監(jiān)控視頻自動下載與刻錄系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

摘要：該文介紹了一種監(jiān)控視頻自動下載刻錄歸檔系統(tǒng)的結構及實現(xiàn)方法，該系統(tǒng)對NVR、存儲設備、光盤刻錄打印設備進行集成，運用多線程技術，通過控制設備協(xié)同運行，以相對較低成本實現(xiàn)監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)的自動下載與刻錄，具有較強實用意義。

關鍵詞：監(jiān)控視頻;設備集成;多線程;自動下載;自動刻錄

中圖分類號：TP37? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）01-0108-03

1 背景

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是各行業(yè)重要場所進行實時監(jiān)控的重要技術手段，它記錄有關視頻、音頻數(shù)據(jù)，為事件溯源提供技術支撐，在公共安全、公共資源交易等行業(yè)有著廣泛的應用。視頻數(shù)據(jù)量極大，部分行業(yè)的視頻數(shù)據(jù)需要長期保存，以筆者所在公共資源交易中心為例，監(jiān)控視頻需存放15年，交易場所安裝的監(jiān)控攝像頭超過一百個，每天產(chǎn)生的監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)超過5TB，其中存在大量的無用數(shù)據(jù)，需將有用數(shù)據(jù)從設備下載備份并刻錄為光盤存檔。監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)下載備份工作量極大，如果通過人工下載處理，過程煩瑣、效率低下，消耗大量的人力和時間，也容易產(chǎn)生失誤。如不及時下載，數(shù)據(jù)將被覆蓋，導致無法挽回的損失。為解決上述問題，作者開發(fā)了監(jiān)控視頻自動下載與刻錄系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)控視頻管理自動化，取得了較好的應用效果。

2 系統(tǒng)設計

2.1 數(shù)據(jù)存儲介質選擇

監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)量極大，處理、保存困難，以1080P分辨率ASF格式視頻為例，一個小時約2GB，一個攝像頭一天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量約48GB，故存儲介質選擇十分重要。硬盤對資料的存儲、查詢、檢索速度快，但硬盤及其配套設備價格相對較高，運行維護要求高，保存時間相對較短。光盤保存時間長，數(shù)據(jù)安全性高，光盤的容量和壽命都滿足電子檔案管理要求，藍光光盤容量可達100GB以上，檔案級光盤壽命可達30～50年。因此，光盤是視頻數(shù)據(jù)較為理想的存儲介質。

考慮到部分數(shù)據(jù)使用頻率較高，需經(jīng)常調閱，如人工檢索取用光盤，效率較低。為解決該問題，系統(tǒng)采用磁盤陣列與光盤相結合存儲數(shù)據(jù)。使用磁盤陣列作為下載緩存，存放將近期下載和部分使用頻率較高的數(shù)據(jù)，形成在線資源庫，提高常用數(shù)據(jù)調取速度。以光盤為介質，基于智能光盤柜等設備搭建低成本離線資源庫，將數(shù)據(jù)以光盤形式存放在光盤柜中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)高性價比存放。

2.2 光盤自動刻錄與盤面打印方式

按作者所在行業(yè)監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)管理規(guī)范要求，視頻數(shù)據(jù)需要按招標項目歸檔，因此既要刻錄光盤，也需要在光盤盤面打印所屬項目信息，便于歸檔和調閱查找。根據(jù)業(yè)務需求，使用光盤刻錄打印一體機實現(xiàn)自動刻錄與盤面打印[1]。

光盤刻錄打印一體機屬技術、市場均較為成熟的設備，內部安裝機械臂、刻錄機、輸入盤倉、輸出盤倉、盤面打印裝置，可放置上百張光盤。設備工作時由機械臂從輸入盤倉抓取空白光盤進行刻錄打印后放入輸出盤倉，工作人員只需定期放入空白光盤和取出刻錄完成的光盤即可。該類設備廠家一般提供SDK軟件包，可實現(xiàn)第三方軟件與設備對接，由第三方軟件控制設備實現(xiàn)刻錄和打印，非常適合本系統(tǒng)應用場景。

2.3 硬件設備組成

整套系統(tǒng)由網(wǎng)絡攝像頭、網(wǎng)絡硬盤錄像機（NVR）、服務器、磁盤存儲陣列、光盤打印刻錄終端、光盤打印刻錄一體機、光盤柜構成自動化、智能化監(jiān)控視頻管理平臺硬件基礎。使用者可根據(jù)刻錄工作量配置一個或多個光盤刻錄打印終端，也可用云存儲代替磁盤存儲陣列，進一步減少硬件設備維護工作量。硬件設備連接方式如圖1所示。

2.4 軟件系統(tǒng)設計

作為控制硬件設備實現(xiàn)自動化管理的核心，監(jiān)控視頻自動下載與刻錄管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)交換與處理模塊、視頻數(shù)據(jù)下載模塊、視頻數(shù)據(jù)刻錄模塊、系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)控模塊、系統(tǒng)運行狀態(tài)顯示模塊、視頻數(shù)據(jù)調閱管理模塊、Named Pipe通信模塊[2]七部分組成。為確保穩(wěn)定可靠運行并及時響應下載指令，監(jiān)控視頻自動下載與刻錄管理系統(tǒng)分為兩個獨立部分，數(shù)據(jù)交互與處理模塊、視頻數(shù)據(jù)下載模塊、視頻數(shù)據(jù)刻錄模塊、系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)控模塊一般不需要用戶界面，部署為Windows服務程序[3]780，方便在服務器重啟時自動啟動。視頻數(shù)據(jù)調閱管理模塊、系統(tǒng)運行狀態(tài)顯示模塊為Web部署方式，方便分發(fā)與升級，Named Pipe通信模塊用于Windows服務端與Web端交換數(shù)據(jù)。為了在集成的過程中減少組件之間的沖突，使用XML格式進行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)結構如圖2所示。

3 軟件系統(tǒng)核心模塊功能實現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)交換與處理模塊

需下載的視頻數(shù)據(jù)一般分為兩種情況，一種是特定攝像頭特定時間段的視頻，一種是固定攝像頭固定時間段的數(shù)據(jù)。特定攝像頭特定時間段的視頻信息通過數(shù)據(jù)交換接口從其他應用系統(tǒng)獲取包含NVR設備地址、設備廠家、攝像頭通道和視頻起止時間等信息的XML格式數(shù)據(jù)，固定攝像頭的固定時間段的視頻信息存儲在本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。為防止數(shù)據(jù)錯誤，任務數(shù)據(jù)應經(jīng)校驗后進行處理。為便于視頻數(shù)據(jù)的使用，單個文件不能太大，因此系統(tǒng)在保存任務條目到數(shù)據(jù)庫前將單個時間過長的條目切分為多個條目組成的任務組。

3.2 系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)控模塊

實際運行時，數(shù)據(jù)交換接口可能出現(xiàn)通信故障，攝像頭可能出現(xiàn)設備或網(wǎng)絡故障導致視頻數(shù)據(jù)不完整下載失敗等問題，刻錄設備易出現(xiàn)缺盤、廢盤、打印墨水耗盡等問題，需對設備運行狀態(tài)進行監(jiān)控，因此設置系統(tǒng)設置運行狀態(tài)監(jiān)控模塊，實時記錄軟硬件系統(tǒng)運行狀態(tài)。NVR和刻錄設備SDK提供狀態(tài)查詢接口，通過解析返回數(shù)據(jù)可獲取設備狀態(tài)和故障信息。當設備出現(xiàn)故障或錯誤時通過Web端或郵件向管理員人員告警，以便及時介入處理。

3.3 監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)下載模塊

3.3.1 下載任務隊列管理

實際運行中，為方便查詢調閱，視頻會按時間分割為多個小段，如南充市公共資源教育中心一般劃分為每個小時一段，會產(chǎn)生大量的任務條目，如逐個按順序執(zhí)行，無法快速下載所有視頻文件。本模塊使用多線程技術解決該問題，但運行下載線程過多，將導致服務器無法響應其他服務請求，需限制同時運行的下載線程數(shù)量。模塊中設置一組任務隊列和一個下載線程池[3]608，通過任務管理類統(tǒng)一調度任務隊列，線程池管理類監(jiān)控線程運行[4]，達到服務器資源使用最優(yōu)化，避免服務器宕機。

3.3.2 多廠家設備的兼容方式

系統(tǒng)使用中存在更換設備品牌或同一網(wǎng)絡中存在同時運行多個廠家視頻監(jiān)控設備的可能性，系統(tǒng)需同時支持多個廠家設備。不同廠家SDK開發(fā)包接口各不相同，因此系統(tǒng)將海康威視[5]、大華[6]等主要廠家SDK分別封裝為不同的類，既方便調用，接入新廠家設備也更靈活。采用統(tǒng)一的XML格式交換數(shù)據(jù)，在XML數(shù)據(jù)中加入廠商識別標識，通過解析數(shù)據(jù)中的設備廠家標識調用對應的類下載視頻數(shù)據(jù)。

3.3.3 視頻格式轉換

該模塊按切分規(guī)則從NVR下載監(jiān)控視頻，存入在線資源庫。部分廠家SDK下載的視頻文件屬廠家專有格式，需要使用專用播放器解碼播放，為確保視頻文件的通用性，應轉換為AVI、MP4、WMV、ASF等通用格式。轉換格式有兩種方式，一是視頻文件下載完成后調用SDK轉換，二是下載時在下載回調函數(shù)中獲取數(shù)據(jù)流并調用SDK轉碼函數(shù)轉碼后寫入視頻文件，作者采用在下載回調函數(shù)中轉換格式的方式實現(xiàn)。以大華NVR為例，在下載回調函數(shù)中轉換格式核心代碼如圖7所示。

3.4 視頻數(shù)據(jù)刻錄模塊

視頻文件組下載完成后，數(shù)據(jù)交換與處理模塊將數(shù)據(jù)編碼為XML數(shù)據(jù)推送到視頻數(shù)據(jù)刻錄模塊，視頻數(shù)據(jù)刻錄模塊解析提取文件組信息后發(fā)送任務到打印刻錄終端，調用刻錄設備SDK實現(xiàn)網(wǎng)絡文件傳輸、光盤刻錄和盤面打印。數(shù)據(jù)刻錄流程如圖8所示。

3.5 視頻數(shù)據(jù)調閱管理模塊

為提高視頻數(shù)據(jù)使用效率，數(shù)據(jù)調閱全程網(wǎng)絡化辦理。用戶（如監(jiān)管部門、本單位人員等）在系統(tǒng)中發(fā)出調閱申請， 申請調閱時限、調閱權限（如在線播放、下載等），經(jīng)管理人員審核同意后，系統(tǒng)從在線資源庫中查找監(jiān)控視頻資源，如未檢索到資源，則由管理人員在光盤柜中查找光盤并將視頻數(shù)據(jù)導入在線資源庫，用戶調閱結束后刪除在線資源庫中相應數(shù)據(jù)，節(jié)約在線存儲資源。

4 系統(tǒng)性能測試

4.1 系統(tǒng)運行環(huán)境

數(shù)據(jù)庫、應用系統(tǒng)部署于同一服務器，服務器配置雙路Intel Xeon E5-2609V2處理器、128G內存，60T磁盤陣列，千兆局域網(wǎng)，配置單光驅藍光刻錄打印一體機1臺。

4.2 測試情況

系統(tǒng)于2020年10月投入試運行，至2021年9月，共計產(chǎn)生約40T數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)平均處理耗時不超過4小時/天，數(shù)據(jù)處理能力不低于500GB/天。除取放光盤外，其余環(huán)節(jié)均實現(xiàn)無人值守，未出現(xiàn)過導致服務器長時間停機處置的重大故障。測試發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡帶寬是整套系統(tǒng)性能瓶頸，如增加網(wǎng)絡帶寬，系統(tǒng)性能可進一步提升。

4.3 結論

系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)處理能力滿足業(yè)務需求。

5 結束語

該系統(tǒng)解決了監(jiān)控視頻管理難題，優(yōu)化了資源共享使用效率，實現(xiàn)管理自動化，建設成本相對較低。在對接其他信息系統(tǒng)獲取NVR信息和時間參數(shù)后，實現(xiàn)無人值守的自動下載、自動刻錄，提高了數(shù)據(jù)的準確性和完整性，極大地降低了工作強度，釋放人力資源。以筆者單位為例，以往需要2名專職工作人員下載刻錄監(jiān)控視頻，現(xiàn)僅需1人定期進行設備巡檢和光盤存取操作即可，顯著提高了工作效率。該系統(tǒng)也可延伸應用至其他類似場景，如電子檔案的自動化管理、各類信息化系統(tǒng)重要數(shù)據(jù)的備份等。

參考文獻：

[1] 張恩紅，張金標，李高潔，等.氣象數(shù)據(jù)光盤歸檔系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].廣東氣象，2018，40（2）：73-76，80.

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[5] 陳俊良，葛俊鋒，葉林，等.基于?？低昐DK的視頻監(jiān)控軟件的開發(fā)[J].工業(yè)控制計算機，2015，28（7）：97-98，101.

[6] 孫云云.基于大華軟件開發(fā)工具包的組態(tài)軟件視頻監(jiān)控控件[J].上海電氣技術，2017，10（2）：9-12.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

收稿日期：2021-09-16

作者簡介：蘭益國（1979—），男，四川南充人，講師，學士，研究方向為公共資源電子化交易系統(tǒng)建設、公共資源交易電子檔案管理、公共資源交易大數(shù)據(jù)分析。

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