基于云平臺視頻監(jiān)控采集系統(tǒng)的設計

王以榮+曾彬

摘 要：互聯(lián)網的迅猛發(fā)展，不僅改變了我們的生活方式，也顛覆了各個領域的經營與管理。隨著網絡信息化技術的日益完善，使得視頻資源的聯(lián)網共享成為視頻監(jiān)控、 IPTV等大數(shù)據領域的迫切需求，現(xiàn)有分散的視頻資源正在朝集中化的方向發(fā)展。這幾年興起且不斷成熟的"云計算"技術和"云存儲"技術為視頻監(jiān)控系統(tǒng)帶來了新的發(fā)展契機。我們對"云計算"技術和幾種主流的云平臺（Amazon、Microsoft Azure、Google）進行了簡單的研究，采用EasyDarwin國內開源流媒體團隊開發(fā)和維護的一款開源流媒體平臺框架技術，開發(fā)了基于云平臺的視頻監(jiān)控采集系統(tǒng)。通過對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需求和邏輯分析，分別對存儲、云監(jiān)控、流媒體和web站進行了詳細設計，結合各個部分之間的邏輯關系和整個系統(tǒng)中的用戶角色關系提出了實現(xiàn)的原理和方法，最后完成了平臺的搭建、軟件的運行和對實驗結果進行分析。采用easyDrawin技術，動態(tài)的向web前段輸出符合要求的視頻流，相比傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)無論是在視頻實時處理還是在視頻數(shù)據存儲容量上都有極大的提升。

關鍵詞：云平臺，視頻監(jiān)控系統(tǒng)，流媒體，easyDrawin技術

隨著云計算、物聯(lián)網等新一代信息技術的發(fā)展， IBM提出了“智慧城市”的概念。智慧城市基于物聯(lián)網、云計算等新一代信息技術以及維基、社交網絡、Fab Lab、LivingLab、綜合集成法等工具和方法的應用，營造有利于創(chuàng)新涌現(xiàn)的生態(tài)，實現(xiàn)全面透徹的感知、寬帶泛在的互聯(lián)、智能融合的應用以及以用戶創(chuàng)新、開放創(chuàng)新、大眾創(chuàng)新、協(xié)同創(chuàng)新為特征的信息化城市。智慧城市概念逐漸普及的同時，視頻監(jiān)控的使用越來越廣泛，而目前的視頻監(jiān)控平臺體現(xiàn)出服務器負荷過重，不容易擴展等弱點。根據以上現(xiàn)狀分析，我們搭建了基于云平臺的視頻監(jiān)控采集系統(tǒng)。

1基于云平臺的視頻監(jiān)控采集系統(tǒng)現(xiàn)狀

近年來，隨著視頻編碼技術、視頻存儲技術、視頻內容分析以及IT技術的發(fā)展，視頻監(jiān)控正在向網絡化、高清化、智能化的方向發(fā)展。網絡視頻監(jiān)控方案改變了模擬監(jiān)控中的視頻傳輸及存儲方式，系統(tǒng)架構更簡潔、部署實施更便捷。盡管網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)有諸多優(yōu)點，但用戶的需求也在不斷提高，用戶希望系統(tǒng)要有更高的清晰度，更完善的功能，更穩(wěn)定的性能，更豐富的終端等。要實現(xiàn)大規(guī)模智能高清監(jiān)控，就必須從視頻源采集、視頻信號編解碼和傳輸、視頻實時監(jiān)控與分析、視頻文件存儲與回放等環(huán)節(jié)全面支持大規(guī)模智能高清。這樣就給系統(tǒng)設計、部署帶來了一系列現(xiàn)實的問題：網絡帶寬緊張、存儲空間龐大、對計算性能的要求成倍增長、投資與維護成本高昂、系統(tǒng)擴容升級壓力等。

云計算通過虛擬化技術將大量異構的服務器和網絡存儲設備構建成統(tǒng)一的資源池，為大規(guī)模智能高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供可擴展的海量存儲資源和超強計算能力，靈活地為用戶提供所需的視頻監(jiān)控服務，同時減少系統(tǒng)建設、升級及運維管理的成本，提高資源利用率及系統(tǒng)運行可靠性。

2云平臺現(xiàn)狀

2.1國內云服務商從內向型向外向型轉變

近兩年國內云計算廠商向海外拓展的步伐正在加快。2014 年Ucloud在北美部署數(shù)據中心，2015 年開始在全球 37 個數(shù)據節(jié)點提供加速方案，逐步拓展海外市場。阿里云 2015 年集中啟用了三個海外數(shù)據中心，2 個位于美國，一個位于新加坡，海外業(yè)務量隨之增長了 4 倍以上，未來還計劃在日本、歐洲、中東等地設立新的數(shù)據中心，完善阿里云的全球化布局。

隨著中國企業(yè)國際化發(fā)展的不斷加快，尤其是互聯(lián)網領域，國內云計算廠商紛紛提供海外服務，實現(xiàn)云計算業(yè)務全球化，并積極拓展海外企業(yè)客戶，加速國際化發(fā)展。

2.2云計算應用逐漸從互聯(lián)網行業(yè)向傳統(tǒng)行業(yè)滲透

當前，云計算的應用正在從游戲、電商、移動、社交等在內的互聯(lián)網行業(yè)向制造、政府、金融、交通、醫(yī)療健康等傳統(tǒng)行業(yè)轉變，政府、金融行業(yè)成為主要突破口。

截至 2015 年，濟南市 52 個政府部門、 300 多項業(yè)務應用均采用購買云服務方式，非涉密電子政務系統(tǒng)在政務云中心建設和運行的比率達 80%以上?！皵?shù)字福建政務外網云計算平臺”建設一期按 5 年使用規(guī)模預算，擬承載 50 個省直部門、7321 項業(yè)務事項、1804 個業(yè)務線，共計 616 個應用系統(tǒng)應用。

2.3國內云服務商積極構建生態(tài)系統(tǒng)

伴隨著云計算應用逐漸從互聯(lián)網、游戲行業(yè)向傳統(tǒng)行業(yè)延伸，國內云服務商開始構建生態(tài)系統(tǒng)，與設備商、系統(tǒng)集成商、獨立軟件開發(fā)商等聯(lián)合為企業(yè)、政府提供一站式服務。

2.4國內云保險的引入為高可用服務提供完善的保障機制

云服務風險備受關注，進而引發(fā)賠償問題，中國信息通信研究院聯(lián)合國內各大云服務商和主要保險公司，展開云保險的相關研究。目前云保險 1.0 方案已經形成：對云服務商自身故障、云服務商人員誤操作、第三方責任造成的服務中斷以及設備故障引起的數(shù)據丟失進行賠償，承保單位是中國人保為首席承保人的共保體承擔，共保體還包括平安保險和渤海保險，中國電信、中國聯(lián)通、UCloud和萬國數(shù)據作為首批投保單位已完成簽約。云保險的引入最大程度的降低了用戶和云服務商的損失，為云服務商承諾的高可用提供保障機制。

3.基于云平臺的視頻監(jiān)控采集系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

網絡上的視頻應用越來越多，比如我們國家各個城市的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、目前網絡上的視頻直播、互聯(lián)網教育大量視頻資料、遠程視頻會議等；現(xiàn)在云技術帶來的分布式存儲和分布式計算剛好為數(shù)字化視頻的存儲和處理提供了很好的技術條件，所以我們總的目標是要做一個基于云平臺的視頻處理系統(tǒng)。

首先是采集各種視頻，包括手機端、電腦攝像頭端、各種監(jiān)控攝像機端采集到的視頻存儲到云平臺中；第二步，在云平臺中能夠把這些視頻轉換成不同的格式，即實現(xiàn)視頻轉碼，轉碼的計算過程，要按分布式計算以達到快速、實時；第三步我們用各種終端能夠調用顯示云平臺中存儲的視頻，終端設備包括手機、pc機等。視頻系統(tǒng)是web站點形式，可運行在主流的服務器上。本系統(tǒng)支持的數(shù)據庫為MySQL。endprint

3.1功能需求

3.1.1用戶角色與關注業(yè)務

針對本系統(tǒng)，用戶涉及到的角色大致有一下幾種：

1）一般監(jiān)控人員：對產品的使用頻率最高，不具備對系統(tǒng)的管理職能，只能按照被分配的權限（監(jiān)控權限）履行自己的職責，但是可以根據工作需要設定自己的工作需要進行自定義設計。

2）系統(tǒng)管理人員：對監(jiān)控技術熟悉，熟悉監(jiān)控系統(tǒng)的構成和部署，負責系統(tǒng)的初始化運營和維護，為業(yè)務人員提供保障。主要考慮如何保障系統(tǒng)的正常運行，根據監(jiān)控業(yè)務需要來調整系統(tǒng)的配置。

3）業(yè)務管理人員：不進行系統(tǒng)的物理工作，只考慮監(jiān)控需求，一般為主管人員或者相關負責人。

3.1.2實時監(jiān)控

實時監(jiān)控是給用戶提供了了解監(jiān)控點及時情況，并能做出某種判斷和決定的一項功能，強調的是通訊的及時性、信息的流暢性。

用戶通過界面直接切換監(jiān)控點，直接打開上次關閉客戶端前正在瀏覽的界面。如果用戶想要延續(xù)上次的瀏覽，這是最快的路徑。

3.1.3安全管理

1）用戶身份認證

對平臺的用戶身份進行合法性認證，只有通過身份認證的用戶才能訪問平臺。

2）用戶訪問控制

在身份認證的基礎上，根據用戶身份進行授權，用戶進行視頻點播、設備控制、文件訪問等操作必須擁有相應的權限，系統(tǒng)通過檢查用戶的權限實現(xiàn)訪問控制。

3）身份認證模式

支持采用口令/密碼進行認證，密碼需要加密。網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)通常由多個分布式的監(jiān)控節(jié)點組成，每個監(jiān)控節(jié)點主要由三部分組成：前端視頻采集設備、集中管理系統(tǒng)（CMS）及客戶端。前端視頻采集設備包括IP攝像機和網絡視頻存儲設備（NVR），視頻數(shù)據存儲在NVR中，并由NVR向CMS和用戶轉發(fā)。視頻智能分析通常由單獨的硬件或嵌入到CMS中的軟件來實現(xiàn)。

3.2系統(tǒng)模塊劃分

視頻子系統(tǒng)在架構上可以分成視頻后臺服務和業(yè)務應用流程兩個部分。

1）視頻后臺服務包括設備接入、流媒體轉發(fā)、錄像存儲等。

2）業(yè)務應用流程包括視頻試試預覽和監(jiān)控、用戶權限管理、系統(tǒng)管理等。

3.3系統(tǒng)的功能模塊設計

基于云計算的智能高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)在邏輯上可分為前端視頻輸入、云計算部分及視頻輸出。視頻數(shù)據從前端設備上傳到“云”端，在大規(guī)模視頻監(jiān)控系統(tǒng)中前端攝像機的數(shù)量可能達到數(shù)以千計，需要設計可擴展的存儲架構來優(yōu)化視頻數(shù)據的存儲和分發(fā)，同時提供進行實時視頻智能分析所需的計算性能。

3.3.1設備接入服務

設備接入服務負責管理前端設備，可以對這些設備進行命令控制、參數(shù)配置等操作。

3.3.2流媒體轉發(fā)服務

流媒體轉發(fā)服務負責從視頻監(jiān)控設備中獲得轉碼，通過約定的協(xié)議轉發(fā)給其他服務，如存儲模塊等。

3.3.3錄像存儲服務

系統(tǒng)平臺可以根據預定的存儲策略，將視頻監(jiān)控設備或其他相關設備搜產生的元數(shù)據集中存儲。元數(shù)據主要是包括媒體流信息等。

3.3.4實時預覽和監(jiān)控服務

實時預覽和監(jiān)控是視頻管理平臺的主要業(yè)務功能，可以實時查看視頻監(jiān)控設備編碼產生的視頻。

3.3.5用戶和權限管理

系統(tǒng)平臺可以對用戶信息及其訪問權限進行配置和管理。

4.系統(tǒng)架構設計

4.1系統(tǒng)網絡結構

視頻子系統(tǒng)的后臺服務器終，主要是包括平臺管理服務器（PMS）、設備接入服務器（DAS）、流媒體轉發(fā)服務器（STS）、云存儲服務器（CSS）。包含四個模塊：平臺管理服務、設備接入服務、云存儲服務、Web端。

5.總結

通過對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需求和邏輯分析，分別對存儲、云監(jiān)控、流媒體和web站進行了詳細設計，結合各個部分之間的邏輯關系和整個系統(tǒng)中的用戶角色關系提出了實現(xiàn)的原理和方法，最后完成了平臺的搭建、軟件的運行和對實驗結果進行分析。采用easyDrawin技術，動態(tài)的向web前段輸出符合要求的視頻流，可以做到實時監(jiān)控?；谠破脚_的視頻監(jiān)控系統(tǒng)集大并發(fā)量訪問存儲、高可用性、快速響應和易管理維護等這些特點一身，它將系統(tǒng)中的視頻采集、視頻數(shù)據存儲、流媒體分發(fā)服務器以及web站點都分布在接入網絡中的物理主機節(jié)點上，滿足新時代人們對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求具有較大的商業(yè)價值。

參考文獻：

[1]張明. 淺談云存儲技術與應用[J].信息技術，2001.39（3）：15-17

[2]盧秋波.視頻監(jiān)控業(yè)務前景分析[J]中國多媒體視.2005（9）：30-3endprint