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，也顛覆了各個領域的經(jīng)營與管理。隨著網(wǎng)絡信息化技術的日益完善，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"技術和"云存儲"技術為視頻監(jiān)控系統(tǒng)帶來了新的發(fā)展契機。我們對"云計算"技術和幾種主流的云平臺（Amazon、Microsoft Azure、Google）進行了簡單的研究，采用EasyDarwin國內開源流媒體團隊開發(fā)和維護的一款開源流媒體平臺框架技術，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站進行了詳細設計，結合各個部分之間的邏輯關系和整個系統(tǒng)中的用戶角色關系提出了實現(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果進行分析。采用easyDrawin技術，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。

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

隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術的發(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以及維基、社交網(wǎng)絡、Fab Lab、LivingLab、綜合集成法等工具和方法的應用，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)出服務器負荷過重，不容易擴展等弱點。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、視頻存儲技術、視頻內容分析以及IT技術的發(fā)展，視頻監(jiān)控正在向網(wǎng)絡化、高清化、智能化的方向發(fā)展。網(wǎng)絡視頻監(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)架構更簡潔、部署實施更便捷。盡管網(wǎng)絡視頻監(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)設計、部署帶來了一系列現(xiàn)實的問題：網(wǎng)絡帶寬緊張、存儲空間龐大、對計算性能的要求成倍增長、投資與維護成本高昂、系統(tǒng)擴容升級壓力等。

云計算通過虛擬化技術將大量異構的服務器和網(wǎng)絡存儲設備構建成統(tǒng)一的資源池，為大規(guī)模智能高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供可擴展的海量存儲資源和超強計算能力，靈活地為用戶提供所需的視頻監(jiān)控服務，同時減少系統(tǒng)建設、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國內云服務商從內向型向外向型轉變

近兩年國內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)領域，國內云計算廠商紛紛提供海外服務，實現(xiàn)云計算業(yè)務全球化，并積極拓展海外企業(yè)客戶，加速國際化發(fā)展。

2.2云計算應用逐漸從互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)向傳統(tǒng)行業(yè)滲透

當前，云計算的應用正在從游戲、電商、移動、社交等在內的互聯(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)轉變，政府、金融行業(yè)成為主要突破口。

截至 2015 年，濟南市 52 個政府部門、 300 多項業(yè)務應用均采用購買云服務方式，非涉密電子政務系統(tǒng)在政務云中心建設和運行的比率達 80%以上?！皵?shù)字福建政務外網(wǎng)云計算平臺”建設一期按 5 年使用規(guī)模預算，擬承載 50 個省直部門、7321 項業(yè)務事項、1804 個業(yè)務線，共計 616 個應用系統(tǒng)應用。

2.3國內云服務商積極構建生態(tài)系統(tǒng)

伴隨著云計算應用逐漸從互聯(lián)網(wǎng)、游戲行業(yè)向傳統(tǒng)行業(yè)延伸，國內云服務商開始構建生態(tài)系統(tǒng)，與設備商、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。

2.4國內云保險的引入為高可用服務提供完善的保障機制

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

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

網(wǎng)絡上的視頻應用越來越多，比如我們國家各個城市的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、目前網(wǎng)絡上的視頻直播、互聯(lián)網(wǎng)教育大量視頻資料、遠程視頻會議等；現(xiàn)在云技術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條件，所以我們總的目標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，包括手機端、電腦攝像頭端、各種監(jiān)控攝像機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換成不同的格式，即實現(xiàn)視頻轉碼，轉碼的計算過程，要按分布式計算以達到快速、實時；第三步我們用各種終端能夠調用顯示云平臺中存儲的視頻，終端設備包括手機、pc機等。視頻系統(tǒng)是web站點形式，可運行在主流的服務器上。本系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)庫為MySQL。endprint

3.1功能需求

3.1.1用戶角色與關注業(yè)務

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限（監(jiān)控權限）履行自己的職責，但是可以根據(jù)工作需要設定自己的工作需要進行自定義設計。

2）系統(tǒng)管理人員：對監(jiān)控技術熟悉，熟悉監(jiān)控系統(tǒng)的構成和部署，負責系統(tǒng)的初始化運營和維護，為業(yè)務人員提供保障。主要考慮如何保障系統(tǒng)的正常運行，根據(jù)監(jiān)控業(yè)務需要來調整系統(tǒng)的配置。

3）業(yè)務管理人員：不進行系統(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負責人。

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，強調的是通訊的及時性、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）用戶身份認證

對平臺的用戶身份進行合法性認證，只有通過身份認證的用戶才能訪問平臺。

2）用戶訪問控制

在身份認證的基礎上，根據(jù)用戶身份進行授權，用戶進行視頻點播、設備控制、文件訪問等操作必須擁有相應的權限，系統(tǒng)通過檢查用戶的權限實現(xiàn)訪問控制。

3）身份認證模式

支持采用口令/密碼進行認證，密碼需要加密。網(wǎng)絡視頻監(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：前端視頻采集設備、集中管理系統(tǒng)（CMS）及客戶端。前端視頻采集設備包括IP攝像機和網(wǎng)絡視頻存儲設備（NVR），視頻數(shù)據(jù)存儲在NVR中，并由NVR向CMS和用戶轉發(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)在架構上可以分成視頻后臺服務和業(yè)務應用流程兩個部分。

1）視頻后臺服務包括設備接入、流媒體轉發(fā)、錄像存儲等。

2）業(yè)務應用流程包括視頻試試預覽和監(jiān)控、用戶權限管理、系統(tǒng)管理等。

3.3系統(tǒng)的功能模塊設計

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)中前端攝像機的數(shù)量可能達到數(shù)以千計，需要設計可擴展的存儲架構來優(yōu)化視頻數(shù)據(jù)的存儲和分發(fā)，同時提供進行實時視頻智能分析所需的計算性能。

3.3.1設備接入服務

設備接入服務負責管理前端設備，可以對這些設備進行命令控制、參數(shù)配置等操作。

3.3.2流媒體轉發(fā)服務

流媒體轉發(fā)服務負責從視頻監(jiān)控設備中獲得轉碼，通過約定的協(xié)議轉發(fā)給其他服務，如存儲模塊等。

3.3.3錄像存儲服務

系統(tǒng)平臺可以根據(jù)預定的存儲策略，將視頻監(jiān)控設備或其他相關設備搜產(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實時預覽和監(jiān)控服務

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

3.3.5用戶和權限管理

系統(tǒng)平臺可以對用戶信息及其訪問權限進行配置和管理。

4.系統(tǒng)架構設計

4.1系統(tǒng)網(wǎng)絡結構

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

5.總結

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站進行了詳細設計，結合各個部分之間的邏輯關系和整個系統(tǒng)中的用戶角色關系提出了實現(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果進行分析。采用easyDrawin技術，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、快速響應和易管理維護等這些特點一身，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)服務器以及web站點都分布在接入網(wǎng)絡中的物理主機節(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：

[1]張明. 淺談云存儲技術與應用[J].信息技術，2001.39（3）：15-17

[2]盧秋波.視頻監(jiān)控業(yè)務前景分析[J]中國多媒體視.2005（9）：30-3endprint