視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全防范系統(tǒng)的重要組成部分，其以直觀、方便、信息豐富而廣泛應(yīng)用于許多場合。近年來，隨著計算機、圖像處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)正朝著前端一體化、視頻數(shù)字化、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化、視頻處理智能化的方向發(fā)展。目前，數(shù)字化產(chǎn)品正在逐漸替代模擬產(chǎn)品，已成為監(jiān)控發(fā)展的方向。
從2005年開始，中國的安防業(yè)迎來了前所未有的巨大需求――建設(shè)“平安中國”。一個城市整體安防資源進行整合，其數(shù)量、規(guī)模、運作方式等遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人們的預(yù)期，這種爆炸式的需求增長使得業(yè)內(nèi)引起了一次又一次對監(jiān)控技術(shù)的討論，以至IP監(jiān)控技術(shù)及架構(gòu)也受到了多種技術(shù)體系的巨大沖擊。
本文將著重探討在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中，如何實現(xiàn)多個用戶同時觀看一個視頻源的技術(shù)問題。
組播與分發(fā)
眾所周知，在早期的點對點IP監(jiān)控中，多用戶同時觀看同一個視頻源是有一定難度的。當(dāng)多個用戶同時登陸同一臺DVS時，這個DVS將不得不同時上傳多路視頻源給不同的用戶，這對DVS本身所采用的芯片等硬件是一個不小的考驗，大多數(shù)DVS并不具有這樣的能力。而且，在這種情況下，對于該DVS的接入帶寬也是一個不小的考驗。若用戶采用一些低帶寬的接入手段（比如ADSL，上行帶寬只能達到512Kbps），多個用戶就無法很好地獲得同一個視頻源。
應(yīng)用上，多用戶同時觀看同一視頻源的情況是非常常見的?，F(xiàn)在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用更高安全性、可靠性和更大容量的集中存儲技術(shù)，將數(shù)字圖像存儲在安全性及可靠性更高的磁盤陣列設(shè)備中。在這樣的集中存儲模式中，視頻流不斷地從視頻編碼設(shè)備“流向”存儲設(shè)備，也就是說，一直有這樣一個“用戶”在“觀看”這路視頻流，而這時若出現(xiàn)真實用戶需要實時觀看這路視頻流的時候，就出現(xiàn)了兩個以上用戶同時觀看這路視頻的情況，對于某些場合的監(jiān)控系統(tǒng)來說，監(jiān)控圖像源本身就有可能同時為多人服務(wù)。
受90年代中后期IT技術(shù)的發(fā)展以及CISCO、北電等網(wǎng)絡(luò)公司的影響，當(dāng)時的前沿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一致認(rèn)為應(yīng)該利用組播技術(shù)來解決這個問題，很多廠家相繼研發(fā)出了基于網(wǎng)絡(luò)組播技術(shù)的產(chǎn)品。到2005年，中國國內(nèi)出現(xiàn)了一些大規(guī)模視頻監(jiān)控的應(yīng)用需求，比如“平安城市”。這時，利用組播技術(shù)來解決多用戶同時觀看同一視頻源的問題被第一次提上了議事日程。
什么是組播：即數(shù)據(jù)報文發(fā)給一組人，只有單向的傳送過程，不適合雙向的數(shù)據(jù)傳送需求。源設(shè)備只發(fā)送一組數(shù)據(jù)流，由IP網(wǎng)絡(luò)的路由和交換設(shè)備進行分發(fā)。
再來看看組播協(xié)議本身的兩大要素，以及由這兩個要素引出的組播協(xié)議發(fā)展上的瓶頸。 [nextpage]
1、組播的管理和維護
在組播這套協(xié)議中，必須由連接到本網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)元和網(wǎng)絡(luò)交換、路由設(shè)備之間通過特定的協(xié)議進行配合來完成組播工作。由于組播缺省在所有的路由器上是關(guān)閉的，所以必須進行再配置后才能傳遞。另外組播分發(fā)協(xié)議的種類、版本乃至特性集的差別使得現(xiàn)有產(chǎn)品存在多廠家兼容和穩(wěn)定性問題。一些企業(yè)組網(wǎng)中大多采用國產(chǎn)廉價的3層交換機，且品牌眾多、型號復(fù)雜，不同產(chǎn)品之間的組播兼容能力也存在一定的未知數(shù)。目前沒有很成功的在Internet上大面積使用組播技術(shù)的業(yè)務(wù)案例?？梢姡M播僅適合于小范圍應(yīng)用。
2、組播報文的路由
其功能之一是發(fā)現(xiàn)上游接口，離源最近的接口。因為組播路由協(xié)議只關(guān)心到源的最短路徑。
二是管理多播樹。單播路由只需要知道下一跳的地址，就可以進行報文轉(zhuǎn)發(fā)。而組播是把從一個由源產(chǎn)生的報文發(fā)送給一組，在一個特定的路由器上，一個包的多個備份可能從多個端口發(fā)出，由于這是個復(fù)制過程，如果處理不慎，它的危害會比單播環(huán)路嚴(yán)重得多。組播是一種單向傳播的模式，從流的分發(fā)到收看和解碼過程都沒有完善的認(rèn)證和授權(quán)機制參與，整個監(jiān)控的數(shù)據(jù)流完全裸露在網(wǎng)絡(luò)平面上，網(wǎng)絡(luò)安全沒有保證。因此，基于組播方式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)適合于超小規(guī)模的需求，且不需要安全認(rèn)證的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
然后，再來看看視頻監(jiān)控用戶比較關(guān)心的安全性和組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的情況。首先，組播模式的組網(wǎng)不具有業(yè)務(wù)級的安全機制。
?組播設(shè)備無法提供完善的用戶名和密碼的認(rèn)證機制。另外，基于組播的視頻監(jiān)控系統(tǒng)沒有請求和確認(rèn)機制，目前僅對進入管理服務(wù)器提供相應(yīng)的認(rèn)證，而不可能提供真正意義上的認(rèn)證功能；
?組播不具備權(quán)限管理機制，沒有安全的分權(quán)機制將不同的權(quán)限分配到不同用戶，也不支持用戶帳號與前端設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)和權(quán)限分配；
?組播沒有完善的日志系統(tǒng)，組播分發(fā)是路由和交換設(shè)備完成的，不能留下完整的訪問和操作日志；
?組播無法使用管理系統(tǒng)針對整個業(yè)務(wù)進行管理，僅支持編碼器、解碼器（矩陣）的簡單設(shè)備功能配置。
其次，在組網(wǎng)結(jié)構(gòu)上，組播模式的組網(wǎng)完全平面化，沒有分層和分級的能力。組播本身是平面結(jié)構(gòu)的，不存在分權(quán)分域、分級組網(wǎng)的能力。對于稍大規(guī)?；蛘呖绲赜虻钠髽I(yè)視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)不能很好的適應(yīng)。
由于目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)的業(yè)務(wù)模型需考慮前端上傳的流量、客戶端索取的流量、圖像存儲的流量，交互是主要功能，因此轉(zhuǎn)而采用分發(fā)模式對視頻監(jiān)控的圖像進行分發(fā)，即在核心平臺配置分發(fā)服務(wù)器，由此分發(fā)服務(wù)器對圖像進行主動復(fù)制和分發(fā)，看似比較“笨”，卻避免了組播的不足。此外，雖然普通企業(yè)級的視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)大多是不分業(yè)務(wù)層次的，但監(jiān)控規(guī)模卻越來越大，對監(jiān)控的密度要求也越來越高，此時單播模式可以更好地降低組網(wǎng)技術(shù)門檻和復(fù)雜度。[nextpage]
案例說明
我們來舉一個地鐵車站視頻監(jiān)控的例子來說明單播模式的必要性。
對于普通規(guī)模的地鐵車站來說，早期監(jiān)控攝像頭的安裝數(shù)量一般在50個左右就能很好地滿足需要了，而隨著“911”事件以及倫敦地鐵爆炸，國際反恐以及社會治安壓力的增大，對于類似地鐵車站這樣的公共安全要求很高的設(shè)施，對監(jiān)控密度的要求達到了很高的程度，甚至已經(jīng)細(xì)化到要求獲得每個乘客的多幅清晰正面和側(cè)面圖像。這樣一來，新建一個地鐵車站往往需要安裝超過200臺攝像頭，而多個這樣的車站聯(lián)系起來整個監(jiān)控規(guī)模就更大，而要運行管理好這樣規(guī)模的監(jiān)控系統(tǒng)，遇到的最大問題就是如何對大規(guī)模的視頻流進行更順暢的觀看、存儲和管理。
在這種情況下，單播分發(fā)模式具有天然的優(yōu)勢，不需要特別指定采用具有組播能力的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，尤其是針對一些已建車站來說，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備已經(jīng)在網(wǎng)運行無法改變的情況下，優(yōu)勢更突出。同時，在使用過程中，采用單播的分發(fā)模式，整個分發(fā)只是通過視頻管理平臺實現(xiàn)而不依賴網(wǎng)絡(luò)，這樣一來，將可能的故障點減少到了最小的程度，即使監(jiān)控平臺發(fā)生錯誤而中斷也不會對網(wǎng)絡(luò)本身造成任何影響，使得整套系統(tǒng)更可靠。而且視頻監(jiān)控平臺中所有的監(jiān)控終端，包括后臺的存儲設(shè)備全部都是從分發(fā)服務(wù)器獲得視頻流，對于監(jiān)控前端到平臺的接入網(wǎng)絡(luò)的壓力就很小，能進一步減小對前端編碼器編碼的壓力，不會因為多人同時請求單路視頻流造成對同一臺編碼器中其他端口的壓力（通常多路編碼器會采用同一塊芯片來做多路視頻的編碼以降低成本），也就為兼容多種不同的編解碼器奠定了可靠的架構(gòu)基礎(chǔ)。另外，采用單播的分發(fā)模式對于系統(tǒng)的可管理能力非常重要，所有的視頻流全部經(jīng)過分發(fā)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)，就能更好地觀察和對系統(tǒng)的負(fù)載做出更準(zhǔn)確的判斷，為擴容網(wǎng)絡(luò)和預(yù)警負(fù)載壓力提供了準(zhǔn)確的依據(jù)。
隨著“平安城市”浪潮的推進，國內(nèi)公安系統(tǒng)部署了多套此類視頻監(jiān)控平臺。2005年，潮州公安選用ViSS監(jiān)控系統(tǒng)成功建設(shè)了“平安潮州”公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)。2006年在江蘇徐州電信成功部署的“全球眼”視頻監(jiān)控平臺，近期在江蘇徐州又成功建設(shè)了2套用于公安系統(tǒng)的視頻監(jiān)控平臺。其中一個“平安城市”平臺初期容量達到1250個前端監(jiān)控點，在2008年底前將擴展至2500個前端監(jiān)控點的接入。2008年福建寧德，三明公安建設(shè)了專網(wǎng)平臺，兩個平臺的合計容量達到近千個前端監(jiān)控點。由于充分利用了網(wǎng)通省平臺的資源在地市進行二級平臺的建設(shè)，大大降低了建設(shè)成本。
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