殷振慧，宋斐菲，嚴(yán) 冬，張建軍，梁阿磊

0 引言

視頻監(jiān)控行業(yè)作為安防產(chǎn)業(yè)的重中之重，正經(jīng)歷著由模擬監(jiān)控系統(tǒng)到數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，再到智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程。隨著技術(shù)的革新，尤其是以IP攝像機(jī)為代表的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控技術(shù)，使得視頻監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)論是在圖像質(zhì)量還是在智能化程度方面都達(dá)到了新的高度，但同時(shí)也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，其中系統(tǒng)兼容性問(wèn)題正日益成為設(shè)備制造商和系統(tǒng)集成商關(guān)注的焦點(diǎn)。

智能化的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中不同廠商的設(shè)備即有其專業(yè)分工，又需要相互協(xié)作共同組成一套完整的解決方案。這種架構(gòu)給視頻監(jiān)控系統(tǒng)帶來(lái)了豐富的靈活性和創(chuàng)新空間，但也不可避免的涉及到不同廠商設(shè)備如何互聯(lián)互通。由于各廠商采用的技術(shù)不同，尤其是沒(méi)有統(tǒng)一的控制信令，兼容性問(wèn)題逐漸成為制約網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。

目前在大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，互聯(lián)互通主要采用以下實(shí)現(xiàn)方式：基于SDK進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)、基于ONVIF或PSIA標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議等[1]。本文先研究了目前普遍使用的基于 SDK進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的實(shí)現(xiàn)方式以及其在應(yīng)用中的缺陷。在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了基于開(kāi)放接口標(biāo)準(zhǔn)的集成方法，以求給大型系統(tǒng)集成項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供參考。

1 基于SDK進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的集成方案

目前在大型視頻監(jiān)控應(yīng)用領(lǐng)域中，最普遍的是采用基于設(shè)備供應(yīng)商提供的SDK（Software Development Kit）進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的方法進(jìn)行系統(tǒng)集成。

1.1 基于 SDK進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的集成方案實(shí)現(xiàn)

如圖1，以編碼器或IP Camera與NVR（Network Video Recorder）的集成為例，簡(jiǎn)單介紹基于 SDK進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的集成方案。這種方式中，SDK運(yùn)行在NVR服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制功能。編碼器或IP Camera的API提供了一種軟件和硬件的接口機(jī)制，如圖1所示：

圖1 NVR與編碼器SDK集成方式

1.2 基于 SDK進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的集成方案應(yīng)用缺陷

在大型系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，中央管理軟件需要與編碼器、硬盤(pán)錄像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭等硬件設(shè)備集成，共同構(gòu)成一套完整的系統(tǒng)。在這種大規(guī)模集成的情形下，采用SDK進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的方式進(jìn)行集成存在以下一些問(wèn)題：

1）各設(shè)備廠商提供SDK的集成方式是以硬件為主導(dǎo)。系統(tǒng)集成商來(lái)通過(guò)與設(shè)備供應(yīng)商的溝通對(duì)SDK進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，將各個(gè)廠商的設(shè)備接入系統(tǒng)中。這樣的接入方式顯然以硬件設(shè)備為主導(dǎo)，集成系統(tǒng)的性能很大程度上取決于設(shè)備廠商對(duì)SDK的開(kāi)放程度，嚴(yán)重阻礙了設(shè)計(jì)的靈活性與創(chuàng)新性。

2）以SDK方式進(jìn)行集成，集成深度不夠。API屬于上層軟件層次的集成方式，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備功能的缺失，也很難實(shí)現(xiàn)一些個(gè)性化的功能。同時(shí)，雖然大部分廠家聲稱能夠提供完整的API，但是其產(chǎn)品與其他設(shè)備互連仍具有不確定性。

3）SDK集成方式是一種高耗低效的集成方式。同樣，因?yàn)槠鋵儆谏蠈拥募煞绞剑到y(tǒng)資源（如 CPU）的消耗比較高，這也是一種效率比較低的通信機(jī)制。

4）SDK的二次開(kāi)發(fā)難度大。視頻監(jiān)控行業(yè)發(fā)展至今，各設(shè)備廠商都擁有其核心技術(shù)。設(shè)備的異構(gòu)性和客戶需求的多樣性使得二次開(kāi)發(fā)工作異常復(fù)雜。而且對(duì)于不同的系統(tǒng)項(xiàng)目，重復(fù)開(kāi)發(fā)投入現(xiàn)象嚴(yán)重。

因此，面對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)集成問(wèn)題，設(shè)備廠商和集成商不約而同的把目光集中于統(tǒng)一的視頻監(jiān)控行業(yè)接口標(biāo)準(zhǔn)。采用規(guī)范協(xié)議和接口的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)能夠提供廣泛的設(shè)備支持，避免了因二次開(kāi)發(fā)帶來(lái)的種種弊端。在巨大的行業(yè)需求驅(qū)動(dòng)下，兩個(gè)安防產(chǎn)業(yè)的接口標(biāo)準(zhǔn)化組織應(yīng)運(yùn)而生——ONVIF和PSIA。

2 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)

接口標(biāo)準(zhǔn)化的建立給整個(gè)安防產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了革命性的變化。一方面，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)迅猛的發(fā)展勢(shì)頭刺激了對(duì)安防產(chǎn)業(yè)全球性標(biāo)準(zhǔn)的需求；另一方面，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)化組織的努力也加速了市場(chǎng)由模擬系統(tǒng)向數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)靠攏。

雖然行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)識(shí)到標(biāo)準(zhǔn)化的重要性和影響力，但對(duì)于目前視頻監(jiān)控行業(yè)接口標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展進(jìn)程仍然了解不清。針對(duì)這一狀況，本節(jié)先從系統(tǒng)開(kāi)放性角度闡述了接口標(biāo)準(zhǔn)化的重要性，再對(duì)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了詳細(xì)研究。

2.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)放性

開(kāi)放系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)廠商廣泛倡導(dǎo)并積極遵循的商業(yè)策略。不僅有助于增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力, 而且有利于用戶在不同的計(jì)算機(jī)廠家的產(chǎn)品中選其所需。雖然對(duì)于開(kāi)放系統(tǒng)并不存在精確的定義, 但行業(yè)內(nèi)還是存在著公認(rèn)的“必具特征”。即是具有可移植性(Portability)、可互操作性( Interoperability )、可伸縮性( Scalability )和易獲得性( Availability )的系統(tǒng)[2]。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)意味著系統(tǒng)能夠支持多個(gè)視頻壓縮算法、不同型號(hào)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和基于IP網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)設(shè)備，同時(shí)這些設(shè)備能夠相互協(xié)作共同完成安防任務(wù)?；ゲ僮餍砸笠曨l監(jiān)控系統(tǒng)中不同廠商生產(chǎn)的所有視頻設(shè)備能夠相互“對(duì)話”。這種“對(duì)話”既可以是行業(yè)內(nèi)一些約定俗成的接口定義，也可以是一些已經(jīng)發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

另一方面，開(kāi)放系統(tǒng)的非技術(shù)含義是指以可移植性、可互操作性、可伸縮性和易獲得性為目標(biāo)的計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化行為。標(biāo)準(zhǔn)化行為即是以開(kāi)放的進(jìn)程制定標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)化組織——ONVIF和PSIA

在業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)識(shí)到標(biāo)準(zhǔn)化行為對(duì)擴(kuò)大和成熟整個(gè)市場(chǎng)的重要性之后，兩個(gè)視頻監(jiān)控領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化組織——ONVIF和 PSIA——應(yīng)運(yùn)而生。這兩個(gè)組織的目標(biāo)都是為視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的硬件設(shè)備和軟件平臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口，管理和控制不同廠商的設(shè)備以提高互操作性。

2.2.1 開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)視頻接口論壇（Open Network Video Interface Forum）

2008年5月，由安訊士(AXIS)聯(lián)合博世(BOSCH)及索尼(SONY)公司三方共同發(fā)起成立一個(gè)全球化的非盈利性的開(kāi)放產(chǎn)業(yè)論壇——開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)視頻接口論壇（ONVIF）。

1）基于 ONVIF規(guī)范的視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

ONVIF協(xié)議采用Web服務(wù)架構(gòu)。Web服務(wù)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用的技術(shù)手段[3]。如圖2所示：

圖2 基于ONVIF的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

設(shè)備的實(shí)際功能均被抽象為了Web Service的服務(wù)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的控制單元以客戶端的身份出現(xiàn)，通過(guò) Web請(qǐng)求的形式完成控制操作。

2）ONVIF規(guī)范的技術(shù)要點(diǎn)

ONVIF規(guī)范采用基于Web Service的B/S架構(gòu)。技術(shù)規(guī)范中使用WSDL（Web Services Description Language）語(yǔ)言對(duì)服務(wù)進(jìn)行描述，XML語(yǔ)言標(biāo)記數(shù)據(jù)、定義數(shù)據(jù)類型，SOAP協(xié)議傳遞消息，如圖3所示：

圖3 基于Web服務(wù)的開(kāi)發(fā)原則

系統(tǒng)中所有的設(shè)備功能均是服務(wù)提供者以Web服務(wù)的方式實(shí)現(xiàn)，服務(wù)是通過(guò)基于XML的WSDL語(yǔ)言進(jìn)行描述。服務(wù)申請(qǐng)者（客戶端）可利用該WSDL文檔通過(guò)WSDL編譯工具將特定平臺(tái)下的源代碼集成到應(yīng)用程序中，以使用這些服務(wù)。在Web服務(wù)的提供者和申請(qǐng)者間采用SOAP消息傳遞協(xié)議[4]。

除此之外，ONVIF規(guī)范中還定義了IP配置、設(shè)備發(fā)現(xiàn)、設(shè)備類型、設(shè)備管理、設(shè)備 IO、圖像配置、媒體配置、實(shí)時(shí)流媒體、事件管理、PTZ控制、視頻分析、設(shè)備分析、部署、存儲(chǔ)、安全性等方面的內(nèi)容，詳細(xì)資料參見(jiàn)ONVIF2.0版本。

3）ONVIF組織介紹

目前，ONVIF的會(huì)員已經(jīng)達(dá)到340家。在前15大視頻監(jiān)控供應(yīng)商中，有11家加入了ONVIF。松下、三星、思科、西門(mén)子、海康威視、浙江大華等主流網(wǎng)絡(luò)視頻設(shè)備制造商都是ONVIF的成員。

ONVIF組織成立將近四年，經(jīng)歷了快速的發(fā)展。2008年11月，該組織發(fā)布了ONVIF1.0版本的規(guī)范。2008年12月，ONVIF又發(fā)布了其1.0版本的測(cè)試規(guī)范；到目前為止已有超過(guò)1300款符合ONVIF規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)視頻產(chǎn)品。在2010年11月又發(fā)布了其核心規(guī)范2.0，ONVIF規(guī)范擴(kuò)展到了顯示設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、視頻分析技術(shù)及其他相關(guān)領(lǐng)域。

2.2.2 物理安全互通性聯(lián)盟（Physical Security Interoperability Alliance）

PSIA（物理安全產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟）是由超過(guò)65個(gè)物理安防廠商和系統(tǒng)集成商共同組成的全球性聯(lián)盟，創(chuàng)立于2008年2月。

1）PSIA規(guī)范的技術(shù)要點(diǎn)

PSIA規(guī)范包括服務(wù)模型和媒體設(shè)備規(guī)范，在媒體設(shè)備規(guī)范中所有的功能接口規(guī)范都需要引用服務(wù)模型。服務(wù)模型是整個(gè)規(guī)范的基礎(chǔ)。

PSIA規(guī)范是建立在基于REST的服務(wù)模型之上。REST是一種比SOAP和XML-RPC更加簡(jiǎn)潔的Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)方案。在REST架構(gòu)下，PSIA將所有的接口（包括管理和控制接口）都定義為資源，并按服務(wù)分類[5]。REST架構(gòu)提供了一種方便的方式來(lái)組織相關(guān)資源，即通過(guò)層次化的命名空間來(lái)組織，此方法適用于快速的服務(wù)發(fā)現(xiàn)和良好的擴(kuò)展性。

在媒體設(shè)備規(guī)范中包括：一致性需求、流媒體、數(shù)據(jù)類型定義、服務(wù)命令、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、視頻等，詳細(xì)資料參見(jiàn)PSIA IP Media Device Specification1.1版本。

2）PSIA組織介紹

PSIA的成員來(lái)自于安防產(chǎn)業(yè)各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)商，思科、霍尼韋爾、亞薩合萊、派爾高、IBM、Milestone Systems、NICE等廠商都是PSIA的成員。

同ONVIF協(xié)議一樣，PSIA在提高網(wǎng)絡(luò)視頻產(chǎn)品的互操作性方面進(jìn)行了不斷的努力。2009年2月，PSIA正式?jīng)Q定采用REST為支持物理安全產(chǎn)品互操作性的架構(gòu)。一個(gè)月以后，PSIA發(fā)布了其IP Media Device規(guī)范的1.0版本。22010年6月發(fā)布了一致性測(cè)試工具。2011年11月，PSIA又發(fā)布了其區(qū)域控制規(guī)范。

2.2.3 ONVIF標(biāo)準(zhǔn)和PSIA標(biāo)準(zhǔn)比較

首先，ONVIF標(biāo)準(zhǔn)和PSIA標(biāo)準(zhǔn)的側(cè)重點(diǎn)不同。雖然兩個(gè)組織的最終目標(biāo)都是提高網(wǎng)絡(luò)視頻產(chǎn)品的互操作性，但ONVIF更專注于制定網(wǎng)絡(luò)視頻設(shè)備發(fā)送端與網(wǎng)絡(luò)視頻客戶端的標(biāo)準(zhǔn)接口。PSIA定位于更廣泛的安全市場(chǎng)，著眼于各個(gè)層面上的安防產(chǎn)品。PSIA將門(mén)禁控制、存儲(chǔ)等內(nèi)容也納入到其標(biāo)準(zhǔn)中。

與其市場(chǎng)定位相適應(yīng)，技術(shù)方面ONVIF標(biāo)準(zhǔn)和PSIA標(biāo)準(zhǔn)采用了不同的框架。ONVIF組織使用SOAP傳遞信息，較為復(fù)雜，執(zhí)行起來(lái)也更加嚴(yán)格。相較于ONVIF標(biāo)準(zhǔn)，PSIA標(biāo)準(zhǔn)采用了REST架構(gòu)。REST架構(gòu)是一種更為簡(jiǎn)潔的軟件架構(gòu)風(fēng)格，滿足輕量級(jí)計(jì)算的需求，占用的帶寬資源也較少。

2.3 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)面臨的挑戰(zhàn)

首先，技術(shù)不夠成熟，兼容性不能得到完全的保證。對(duì)于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)ONVIF和PSIA，經(jīng)過(guò)四年的發(fā)展，兩個(gè)組織都發(fā)布了一系列的規(guī)范和測(cè)試工具，力求保證網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控設(shè)備間的互操作性。但是，由于技術(shù)本身不夠成熟，不同版本標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備兼容性不能得到完全的保證。這導(dǎo)致，雖然大部分廠商都聲稱支持ONVIF協(xié)議或PSIA協(xié)議，但各廠商都只把ONVIF和PSIA作為輔助協(xié)議給予支持。

其次，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)不適用于多種架構(gòu)并存的混合系統(tǒng)。在大型的視頻監(jiān)控項(xiàng)目中，系統(tǒng)歷經(jīng)多次改造，存在模擬系統(tǒng)和數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)共存的現(xiàn)狀。而ONVIF和PSIA僅限于網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的互聯(lián)，并不適用于多種架構(gòu)并存的系統(tǒng)。這種技術(shù)上的局限性，限制了網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍。

同時(shí)不斷增長(zhǎng)的視頻分析技術(shù)應(yīng)用需求帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。視頻分析產(chǎn)品具有不同的產(chǎn)品形態(tài)和架構(gòu)方式，與系統(tǒng)和外界的交互性更強(qiáng)。分布式的智能攝像機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的部署，同時(shí)流媒體返回的元數(shù)據(jù)（Meta-data）整合成多有用的媒體數(shù)據(jù)[6]。這些特性導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品的互操作性要求更高。

3 結(jié)論

就目前整個(gè)監(jiān)控行業(yè)來(lái)看，基于SDK進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的集成方式仍然是行業(yè)內(nèi)的主流，但是隨著系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，不斷增加的集成成本也成為用戶不得不考慮的問(wèn)題。而網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展給集成問(wèn)題帶來(lái)了新的解決思路。當(dāng)然對(duì)于現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)ONVIF和PSIA，還處于發(fā)展階段，各設(shè)備廠商也只把其作為輔助協(xié)議給予支持，形成被普遍廠商所支持的行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)仍需要進(jìn)一步的努力。

就ONVIF和PSIA而言，這兩個(gè)組織追求的目標(biāo)是一致的，技術(shù)上的差異也并不大。目前市場(chǎng)上，ONVIF的市場(chǎng)占有率逐漸高于 PSIA，但也已經(jīng)有同時(shí)滿足兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品出現(xiàn)。在以視頻分析技術(shù)為代表的監(jiān)控系統(tǒng)智能化發(fā)展趨勢(shì)的影響下，這兩個(gè)組織標(biāo)準(zhǔn)孰優(yōu)孰劣還無(wú)法定論。無(wú)論如何，這兩個(gè)組織對(duì)提高不同廠商生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控設(shè)備的互操作性方面做出了突出的貢獻(xiàn)，也滿足行業(yè)發(fā)展的需求。

[1]肖行詮，李富祥.視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)互聯(lián)互通的建設(shè)思路[J].電力系統(tǒng)通信， 2010，（7）：30-35.

[2]劉錦德.對(duì)于開(kāi)放系統(tǒng)內(nèi)涵的澄清[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，1997，（6），1-3.

[3]Chen Wei,ZhangJiangShan. Thorough Research on Application of Embedded Web server inVideo Surveillance System[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007，（36）：36-38.

[4]Open Network Video Interface Forum. ONVIF Core Specification, version 2.2[Z].2012-05.

[5]Physical Security Interoperability Alliance. Service Model v1.0[Z].2009-02

[6]SoomiYang.An Efficient Surveillance Data Management Scheme for Large-Scale Smart Camera Networks[A].In:Proceedings of 2012 International Conference on Information and Computer Networks[C].Singapore:International Association of Computer Science and Information Technology(IACSIT)，2012.