基于MPEG-4和RTP的網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究

基于MPEG-4和RTP的網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究

　一、視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全防范系統(tǒng)的組成部分，它是一種防范能力較強的綜合系統(tǒng)。視頻監(jiān)控以其直觀、方便、信息內容豐富而廣泛應用于許多場合。

　　傳統(tǒng)視頻監(jiān)控主要以模擬系統(tǒng)（即CCTV系統(tǒng)）為主，受傳輸模擬視頻信號距離的限制，通常適合于小范圍的區(qū)域監(jiān)控（如單個大樓、小范圍場所等），無法遠程監(jiān)控，各部分獨立運作，系統(tǒng)的擴展能力差，新設備難以添加到原有系統(tǒng)，近年來，隨著計算機、網絡以及圖像處理、傳輸技術的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)正朝著前端一體化、視頻數字化、監(jiān)控網絡化、系統(tǒng)集成化、視頻處理智能化的方向發(fā)展。

圖1 視頻監(jiān)控市場構成預測

　　從圖1可以看出，由于模擬系統(tǒng)在很多方面越來越難以滿足用戶的要求，自從上世紀90年代開始，數字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)慢慢占據主要位置，并且有最終取代原有模擬系統(tǒng)的趨勢。

　　數字化視頻監(jiān)控是以信息技術為核心的安防電子技術發(fā)展的必然。數字信號頻譜效率高，抗干擾能力強、失真少，可進行數據圖像處理，使便捷的查詢檢索成為可能；可利用網絡傳輸視頻流，傳輸距離遠，可采用開放式協(xié)議，使安防各子系統(tǒng)間及安防系統(tǒng)與其他信息系統(tǒng)間實現網絡連接和信息交互與共享。靈活擴展、經濟實用，數字化視頻監(jiān)控覆蓋監(jiān)控攝像機設備、編解碼器、視頻矩陣、存儲設備、視頻管理平臺、傳輸網絡等各方面的市場產品。

　　隨著全球反恐等國際形勢的變化，以及對原有監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網要求，很多新興的視頻監(jiān)控應用場合如跨省/跨市大型企業(yè)所需要的跨域安全監(jiān)控要求、個人家庭安防等等，一般的數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)很難滿足這些需求，這些系統(tǒng)本質上對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求都是以基于大規(guī)模的應用為基礎，對于這些場合我們需要考慮一些新的課題。

　　此外，企業(yè)客戶的監(jiān)控系統(tǒng)基本還停留在自建自用自維護的專網模式，客戶的監(jiān)控產品都采用私有協(xié)議，產品相互封閉、無法互通，自建自用自維護的模式對客戶的技術水平和維護力量都提出了非常高的要求，產業(yè)的發(fā)展需要將監(jiān)控系統(tǒng)的建設和維護從使用者中分離出來，由專業(yè)的隊伍完成。

　　因此，運營商推出電信級視頻監(jiān)控業(yè)務，給用戶提供從網絡到設備、從建設到維護的一攬子解決方案正是迎合了產業(yè)發(fā)展的需要，運營商可以根據不同用戶需求提供租用或購買的靈活的服務，將用戶的視頻集中管理的同時強化了數據備份的功能，使得用戶查詢數據也更精準而快速，極大的減少了客戶的監(jiān)控人力。

　　運營商推出電信級視頻監(jiān)控業(yè)務將為這個新的市場帶來以下的優(yōu)勢：

　　（1）從安防的產業(yè)鏈來看，傳統(tǒng)的三級價值鏈結構（制造商－經銷代理商－工程與系統(tǒng)集成商）主要是面對中小型項目(資金/規(guī)模/使用者)，但在新興的大型系統(tǒng)應用如“平安城市”項目的建設方式和大量的面向個人和家庭的視頻監(jiān)控全面應用中，傳統(tǒng)的三級價值鏈結構在很大程度上已經難以完全適應。引入電信運營商參與大規(guī)模網絡視頻監(jiān)控建設的模式將成為最好的選擇之一，在資金、規(guī)模、技術等多方面將給安防產業(yè)帶來革命性的變化。

　?。?）大多數用戶，包括公安用戶、大中小型企業(yè)用戶還有個人家庭用戶，根本目的主要還是希望視頻監(jiān)控對社會治安、企業(yè)運行狀況或家庭情況進行有效的監(jiān)控，以達到改善社會治安、有效治理企業(yè)和家庭安保的效果。而當這套系統(tǒng)在使用過程中出現問題或者無法滿足當前形勢的情況下，對于本身并不具有很強安防專業(yè)技術能力的使用者來說將是一大困難。政府/公安的核心價值是維護社會治安，保證一個良好的社會環(huán)境，企業(yè)的核心價值是產生更多的利潤，而視頻監(jiān)控作為一個手段，如果具有了被托管的能力，即視頻監(jiān)控作為一種運營業(yè)務，而使用者僅需關心如何更有效地使用將成為市場的趨勢，使得公安或企業(yè)都能夠把更多精力放在提高自己的核心價值上。

　　（3）大規(guī)模的監(jiān)控系統(tǒng)建設起來之后，如何對其進行有效的管理和維護將是保證系統(tǒng)可以在多大程度上符合可持續(xù)發(fā)展的需求。而運營商所具有的強大專業(yè)技術支持和維護力量，以及先進和穩(wěn)定的電信級運營經驗，使得系統(tǒng)的使用者毫無后顧之憂。這樣，其實也對系統(tǒng)本身提出了更高的要求，即這個系統(tǒng)必須能夠符合運營商對運營，管理，維護的特殊要求。

　　二、國外運營商的視頻監(jiān)控概況

　　在美國，弗吉尼亞 Trafficland公司是美國最早提供手機公共監(jiān)控瀏覽系統(tǒng)的運營商之一，其推出的典型業(yè)務名稱為“AirVideo”，是一種面向公共服務的道路監(jiān)控業(yè)務。自推出AirVideo業(yè)務后，Trafficland公司的用戶迅速增長，目前已擁有超過6萬AirVideo用戶，每月僅手機端用戶就產生近 50萬美元的收入（每月收月費$7.95）。除這類面向公共服務的道路監(jiān)控業(yè)務外，Trafficland公司推出的同類業(yè)務還包括地鐵監(jiān)控等。此外，還有的面向企業(yè)的廠礦監(jiān)控和面向個人服務的幼兒園監(jiān)控、家庭監(jiān)控等。

　　在日本，NTT DoCoMo為用戶提供可操作、互動的家庭監(jiān)控應用。NTT DoCoMo的視頻業(yè)務包裝于i-mode中，i-mode的整體業(yè)務平臺采用基于CS域的視頻解決方案，提供實時、穩(wěn)定、清晰的3G視頻業(yè)務，其中與監(jiān)控相關的服務包括個人應用和行業(yè)應用，個人應用用于遠程照看家中的孩子和寵物（可以控制所設置的監(jiān)控攝像機以調整更佳的觀察角度）、遠程查看飯店菜譜菜式等；行業(yè)應用則主要用于鐵路公司應急處理、急救中心的遠程救助、火警現場的實時監(jiān)控、電視臺特殊場景的實況轉播等。用戶只要撥打電話，就能收看到最高可達 15幀/秒的實時視頻畫面。目前，DoCoMo公司已經把此類業(yè)務作為當前重點推廣的業(yè)務之一，同時，DoCoMo還將向市場投放附帶非接觸IC卡的 “Felica”功能的手機，把業(yè)務開發(fā)方向轉移到開發(fā)更多貼近人們生活的業(yè)務上，使電子類產品和手機盡可能地結合起來，以方便用戶的使用，例如在手機終端上安裝健康檢測等設備。

　三、國內監(jiān)控市場的發(fā)展

　　在國內，隨著2004年中國電信推出了“全球眼”遠程視頻監(jiān)控業(yè)務以來，取得了不少應用案例，監(jiān)控業(yè)務已發(fā)展到治安監(jiān)控、車險定損、出入境檢驗、污染源監(jiān)控、營業(yè)網點監(jiān)控、采礦及生產車間監(jiān)控、交通環(huán)境監(jiān)控、電站監(jiān)控、水位和水庫監(jiān)控、校園監(jiān)控、旅游景點賓館、加油站及油庫監(jiān)控、地產工地監(jiān)控等監(jiān)控領域。全球眼業(yè)務在前期滿足普遍需求的基礎上，也逐步有兩級分化的趨勢：公安、氣象局、檢驗檢疫、城管等黨政軍部門，出于監(jiān)管目的，對圖像質量要求非常高，迫切需要數字全球眼能夠達到模擬監(jiān)控的水平；而網吧、娛樂場所、治安聯(lián)防、高檔住宅等單位，要求成本非常低，迫切需要開發(fā)低端全球眼標準產品。普通企業(yè)的需求，如倉庫、碼頭、車間、野外操作現場等，目前的全球眼完全可以滿足需求。

　　以公安行業(yè)為例，自2001年美國發(fā)生“911”事件、2003年全球爆發(fā)SARS疫情、2004、2005年高致病性禽流感疫情等突發(fā)事件后，我國各級政府和部門高度重視突發(fā)公共事件應急體系和平安城市工程的建設。在“平安城市”的建設中，其核心是城市報警與監(jiān)控系統(tǒng)，城市報警與監(jiān)控系統(tǒng)建設也是社會治安防控體系的重要組成部分。為了進一步開展報警監(jiān)控系統(tǒng)的建設，公安部將計劃在全國實施“3111”試點工程。目前，公安部已在全國范圍內確定了22個城市作為 “3111”工程的試點單位。城市報警與監(jiān)控技術系統(tǒng)可以歸納為兩個子系統(tǒng)：公共安全視頻監(jiān)控網絡和社會報警技防網絡。公共安全視頻監(jiān)控網絡是指由政府投資在“三口” 、“三區(qū)”建設的以高速快球型攝像機為主要視頻采集設備、輔以車輛牌號自動識別、卡口、違法違章抓拍、治安事件電子取證、便民可視報警裝置等系統(tǒng)集成的視頻監(jiān)控報警系統(tǒng)；社會報警技防監(jiān)控網絡是指由社會各單位已經安裝或新安裝的視頻監(jiān)控與報警系統(tǒng)，這種系統(tǒng)以定點攝像機為主，緊急報警按鈕和入侵報警系統(tǒng)為輔，將各自單位獨立運行的系統(tǒng)統(tǒng)一在城市聯(lián)網運行的遠程視頻監(jiān)控報警服務平臺。通過兩網的融合，不僅極大的擴充了社會監(jiān)控面，又為社會各單位安技防系統(tǒng)接入公安機關監(jiān)控中心提供了報警服務的便利。以廣東為例，去年廣州出臺了《廣州市社會治安視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設總體實施方案》，該方案明確指出，廣州市要在兩年時間內完成25萬個電子眼的安裝工作，其中新建16萬個，需要改造9萬多個，廣州今年將斥資10億元全面建設治安視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

　　在質檢行業(yè)面臨著電子申報、電子監(jiān)管、電子放行的新“三電工程”的實施，在目前階段，“新三電”的兩頭即電子申報、電子放行已通過CIQ2000為主體的信息化建設予以實現，唯獨電子監(jiān)管相對薄弱，成了制約實現“提速、減負、增效、嚴密監(jiān)管”目標的瓶頸。作為電子監(jiān)管的重要組成部分，檢驗檢疫系統(tǒng)要建設一套全新的，覆蓋全國重點監(jiān)管企業(yè)和各省市局的電子監(jiān)管視頻監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控的范圍包括重點企業(yè)的生產過程和生產環(huán)境等監(jiān)控；碼頭、通道、堆場、閘口等陸、海港口岸的監(jiān)控；局內工作環(huán)節(jié)如查驗場、報檢前臺等的監(jiān)控；監(jiān)控容量很大。

　　綜上所述，電信級視頻監(jiān)控系統(tǒng)必須滿足行業(yè)專網用戶、公網大客戶、普通個人用戶等三大類用戶群體的業(yè)務需求。行業(yè)專網用戶要求高質量、安全的視頻監(jiān)控系統(tǒng)；公網大客戶要求高度靈活的虛擬專網體驗；個人用戶要求無處不達接入能力。

　　四、電信級視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵因素

　　在行業(yè)應用方面運營商的視頻監(jiān)控業(yè)務在行業(yè)應用方面已經初具規(guī)模，對于全國動輒成千上萬個前端點的規(guī)模，如何使得這些圖像在任何時間任何地點都能夠被最大限度地進行監(jiān)控，如何合理有效地部署及保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行，并且得到及時的維護、管理，如何與其他地域的其他系統(tǒng)進行互通，是運營商的視頻監(jiān)控系統(tǒng)所要考慮的主要問題。

　　在個人和家庭應用方面，目前雖出現了一些面向個人和家庭的應用，但尚處于起步階段，且應用范圍小，業(yè)務種類相對雜亂和分散，尤其是一些新出現的面向個人和家庭的應用，業(yè)務功能相差很大，缺少統(tǒng)一品牌所產生的市場影響力和市場號召力。

　　對比目前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在實際應用中卻普遍存在如下一些問題：

　?。?） 系統(tǒng)的穩(wěn)定性可靠性較差。表現為系統(tǒng)中斷服務的現象較為常見；系統(tǒng)核心平臺關鍵部件基本不具備負載均衡的能力，或沒有進行相應的部署；使用B/S方式進行視頻監(jiān)控各類操作時，受客戶端環(huán)境（如插件、參數設置等）影響很大，客戶感知度差；

　?。?）無法適應大容量的部署，視頻監(jiān)控業(yè)務的快速發(fā)展，對平臺的容量提出了很高的要求，目前，現網使用的平臺接入規(guī)模基本上都在5000路以下，容量不足的現象嚴重；

　　（3）系統(tǒng)的靈活性和開放性較差，現有平臺各自為政，沒有標準的協(xié)議，不利于靈活使用及平臺間的互聯(lián)互通；對外沒有提供完善的API，二次開發(fā)較困難；對前端及客戶端的接口協(xié)議不標準，遇到有接入要求時再做定制開發(fā)；平臺基本上是封閉型的，沒有與各支撐系統(tǒng)的業(yè)務流程；系統(tǒng)難以與同行業(yè)的管理信息系統(tǒng)集成，也難以與3G、智能識別、車牌識別系統(tǒng)等進行有效地融合等等。

　?。?) 網管能力較弱，系統(tǒng)沒有專門的設備管理系統(tǒng)，包括對前端和平臺的統(tǒng)一網管，需要加強故障報警功能，統(tǒng)計分析功能及故障處理及故障診斷功能較弱，無法滿足電信級運維的需求。

　　綜上所述，所謂電信級視頻監(jiān)控系統(tǒng)正是為了順應市場的迫切需要，由運營商承建的具有電信級特點的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。通過運營商推動建設的電信級視頻監(jiān)控業(yè)務，用戶可以不受時間、地點、終端限制對監(jiān)控目標進行實時監(jiān)控和管理，實現全國范圍內跨地域的統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一存儲和統(tǒng)一管理。從根本上來說，這個系統(tǒng)必須具備如下的一些特性才能稱之為電信級視頻監(jiān)控系統(tǒng)：

　　大容量特性：支持大規(guī)模、大容量的電信級平臺架構，支持全國性業(yè)務的大容量的前端設備接入、媒體轉發(fā)、客戶接入及錄像存儲任務；支持全分布到全集中的靈活組網部署；并能統(tǒng)一調配資源，最大限度地提高資源利用率。

　　可運營特性：平臺通過電信級的網絡管理和業(yè)務管理，使得系統(tǒng)在物理上達到可運營維護的能力；電信級的網管支持對全網包括前端視頻服務器、平臺服務器等所有網元的管理，提供符合ITU－T規(guī)范的完備的配置管理、故障管理、性能管理、用戶管理和計費管理等網絡管理功能；方便地向不同類型的客戶同時提供有保障的電信級服務。通過運營商強大的專業(yè)技術隊伍，更是在人力，物力上給予系統(tǒng)和用戶以真正電信級的保障。建立起一個長效的，可持續(xù)發(fā)展的良性循環(huán)。

　　可擴展特性：平臺應支持核心處理單元支持分布式、負載均衡部署，并采用多級架構來支持平臺系統(tǒng)自身規(guī)模的擴展；承載大容量業(yè)務接入的核心服務器、分發(fā)、編解碼等網元均支持靈活擴展、平滑擴容，并提供可開放、可共享的接口，以有利于未來與多種新技術的融合，比如3G、智能識別的應用。

　　可互通特性：平臺架構支持多域互聯(lián)，多級業(yè)務管理；并提供標準協(xié)議接口的標準網元結構；能與不同地域的平臺在業(yè)務層面或網絡層面進行互通。最大限度地整合不同資源，實現互聯(lián)互通。

　　安全性特性：這是電信級系統(tǒng)所具有的最重要也是無法復制的特性；所謂電信級的安全主要包括設備安全和運行安全兩部分，設備安全包括網元設備冗余保護、存儲冗余保護、網絡設備安全管理；運行安全包括關鍵數據容災/備份、多級安全認證機制、網絡私密保護（VLAN/VPN）、網元自動化運行管理；其中多級安全認證機制具備完善的權限管理功能，明確區(qū)分業(yè)務管理者和業(yè)務使用者的權限；多級安全認證機制應支持平臺對客戶端軟件、前端設備、平臺設備的安全接入與認證。