基于“媒體制作”的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)

    平安城市是一個(gè)覆蓋整個(gè)城市的大型綜合監(jiān)控系統(tǒng)，按功能主要分為城市治安監(jiān)控系統(tǒng)、道路卡口監(jiān)控系統(tǒng)和智能交通管理系統(tǒng)。所有系統(tǒng)都應(yīng)與城市各級(jí)派出所、分局、市局聯(lián)網(wǎng)，保證事件發(fā)生時(shí)，各級(jí)公安機(jī)關(guān)可以第一時(shí)間了解現(xiàn)場(chǎng)情況，及時(shí)決策、協(xié)同作戰(zhàn)。

    此外，平安城市不僅可以保證整個(gè)城市市民的工作和生活安全，還可以為改善和提高市民的工作和生活質(zhì)量提供便利，一些涉及市民工作、生活的監(jiān)控信息，如道路卡口的監(jiān)控信息，可以向市民公開，更好體現(xiàn).“一心為民，以民為本”的服務(wù)意識(shí)。

    對(duì)基于DVR和DVS兩種城市網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控解決方案的分析

    服務(wù)于平安城市的監(jiān)控系統(tǒng)的核心是網(wǎng)絡(luò)。隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)普及速度的加快，計(jì)算機(jī)處理能力的提高以及視頻信息處理技術(shù)的不斷成熟，基于IP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)是大勢(shì)所趨。使用IP網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻具有費(fèi)用低、易于擴(kuò)容、組網(wǎng)方便等特點(diǎn)。目前基于IP網(wǎng)絡(luò)的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案主要有基于DVR和基于DVS兩種解決方案。

    基于DVR的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一種傳統(tǒng)集中監(jiān)控系統(tǒng)，按照公安現(xiàn)行組織架構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)，一般以派出所為一級(jí)監(jiān)控中心，視頻前端采集以模擬方式接入監(jiān)控中心，然后分別接入DVR和電視墻。派出所值班人員通過電視墻實(shí)時(shí)監(jiān)控，DVR主要用于錄像存儲(chǔ)。采用具有網(wǎng)絡(luò)功能的DVR，可以多級(jí)組網(wǎng)。位于二級(jí)、三級(jí)監(jiān)控中心的分局、市局通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)一級(jí)監(jiān)控中心進(jìn)行實(shí)時(shí)瀏覽或錄像回放。

    基于DVR的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不足

    1、信息孤島。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一個(gè)是DVR生產(chǎn)廠家眾多，所采用的編碼標(biāo)準(zhǔn)、錄像格式、操作系統(tǒng)各異，沒有一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致各廠家之間的互聯(lián)互通十分麻煩，需要額外的投資。另一個(gè)是DVR主要以局域網(wǎng)應(yīng)用為主，而平安城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)則以廣域網(wǎng)應(yīng)用為主。由于IP網(wǎng)絡(luò)只提供盡力而為的服務(wù)，無法保證實(shí)時(shí)性要求很高的視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量（QoS），導(dǎo)致DVR通過互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)效果不佳，從而造成各基層監(jiān)控中心形成一個(gè)個(gè)信息孤島。

    2、網(wǎng)絡(luò)冗余�；�于DVR的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)，市局、分局一般都可以通過專網(wǎng)瀏覽、查詢位于派出所監(jiān)控中心的DVR的視頻和錄像，所需要的帶寬都可以事先分配，在系統(tǒng)建設(shè)初期得到保證。但當(dāng)某監(jiān)控中心區(qū)域出現(xiàn)重大社會(huì)治安案件時(shí)，對(duì)該監(jiān)控中心的視頻監(jiān)控訪問就會(huì)成倍增加，由于每增加一個(gè)訪問，對(duì)監(jiān)控中心的上傳網(wǎng)絡(luò)帶寬需求就增加一倍，一旦當(dāng)初規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)帶寬或網(wǎng)絡(luò)性能無法滿足需求，就會(huì)影響各級(jí)決策單位對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息獲取的及時(shí)性和統(tǒng)一性，無法獲得高效率的協(xié)同作戰(zhàn)效果。如果為應(yīng)對(duì)這種低概率的突發(fā)事件都按最多用戶數(shù)量所需預(yù)留帶寬，不僅增加各監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資，而且在正常監(jiān)控期間，不僅導(dǎo)致大量傳輸資源閑置，還會(huì)付出一筆不小的網(wǎng)絡(luò)占用開支。

    3、信息安全�；�于DVR的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)，所有錄像資料都分別地保存在各監(jiān)控中心的DVR。由于視頻監(jiān)控所需存儲(chǔ)容量非常大，DVR由于配備的硬盤容量有限，無法保證錄像資料能長(zhǎng)期保存，一般都要定期進(jìn)行刪除或備份等操作。這樣，所有錄像資料就面臨兩個(gè)信息安全問題，一個(gè)是錄像資料本身的安全，一旦錄像資料查詢不到，很難清楚確認(rèn)是工作人員操作失誤，還是DVR設(shè)備本身存在問題。另一個(gè)是錄像內(nèi)容的安全，一些涉及重大治安事件的錄像資料，一旦通過非法渠道散播到社會(huì)，將會(huì)造成意想不到的嚴(yán)重后果。

    基于DVS的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不足

    基于DVS的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一種全數(shù)字化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。其核心是以實(shí)際網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)。視頻前端采集經(jīng)DVS轉(zhuǎn)換為視頻壓縮碼流，通過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心一般配有流媒體服務(wù)器。流媒體服務(wù)器的主要作用有兩個(gè)，一個(gè)是負(fù)責(zé)視頻監(jiān)控信息的錄像，一個(gè)是負(fù)責(zé)視頻監(jiān)控信息的轉(zhuǎn)發(fā)。包括派出所、分局、市局在內(nèi)的所有相關(guān)單位都通過網(wǎng)絡(luò)訪問流媒體服務(wù)器進(jìn)行視頻瀏覽和錄像回放。

    與基于DVR的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，基于DVS的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)較好地解決了網(wǎng)絡(luò)冗余問題和信息安全問題。首先，DVS輸出的視頻壓縮碼流只需要上傳到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心，因此DVS傳輸所需帶寬就只和用戶需要的視頻質(zhì)量以及視頻編碼器的性能相關(guān)，不再考慮多用戶突發(fā)訪問時(shí)造成的網(wǎng)絡(luò)擁塞，也不必預(yù)留額外帶寬。流媒體服務(wù)器所處的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心除了正常監(jiān)控所需的網(wǎng)絡(luò)帶寬外，只需預(yù)留一定的帶寬用以應(yīng)對(duì)突發(fā)訪問。與基于DVR的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，不再需要為每一個(gè)監(jiān)控中心都預(yù)留帶寬，而只要在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心預(yù)留一定帶寬。隨著城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，因節(jié)約帶寬而帶來的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和使用費(fèi)用十分可觀。此外，視頻流媒體一般都采用專業(yè)存儲(chǔ)設(shè)備和專業(yè)存儲(chǔ)管理模塊，配備專業(yè)維護(hù)人員，可以很好地避免因設(shè)備原因和人為原因造成錄像資料遺失。由流媒體轉(zhuǎn)發(fā)的視頻監(jiān)控信息通過防拷貝技術(shù)手段可以有效防止非授權(quán)用戶盜錄，避免視頻監(jiān)控信息泄漏。

        1、成也網(wǎng)絡(luò)，敗也網(wǎng)絡(luò)�；�于DVS的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳遞的，一旦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)意但是DVS系統(tǒng)也有其固有的不足點(diǎn)： 外，監(jiān)控系統(tǒng)就無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，特別是前端采集和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心之間的網(wǎng)絡(luò)如出現(xiàn)意外，監(jiān)控系統(tǒng)就喪失了最基本的監(jiān)控功能，而且無法挽救。而基于DVR的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)至少還有本地錄像供事后回放、分析。

    2、機(jī)械轉(zhuǎn)發(fā)�；�于DVS的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用流媒體進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)多用戶同時(shí)訪問時(shí)，流媒體服務(wù)器只是簡(jiǎn)單地將同一個(gè)視頻源原樣復(fù)制給不同用戶，沒有考慮不同用戶之間的網(wǎng)絡(luò)帶寬差異。導(dǎo)致所有用戶都必須滿足同樣的帶寬要求才能正常接收同樣碼流的視頻監(jiān)控信息。但實(shí)際上，用戶所處位置不同，上網(wǎng)接入方式多樣，因此和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心之間的實(shí)際帶寬是不盡相同的。這樣，要么為獲得好的視頻監(jiān)控質(zhì)量，屏蔽一些無法滿足帶寬要求的用戶，要么將全網(wǎng)的視頻監(jiān)控碼率調(diào)整到所有用戶都能可靠接收的范圍，降低全網(wǎng)的視頻監(jiān)控質(zhì)量。無論那種方式，都對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)和推廣有一定影響。

    綜上所述，基于DVR的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在建設(shè)初期可以獲得較好的使用效果，但隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其使用效果將會(huì)越來越受限。基于DVS的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)，則嚴(yán)重依賴網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，如果網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)無法和城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致，系統(tǒng)的近一步擴(kuò)展和應(yīng)用也會(huì)受到制約。

    為更好服務(wù)城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)，本文提出一種基于“媒體制作”的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)。基于“媒體制作”的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)以基于DVS城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過引入“媒體制作服務(wù)器”來解決城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)面臨的互聯(lián)互通和多用戶差異訪問等問題。

    媒體制作服務(wù)器

    如圖1媒體制作服務(wù)器工作原理框圖所示，媒體制作服務(wù)器分為4個(gè)功能元：

    1、媒體解壓縮單元（MDU，media decompression unit）。按照網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議（TCP、UDP等）接收符合MPEG4、H.264等標(biāo)準(zhǔn)的音、視頻壓縮碼流，經(jīng)過解壓縮還原為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字音、視頻信號(hào)。

    2、媒體壓縮單元（MCU，media compression unit）。按照MPEG4、H.264等標(biāo)準(zhǔn)將標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字音、視頻壓縮，然后按照網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議（TCP、UDP等）發(fā)送。

    3、媒體輸出單元（MOU，media output unit）。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)音、視頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)換（D/A）,輸出標(biāo)準(zhǔn)音、視頻模擬信號(hào)。

    4、媒體設(shè)備互連單元（MIU，media interconnect bus）。為媒體解壓縮單元MDU和媒體壓縮單元MCU以及媒體輸出單元MOU之間進(jìn)行數(shù)字音、視頻信號(hào)交換提供一個(gè)接口規(guī)范，包括電器接口和編程接口。

    媒體制作服務(wù)器的工作流程

    1、媒體瀏覽。媒體服務(wù)器位于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心，前端DVS輸出碼流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)入媒體制作服務(wù)器的MDU，經(jīng)解壓縮后通過MOU輸出到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心電視墻進(jìn)行監(jiān)控。

    2、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)。媒體服務(wù)器位于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心，前端DVS輸出碼流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)入媒體制作服務(wù)器的MDU，解壓縮后的數(shù)字信號(hào)通過MCU二次壓縮后再轉(zhuǎn)發(fā)客戶端進(jìn)行監(jiān)控或存儲(chǔ)服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)。

    由此不難看出，媒體制作服務(wù)器的特點(diǎn)可以用一句話概括，音、視頻數(shù)字信號(hào)的二次壓縮。

    媒體制作服務(wù)器針對(duì)互聯(lián)互通的解決方案

    目前視頻監(jiān)控遇到的互聯(lián)互通問題主要是不同品牌的DVS對(duì)音、視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)以及音、視頻同步等問題的實(shí)現(xiàn)方法有差異，導(dǎo)致相互之間無法互聯(lián)互通。

    針對(duì)PC客戶端的解決方案是安裝所有DVS廠商的音、視頻解壓縮模塊和監(jiān)控軟件，由用戶自己按照監(jiān)控內(nèi)容選擇監(jiān)控軟件，十分不方便。

    針對(duì)電視墻用戶的解決方案是配置DVS廠家提供的數(shù)字視頻客戶端DVC，輸出模擬信號(hào)上電視墻。

    按一個(gè)監(jiān)控中心可以監(jiān)控M路視頻計(jì)算，如果全網(wǎng)只有一個(gè)品牌的DVS，則只需要配M路DVC，如果有兩個(gè)品牌，則最多必須配2*N個(gè)DVC，假定全部監(jiān)控系統(tǒng)有N個(gè)不同品牌，則每一個(gè)監(jiān)控中心最多要配N*M個(gè)DVC，將多出（N-1）*M個(gè)DVC需求。這些多配的設(shè)備不僅增加了建設(shè)投資，而且大部分時(shí)間閑置。

    如采用媒體制作服務(wù)器，只要將MDU配置成對(duì)應(yīng)廠家的DVC，然后再按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的MCU進(jìn)行壓縮和發(fā)送，全網(wǎng)客戶端就都可以只用一種監(jiān)控軟件進(jìn)行監(jiān)控，使PC客戶端操作流程得到簡(jiǎn)化。各監(jiān)控中心只需要配和監(jiān)控路數(shù)一樣多的通用DVC即可對(duì)全網(wǎng)任意品牌的DVS進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。（付出的代價(jià)是媒體制作服務(wù)器，可以按3路DVC計(jì)算。也就是說，只要全網(wǎng)DVS品牌超過三個(gè)或無法互聯(lián)互通的DVS超過三種就有顯著的經(jīng)濟(jì)效益）

    媒體制作服務(wù)器針對(duì)多用戶差異訪問的解決方案

    由于不同用戶的網(wǎng)絡(luò)條件存在差異，為使不同用戶獲得和其網(wǎng)絡(luò)條件相當(dāng)?shù)谋O(jiān)控效果，就必須按照用戶實(shí)際網(wǎng)絡(luò)條件提供相應(yīng)的碼流。

    媒體服務(wù)器的MCU可以由多個(gè)音、視頻壓縮單元組成，所有壓縮單元都按統(tǒng)一的壓縮標(biāo)準(zhǔn)壓縮，但每個(gè)壓縮單元的壓縮模式可以根據(jù)不同用戶需求進(jìn)行調(diào)整，例如對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬充裕的用戶可以按照2Mbps、D1分辨率壓縮，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬緊張的用戶，可以按照512Kbps、CIF分辨率壓縮。每個(gè)MCU擁有的壓縮單元可以通過MIU進(jìn)行交換、調(diào)度。這樣，在某一時(shí)間段，可以使一個(gè)MCU擁有更多的壓縮單元，提供更多不同碼率和監(jiān)控效果的碼流來應(yīng)對(duì)超多差異用戶對(duì)熱點(diǎn)監(jiān)控通道的訪問。

    媒體制作服務(wù)器對(duì)城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性的提高

    基于DVS的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)除了前面提到的嚴(yán)重依賴網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性之外，更嚴(yán)重依賴前端采集設(shè)備DVS的穩(wěn)定性。DVS的穩(wěn)定性包括硬件穩(wěn)定性和軟件穩(wěn)定性。

    隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不斷發(fā)展，DVS硬件可靠性設(shè)計(jì)已積累了大量成功經(jīng)驗(yàn)，完全可以通過城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)DVS的認(rèn)證測(cè)試。相比DVS硬件可靠性設(shè)計(jì)，軟件可靠性設(shè)計(jì)比較困難。主要原因有：１）DVS不僅面向網(wǎng)絡(luò)傳輸，而且面向終端用戶，導(dǎo)致DVS用戶需求一多，二雜，三耦合；2）DVS軟件設(shè)計(jì)嚴(yán)重依賴底層硬件，導(dǎo)致完全相同的用戶需求有著完全迥異的軟件設(shè)計(jì)；３）DVS數(shù)目眾多，分布廣泛，新的軟件版本發(fā)布必須通過遠(yuǎn)程升級(jí)實(shí)現(xiàn)，增加了DVS軟件版本發(fā)布和管理難度。

    在基于媒體制作服務(wù)器的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，DVS和終端用戶被媒體制作服務(wù)器完全隔離，DVS不再面向終端用戶，DVS的用戶需求簡(jiǎn)化為DVS和媒體制作服務(wù)器之間可靠連接的簡(jiǎn)單需求，由此降低了DVS軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜度，提高了DVS軟件設(shè)計(jì)可靠性。不僅如此，DVS的需求簡(jiǎn)化也簡(jiǎn)化了它的硬件需求，硬件設(shè)計(jì)也會(huì)相應(yīng)簡(jiǎn)單，成本降低、可靠性提高。

    此外，承載監(jiān)控信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備由于不再受多用戶突發(fā)訪問的流量沖擊，也可以選用成本更低的傳輸設(shè)備滿足傳輸要求。

    綜上所述，基于媒體制作服務(wù)器的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以選用成本更低的DVS，而且可以獲得更高的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

    基于“媒體制作”的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成

    如圖2基于“媒體制作”的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖所示，基于“媒體制作”的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心，在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心配有媒體制作服務(wù)器以及視頻管理服務(wù)器、視頻存儲(chǔ)服務(wù)器和電視墻等設(shè)備。各網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心的前端配有DVS。所有視頻監(jiān)控信息都通過專網(wǎng)、VLAN等傳輸網(wǎng)絡(luò)由DVS向網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心上傳。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心控制媒體制作服務(wù)器按不同碼率二次編碼后轉(zhuǎn)發(fā)給所有授權(quán)用戶。所有授權(quán)用戶可以分布在可以接入Internet的任何地方。所有授權(quán)用戶既可以用統(tǒng)一的DVS解壓縮后通過電視墻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，也可以用統(tǒng)一的客戶端監(jiān)控軟件解壓縮后進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。無論采用何種接入方式上網(wǎng)，都可以收到適合用戶自己網(wǎng)絡(luò)帶寬的視頻監(jiān)控信息。