社會視頻資源匯聚監(jiān)管系統(tǒng)設計與實現(xiàn)?

焦冬冬 賈莉莉

（公安部第三研究所 上海 200031）

社會視頻資源匯聚監(jiān)管系統(tǒng)設計與實現(xiàn)?

焦冬冬 賈莉莉

（公安部第三研究所 上海 200031）

以公安技偵實戰(zhàn)的社會監(jiān)控資源整合為研究背景，設計出社會視頻資源匯聚監(jiān)管系統(tǒng)。介紹了各個模塊的硬件搭建和軟件設計，包括流媒體采集模塊、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)模塊，遠程管理模塊，匯聚軟件平臺接收視頻匯聚、視頻分發(fā)及存儲設計，視頻網(wǎng)絡接入盒結(jié)合多媒體網(wǎng)關轉(zhuǎn)發(fā)技術對社會視頻采集、流轉(zhuǎn)發(fā)、轉(zhuǎn)碼等功能。實驗結(jié)果表明，本系統(tǒng)可應用于社會社會視頻資源匯聚，可適配當前主流廠家的監(jiān)控產(chǎn)品并提供統(tǒng)一的管理接口并避免了重復建設投資，提高社會監(jiān)控的效率。

社會視頻資源；匯聚；監(jiān)管；網(wǎng)關技術

1 引言

目前國內(nèi)社會監(jiān)控資源雖然非常豐富，但公安業(yè)務對其的利用率很低、實戰(zhàn)性差、滯后嚴重，越來越不能滿足日益繁重的公安技偵業(yè)務需要。因此，本項目基于整合包括商務樓、賓館、高檔社區(qū)、會所及其他公共場所現(xiàn)有的社會視頻資源，既極大節(jié)省重復建設投資，又快速部署技偵視頻監(jiān)控網(wǎng)絡，充分和持久發(fā)揮社會監(jiān)控資源對公安業(yè)務的支撐作用，同時也為其他警種辦案提供便利和條件。

在全國社會視頻資源整合發(fā)展的大趨勢下，本項目結(jié)合當前國內(nèi)社會視頻資源屬地化、條塊化、孤島化的分布形式及其發(fā)展現(xiàn)狀，通過研究流媒體轉(zhuǎn)發(fā)和轉(zhuǎn)碼技術、視頻編解碼技術和多媒體網(wǎng)關技術，旨在構建一個社會監(jiān)控資源網(wǎng)絡接入系統(tǒng)，實現(xiàn)對社會重點區(qū)域、難點區(qū)域、交通要塞和治安熱點等公共場所社會監(jiān)控資源整合，既可大大節(jié)省重復投資，又可提高社會監(jiān)控資源的利用率，節(jié)省警力，發(fā)揮公安部門在社會視頻監(jiān)控體系建設中的主導作用，同時持久發(fā)揮社會監(jiān)控資源對公安業(yè)務的支撐作用。

本次設計以多媒體網(wǎng)關技術和視頻編解碼技術向結(jié)合，對社會視頻資源進行匯聚監(jiān)管。多媒體網(wǎng)關技術對社會視頻的采集、轉(zhuǎn)發(fā)和轉(zhuǎn)碼［1］；視頻編解碼技術當碼流符合H.264標準時，采用標準的H.264協(xié)議處理視頻編解碼，當碼流不符合H.264時，則需要通過對接協(xié)議處理視頻解碼。最后形成一個集視頻流采集、轉(zhuǎn)發(fā)和轉(zhuǎn)碼為一體的網(wǎng)絡接入設備［2］。本次設計產(chǎn)品能做到實時預覽、快速回放、集成簡單，高效管理兼具實用性，新穎性，應用范圍更廣。

2 系統(tǒng)總體設計

2.1 系統(tǒng)總體需求分析

社會視頻資源網(wǎng)絡接入平臺包含服務層和業(yè)務層。服務層主要功能包括提供接入視頻流服務，提供視頻流接入后可能需要進行的轉(zhuǎn)碼服務，提供流分發(fā)服務以及提供各種應用API服務［3］。其中接入視頻流包括兩種類型：

1）一是視頻網(wǎng)絡接入盒轉(zhuǎn)碼處理后的流，二是視頻網(wǎng)絡接入盒直接轉(zhuǎn)發(fā)的流。

2）流接入后可直接通過流分發(fā)服務器分發(fā)給監(jiān)控應用，流分發(fā)是指以直播或點播的方式分別響應監(jiān)控客戶端的實時觀看、錄像回放和圖片上傳。

3）應用API服務是指該平臺為各種監(jiān)控應用提供的控制信息流的消息響應服務。

4）業(yè)務層主要包括模塊管理和用戶及權限管理，其作用是實現(xiàn)平臺核心業(yè)務功能模塊，并提供平臺核心業(yè)務功能模塊運行的技術架構，業(yè)務層還具備增量開發(fā)的管理功能，使這些功能由平臺統(tǒng)一管理。

2.2 系統(tǒng)總體搭建框架

系統(tǒng)總體由視頻網(wǎng)絡接入盒和服務器上軟件設計組成。

系統(tǒng)硬件架構主要由視頻網(wǎng)絡接入盒，是本系統(tǒng)的核心設備，它具有多網(wǎng)卡的x86的小型機，視頻網(wǎng)絡接入盒安裝了Linux操作系統(tǒng)，支持USB網(wǎng)卡，VGA顯示輸出，具有視頻流采集、流轉(zhuǎn)發(fā)、轉(zhuǎn)碼等功能。

本系統(tǒng)的增強型智能監(jiān)控網(wǎng)關以x86小型機為載體設計而成，具有多網(wǎng)卡模塊，采用Linux操作系統(tǒng)。單機支持4路攝像頭轉(zhuǎn)碼，如圖2所示。軟件包括碼流采集適配軟件（適配主流監(jiān)控設備）、轉(zhuǎn)發(fā)服務軟件、轉(zhuǎn)碼服務軟件和遠程管理軟件。配備了雙網(wǎng)卡，一個網(wǎng)卡接入到本地監(jiān)控網(wǎng)絡，另一個接入到平臺的互聯(lián)網(wǎng)或視頻專網(wǎng)中。支持鼠標，鍵盤，可選支持4個USB，可選支持3G、4G網(wǎng)絡；可選支持SDI采集，可選支持液晶屏。

圖1 社會視頻資源匯聚系統(tǒng)框圖

3 視頻采集的硬件設計

本次設計的視頻網(wǎng)絡接入盒需要應用在公安各警種偵查辦案上，尤其是技偵業(yè)務對視頻圖像的實時性、區(qū)域性、隨機性、可控性要求更高。能實時、快速、清晰調(diào)取和利用社會視頻監(jiān)控資源是提高公安辦案效率，降低辦案成本，節(jié)省有限警力十分有效的途徑。再結(jié)合硬件資源進行編程，使硬件協(xié)同軟件的執(zhí)行結(jié)果更符合理論與實踐應用上的需求。

3.1 流采集適配器模塊

根據(jù)要接入的監(jiān)控設備終端在生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品類型、產(chǎn)品兼容性、以及獲取監(jiān)控數(shù)據(jù)方式的不一致性，流采集適配器模塊要求能夠智能識別各類終端，以實現(xiàn)對各種不同廠家社會監(jiān)控資源接入點終端流的采集。根據(jù)以下四種情況下的終端類型，流采集適配器模塊會有相應的方法處理流數(shù)據(jù)：

1）在終端遵守標準協(xié)議情況下，流采集適配器模塊通過RTSP取到流，可以只做地址轉(zhuǎn)發(fā)，或者采用D1作為默認流輸入，也可以按需進行轉(zhuǎn)碼［4］。

2）在終端采用私有協(xié)議情況下，可通過NVR或DVR設備提供的SDK取到標準格式（H.264）的流。流采集適配器獲取標準碼流后交由轉(zhuǎn)發(fā)服務器轉(zhuǎn)發(fā)，如果需要降低碼率則需要進行轉(zhuǎn)碼［5］。

3）在沒有網(wǎng)絡口輸出的模擬監(jiān)控網(wǎng)絡情況下，通過編碼器重新編碼后可實現(xiàn)網(wǎng)絡輸出，再進行碼流轉(zhuǎn)發(fā)或轉(zhuǎn)碼。

4）在碼流是加密或非標準格式的情況下，該方案將根據(jù)市場的實際情況，基于代價考量選擇支持與否。

3.2 流轉(zhuǎn)發(fā)（轉(zhuǎn)碼）服務模塊模塊

視頻網(wǎng)絡接入盒的流采集適配器采集到的流交由流轉(zhuǎn)發(fā)服務模塊發(fā)送給該平臺，對高出基準碼率的視頻源按需降低其碼率，對網(wǎng)絡攝像機則可以不經(jīng)過流采集模塊直接轉(zhuǎn)發(fā)或轉(zhuǎn)碼。

3.3 遠程管理模塊

遠程管理模塊的主要功能是響應平臺的監(jiān)控操作，對視頻網(wǎng)絡接入盒的遠程故障排查，版本更新，控制等。通過與監(jiān)控匯聚平臺的交互，可獲取監(jiān)控匯聚平臺的認證并注冊。在匯聚平臺需要監(jiān)控視頻時，會下發(fā)一系列有關取流任務的指令到智能監(jiān)控網(wǎng)關，智能監(jiān)控網(wǎng)關通過心跳連接方式與匯聚平臺保持長連接。

圖2 視頻網(wǎng)絡接入盒

4 匯聚平臺軟件設計

4.1 匯聚平臺設計架構

社會視頻資源匯聚監(jiān)控系統(tǒng)的軟件，從層次結(jié)構看，該軟件系統(tǒng)由外到內(nèi)可分為服務層、業(yè)務層和存儲層。平臺對外的服務主要包含兩個部分，一是接入內(nèi)容的智能監(jiān)控網(wǎng)關；二是消費內(nèi)容的監(jiān)控應用。系統(tǒng)層次之間遵循RTSP、HTTP/HTML、SOAP/XML等標準協(xié)議，能夠靈活地接入和集成后續(xù)功能模塊，也能靈活地與其他信息化系統(tǒng)相整合［6］。

圖3 匯聚軟件平臺設計架構

4.2 軟件設計流程

鑒于社會監(jiān)控資源的多樣性與差異性，有必要在前端統(tǒng)一地屏蔽掉差異，并形成規(guī)范化的、有效的接入資源，這種設計方案對整個平臺具有十分重要的意義。智能監(jiān)控網(wǎng)關終端“采流適配器”模塊就是充當差異屏蔽的門面，它處在整個網(wǎng)絡架構的最前端，經(jīng)過它之后的流都具備可上傳的特性。流轉(zhuǎn)發(fā)（轉(zhuǎn)碼）模塊則是網(wǎng)絡架構的核心中繼模塊，它為網(wǎng)絡的適應性、可靠性奠定了堅實的基礎。視頻服務器是媒體流的匯聚地，在這里媒體流可以被錄制，也可以被實時調(diào)閱［7］。

基于互聯(lián)網(wǎng)的匯聚平臺會有一個公網(wǎng)地址，所有接入到互聯(lián)網(wǎng)的地點的社會監(jiān)控資源都可通過這個公網(wǎng)地址連接到匯聚平臺。當社會監(jiān)控局域網(wǎng)和本地局域網(wǎng)分屬兩個界面時，智能監(jiān)控網(wǎng)關的兩個網(wǎng)卡分別配置為連接到監(jiān)控局域網(wǎng)和本地可以接入到互聯(lián)網(wǎng)的局域網(wǎng)（如圖4）。因此，智能監(jiān)控網(wǎng)關需要安裝到兩個網(wǎng)絡界面都可以到達的地方。如果沒有這樣的條件，智能監(jiān)控網(wǎng)關無法同時連接到監(jiān)控局域網(wǎng)和可接入到互聯(lián)網(wǎng)的本地網(wǎng)絡，則只能選擇利用3G或4G無線網(wǎng)絡接入到互聯(lián)網(wǎng)［8～9］。

圖4 系統(tǒng)軟件運行流程圖

匯聚平臺由多臺服務器組成，其中視頻服務器通過不同的端口對外提供流接入和流訪問服務，管理服務器通過統(tǒng)一的域名對所有接入的智能監(jiān)控網(wǎng)關和監(jiān)控客戶端提供服務，數(shù)據(jù)庫和存儲服務器位于匯聚平臺內(nèi)網(wǎng)［10～11］?？紤]到匯聚平臺的壓力特性（流接入相對壓力比較大），對流接入部分采用分布式部署，智能監(jiān)控網(wǎng)關按照組別分別由不同的視頻接收服務器提供服務，這樣就可以在不使用四層交換的前提下既平衡了壓力又提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性（不會因為某一個視頻服務器有問題而導致整個平臺有問題）。

5 系統(tǒng)運行結(jié)果分析

描述：默認畫面為四分屏。第一畫面是上海某工地現(xiàn)場；第二畫面是上海某大廈；第三畫面為公安部第三研究所大門口；第四畫面為南京某學校操場。

分析：系統(tǒng)運行結(jié)果顯示，本地局域網(wǎng)的視頻資源通過多媒體網(wǎng)絡接入盒進行視頻采集，流媒體轉(zhuǎn)發(fā)（轉(zhuǎn)碼）服務，匯聚至監(jiān)管平臺，可以遠程訪問監(jiān)管平臺對視頻進行調(diào)取觀看。

總結(jié)：通過網(wǎng)絡視頻接入盒，解決了網(wǎng)管轉(zhuǎn)發(fā)技術，同時對采集的視頻進行軟轉(zhuǎn)發(fā)（轉(zhuǎn)碼），讓社會視頻資源匯聚。社會視頻匯聚監(jiān)管系統(tǒng)，具有良好的視頻監(jiān)管效率。

6 結(jié)語

本次設計主要是為新世紀公安建設服務，將新技術應用在公安領域，搭建社會視頻資源網(wǎng)絡接入平臺，開發(fā)平臺軟件和客戶端應用軟件，使該平臺借助互聯(lián)網(wǎng)認證的社會資源視頻網(wǎng)絡接入盒，通過平臺或基于平臺開發(fā)的客戶端應用軟件調(diào)閱社會資源現(xiàn)場的實時視頻、錄像回放和資源監(jiān)管。

圖5 系統(tǒng)運行效果圖

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Design and Implementation of the Social Video Resource Aggregation Supervision System

JIAO Dongdong JIA Lili
（The 3rd Research Institute of Ministry of Public Security，Shanghai 200031）

On the background of the integration of social monitoring resources of public security investigation technology，a social video resources aggregation supervisory system is designed and implemented.This paper mainly describes hardware construction and software design of each module including streaming media collection module，streaming media forwarding module and remote management module.As a part of this system，aggregation software platform accomplishes video collection，video distribution and video storage while the video network access box designed and multimedia gateway forwarding technology makes it easy to acquire social video resources，forward streaming，transcoding and etc.The result shows that this system can be used in gathering social video resources for convergence and regulation and it can be easily adapted to the current network monitoring products with a unified management interface and avoid duplication of investment.Meanwhile，the efficiency of social monitoring is improred.

social video resources，convergence，supervision，gateway technology

TP29

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.11.049

Class Number TP29

2017年5月6日，

2017年6月29日

焦冬冬，男，碩士，工程師，研究方向：安全防范技術。賈莉莉，女，博士，副研究員，研究方向：安全防范技術。