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城市视频监控

一、系统结构要求

社会治安视频监控系统以视频监控管理平台为核心,实现全网资源的共享。数字视频专网用于实现视频资源的共享;模拟视频专网用于满足重点部位视频的高清晰、少延时需求;无线视频网用于满足临时机动的视频监控需求;VPN专网主要解决重点社会视频资源的接入;公众互联网主要解决社会报警资源的接入;视频安全边界接入平台保证外部资源接入数字视频专网的安全。

在新建前端监控点的接入上,考虑采用多种接入方式。在部分监控点保留传统采用视频光端机点对点接入方式的同时,重点考虑EPON数字接入方式,通过一根主干光纤接入多个监控点,在大规模接入时节省光纤和管道资源。

系统可通过组播转发方式实现前端监控点视频信息的低延时传送。

在传统的前端DVR存储的基础上,把存储虚拟化的概念引入恩施市社会治安视频监控系统。采用IP SAN进行网络分布式存储,集中式管理,存储流采用数据块方式直接写入IP存储设备,实现秒级的高效检索,满足武汉城市视频监控系统对海量视频数据存储和管理的要求。

二、系统设计总框架图

              

2.1 网络设备说明

在分局中心机房配置一台核心交换机,核心交换机配置冗余电源、冗余主控板,在二级派出所中心机房部署接入交换机,386个新建监控点和67个已有监控点通过无源光网络EPON将视频数字信号传送到分局中心机房,二级派出所通过千兆光纤与分局中心机房核心交换机连接。

2.2 存储设备说明

分局中心机房部署IP SAN存储设备,前端编码器可将编码后的iSCSI数据流直接写入IPSAN存储设备。分局IP SAN存储设备对重要图像进行存储,通过DM(数据管理服务器),完成大规模监控中的海量存储管理,可做如下管理:(1)对所有存储资源(即NU)进行存储设备及空间管理:存储资源的虚拟化(与物理位置无关,可实现分布式部署,同时集中管理);(2)对前端进行存储计划管理:存储空间根据存储计划动态调整;(3)对视频数据进行生命周期管理:对数据进行在线存储、回放、归档等处理;(4)完成全局的存储策略管理:如可针对不同客户群提供不同的存储SLA

当某个监控点的图像需要进行集中存储时,前端编码器与IP SAN设备建立iSCSI连接,然后将存储视频流进行iSCSI协议封装,直接采用数据块的方式将视频数据写入IP SAN存储设备中。 通过这种方式,监控视频数据的存储不需要转换为视频文件,自然也不需要流媒体服务器。从而有效的规避了引发“哑铃效应”的文件系统问题和流媒体服务器性能瓶颈问题。具备良好的可扩展性,无论恩施市社会治安视频监控系统规模有多大,整个系统不会存在性能瓶颈。

2.3. 监控设备说明

在分局中心机房配置视频管理服务器和数据管理服务器,对全网设备进行管理,前端视频编码器支持双流输出,包括实时组播视频流和iSCSI单播存储数据流,派出所监控中心可由解码器和VC客户端接受视频流实时输出显示。分局部署媒体交换服务器,媒体交换服务器可接收编码器发出的实时音视频流,转发视频流给解码客户端进行解码播放。媒体交换服务器能够接收组播媒体流或单播媒体流,发送组播媒体流或单播媒体流,可适应不同的网络状况,方便系统组网;此外媒体交换服务器可把接收到的一路媒体流分发给多个解码客户端进行解码播放,即使编码器的上行接入带宽不足,也可实现多用户同时浏览同一路视频源;音视频历史数据VOD点播:如果客户端需要访问编码器端到端写入到IP SAN中的音视频历史数据,可通过媒体交换服务器进行VOD点播。媒体交换服务器和客户端之间使用标准的RTSP协议进行播放过程控制。

2.4.公安分局视频监控系统基于组播的基本流程

公安分局视频监控系统构建了专网,专网支持组播,整网采取组播方案。


所谓组播优化方案是指,当前端到中心网络只允许采用组播技术时,前端输出组播实时流,由经过组播优化的交换机进行视频流分发,前端编码器同时输出单播存储流基于IP SAN架构直接写入中心NVR,参照上图中的序号,具体业务流程如下:

Ø  信令流

VM视频管理服务器作为整个系统核心的管理和信令服务器,对所有编解码器、客户端和DM数据管理服务器、MS流媒体交换服务器(UMS通用媒体交换机)的配置、报警、控制、注册、保活等信令流进行集中处理和转发,相关流程图中不再标明。而DM数据管理服务器可以对IP SAN架构NVR进行配置、认证、保活,相关的流程图中不再标明。

Ø  实时流

客户端和解码器调阅实况图像时,首先向VM视频管理服务器发出请求,通过认证后,服务器发出指令给前端;

1前端编码器输出的实时流基于RTP/UDP格式,通过组播方式首先接入接入交换机;

2接入交换机将实时流传送到中心的核心交换机;

3由核心交换机通过组播方式复制实时视频流传输到VC客户端、DC解码器和远程访问的MS8000媒体交换服务器;当系统有远程单播网络访问需求时.

4MS8000媒体交换服务器的单组播交换能力可以将监控网络内的组播实时流转换为单播视频流后转发给中心交换机;

5中心交换机将转换后的单播实况流发送给远程接入交换机;

6远程接入交换机将实时流发送给远程访问VC客户端。

采用组播方式,实时流在中间传输路由上只要占用一路带宽,由组播交换机根据需求复制视频流到客户端和解码器,无需传统流媒发。比单播方案架构更简单,监控专网内无需流媒体服务器避免哑铃效应,性能更突出,扩容更方便。只有单播外网访问时需要选配流媒体交换服务器用于组播单播的转换。

Ø  存储流

7前端编码器输出和实时流相互独立的存储流(双流输出)基于iSCSI/TCP格式,通过单播方式首先接入接入交换机;

8然后接入交换机直接将存储流传送到中心的核心交换机;

9最后由核心交换机将存储流传输到事先设定的NVR网络视频录像系统中,实现端到端的IP SAN存储。

对于一对一的存储需求,这种存储方式,除了网络和交换机,实现网络存储没有任何中间环节,架构简洁可靠,通过交换机和可扩展的NVR,存储扩展非常方便。报警存储的流程和单播组网一样。

Ø  备份流

对于采用前端存储的ECR编码器,根据需求可以将其存储的数据备份到监控中心。 

10ECR输出的备份流采用NFS/TCP格式,通过单播方式首先接入接入交换机;

11然后接入交换机直接将备份流传送到中心的核心交换机;

12接着由核心交换机将备份流传输到DM数据管理服务器上;

13最后由DM数据管理服务器将备份输出传送到NVRNAS空间中,备份数据流通过DM可以保证DM对所有备份数据的有效管理。由于备份流不是随时发生,通过合理的备份计划,利用晚上空闲时间,可以在较小的网络带宽下实现备份功能。

备份策略可以是手动备份、计划备份和报警备份等多种触发方式。备份流也可以是从NVRIPSAN空间中实时存储数据和报警存储数据备份到NVRNAS空间中,流程完全一样。

备份策略可以是手动备份、计划备份和报警备份等多种触发方式。

Ø  本地回放流

本地VC客户端需要调阅历史图像时,首先向VM管理服务器发出请求,通过认证后,服务器根据请求检索到相应历史信息的记录和存放位置。

14然后存放该历史图像信息的NVR系统的历史图像信息(iSCSI/TCP格式)以单播方式传送到中心交换机;

15然后由中心交换机将回放数据流传送到VC客户端,VC客户端支持直接接收iSCSI格式的回放数据流,并解码还原成历史图像信息。

Ø  远程点播流

远程VC客户端如果要想调阅历史图像信息,而且远程客户网络环境不允许采用和本地回放流一样的iSCSI协议直接访问方式,则需要基于标准的VOD方式访问NVR里面的历史图像信息。同样的道理,远程VC客户端经过主机认证后,

16存放该历史图像信息的NVR将数据首先传送给MS流媒体交换服务器;

17由流媒体交换服务器对存储数据锦湘转发,转换为支持RTSP/RTP的流格式,以单播方式传送到中心交换机;

18然后由中心交换机将数据流传送到远程接入交换机,

19最后由接入交换机将数据传送给远程VC客户端,客户端将RTP流格式历史信息解码,并基于RTSP协议进行播放控制。