社會(huì)視頻資源匯聚監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?

焦冬冬 賈莉莉

（公安部第三研究所 上海 200031）

社會(huì)視頻資源匯聚監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)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(shí)戰(zhàn)的社會(huì)監(jiān)控資源整合為研究背景，設(shè)計(jì)出社會(huì)視頻資源匯聚監(jiān)管系統(tǒng)。介紹了各個(gè)模塊的硬件搭建和軟件設(shè)計(jì)，包括流媒體采集模塊、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)模塊，遠(yuǎn)程管理模塊，匯聚軟件平臺(tái)接收視頻匯聚、視頻分發(fā)及存儲(chǔ)設(shè)計(jì)，視頻網(wǎng)絡(luò)接入盒結(jié)合多媒體網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)對(duì)社會(huì)視頻采集、流轉(zhuǎn)發(fā)、轉(zhuǎn)碼等功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)可應(yīng)用于社會(huì)社會(huì)視頻資源匯聚，可適配當(dāng)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(fù)建設(shè)投資，提高社會(huì)監(jiān)控的效率。

社會(huì)視頻資源；匯聚；監(jiān)管；網(wǎng)關(guān)技術(shù)

1 引言

目前國(guó)內(nèi)社會(huì)監(jiān)控資源雖然非常豐富，但公安業(yè)務(wù)對(duì)其的利用率很低、實(shí)戰(zhàn)性差、滯后嚴(yán)重，越來(lái)越不能滿(mǎn)足日益繁重的公安技偵業(yè)務(wù)需要。因此，本項(xiàng)目基于整合包括商務(wù)樓、賓館、高檔社區(qū)、會(huì)所及其他公共場(chǎng)所現(xiàn)有的社會(huì)視頻資源，既極大節(jié)省重復(fù)建設(shè)投資，又快速部署技偵視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，充分和持久發(fā)揮社會(huì)監(jiān)控資源對(duì)公安業(yè)務(wù)的支撐作用，同時(shí)也為其他警種辦案提供便利和條件。

在全國(guó)社會(huì)視頻資源整合發(fā)展的大趨勢(shì)下，本項(xiàng)目結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)社會(huì)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(guò)研究流媒體轉(zhuǎn)發(fā)和轉(zhuǎn)碼技術(shù)、視頻編解碼技術(shù)和多媒體網(wǎng)關(guān)技術(shù)，旨在構(gòu)建一個(gè)社會(huì)監(jiān)控資源網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)社會(huì)重點(diǎn)區(qū)域、難點(diǎn)區(qū)域、交通要塞和治安熱點(diǎn)等公共場(chǎng)所社會(huì)監(jiān)控資源整合，既可大大節(jié)省重復(fù)投資，又可提高社會(huì)監(jiān)控資源的利用率，節(jié)省警力，發(fā)揮公安部門(mén)在社會(huì)視頻監(jiān)控體系建設(shè)中的主導(dǎo)作用，同時(shí)持久發(fā)揮社會(huì)監(jiān)控資源對(duì)公安業(yè)務(wù)的支撐作用。

本次設(shè)計(jì)以多媒體網(wǎng)關(guān)技術(shù)和視頻編解碼技術(shù)向結(jié)合，對(duì)社會(huì)視頻資源進(jìn)行匯聚監(jiān)管。多媒體網(wǎng)關(guān)技術(shù)對(duì)社會(huì)視頻的采集、轉(zhuǎn)發(fā)和轉(zhuǎn)碼［1］；視頻編解碼技術(shù)當(dāng)碼流符合H.264標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)的H.264協(xié)議處理視頻編解碼，當(dāng)碼流不符合H.264時(shí)，則需要通過(guò)對(duì)接協(xié)議處理視頻解碼。最后形成一個(gè)集視頻流采集、轉(zhuǎn)發(fā)和轉(zhuǎn)碼為一體的網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備［2］。本次設(shè)計(jì)產(chǎn)品能做到實(shí)時(shí)預(yù)覽、快速回放、集成簡(jiǎn)單，高效管理兼具實(shí)用性，新穎性，應(yīng)用范圍更廣。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體需求分析

社會(huì)視頻資源網(wǎng)絡(luò)接入平臺(tái)包含服務(wù)層和業(yè)務(wù)層。服務(wù)層主要功能包括提供接入視頻流服務(wù)，提供視頻流接入后可能需要進(jìn)行的轉(zhuǎn)碼服務(wù)，提供流分發(fā)服務(wù)以及提供各種應(yīng)用API服務(wù)［3］。其中接入視頻流包括兩種類(lèi)型：

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

2）流接入后可直接通過(guò)流分發(fā)服務(wù)器分發(fā)給監(jiān)控應(yīng)用，流分發(fā)是指以直播或點(diǎn)播的方式分別響應(yīng)監(jiān)控客戶(hù)端的實(shí)時(shí)觀看、錄像回放和圖片上傳。

3）應(yīng)用API服務(wù)是指該平臺(tái)為各種監(jiān)控應(yīng)用提供的控制信息流的消息響應(yīng)服務(wù)。

4）業(yè)務(wù)層主要包括模塊管理和用戶(hù)及權(quán)限管理，其作用是實(shí)現(xiàn)平臺(tái)核心業(yè)務(wù)功能模塊，并提供平臺(tái)核心業(yè)務(wù)功能模塊運(yùn)行的技術(shù)架構(gòu)，業(yè)務(wù)層還具備增量開(kāi)發(fā)的管理功能，使這些功能由平臺(tái)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(luò)接入盒和服務(wù)器上軟件設(shè)計(jì)組成。

系統(tǒng)硬件架構(gòu)主要由視頻網(wǎng)絡(luò)接入盒，是本系統(tǒng)的核心設(shè)備，它具有多網(wǎng)卡的x86的小型機(jī)，視頻網(wǎng)絡(luò)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(qiáng)型智能監(jiān)控網(wǎng)關(guān)以x86小型機(jī)為載體設(shè)計(jì)而成，具有多網(wǎng)卡模塊，采用Linux操作系統(tǒng)。單機(jī)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(shè)備）、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)軟件、轉(zhuǎn)碼服務(wù)軟件和遠(yuǎn)程管理軟件。配備了雙網(wǎng)卡，一個(gè)網(wǎng)卡接入到本地監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)接入到平臺(tái)的互聯(lián)網(wǎng)或視頻專(zhuān)網(wǎng)中。支持鼠標(biāo)，鍵盤(pán)，可選支持4個(gè)USB，可選支持3G、4G網(wǎng)絡(luò)；可選支持SDI采集，可選支持液晶屏。

圖1 社會(huì)視頻資源匯聚系統(tǒng)框圖

3 視頻采集的硬件設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的視頻網(wǎng)絡(luò)接入盒需要應(yīng)用在公安各警種偵查辦案上，尤其是技偵業(yè)務(wù)對(duì)視頻圖像的實(shí)時(shí)性、區(qū)域性、隨機(jī)性、可控性要求更高。能實(shí)時(shí)、快速、清晰調(diào)取和利用社會(huì)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(jìn)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(shí)踐應(yīng)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(shè)備終端在生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品類(lèi)型、產(chǎn)品兼容性、以及獲取監(jiān)控?cái)?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(shí)別各類(lèi)終端，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種不同廠家社會(huì)監(jiān)控資源接入點(diǎn)終端流的采集。根據(jù)以下四種情況下的終端類(lèi)型，流采集適配器模塊會(huì)有相應(yīng)的方法處理流數(shù)據(jù)：

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

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

3）在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)口輸出的模擬監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)情況下，通過(guò)編碼器重新編碼后可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)輸出，再進(jìn)行碼流轉(zhuǎn)發(fā)或轉(zhuǎn)碼。

4）在碼流是加密或非標(biāo)準(zhǔn)格式的情況下，該方案將根據(jù)市場(chǎng)的實(shí)際情況，基于代價(jià)考量選擇支持與否。

3.2 流轉(zhuǎn)發(fā)（轉(zhuǎn)碼）服務(wù)模塊模塊

視頻網(wǎng)絡(luò)接入盒的流采集適配器采集到的流交由流轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)模塊發(fā)送給該平臺(tái)，對(duì)高出基準(zhǔn)碼率的視頻源按需降低其碼率，對(duì)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)則可以不經(jīng)過(guò)流采集模塊直接轉(zhuǎn)發(fā)或轉(zhuǎn)碼。

3.3 遠(yuǎn)程管理模塊

遠(yuǎn)程管理模塊的主要功能是響應(yīng)平臺(tái)的監(jiān)控操作，對(duì)視頻網(wǎng)絡(luò)接入盒的遠(yuǎn)程故障排查，版本更新，控制等。通過(guò)與監(jiān)控匯聚平臺(tái)的交互，可獲取監(jiān)控匯聚平臺(tái)的認(rèn)證并注冊(cè)。在匯聚平臺(tái)需要監(jiān)控視頻時(shí)，會(huì)下發(fā)一系列有關(guān)取流任務(wù)的指令到智能監(jiān)控網(wǎng)關(guān)，智能監(jiān)控網(wǎng)關(guān)通過(guò)心跳連接方式與匯聚平臺(tái)保持長(zhǎng)連接。

圖2 視頻網(wǎng)絡(luò)接入盒

4 匯聚平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

4.1 匯聚平臺(tái)設(shè)計(jì)架構(gòu)

社會(huì)視頻資源匯聚監(jiān)控系統(tǒng)的軟件，從層次結(jié)構(gòu)看，該軟件系統(tǒng)由外到內(nèi)可分為服務(wù)層、業(yè)務(wù)層和存儲(chǔ)層。平臺(tái)對(duì)外的服務(wù)主要包含兩個(gè)部分，一是接入內(nèi)容的智能監(jiān)控網(wǎng)關(guān)；二是消費(fèi)內(nèi)容的監(jiān)控應(yīng)用。系統(tǒng)層次之間遵循RTSP、HTTP/HTML、SOAP/XML等標(biāo)準(zhǔn)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(tái)設(shè)計(jì)架構(gòu)

4.2 軟件設(shè)計(jì)流程

鑒于社會(huì)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(shè)計(jì)方案對(duì)整個(gè)平臺(tái)具有十分重要的意義。智能監(jiān)控網(wǎng)關(guān)終端“采流適配器”模塊就是充當(dāng)差異屏蔽的門(mén)面，它處在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的最前端，經(jīng)過(guò)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(luò)架構(gòu)的核心中繼模塊，它為網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性、可靠性奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。視頻服務(wù)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(shí)時(shí)調(diào)閱［7］。

基于互聯(lián)網(wǎng)的匯聚平臺(tái)會(huì)有一個(gè)公網(wǎng)地址，所有接入到互聯(lián)網(wǎng)的地點(diǎn)的社會(huì)監(jiān)控資源都可通過(guò)這個(gè)公網(wǎng)地址連接到匯聚平臺(tái)。當(dāng)社會(huì)監(jiān)控局域網(wǎng)和本地局域網(wǎng)分屬兩個(gè)界面時(shí)，智能監(jiān)控網(wǎng)關(guān)的兩個(gè)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(guān)需要安裝到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)界面都可以到達(dá)的地方。如果沒(méi)有這樣的條件，智能監(jiān)控網(wǎng)關(guān)無(wú)法同時(shí)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(luò)，則只能選擇利用3G或4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入到互聯(lián)網(wǎng)［8～9］。

圖4 系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程圖

匯聚平臺(tái)由多臺(tái)服務(wù)器組成，其中視頻服務(wù)器通過(guò)不同的端口對(duì)外提供流接入和流訪問(wèn)服務(wù)，管理服務(wù)器通過(guò)統(tǒng)一的域名對(duì)所有接入的智能監(jiān)控網(wǎng)關(guān)和監(jiān)控客戶(hù)端提供服務(wù)，數(shù)據(jù)庫(kù)和存儲(chǔ)服務(wù)器位于匯聚平臺(tái)內(nèi)網(wǎng)［10～11］。考慮到匯聚平臺(tái)的壓力特性（流接入相對(duì)壓力比較大），對(duì)流接入部分采用分布式部署，智能監(jiān)控網(wǎng)關(guān)按照組別分別由不同的視頻接收服務(wù)器提供服務(wù)，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(huì)因?yàn)槟骋粋€(gè)視頻服務(wù)器有問(wèn)題而導(dǎo)致整個(gè)平臺(tái)有問(wèn)題）。

5 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果分析

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

分析：系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果顯示，本地局域網(wǎng)的視頻資源通過(guò)多媒體網(wǎng)絡(luò)接入盒進(jìn)行視頻采集，流媒體轉(zhuǎn)發(fā)（轉(zhuǎn)碼）服務(wù)，匯聚至監(jiān)管平臺(tái)，可以遠(yuǎn)程訪問(wèn)監(jiān)管平臺(tái)對(duì)視頻進(jìn)行調(diào)取觀看。

總結(jié)：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻接入盒，解決了網(wǎng)管轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，同時(shí)對(duì)采集的視頻進(jìn)行軟轉(zhuǎn)發(fā)（轉(zhuǎn)碼），讓社會(huì)視頻資源匯聚。社會(huì)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(yǔ)

本次設(shè)計(jì)主要是為新世紀(jì)公安建設(shè)服務(wù)，將新技術(shù)應(yīng)用在公安領(lǐng)域，搭建社會(huì)視頻資源網(wǎng)絡(luò)接入平臺(tái)，開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件和客戶(hù)端應(yīng)用軟件，使該平臺(tái)借助互聯(lián)網(wǎng)認(rèn)證的社會(huì)資源視頻網(wǎng)絡(luò)接入盒，通過(guò)平臺(tái)或基于平臺(tái)開(kāi)發(fā)的客戶(hù)端應(yīng)用軟件調(diào)閱社會(huì)資源現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)視頻、錄像回放和資源監(jiān)管。

圖5 系統(tǒng)運(yùn)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(shù)。賈莉莉，女，博士，副研究員，研究方向：安全防范技術(shù)。