基于云平臺視頻監(jiān)控采集系統(tǒng)的設(shè)計

王以榮+曾彬

摘 要：互聯(lián)網(wǎng)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(lǐng)域的經(jīng)營與管理。隨著網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)的日益完善，使得視頻資源的聯(lián)網(wǎng)共享成為視頻監(jiān)控、 IPTV等大數(shù)據(jù)領(lǐng)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(shù)和"云存儲"技術(shù)為視頻監(jiān)控系統(tǒng)帶來了新的發(fā)展契機(jī)。我們對"云計算"技術(shù)和幾種主流的云平臺（Amazon、Microsoft Azure、Google）進(jìn)行了簡單的研究，采用EasyDarwin國內(nèi)開源流媒體團(tuán)隊開發(fā)和維護(hù)的一款開源流媒體平臺框架技術(shù)，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(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計，結(jié)合各個部分之間的邏輯關(guān)系和整個系統(tǒng)中的用戶角色關(guān)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(jié)果進(jìn)行分析。采用easyDrawin技術(shù)，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(jù)存儲容量上都有極大的提升。

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

隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)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(wǎng)、云計算等新一代信息技術(shù)以及維基、社交網(wǎng)絡(luò)、Fab Lab、LivingLab、綜合集成法等工具和方法的應(yīng)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(yīng)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(wù)器負(fù)荷過重，不容易擴(kuò)展等弱點。根據(jù)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(shù)、視頻存儲技術(shù)、視頻內(nèi)容分析以及IT技術(shù)的發(fā)展，視頻監(jiān)控正在向網(wǎng)絡(luò)化、高清化、智能化的方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)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(gòu)更簡潔、部署實施更便捷。盡管網(wǎng)絡(luò)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(shè)計、部署帶來了一系列現(xiàn)實的問題：網(wǎng)絡(luò)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(hù)成本高昂、系統(tǒng)擴(kuò)容升級壓力等。

云計算通過虛擬化技術(shù)將大量異構(gòu)的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備構(gòu)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(kuò)展的海量存儲資源和超強(qiáng)計算能力，靈活地為用戶提供所需的視頻監(jiān)控服務(wù)，同時減少系統(tǒng)建設(shè)、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(nèi)云服務(wù)商從內(nèi)向型向外向型轉(zhuǎn)變

近兩年國內(nèi)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(jù)中心，2015 年開始在全球 37 個數(shù)據(jù)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(jù)中心，2 個位于美國，一個位于新加坡，海外業(yè)務(wù)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(shè)立新的數(shù)據(jù)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(wǎng)領(lǐng)域，國內(nèi)云計算廠商紛紛提供海外服務(wù)，實現(xiàn)云計算業(yè)務(wù)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(yīng)用逐漸從互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)向傳統(tǒng)行業(yè)滲透

當(dāng)前，云計算的應(yīng)用正在從游戲、電商、移動、社交等在內(nèi)的互聯(lián)網(wǎng)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(zhuǎn)變，政府、金融行業(yè)成為主要突破口。

截至 2015 年，濟(jì)南市 52 個政府部門、 300 多項業(yè)務(wù)應(yīng)用均采用購買云服務(wù)方式，非涉密電子政務(wù)系統(tǒng)在政務(wù)云中心建設(shè)和運行的比率達(dá) 80%以上?！皵?shù)字福建政務(wù)外網(wǎng)云計算平臺”建設(shè)一期按 5 年使用規(guī)模預(yù)算，擬承載 50 個省直部門、7321 項業(yè)務(wù)事項、1804 個業(yè)務(wù)線，共計 616 個應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用。

2.3國內(nèi)云服務(wù)商積極構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)

伴隨著云計算應(yīng)用逐漸從互聯(lián)網(wǎng)、游戲行業(yè)向傳統(tǒng)行業(yè)延伸，國內(nèi)云服務(wù)商開始構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)，與設(shè)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(wù)。

2.4國內(nèi)云保險的引入為高可用服務(wù)提供完善的保障機(jī)制

云服務(wù)風(fēng)險備受關(guān)注，進(jìn)而引發(fā)賠償問題，中國信息通信研究院聯(lián)合國內(nèi)各大云服務(wù)商和主要保險公司，展開云保險的相關(guān)研究。目前云保險 1.0 方案已經(jīng)形成：對云服務(wù)商自身故障、云服務(wù)商人員誤操作、第三方責(zé)任造成的服務(wù)中斷以及設(shè)備故障引起的數(shù)據(jù)丟失進(jìn)行賠償，承保單位是中國人保為首席承保人的共保體承擔(dān)，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(jù)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(wù)商的損失，為云服務(wù)商承諾的高可用提供保障機(jī)制。

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

網(wǎng)絡(luò)上的視頻應(yīng)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(wǎng)絡(luò)上的視頻直播、互聯(lián)網(wǎng)教育大量視頻資料、遠(yuǎn)程視頻會議等；現(xiàn)在云技術(shù)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(shù)條件，所以我們總的目標(biāo)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(jī)端、電腦攝像頭端、各種監(jiān)控攝像機(jī)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(zhuǎn)換成不同的格式，即實現(xiàn)視頻轉(zhuǎn)碼，轉(zhuǎn)碼的計算過程，要按分布式計算以達(dá)到快速、實時；第三步我們用各種終端能夠調(diào)用顯示云平臺中存儲的視頻，終端設(shè)備包括手機(jī)、pc機(jī)等。視頻系統(tǒng)是web站點形式，可運行在主流的服務(wù)器上。本系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)庫為MySQL。endprint

3.1功能需求

3.1.1用戶角色與關(guān)注業(yè)務(wù)

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(chǎn)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(quán)限（監(jiān)控權(quán)限）履行自己的職責(zé)，但是可以根據(jù)工作需要設(shè)定自己的工作需要進(jìn)行自定義設(shè)計。

2）系統(tǒng)管理人員：對監(jiān)控技術(shù)熟悉，熟悉監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成和部署，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化運營和維護(hù)，為業(yè)務(wù)人員提供保障。主要考慮如何保障系統(tǒng)的正常運行，根據(jù)監(jiān)控業(yè)務(wù)需要來調(diào)整系統(tǒng)的配置。

3）業(yè)務(wù)管理人員：不進(jìn)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(guān)負(fù)責(zé)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(qiáng)調(diào)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(guān)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(rèn)證

對平臺的用戶身份進(jìn)行合法性認(rèn)證，只有通過身份認(rèn)證的用戶才能訪問平臺。

2）用戶訪問控制

在身份認(rèn)證的基礎(chǔ)上，根據(jù)用戶身份進(jìn)行授權(quán)，用戶進(jìn)行視頻點播、設(shè)備控制、文件訪問等操作必須擁有相應(yīng)的權(quán)限，系統(tǒng)通過檢查用戶的權(quán)限實現(xiàn)訪問控制。

3）身份認(rèn)證模式

支持采用口令/密碼進(jìn)行認(rèn)證，密碼需要加密。網(wǎng)絡(luò)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(shè)備、集中管理系統(tǒng)（CMS）及客戶端。前端視頻采集設(shè)備包括IP攝像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)視頻存儲設(shè)備（NVR），視頻數(shù)據(jù)存儲在NVR中，并由NVR向CMS和用戶轉(zhuǎn)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(gòu)上可以分成視頻后臺服務(wù)和業(yè)務(wù)應(yīng)用流程兩個部分。

1）視頻后臺服務(wù)包括設(shè)備接入、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)、錄像存儲等。

2）業(yè)務(wù)應(yīng)用流程包括視頻試試預(yù)覽和監(jiān)控、用戶權(quán)限管理、系統(tǒng)管理等。

3.3系統(tǒng)的功能模塊設(shè)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(jù)從前端設(shè)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(jī)的數(shù)量可能達(dá)到數(shù)以千計，需要設(shè)計可擴(kuò)展的存儲架構(gòu)來優(yōu)化視頻數(shù)據(jù)的存儲和分發(fā)，同時提供進(jìn)行實時視頻智能分析所需的計算性能。

3.3.1設(shè)備接入服務(wù)

設(shè)備接入服務(wù)負(fù)責(zé)管理前端設(shè)備，可以對這些設(shè)備進(jìn)行命令控制、參數(shù)配置等操作。

3.3.2流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)

流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)負(fù)責(zé)從視頻監(jiān)控設(shè)備中獲得轉(zhuǎn)碼，通過約定的協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)給其他服務(wù)，如存儲模塊等。

3.3.3錄像存儲服務(wù)

系統(tǒng)平臺可以根據(jù)預(yù)定的存儲策略，將視頻監(jiān)控設(shè)備或其他相關(guān)設(shè)備搜產(chǎn)生的元數(shù)據(jù)集中存儲。元數(shù)據(jù)主要是包括媒體流信息等。

3.3.4實時預(yù)覽和監(jiān)控服務(wù)

實時預(yù)覽和監(jiān)控是視頻管理平臺的主要業(yè)務(wù)功能，可以實時查看視頻監(jiān)控設(shè)備編碼產(chǎn)生的視頻。

3.3.5用戶和權(quán)限管理

系統(tǒng)平臺可以對用戶信息及其訪問權(quán)限進(jìn)行配置和管理。

4.系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

4.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

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

5.總結(jié)

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(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計，結(jié)合各個部分之間的邏輯關(guān)系和整個系統(tǒng)中的用戶角色關(guān)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(jié)果進(jìn)行分析。采用easyDrawin技術(shù)，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(yīng)和易管理維護(hù)等這些特點一身，它將系統(tǒng)中的視頻采集、視頻數(shù)據(jù)存儲、流媒體分發(fā)服務(wù)器以及web站點都分布在接入網(wǎng)絡(luò)中的物理主機(jī)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(xiàn)：

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