探討：視頻監(jiān)控系統(tǒng)管理平臺(tái)的異構(gòu)方法

    隨著各種網(wǎng)絡(luò)的普及，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控也獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的規(guī)模也呈現(xiàn)出幾何級(jí)數(shù)的增長(zhǎng)，由以前的幾十點(diǎn)到現(xiàn)在幾千點(diǎn)甚至幾萬(wàn)點(diǎn)的項(xiàng)目也屢有出現(xiàn)。在這樣大的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，各種不同的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)將不可避免的出現(xiàn)，同時(shí)，隨著網(wǎng)絡(luò)的增大，必然要求同一監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)下支持各種不同的監(jiān)控前端設(shè)備，也必然要求在同一個(gè)大監(jiān)控平臺(tái)下兼容不同的子系統(tǒng)以及子應(yīng)用。以上所有要求都不約而同提出了一個(gè)監(jiān)控平臺(tái)面臨的問(wèn)題，及監(jiān)控平臺(tái)的異構(gòu)問(wèn)題。

    在當(dāng)下的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控體系中，異構(gòu)問(wèn)題主要存在于下述三種情形：一、不同架構(gòu)、技術(shù)體系的系統(tǒng)異構(gòu)。二、不同傳輸能力，傳輸質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)。三、不同接口模型，接入?yún)f(xié)議的產(chǎn)品異構(gòu)。下面分別從體系架構(gòu)上介紹三種異構(gòu)產(chǎn)生的原因及其解決方式。

    不同技術(shù)體系的系統(tǒng)間異構(gòu)問(wèn)題

    一個(gè)大的綜合性視頻監(jiān)控平臺(tái)的建設(shè)要求構(gòu)造一個(gè)大規(guī)模、廣范圍的視頻監(jiān)控管理平臺(tái)，形成對(duì)所轄范圍的有效的視頻監(jiān)控�，F(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)由于技術(shù)體系不一，采用的標(biāo)準(zhǔn)各異，存在著相互之間難以兼容互通的問(wèn)題。而綜合視頻監(jiān)控管理平臺(tái)不可能只采用一種視頻監(jiān)控系統(tǒng)，必需兼容使用多種不同的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。以平安城市為例，“平安城市”項(xiàng)目是一個(gè)特大型、綜合性非常強(qiáng)的管理系統(tǒng)，不僅需要滿足治安管理、城市管理、交通管理、應(yīng)急指揮等需求，而且還要兼顧災(zāi)難事故預(yù)警、安全生產(chǎn)監(jiān)控等方面對(duì)圖像監(jiān)控的需求，同時(shí)還要考慮報(bào)警、門禁等配套系統(tǒng)的集成以及與廣播系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。由于這些系統(tǒng)所采用的技術(shù)體系、整體架構(gòu)都存在著巨大的差別，因此在這些系統(tǒng)的互聯(lián)過(guò)程中必然會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)異構(gòu)的問(wèn)題。解決這種類型的問(wèn)題必須在系統(tǒng)的技術(shù)體系，系統(tǒng)的總體架構(gòu)上進(jìn)行充分的考慮。如圖所示為典型的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控大平臺(tái)的分層設(shè)計(jì)(圖1)，在設(shè)計(jì)架構(gòu)上要采用分層次，模塊化設(shè)計(jì)，下圖是一個(gè)典型視頻監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖，其設(shè)計(jì)分為如下層次設(shè)計(jì)：底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層，核心數(shù)據(jù)交換層，綜合業(yè)務(wù)邏輯層，對(duì)外應(yīng)用表現(xiàn)層。

    底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，由于當(dāng)前的大多數(shù)系統(tǒng)支持的傳輸協(xié)議多種多樣，因此為了能夠與各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行平滑對(duì)接必須在協(xié)議上能夠滿足彼此的融合。當(dāng)下的系統(tǒng)主要還是以UDP與TCP為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并且保證支持各種應(yīng)用協(xié)議的支持，其中包括RTP，RTSP，HTTP，SIP，SOAP等協(xié)議。

    核心數(shù)據(jù)交換層是整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心，主要完成前端設(shè)備的兼容設(shè)計(jì)以及能力集描述，子系統(tǒng)兼容能力統(tǒng)一描述，兩個(gè)模塊均用于處理在異構(gòu)情況下的設(shè)備與子系統(tǒng)兼容。還具備對(duì)大容量媒體流以及透明數(shù)據(jù)的管理。通過(guò)一套高效和強(qiáng)壯的流處理機(jī)制完成存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)的統(tǒng)一資源調(diào)度，從而使得系統(tǒng)的處理能力得到極大的提高。

    綜合業(yè)務(wù)邏輯層主要完成監(jiān)控系統(tǒng)中的綜合業(yè)務(wù)處理，其中設(shè)備、應(yīng)用抽象模塊完成應(yīng)用層調(diào)用的統(tǒng)一接口，達(dá)到使用歸一化。

    對(duì)外應(yīng)用表現(xiàn)層主要完成監(jiān)控系統(tǒng)的表達(dá)方式，包括UI等。

    此種異構(gòu)解決方式在平臺(tái)中為兩個(gè)主要模塊完成。其一是核心數(shù)據(jù)交換層的前端應(yīng)用接入控制模塊，完成與各個(gè)子系統(tǒng)之間的協(xié)議對(duì)接功能以及各種子系統(tǒng)的通信控制。由多個(gè)子模塊構(gòu)成分別對(duì)應(yīng)不用的子系統(tǒng)的接入。其二是綜合業(yè)務(wù)邏輯層應(yīng)用接入抽象模塊，完成所有子系統(tǒng)的對(duì)外接口的統(tǒng)一化，對(duì)上層提供統(tǒng)一接口。屏蔽各個(gè)子系統(tǒng)之間的差異，為上層用戶調(diào)用各種不同的資源提供統(tǒng)一調(diào)用接口。子系統(tǒng)包括視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，報(bào)警子系統(tǒng)，智能子系統(tǒng)，門禁子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)等。

    網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)問(wèn)題

    大型的聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)必須面對(duì)各種復(fù)雜的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)條件，無(wú)法改變它，而只能利用和適應(yīng)它。而各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入條件在帶寬、時(shí)延、誤碼率等方面存在巨大的差異性。因此，如何保證視頻流在傳輸過(guò)程中的實(shí)時(shí)性、流暢性和平穩(wěn)性，是大型網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的平臺(tái)面臨的基本問(wèn)題，也是區(qū)分是否達(dá)到大型網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的平臺(tái)軟件水平的主要標(biāo)志之一。

    在系統(tǒng)平臺(tái)解決方案中，針對(duì)于此種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)情形下主要采取如下關(guān)鍵性技術(shù)：

    1、帶寬實(shí)時(shí)偵測(cè)技術(shù)與帶寬負(fù)載均衡技術(shù)，具體說(shuō)明如下，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)下的服務(wù)器群實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)彼此帶寬容量，當(dāng)帶寬高于或者低于某一設(shè)定閾值后，服務(wù)器間的碼流發(fā)送將自動(dòng)做出調(diào)整，并把相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平滑遷移到其他網(wǎng)絡(luò)帶寬空閑的服務(wù)器中，此種技術(shù)適用于網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)。針對(duì)樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，每級(jí)服務(wù)器都會(huì)根據(jù)其自身的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源來(lái)主動(dòng)的調(diào)配和限制網(wǎng)絡(luò)使用并可保證優(yōu)先級(jí)別更高的用戶優(yōu)先得到服務(wù)。上述技術(shù)是保證異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間音視頻數(shù)據(jù)平穩(wěn)傳輸中較為常用的技術(shù)。

    2、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的音視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)，由于3G寬帶技術(shù)的普及，無(wú)線監(jiān)控也逐漸進(jìn)入人們的視野，但是由于無(wú)線傳輸仍然有其固有的缺陷，那就是帶寬低，網(wǎng)絡(luò)傳輸不平穩(wěn)。隨著高清的出現(xiàn)，視頻碼率也隨著加大。另外，由于手機(jī)平臺(tái)多為嵌入式操作系統(tǒng)或者是專用操作系統(tǒng)，對(duì)多樣的編碼制式存在不足。為了能夠更好的解決以上因?yàn)榫W(wǎng)路異構(gòu)以及帶寬不匹配造成的不便，因此提出了音視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)。主要解決歸一化編碼以及通過(guò)降低分辨率、幀率和圖像質(zhì)量等手段來(lái)達(dá)到降低碼流的效果。

    3、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的均勻碼流發(fā)送技術(shù)，由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，視頻編碼過(guò)程中由于環(huán)境突變、關(guān)鍵幀請(qǐng)求等原因造成設(shè)備碼流發(fā)送變得非常不平穩(wěn)，為了降低因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成的沖擊，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到碼流均勻發(fā)送機(jī)制。對(duì)于開(kāi)放平臺(tái)，這其中還涉及到在流模式下對(duì)視頻幀的定位與提取等關(guān)鍵技術(shù)。另外，由于部分網(wǎng)絡(luò)中有對(duì)大數(shù)據(jù)包過(guò)濾與屏蔽機(jī)制，需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中適當(dāng)考慮控制數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度。

    4、數(shù)據(jù)丟包與重建技術(shù)，由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的不平穩(wěn)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的丟包與亂序的現(xiàn)象，人為為后端引入大量誤碼，破壞了系統(tǒng)的穩(wěn)定性�；�于此在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要充分考慮這一現(xiàn)象，在接收與發(fā)送雙方建立一個(gè)高效的丟包重傳以及亂序重拍機(jī)制，在保證圖像的流暢性同時(shí)確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

    不同設(shè)備的異構(gòu)接入問(wèn)題

    隨著視頻監(jiān)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的普及，如IPC、DVS、DVR的大量出現(xiàn)，將不可避免的會(huì)涉及到網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控平臺(tái)設(shè)備接入的異構(gòu)性。為了解決各大平臺(tái)廠商面臨的問(wèn)題，各個(gè)大的監(jiān)控廠商提出了ONVIF和PSIA協(xié)議，上述兩個(gè)協(xié)議就是解決設(shè)備統(tǒng)一接入模式而產(chǎn)生，但是由于此協(xié)議還處在使用與推廣的初期，大量的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備還無(wú)法提供統(tǒng)一保準(zhǔn)的協(xié)議接口，所以設(shè)備的兼容性仍然是考驗(yàn)當(dāng)前大型網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控平臺(tái)的一個(gè)主要特性。而在傳統(tǒng)的設(shè)備提供的SDK中又分為API模式與CGI模式，由此在當(dāng)下的接入方式大的方面可以總結(jié)為四類：API/SDK，CGI/SDK，ONVIF和PSIA。

    綜上所述，隨著監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大，監(jiān)控設(shè)備的種類越來(lái)越多，監(jiān)控系統(tǒng)面臨的異構(gòu)兼容需求會(huì)越來(lái)越旺盛，如何適應(yīng)這一應(yīng)用需求的變化將是橫亙?cè)诟鱾�(gè)監(jiān)控平臺(tái)廠商一道難題。