行業(yè)背景

　　隨著2008北京奧運、2010上海世博會、廣州亞運會和2011深圳大運會等國際盛會在我國的成功舉辦，體育場館的規(guī)格、檔次得以進(jìn)一步提高。與之相對應(yīng)的體育場館安全防范需求得以進(jìn)一步加強。視頻監(jiān)控作為安防系統(tǒng)重要的組成部分，在體育場館安防系統(tǒng)建設(shè)中起到了不可取代的重要作用。

　　在可參考的一些大型的體育場館視頻監(jiān)控項目中，大部分仍是基于數(shù)、模混合的標(biāo)清視頻監(jiān)控方案，如北京奧運“鳥巢”視頻監(jiān)控項目800多個監(jiān)控點采用的方案是DVR、編碼器作為主要前端負(fù)責(zé)視頻編碼、存儲、熱備，后臺采用平臺管理軟件統(tǒng)一管理控制、視頻分發(fā)、數(shù)字矩陣輸出電視墻，但系統(tǒng)整體錄像分辨率仍為D1。在2010上海世博會后，廣州亞運會和深圳大運會等新建的大型體育場館，使用全高清視頻監(jiān)控技術(shù)搭建視頻監(jiān)控系統(tǒng)越來越多。

　　隨著視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，高清已經(jīng)成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。本文根據(jù)體育場館的特點及需求，結(jié)合整體高清的理念，淺談高清視頻監(jiān)控技術(shù)在體育場館的應(yīng)用。

　　系統(tǒng)整體架構(gòu)

　　體育場館監(jiān)控一般包括體育館、體育局辦公樓、體育場、健身廣場及其他分散的場館,其面臨著監(jiān)控點靈活分散、監(jiān)控環(huán)境復(fù)雜多變的問題。整套安保系統(tǒng)除視頻監(jiān)控外還包括如出入口控制、安檢系統(tǒng)、報警系統(tǒng)等其它子系統(tǒng)，需通過后臺管理平臺統(tǒng)一管理、實現(xiàn)融合。同時大型場館安保存在移動監(jiān)控的需求，因此采用無線傳輸?shù)姆绞浇鉀Q移動應(yīng)急指揮及盲點覆蓋。武警、消防、公安、其它政府部門通過建設(shè)分控中心的方式實現(xiàn)監(jiān)控資源共享(典型的體育場館高清視頻監(jiān)控拓樸如圖1)。

　　場館總監(jiān)控中心作為系統(tǒng)的“核心大腦”，分別部署了視監(jiān)控平臺核心組件VSMC(Video stream management center)，以及數(shù)據(jù)存儲管理組件VSMC-IM(Information management)流媒體分發(fā)組件VSMC-MD(Video On Demand)，以及第三方異構(gòu)平臺接入組件VSMC-DG，組成功能強大的監(jiān)控管理平臺，具有系統(tǒng)的最高功能和權(quán)限。整個系統(tǒng)采用集中存儲與分布存儲相結(jié)合，在場館總監(jiān)控中心采用數(shù)據(jù)直存的IP-SAN集中存儲，保證存儲數(shù)據(jù)的可靠性和安全性。在其他相關(guān)管理部門如公安、消防等單位設(shè)立分控中心或者客戶端，保證數(shù)據(jù)本地實時監(jiān)看/實時存儲外，還能提供給相關(guān)職能部門做安全保障以及應(yīng)急使用。在前端接入上，除場館內(nèi)采用有線接入外，還可以設(shè)置外場的無線接入，極好補充動態(tài)視頻數(shù)據(jù)源的接入。達(dá)到靜態(tài)監(jiān)控圖像和動態(tài)監(jiān)控圖像的有機結(jié)合，形成真正的無縫監(jiān)控系統(tǒng)。

　　前端：1080P高清網(wǎng)絡(luò)攝像機

　　在體育場館舉辦大型比賽、開幕、閉幕以及其他大型活動時，需監(jiān)控的點位包括了場館的訓(xùn)練、比賽場地、各種休息室以及來賓、運動員出入口、通道，還有重要設(shè)備、停車場等場所。

　　傳統(tǒng)標(biāo)清視頻監(jiān)控系統(tǒng)壓縮分辨率為D1(720×576)，約41萬像素，而全高清1080P分辨率可達(dá)1920×1080，約207萬像素，1080P清晰度約是D1的5倍。同時高清視頻符合HDTV標(biāo)準(zhǔn)，橫縱比為16∶9，可以不顯示不重要的細(xì)節(jié)(通常位于傳統(tǒng)尺寸圖像的上部和下部)。在系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、維護(hù)方面，基于IP的高清攝像機較傳統(tǒng)標(biāo)清攝像機具有不可比擬的優(yōu)勢。

　　在體育場選擇高清網(wǎng)絡(luò)攝像機時，一般其應(yīng)具有如下基礎(chǔ)特性：

　　· 輸出圖像應(yīng)該有200萬及其以上有效像素，逐行掃描;達(dá)到1920×1080@30幀/秒實時編碼;

　　· 前端攝像機應(yīng)該支持1080P或者D1實時雙碼流;平時采用D1采集圖像，便于節(jié)省存儲空間;如果發(fā)生報警時候，自動轉(zhuǎn)為高清1080P;

　　· 攝像機應(yīng)該提供SD卡接口，支持SD/SDHC卡本地存儲功能;

　　· 支持音、視頻同步編碼并支持雙向語音對講功能;

　　· 支持多路報警輸入、輸出，串口支持透明通道。

　　傳輸：IP網(wǎng)絡(luò)及光纖自愈環(huán)網(wǎng)

　　針對體育場館監(jiān)控的特點，視頻監(jiān)控傳輸將以IP網(wǎng)絡(luò)為主，以無線覆蓋為輔助。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，廣泛使用的組網(wǎng)形式是星形組網(wǎng)形式，也有部分場合采用的是基于交換機來構(gòu)建以太網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)和基于PON分光技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)。

　　星形組網(wǎng)形式簡單方便，但是不能提供可靠性保護(hù);交換機以太網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)形式則是把交換機連接成環(huán)，通過在交換機上使能EAPS協(xié)議來實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)功能，但其不能有效保護(hù)到終端設(shè)備。光纖自愈環(huán)網(wǎng)既能實現(xiàn)對視頻傳輸?shù)目煽勘Ｗo(hù)，又可節(jié)省光纖資源的新型組網(wǎng)方式。[nextpage]

　　光纖自愈環(huán)網(wǎng)基于環(huán)網(wǎng)協(xié)議。環(huán)網(wǎng)協(xié)議是一個專門應(yīng)用于編碼器、IPC網(wǎng)絡(luò)攝像機終端的鏈路層協(xié)議，可以防止環(huán)路上產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，鏈路故障時，具有快速收斂的特點，能夠快速切換數(shù)據(jù)傳輸鏈路，從而提供高可靠性的保護(hù)，保證視頻數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量能夠正常傳輸(圖2為基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)及SFP光纖自愈環(huán)網(wǎng)的典型組網(wǎng)模式;圖3則為光纖自愈環(huán)網(wǎng))。 這種采用前端設(shè)備組環(huán)網(wǎng)、掛接的方式，方便擴展前端高清網(wǎng)絡(luò)攝像機接入。對于網(wǎng)線、光纜部署不方便的地方，可引入WLAN作為無線延伸。既可擴大監(jiān)控覆蓋面，又可實現(xiàn)應(yīng)急監(jiān)控點位置的靈活調(diào)整與部署。

　　解碼：1080P、標(biāo)清混合視頻解碼

　　高清視頻解碼器主要功能是從網(wǎng)絡(luò)上獲取視音頻數(shù)據(jù)流，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換還原為模擬信號，輸出到監(jiān)視器、接拼大屏等監(jiān)控顯示設(shè)備(如圖4所示)。 作為高清視頻監(jiān)控的后端解碼設(shè)備，其應(yīng)該具備以下基本特性：

　　· 支持1080P/720P/D1/4CIF/ CIF/QCIF等不同分辨率、碼率的自適應(yīng)解碼輸出;

　　· 同時提供HDMI及BNC輸出口;

　　· 支持4路D1標(biāo)清碼流合成1路1080P高清輸出;

　　· 支持H.264/MPEG4/MPEG2/MJPEG碼流自適應(yīng)解碼;

　　· 支持隨路音頻解碼并支持雙向語音對講功能;

　　· 豐富的串行接口及DIDO接口，支持透明通道;

　　· 設(shè)備穩(wěn)定可靠適合長時間運行。

　　存儲：iSCSI裸塊直存寫入IPSAN網(wǎng)絡(luò)存儲

　　高清視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用帶來的另一大壓力在于后臺的存儲。既存在多路高清視頻存儲的并發(fā)寫入問題，也存在長時間、大容量存儲的空間問題。

　　從監(jiān)控存儲發(fā)展來看，傳統(tǒng)模、數(shù)混合方案，存儲核心設(shè)備主要是DVR，后期發(fā)展到存儲服務(wù)器加磁盤陣列的DAS結(jié)構(gòu)。這兩種存儲模式雖然簡單實用，方便部署，但都存在一些技術(shù)上的弊端。DVR一般不提供RAID保護(hù)，不支持熱插拔，錄像安全性不足，錄像資源分散于各DVR，統(tǒng)一管理機制不健全;DAS存儲方式因磁盤陣列加載在存儲服務(wù)器后端，存在視頻流轉(zhuǎn)發(fā)的瓶頸，存在轉(zhuǎn)發(fā)效率、穩(wěn)定性不足及成本偏高等問題。

　　因此新一代的高清視頻監(jiān)控后臺存儲均在搭建在IPSAN網(wǎng)絡(luò)存儲架構(gòu)下的。IPSAN存儲系統(tǒng)支持1080P、720P高清視頻的大容量并發(fā)寫入，具備多種級別RAID，支持雙主控、雙冗余電源，可納入管理平臺統(tǒng)一管理。支持管理平臺直接對IPSAN組建RAID、劃卷等管理工作。同時采用iSCSI裸塊數(shù)據(jù)直接存儲到IPSAN，大幅提高了并發(fā)寫入效率(如圖5所示)。 基于IPSAN的高清視頻監(jiān)控存儲一般應(yīng)具有如下特性：

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　　· 支持網(wǎng)絡(luò)攝像機通過iSCSI協(xié)議將裸塊直存到IPSAN;

　　· 支持對IPSAN資源的管理、狀態(tài)維護(hù);

　　· 封裝IPSAN管理虛擬接口，可集成異構(gòu)IPSAN;

　　· 提供錄像秒計檢索、錄像標(biāo)簽檢索、事件模糊檢索;

　　· 支持針對視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的裸盤存儲技術(shù)，硬盤存儲去除了文件系統(tǒng)的開銷，存儲性能更高，避免了復(fù)雜的文件系統(tǒng)處理機制，穩(wěn)定性更高，同時完全避免文件系統(tǒng)的碎片問題;

　　· IPSAN支持分布式部署，集中管理。

　　平臺：管理平臺軟件

　　監(jiān)控管理平臺是整套監(jiān)控系統(tǒng)的核心。支持對轄域內(nèi)的所有設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一集中的管理、配置以及狀態(tài)維護(hù)。支持域間干線資源管理、數(shù)據(jù)面服務(wù)器負(fù)載均衡和集群管理、電視墻管理。支持資源虛擬化，可按用戶的使用習(xí)慣定義資源，方便進(jìn)行單資源、組資源的操作。

　　基于體育場館安防存在報警、門禁、消防等多子系統(tǒng)的情況，視頻監(jiān)控管理平臺同時支持與其它子系統(tǒng)進(jìn)行對接，實現(xiàn)多用戶跨平臺調(diào)用。同時其它安保相關(guān)單位，如武警、消防、公安、上級指揮中心、政府部門等需要實時了解場館信息均可通過授權(quán)遠(yuǎn)程訪問相關(guān)視頻資料。

　　在高標(biāo)準(zhǔn)場館應(yīng)用中，系統(tǒng)平臺還支持應(yīng)急預(yù)案功能。當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件時安保人員可依據(jù)預(yù)案及時、準(zhǔn)確地進(jìn)行相關(guān)處理。

　　高清視頻監(jiān)控管理平臺應(yīng)該具備先進(jìn)的系統(tǒng)架構(gòu)，其應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，支持互聯(lián)互通，同時應(yīng)具有柔性的較強的擴展性。典型的管理平臺應(yīng)該具備如下特性：

　　先進(jìn)的系統(tǒng)架構(gòu)

　　· 管理平臺采用GSSP全局監(jiān)控服務(wù)協(xié)議，充分整合IP網(wǎng)絡(luò)、視頻、存儲、信令等領(lǐng)域的技術(shù);

　　· 平臺完全遵循SIP規(guī)范，符合DB33標(biāo)準(zhǔn)，支持域間資源共享;

　　· 平臺基于Linux操作系統(tǒng)，并且提供細(xì)致的權(quán)限控制、全面的角色定義以及完善的用戶與角色歸屬關(guān)系;

　　· 支持多級多域;

　　· 單域最大支持10000路攝像機，系統(tǒng)最大支持200000路攝像機;

　　· 支持全網(wǎng)設(shè)備統(tǒng)一批量配置、升級;

　　· 支持NTP時間同步協(xié)議。

　　控制面、數(shù)據(jù)面分離

　　· 系統(tǒng)應(yīng)該采用集中管理、分布控制、分布集群數(shù)據(jù)面的設(shè)計思想，控制面故障不影響數(shù)據(jù)面的狀態(tài)，數(shù)據(jù)面設(shè)備故障可提供業(yè)務(wù)保護(hù);

　　· VSMC管理中心只處理信令流，媒體流通過網(wǎng)絡(luò)或VSMC-MD流媒體服務(wù)器分發(fā)，避免了由于媒體流處理的性能壓力而造成的核心管理服務(wù)器瓶頸問題，從而實現(xiàn)監(jiān)控規(guī)模的無限制擴展;

　　· 平臺控制面服務(wù)器故障切換時間小于30s，同時具備完善的故障恢復(fù)機制;

　　· VSMC實時監(jiān)測系統(tǒng)所有設(shè)備和VSMC設(shè)備內(nèi)部關(guān)鍵組件模塊的健康狀況;

　　· 設(shè)備故障進(jìn)行實時告警提示，如果是關(guān)鍵組件故障VSMC嘗試主動修復(fù)業(yè)務(wù)自愈，中心服務(wù)器如果發(fā)生重啟，重啟后VSMC將會自動將業(yè)務(wù)恢復(fù)到重啟前的狀態(tài)。

　　高清視頻監(jiān)控管理平臺有數(shù)據(jù)量大、全網(wǎng)絡(luò)化、多子系統(tǒng)融合等特點(典型的體育場管高清視頻監(jiān)控管理平臺融合如圖6所示)。

　　結(jié)語

　　高清視頻監(jiān)控不僅可為體育場館提供監(jiān)看、錄像的高清體驗，同時可以為智能視頻分析、視頻數(shù)據(jù)挖掘提供絕佳的視頻素材。需要強調(diào)的是高清視頻監(jiān)控不能局限于某一部分的高清實現(xiàn)，而應(yīng)將其作為整體解決方案統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計，應(yīng)考慮到系統(tǒng)的前端、傳輸、存儲、解碼、管理平臺、顯示等全線的無瓶頸高清整體方案，以此方能應(yīng)對體育場館復(fù)雜多變的應(yīng)用需求。