉(zhuǎn)碼、存儲、發(fā)布等各項服務(wù)，利用云端計算資源的動態(tài)調(diào)度機(jī)制，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)故障隔離和任務(wù)調(diào)度。

④利用開放的分布式平臺架構(gòu)，為各部門提供開放的應(yīng)用接口，滿足不同業(yè)務(wù)部的個性業(yè)務(wù)需求，包括視頻分析、流媒體發(fā)布、業(yè)務(wù)集成等，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用模塊化、可擴(kuò)展化。

4 云服務(wù)模式探討

在城市級視頻監(jiān)控項目設(shè)計中，大規(guī)模視頻數(shù)據(jù)并行處理的基本功能，包括：本地/遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控、視頻數(shù)據(jù)存儲、轉(zhuǎn)發(fā)、檢索、設(shè)備管理、設(shè)置等。使用單位可以通過2個開發(fā)界面提供，來發(fā)展自己的業(yè)務(wù)，也可以直接使用平臺提供的應(yīng)用和業(yè)務(wù)流程，通過組合和整合，直接形成自己的業(yè)務(wù)。

這種建設(shè)思路就是按照云計算模式設(shè)計及實(shí)施，IT基礎(chǔ)設(shè)施能夠像水電一樣流通、按需收費(fèi);IT 資源從基礎(chǔ)設(shè)施擴(kuò)展至軟件服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、數(shù)據(jù)存儲。視頻云系統(tǒng)就是將視頻數(shù)據(jù)存儲，視頻網(wǎng)絡(luò)、視頻軟件的服務(wù)作為一種資源，提供給各使用部分。項目建設(shè)對用戶實(shí)現(xiàn)了以下三個“統(tǒng)一”：

統(tǒng)一基礎(chǔ)設(shè)施平臺：基于云計算、云存儲、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，建設(shè)城市級（地市級）統(tǒng)一的視頻監(jiān)控云平臺，滿足未來城市視頻監(jiān)控應(yīng)用不斷發(fā)展和海量視頻存儲的建設(shè)、維護(hù)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(fā)布等功能。通過城市視頻監(jiān)控云平臺建設(shè)，強(qiáng)化部門視頻信息資源的有機(jī)整合和高效利用，發(fā)揮城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體效益。

統(tǒng)一項目布點(diǎn)規(guī)劃：按照點(diǎn)、線、面進(jìn)行視頻監(jiān)控布點(diǎn)規(guī)劃，統(tǒng)籌建設(shè)，重復(fù)利用，實(shí)現(xiàn)一個攝像頭多種用途，避免視頻監(jiān)控探頭的重復(fù)建設(shè)，同時為建立網(wǎng)格化城市視頻防控體系奠定基礎(chǔ)。

統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范：制定高清視頻監(jiān)控信息接入標(biāo)準(zhǔn)，將前端接入標(biāo)準(zhǔn)化，避免視頻監(jiān)控探頭孤島。后端平臺采用國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，平臺開放性要求高，便于第三方開展應(yīng)用開發(fā)，避免原廠商基于公司利益建設(shè)的封閉性平臺，嚴(yán)重影響和制約視頻監(jiān)控信息的開發(fā)利用。便于下一步開展視頻大數(shù)據(jù)的開發(fā)和利用。

5 展望

云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)成為當(dāng)前智慧城市建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)，城市高清視頻監(jiān)控云平臺是智慧城市建設(shè)中的重要項目，須為社會管理、城市管理、道路交通指揮、應(yīng)急管理等各項智慧應(yīng)用，提供準(zhǔn)確、完整的視頻信息。未來城市級視頻監(jiān)控云平臺建設(shè)將成為智慧城市建設(shè)中視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展方向，成為城市物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的核心內(nèi)容，不斷充實(shí)智慧城市核心和大腦功能，技術(shù)的突破和項目建設(shè)、管理、運(yùn)營模式的創(chuàng)新，將不斷加快中國智慧城市建設(shè)進(jìn)程。在此過程中，基于云計算技術(shù)和模式的城市視頻監(jiān)控云也將有廣闊的技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新的空間。

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