深圳福田區(qū)作為深圳市重點(diǎn)開(kāi)發(fā)和建設(shè)的中心城區(qū)，具有十分特殊的戰(zhàn)略地位。為構(gòu)建“平安福田、和諧福田、效益福田”，提供良好的社會(huì)環(huán)境，2006年福田區(qū)開(kāi)始建設(shè)全數(shù)字化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

　　06年IP監(jiān)控在公安系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用較少，在福田區(qū)視頻監(jiān)控技術(shù)方案討論之初，是使用硬盤錄像機(jī)+矩陣模式，還是編碼器+平臺(tái)+磁盤陣列模式存在較大爭(zhēng)議。通過(guò)各方專家論證，考慮到福田區(qū)監(jiān)控點(diǎn)位多、機(jī)房分散、存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)、圖像質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，本項(xiàng)目提出的IP全交換監(jiān)控解決方案被供應(yīng)商選中，并成功中標(biāo)。

　　該系統(tǒng)一期建設(shè)一類監(jiān)控點(diǎn)3362個(gè)，九個(gè)分布式存儲(chǔ)機(jī)房，經(jīng)過(guò)幾年的擴(kuò)容，現(xiàn)在一類點(diǎn)位已經(jīng)達(dá)到4800多個(gè)。其清晰度以D1分辨率為主，大運(yùn)會(huì)場(chǎng)館周界的重點(diǎn)部位采用720P高清視頻監(jiān)控。

　　需求分析

　　在模數(shù)結(jié)合方案占主導(dǎo)地位的時(shí)期采用數(shù)字化方案，要求該方案不但要繼承模擬系統(tǒng)的全部?jī)?yōu)勢(shì)，還需要充分發(fā)揮IP監(jiān)控存儲(chǔ)、共享、擴(kuò)展、應(yīng)用方面的優(yōu)勢(shì)。區(qū)公安局從自身的需求出發(fā)，對(duì)系統(tǒng)提出了極大要求。

　　系統(tǒng)穩(wěn)定可靠

　　結(jié)構(gòu)上，整個(gè)系統(tǒng)無(wú)單點(diǎn)故障，如果某個(gè)設(shè)備宕機(jī)或損壞，不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。同時(shí)要求數(shù)字系統(tǒng)的壞件率維持在一個(gè)較低的水平。

　　滿足實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用

　　視頻監(jiān)控首先要滿足派出所、警務(wù)室的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用，既可以上電視墻顯示，也可以在PC機(jī)上快速調(diào)閱。在控制前端攝像頭時(shí)，能夠快速轉(zhuǎn)動(dòng)、拉伸圖像，能夠及時(shí)跟蹤行人、車輛。

　　錄像清晰，存儲(chǔ)可靠

　　錄像清晰度較硬盤錄像機(jī)有較大提高，能夠?yàn)槭潞笕∽C提供支持。另外，提供錄像數(shù)據(jù)的長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，動(dòng)態(tài)擴(kuò)容與有效保護(hù)，做到硬盤損壞，也不丟失數(shù)據(jù)。

　　平臺(tái)開(kāi)放，擴(kuò)展性強(qiáng)

　　平臺(tái)采用開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)，監(jiān)控點(diǎn)位的擴(kuò)容不需要進(jìn)行整體架構(gòu)的挑戰(zhàn)。同時(shí)，平臺(tái)支持開(kāi)放接口協(xié)議，能夠與公安的視綜X-sight系統(tǒng)、PGIS平臺(tái)、接警平臺(tái)等進(jìn)行對(duì)接，能夠進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)融合公安多種應(yīng)用。

　　規(guī)劃建設(shè)

　　在綜合考慮了福田公安的項(xiàng)目需求后，選用“IP全交換”架構(gòu)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)福田平安工程項(xiàng)目?！癐P全交換”架構(gòu)相對(duì)于大家熟知的“IP流媒體”架構(gòu)具有非常大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。兩種方式的架構(gòu)圖區(qū)別如(圖1)所示。

　　在構(gòu)建清IP監(jiān)控解決方案整體架構(gòu)時(shí)，首先要考慮的就是從架構(gòu)上解決網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控帶來(lái)的海量視頻實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的合理處理。為此，業(yè)界的普遍的作法是借助高性能的服務(wù)器，安裝流媒體服務(wù)器軟件，由軟件來(lái)對(duì)海量視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)訪問(wèn)的轉(zhuǎn)發(fā);通過(guò)服務(wù)器安裝錄像存儲(chǔ)服務(wù)器軟件，由軟件實(shí)現(xiàn)海量錄像轉(zhuǎn)存到存儲(chǔ)設(shè)備中，借此來(lái)規(guī)避視頻監(jiān)控終端自身的性能瓶頸及網(wǎng)絡(luò)帶寬的瓶頸，這種被稱之為“IP流媒體”的方案對(duì)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備本身沒(méi)有特別要求，只要開(kāi)放接口就能實(shí)現(xiàn)異構(gòu)廠商的IPC、NVR及管理平臺(tái)軟件的互聯(lián)互通。[nextpage]

　　本項(xiàng)目采用的監(jiān)控專網(wǎng)環(huán)境下的“IP全交換”架構(gòu)，和IP流媒體架構(gòu)最大的不同在于，對(duì)海量視頻的轉(zhuǎn)發(fā)處理由高性能交換機(jī)通過(guò)組播協(xié)議來(lái)承載，由實(shí)時(shí)視頻訪問(wèn)用戶所在的交換機(jī)來(lái)負(fù)責(zé)高清視頻的復(fù)制分發(fā)，在主干網(wǎng)上同一路視頻只占用一路帶寬，交換機(jī)的整體架構(gòu)在可靠性和分發(fā)效率上要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于流媒體服務(wù)器架構(gòu)。同時(shí)，針對(duì)視頻網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)需求， “IP全交換”設(shè)計(jì)融合了端到端的IP-SAN技術(shù)，前端設(shè)備直接對(duì)存儲(chǔ)視頻流進(jìn)行iSCSI協(xié)議封裝，直接采用數(shù)據(jù)塊的方式將視頻數(shù)據(jù)寫(xiě)入IP-SAN存儲(chǔ)設(shè)備中。 通過(guò)這種方式，監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)不需要轉(zhuǎn)換為視頻文件，自然也不需要錄像存儲(chǔ)服務(wù)器。從而有效的規(guī)避了引發(fā)“啞鈴效應(yīng)”的文件系統(tǒng)問(wèn)題和錄像存儲(chǔ)服務(wù)器性能瓶頸問(wèn)題。具備良好的可擴(kuò)展性，無(wú)論監(jiān)控規(guī)模有多大，整個(gè)系統(tǒng)不會(huì)存在性能瓶頸。

　　系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

　　為了達(dá)到福田市公安局高標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)架構(gòu)要求，做到系統(tǒng)無(wú)單點(diǎn)故障，將IT中的NGN系統(tǒng)概念引入視頻監(jiān)控系統(tǒng)中。

　　如(圖2)所示，有別于“IP流媒體”方案，系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)視頻流、存儲(chǔ)視頻流、信令流分開(kāi)模式，只有信令流經(jīng)過(guò)服務(wù)器處理，實(shí)時(shí)和歷史視頻圖像采用端到端轉(zhuǎn)發(fā)模式。

　　假設(shè)此時(shí)平臺(tái)出現(xiàn)服務(wù)器宕機(jī)或者網(wǎng)絡(luò)通信故障，整體系統(tǒng)內(nèi)當(dāng)前正在進(jìn)行的業(yè)務(wù)不會(huì)中斷;前端視頻圖像的存儲(chǔ)不會(huì)中斷，硬件上墻顯示、監(jiān)控PC客戶端實(shí)況瀏覽的圖像不會(huì)出現(xiàn)黑屏。NGN構(gòu)能夠保證監(jiān)控系統(tǒng)具備整體高可靠性，避免系統(tǒng)癱瘓風(fēng)險(xiǎn)。

　　NGN架構(gòu)帶來(lái)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是擴(kuò)容方便，系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大時(shí)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不需要發(fā)生改變，不需要增加網(wǎng)絡(luò)匯聚帶寬，不需要進(jìn)行骨干網(wǎng)絡(luò)改造，不需要增加平臺(tái)服務(wù)器，只需要增加相應(yīng)的前端設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備。

　　實(shí)際運(yùn)行狀況也驗(yàn)證了當(dāng)初的設(shè)計(jì)是正確的，整個(gè)系統(tǒng)未發(fā)生過(guò)整體系統(tǒng)癱瘓的惡性故障;從一期3362點(diǎn)擴(kuò)容到二期4800隨著點(diǎn)位的增加，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)未改動(dòng)，平臺(tái)服務(wù)器的數(shù)量也沒(méi)有增加。

　　系統(tǒng)組網(wǎng)設(shè)計(jì)

　　福田區(qū)社會(huì)治安一類視頻監(jiān)控點(diǎn)主要覆蓋分局、派出所和社區(qū)管轄下的主要黨政機(jī)關(guān)、主干道路、治安復(fù)雜區(qū)域、學(xué)校、銀行等重點(diǎn)部位，實(shí)現(xiàn)對(duì)全區(qū)社會(huì)治安的有效實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　如(圖3)所示，視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用區(qū)公安局、派出所兩級(jí)架構(gòu)，即管理平臺(tái)部署在分局、派出所，采用分級(jí)分域的管理模式。

　　視頻監(jiān)控專網(wǎng)骨干網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)建設(shè)。標(biāo)清的視頻圖像信號(hào)通過(guò)視頻光端機(jī)首先匯聚到派出所，由派出所的編碼器將實(shí)時(shí)視頻轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)接入交換機(jī)中;高清監(jiān)控點(diǎn)位采用720P/1080P數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，直接接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)中。為了提高系統(tǒng)可靠性，在派出所配置磁盤陣列，視頻圖像24小時(shí)在派出所進(jìn)行保存。同時(shí)在派出所配置硬件解碼器、電視墻、PC機(jī)、控制鍵盤等設(shè)備，保證系統(tǒng)的快速調(diào)閱。

　　在公安分局部署管理服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，分局作為一個(gè)管理節(jié)點(diǎn)，對(duì)全網(wǎng)用戶進(jìn)行統(tǒng)一授權(quán)，通過(guò)系統(tǒng)的統(tǒng)一網(wǎng)管對(duì)全網(wǎng)編碼設(shè)備、存儲(chǔ)IP-SAN、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、平臺(tái)服務(wù)器設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理。

　　錄像存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

　　錄像可靠存儲(chǔ)對(duì)于視頻監(jiān)控來(lái)說(shuō)至關(guān)重要， IP監(jiān)控方案中的存儲(chǔ)方案包括了從前端緩存、中心直存到中心備份各個(gè)應(yīng)用環(huán)節(jié)的針對(duì)性設(shè)計(jì)。[nextpage]

　　前端緩存補(bǔ)錄

　　在監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，經(jīng)常會(huì)面臨網(wǎng)絡(luò)終端、存儲(chǔ)設(shè)備斷電等情況，導(dǎo)致前端的錄像無(wú)法及時(shí)存儲(chǔ)到中心存儲(chǔ)資源，從而造成錄像丟失。編碼器和IP攝像機(jī)均支持前端緩存補(bǔ)錄功能，在網(wǎng)絡(luò)或中心存儲(chǔ)等異常時(shí)，前端設(shè)備會(huì)啟動(dòng)緩存功能，將視頻數(shù)據(jù)存在本地的存儲(chǔ)設(shè)備上(如U盤、移動(dòng)硬盤和SD卡等)。同時(shí)，后端鏈路或設(shè)備恢復(fù)正常后，會(huì)自動(dòng)將補(bǔ)錄到的錄像上傳到后端存儲(chǔ)上，避免造成數(shù)據(jù)丟失。

　　動(dòng)態(tài)碼流直存

　　對(duì)于監(jiān)控終端，可按照錄像存儲(chǔ)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)，支持變碼流存儲(chǔ)：對(duì)于周期計(jì)劃類等優(yōu)先級(jí)較低的錄像存儲(chǔ)業(yè)務(wù)，可采用低碼流或者抽幀方式的存儲(chǔ)，適當(dāng)減少對(duì)存儲(chǔ)空間的占用。而對(duì)于告警聯(lián)動(dòng)類等優(yōu)先級(jí)較高的錄像存儲(chǔ)業(yè)務(wù)，可采用高碼流、全幀等方式存儲(chǔ)，全力保證錄像的高質(zhì)量、高清晰度。

　　同時(shí)，基于支持前端智能分析功能的監(jiān)控終端，對(duì)于監(jiān)控畫(huà)面中的重點(diǎn)區(qū)域或動(dòng)態(tài)圖像，采用低壓縮比、高碼流格式進(jìn)行傳輸及存儲(chǔ);對(duì)于監(jiān)控畫(huà)面中的非重點(diǎn)區(qū)域或靜態(tài)圖像，采用高壓縮比、低碼流進(jìn)行傳輸及存儲(chǔ)。這樣在保證關(guān)鍵錄像數(shù)據(jù)的高質(zhì)量傳輸、高質(zhì)量存儲(chǔ)的同時(shí)，可有效減少非關(guān)鍵數(shù)據(jù)占用的傳輸帶寬、存儲(chǔ)資源。

　　N+M保護(hù)

　　遇到在線存儲(chǔ)掉電、網(wǎng)絡(luò)異常、數(shù)據(jù)所在的扇區(qū)損壞或主用存儲(chǔ)設(shè)備的陣列及磁盤損壞等各種異常情況下，在線存儲(chǔ)無(wú)法支持業(yè)務(wù)，可在iSCSI塊直存技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)N+M保護(hù)方案。“N+M保護(hù)”是預(yù)防存儲(chǔ)故障的實(shí)現(xiàn)方式之一，“N”為在線存儲(chǔ)盤陣，“M”為冗余存儲(chǔ)盤陣，“N”和“M”在一個(gè)局域網(wǎng)里，但可以放置在不同的地域。通過(guò)“N+M保護(hù)”能將前端攝像機(jī)的數(shù)據(jù)自動(dòng)存放到冗余存儲(chǔ)盤陣設(shè)備上。當(dāng)在線存儲(chǔ)恢復(fù)正常后，又自動(dòng)的恢復(fù)到之前存儲(chǔ)設(shè)備上。

　　多條件一次備份

　　所有在線存儲(chǔ)資源可以通過(guò)設(shè)定備份計(jì)劃對(duì)關(guān)鍵資源進(jìn)行一次離線備份，備份的觸發(fā)條件也可以是手動(dòng)觸發(fā)和指定的報(bào)警信號(hào)聯(lián)動(dòng)觸發(fā)備份，實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警數(shù)據(jù)的集中保護(hù)。

　　基于抽幀多次備份的存儲(chǔ)生命周期管理

　　支持錄像一次備份的同時(shí)，可對(duì)重要監(jiān)控點(diǎn)的錄像數(shù)據(jù)進(jìn)一步進(jìn)行二次備份。在備份時(shí)，可配置指定監(jiān)控點(diǎn)的抽幀備份，即只備份錄像的1幀等關(guān)鍵幀數(shù)據(jù)，從而可以有效節(jié)約備份存儲(chǔ)空間，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)生命周期的管理。

　　視頻情報(bào)應(yīng)用

　　基于多媒體操作系統(tǒng)平臺(tái)提供的開(kāi)放接口，可以方便的對(duì)在線存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和離線備份存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的增值應(yīng)用。比如通過(guò)手動(dòng)研判將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)編輯為視頻情報(bào)數(shù)據(jù)，輸入關(guān)鍵信息，便于事后的多條件檢索和制作案卷。也可以結(jié)合智能分析檢索技術(shù)，通過(guò)調(diào)用接口，對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行后期智能分析，只檢索符合智能分析條件(如進(jìn)入特定禁區(qū)、絆線和符合特定行為)的圖像，進(jìn)一步提高對(duì)海量視頻數(shù)據(jù)的檢索效率，并自動(dòng)轉(zhuǎn)換為有價(jià)值的視頻情報(bào)。

　　通過(guò)完善的錄像存儲(chǔ)方案，確保了福田公安視頻錄像存儲(chǔ)的可靠性和完整性。

　　應(yīng)用擴(kuò)展

　　多媒體操作系統(tǒng)(圖4)支撐多業(yè)務(wù)的高開(kāi)放性，按照最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)供基于業(yè)務(wù)邏輯層和基礎(chǔ)設(shè)施層的SDK接口，整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)中除了底層的OS層，其他各層的組件、應(yīng)用都可以快捷的實(shí)現(xiàn)合作開(kāi)發(fā)和融合。

　　通過(guò)平臺(tái)的開(kāi)放接口，福田區(qū)公安局在該平臺(tái)擴(kuò)展了很多應(yīng)用，比如案件管理、卡口管理、PGIS對(duì)接等公安特色業(yè)務(wù)。尤其是案件視頻研判功能，可通過(guò)案件視頻庫(kù)對(duì)相關(guān)涉案錄像和案件信息進(jìn)行綁定，下次查詢?cè)摪讣r(shí)，可自動(dòng)關(guān)聯(lián)、調(diào)用相關(guān)錄像，方便安干警日常工作，福田公安通過(guò)該功能已經(jīng)偵破大量案件。