云视频监控平台解决方案.docx

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云视频监控平台解决方案

云视频监控平台解决方案

1背景需求分析....................................................................................................3

2平台总体设计....................................................................................................5

2.1多级平台整体规划.................................................................................5

2.2多级平台联动调度.................................................................................6

2.3单域cVideo云视频监控平台...............................................................8

2.4网关互通互联.......................................................................................133分级平台部署方案详细描述..........................................................................15

3.1方案一（存储集中化）.......................................................................15

3.2方案二（存储前端化A）...................................................................17

3.3方案三（存储前端化B）...................................................................184平台关键技术描述..........................................................................................20

4.1单域cVideo平台子系统描述.............................................................20

4.2cVideo智能识别...................................................................................21

4.2.1简介............................................................................................21

4.2.2应用案例....................................................................................21

4.3cVideo云端转码...................................................................................23

4.3.1视频转码简介............................................................................23

4.3.2云转码........................................................................................24

5平台功能及特点..............................................................................................25

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1背景需求分析

随着城市的现代化建设和经济的快速发展，构建和谐社会的必要性与日俱增，每个城市都在努力打造“平安城市”。

安防监控系统作为保障城市居民人生财产安全的有力措施，也理所当然地成为了平安城市中的一项重要指标。

目前已有很多城市和大型安防单位都建设有独立完整的视频监控指挥系统，但是所面临的突出问题是，单位间或上下级之间无法做到信息互通，统一协同调度，不能实现远程监控资源共享，形成了信息孤岛。

因此，随着视频监控系统应用的不断深入，系统规模的不断扩大，系统的整合需求也日益强烈，纵向需要形成“省—市—区”多级的监控系统级联，横向要实现跨区域、跨行业的图像共享。

另一方面，在现实应用中，各监控指挥系统所在网络环境千差万别，监控设备来自不同的厂商，五花八门互不兼容;采用不同的实现技术和标准，导致系统间无法互联互通;而图像存储分散，存储格式不统一，使得系统间图像共享困难，数据无法实现综合利用。

随着信息化程度的增长，在广泛的地理区域内要求按照行政级别实现逐级、跨级的实时监控指挥。

因此一个涉及到到多个层面的复杂系统的设计和联网技术应用在跨区域、大范围的联网监控系统中至关重要。

为解决这一问题，需要采用域的管理方式，将一个个彼此孤立，互不相通的视频监控系统能互通兼容，分级分权实现统一指挥调度。

单域采用云视频监控平台，独立管理此域监控业务功能，通过对域名配置、服务地址指向和分级管理实现多域互通、分级监控跨域指挥，而且还能保证内外网间视频流畅、音质清晰、数据实时保存等高清视频监控特色。

此方案的目标为，整合已有平台，兼容新增设备，基于云架构综合调度，实现实时的转码、多终端监控、内容识别、智能分析等需求，最终构建一个多级化分布式的cVideo综合视频监控管理平台。

（以下简称“平台”）,视频接入

传统视频监控和防范报警系统建设具有投资大、技术要求高、涉及用户广、链接环节多等特点。

同时，不同厂商间的设备对视频接入要求不同，因此要整合现有平台，同时需要兼容新增设备，并提供标准输出接口。

智能分析、识别

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数字网络化监控将成为安防系统的主流，智能化是安防技术发展的目标。

在大规模视频监控系统中，由于显示屏数量有限，对治安事件无法实时监控和预警。

长期观察监控视频容易引起工作人员疲劳，从而不能及时发现治安隐患。

解决以上问题的一个最有效的方法就是对视频进行自动智能分析。

实时转码

不同厂家的编码格式、手持终端不同，同时低带宽的条件下处理不了大量高清的监控信息。

针对上述现存弊端，需要有针对性的解决。

根据用户客户端的不同需求及网络的状况，瞬时动态地调整视频分辨率及传输码率，从而在满足用户流畅度需求的同时降低对网络带宽的消耗，以支持更高的系统规模和多种平台的终端。

流媒体输出

“平台”的视频流出口为流媒体服务器，提供标准的RTSP流媒体形式提供对外接口，以支持多终端监控，包括电视墙、PC、移动终端等等。

同时，也解决了高并发访问的问题，并且，对于后期在本“平台”上的二次开发和集成也较为容易。

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2平台总体设计

2.1多级平台整体规划

对于全省的监控，不论是从网络带宽或者系统负载，单中心的模式势必无法处理如此海量的视频数据，因此分布式的多级部署势在必行，cVideo云视频监控平台多级部署概要图如下图所示:

图2-1cVideo分级部署概要图

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根据行政区划或者摄像机的数量，若干个街道级的监控点汇聚到一个分区的监控中心，街道级不部署本“平台”，只是作为管理监控点，在区级中心往上开始部署相应规模的cVideo监控云平台。

市级监控中心管理本市下属所有区级中心，省级监控中心则管理下属14个市级中心。

整体呈现一个树形的分级划管理，如下图所示:

图2-2黑龙江区划分级简图

其中，对于视频的存储和处理相对集中于每个区级中心，往上的市级和省级更侧重资源的调控和任务的管理分发，在市级中存储的大部分是又分局上传的重要数据，省级则是备份关键数据，而其他在分区中的数据则是在需要时经由分区的流媒体服务器推送至客户端，如此可以大幅降低网内数据的传输量。

2.2多级平台联动调度

按2.1节中所说的架构，在实际应用中，经常会出现跨级的联动调度问题，下图展示了cVideo云视频监控平台多级联动调度的流程。

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图2-3cVideo云视频多级联动调度

上图所示的为市级同分区间联动的示意图，省级与市级类似，只是多经过市级这一分层而已。

（一）前端设备注册:

1）前端设备若要接入监控系统，则需通过接入服务器的注册，分中心控制

器接收接入服务器发来的前端设备注册请求同时在市局系统的数据库

注册设备信息

2）在前端监控设备本地注册的同时，分中心控制器也向上级市中心控制器

发送注册请求，当然市中心也会自动向其上级省中心发送注册信息，

如此，在市级和省级的数据库系统中也就同样注册了该设备的相关信

息，用于联动调控。

（二）联动调控:

1）如果是市级用户想查看某前端摄像机的实时视频，那么，该用户首先通

过客户端或浏览器登陆平台，随后发出对某路视频的监控请求，中心

控制器会根据数据库里的摄像机设备信息将任务发送给该摄像机所属

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分区的中心端，由其调度相应接入服务器进行进入和转发处理。

该视

频流经过流媒体服务器转发出去，随后分区中心将这个流的地址返回

给市级中心控制器，客户端得到该地址即可播放出实时视频流。

2）如果此时分区的用户也想监控上述该路的实时视频，他在登陆的时候会

经过上级中心的验证，在请求该路监控时，分区的控制中心会自动发

现该监控任务已由上级中心发起过，便可即刻将流媒体服务器推送地

址反馈给客户端，分区的用户的客户端则直接可以播放出该路实时视

频流。

cVideo的分级多域网络视频监控指挥平台能够符合大型机构的分层管理架构和管理权限，有层次地开展监控指挥工作，可以按行政区域部署，从总部到省、地市、县，向下无限延伸，体现出分级多域结构很好的扩展性;可以支持上万个监控视频源的采集调度工作，支持上千个指挥中心单独或协同监控指挥部署，容量大;可以设置跨域交流的权限管控机制，符合大型机构的保密制度和管理权限的规定。

分级多域网络视频监控指挥平台通过将某第三方单域网络视频监控指挥平台与某级分支域之间进行相信绑定的方式，实现第三方独立的域的互信无缝接入，即在两个域的中心服务器和数据库中设置好对方域的基本信息，做到彼此数据同步，信息互通。

2.3单域cVideo云视频监控平台

所谓单域，即:

上述分级cVideo平台中的每个中心（省级中心、市级中心、分区中心等），其中各个中心的架构模块基本相同，区别仅在于级别、任务量和规模，下面将针对单域中的cVideo云视频监控平台作深入说明。

cVideo云视频平台主要由七个模块组成:

前端设备、接入服务器、处理服务器集群、存储服务器集群、流媒体服务器、中心服务器和客户端。

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图2-4cVideo总体描述图

cVideo云视频监控系统cStor云存储平台，以及cProc云处理平台，使得cVideo构架下的综合调度和云端转码可以完美地满足超大规模视频监控、海量数据存储、以及远距离监控的要求。

同时，cVideo研发了国际领先的智能图像识别算法，采用大规模分布式云处理，使得计算机对视频数据达到了空前的识别和认知水平。

（1）模块功能描述:

前端设备:

前端设备在中心服务器的调度下进行信息采集编码，并通过网络传输。

媒体数据流以RTSP的形式传输给存处理服务器，或者以SDK的形式传输给接入服务器、处理服务器;同时SDK提供设备参数、状态、云台控制等信令控制接口。

（前端设备包括:

模拟摄像机、网络摄像机、卡口设备、第三方平台等）,接入服务器:

整合各种前端设备，将不同厂家不同平台的前端设备通过RTSP、SDK的方式接入本“平台”，以实现多种前端摄像机、已有平台的统一接入，供本平台内其他模块统一调用，并以轮询的方式监听前端设备，如有异常测产生报警信号。

获取设备参数信息:

接收中心服务器发来的请求，通过前端设备厂家的协议

获取设备参数信息，反馈给中心服务器。

状态信息轮询:

轮询前端设备的状态，及时获取前端设备是否掉线，反馈给

中心服务器，由中心服务器告警、记录、显示。

云台控制协议转换:

将系统接收的用户控制信令转换为设备厂家对应的协

议，并发送给前端设备，从而使用户实现云台方向控制。

接入第三方平台:

提供系统与第三方平台的协议转换，实现无缝对接。

通过

接入第三方平台的前端监控设备，实现云台控制。

获取视频数据流的地址，

以及第三方平台设备的列表、信息、状态。

对少量的不支持标准协议且不提供linuxSDK的前端设备，有针对性的接入，

采用SDK接收流并转换成标准协议的数据流。

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中心服务器:

平台的核心控制部分，实现了与客户端的信令交互、通过JobKeeper云调度系统来调度云集群节点处理各项任务、并实现对整个平台的统一管理和监控。

用户管理功能:

根据用户信息表，管理用户登录、用户的权限，可以管理用

户信息、增删用户等。

前端信息采集设备管理功能:

根据摄像机和用户的权限，管理当前用户所能

涉及的前端设备状态、节点运行状态，并进行实时的更新。

与用户和前端设备的信息交互功能:

更新前端信息，并根据客户需求进行对

前端设备调度，以及对JobKeeper的任务分发。

同时，进行信息数据的处理，

以完成整个平台的调度工作。

对服务器集群进行统一的调度管理，获取每台机器的运行状态。

根据机器的

运行状态进行自动调度和部署，负载均衡，提高机器的使用率，进而提高服

务器的梳理效率。

解决服务器集群信息处理的冗余状态，查错排错，保证系统的无人值守、自

动生长的高效性。

云存储系统:

使用cStor云存储系统，提供统一的存储资源池，用以存储关键数据，提供历史视频的回看以及相关数据的下载服务。

同时，作为分布式文件系统，提供其他模块的支持，如流媒体服务器集群的支持。

处理服务器集群:

大致可以分为接入分析、数据处理和结果分发三个子模块，主要负责对完成对接入视频的各项处理任务。

内容识别:

利用计算机通过图像处理和分析理解画面内容将安保人员从繁重

的监控任务中解脱出来。

实时转码:

将视频转码计算放大云端，实现整个系统内的实时视频转码，以

满足用户对不同分辨率，不同码流，不同终端的使用需求。

视频数据存储:

将处理后的视频数据进行实时存储，方便日后回调查看。

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状态监控:

监控各个处理节点的运行状态，负载均衡，高效工作。

流媒体服务器集群:

以集群的形式对外提供负载均衡的标准RTSP流媒体并发推流服务，用户根据相应的流媒体RTSP地址，即可实时地获取系统处理完后的实时视频数据和存储的历史视频数据，以供监控和远程访问。

负载均衡、高并发访问:

通过负载均衡各节点运行状态，提高系统工作效率，

满足系统的高并发访问需求。

监控视频流实时转发:

前端视频数据经处理系统处理后，流媒体服务器将处

理后的监控视频流进行实时转发给用户，满足各种客户端需求,历史视频数据流化推送:

服务器状态（负载、链接数）等信息获取:

客户端

支持windows、linux、ios、android等主流操作系统，提供B/S架构客户端等，实现与用户的直接交互。

（2）工作流程描述:

1）客户端发送命令:

客户端向中心服务器发送命令，中心服务器根据客户端信息进行分析判断，得知用户的客户端类型、网络状态、信息要求等，从而根据需求对前端设备、JobKeeper等进行调度控制。

2）中心服务器调度:

中心服务器响应客户端命令，对前端设备进行调度控制。

根据用户的指令，把客户需求的信息进行实时采集，同时使用JobKeeper进行对集群的任务分发，完成对应的存储、处理或监控等请求。

3）中心服务器调度存储/处理集群:

a）存储服务器集群接收命令工作

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中心服务器响应客户端命令，向JobKeeper发送命令。

JobKeeper根据存储服务器集群的工作状态，选择负载较小的服务器进行高清存储。

b）处理服务器集群接收命令工作

中心服务器响应客户端命令，向JobKeeper发送命令。

JobKeeper根据处理服务器集群的工作状态，选择负载较小的处理节点进行实时处理、识别转码，并根据用户的网络状态分发到对应的流媒体服务器。

进而，流媒体服务器将客户所需的处理过后的实时监控视频传递给客户端。

2.4网关互通互联

为了解决大规模视频监控系统的权限安全性问题，需对公安网的公网和内网进行设置网闸从而实现在内网外网互联互通的同时保证数据的安全和部分视频的安全权限。

图2-9网闸设置保证数据安全

但进行网闸设置势必会对带宽有所限制，因此为了保证网络互联互通的同时，保证系统的安全性需对视频数据进行云转码传输。

由于视频转码计算量很大，

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单一的计算机不可能实现整个监控系统内的摄像头实时视频数据的转码。

cVideo研发了云端转码技术，将视频转码计算放大云端，实现整个系统内的实时视频转码，以满足用户对不同分辨率，不同码流，不同终端的使用需求。

图2-10转码前图2-11转码后

视频接入模块首先将不同厂家的前端设备接入进来，对于支持RTSP的采集设备，我们利用标准的流媒体协议接口实现视频和音频数据的传输。

对于不支持RTSP的采集设备，我们利用设备厂商提供的SDK进行接入。

然后在cProc云计算平台上利用高效的转码技术，将采集到的高清视频信号解码后再重新编码，在满足用户需求的同时降低对网络带宽的消耗。

同时将转码后的视频流推送给流媒体服务器分发出去。

图2-12云转码流程

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3分级平台部署方案详细描述

分级cVideo云视频监控平台有着灵活部署的特性，根据省监控设备目前现状——各市监控现状层次不齐，有些地区已经较为完善，有些地区设备仍不齐全。

我们提供了以下两种方案，方案一更适用于前端设备不齐全，或需要重新建设的区域，方案二更适合前端设备已较为完善，目标是实现互通互联，综合调度的区域。

以下描述均以哈尔滨市为例，前端设备数量约20万台，分辨率按均值720P计算（码流均值4Mb/s），网络按总体背板万兆网络，前端网络按千兆网络，建议部署视频专网，在分级和市级、市级和省级间用光纤传输，以减少由带宽带来的系统性能瓶颈。

图3-1黑龙江区划分级简图（含网络）

3.1方案一（存储集中化）

方案一主要是针对存储需要相对集中，前端设备不进行存储，存储按区域集中放置于区级中心。

初定前端设备2000路摄像机组为一个单域（区级单位），以哈尔滨市20万路摄像机为例，一个市应划分为100个单域（即:

哈尔滨市19个行政区之下，还需要进一步划分，如图3-1中的道里区，可能在真实部署中会

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有道里A区、道里B区、道里C区„„组成）。

对于省—市—区三级的级联系统，市级、省级系统由于只存档备份重要文件数据，因此均配以2套集群用以暂存，（后期可再扩展）。

这两套集群中，其中一套用以存储数据，另一套中两台服务器用作用户管理控制调度和系统之心控制管理（两台服务器互为主备），三台服务器用作JobKeeper云调度，五台服务器用于处理转发视频流。

下面介绍单域的服务器的详细配置及其配置原因。

视频接入

系统初定单域接入2000路视频，全部按照高清720P进行存储，则2000路汇聚到平台需8000M/s流量。

因此按主流千兆网计算，算上负载均衡备份冗余等，单域系统需要约10台接入服务器。

处理分析

单台处理服务器可并发转码处理12路720P高清视频流，系统初步拟定实时转码或处理的路数暂为200路，则需18台处理服务器同时处理;对于不需要转码和分析的视频流进行接入、协议转换、分发处理，需要2台处理服务器;综上，单域系统处理分析需要20台服务器。

存储模块

按照2000路720P高清视频实时存储，以半个月为限，则经过1:

1备份的视频数据总的存储容量为:

2000*4Mb/s?

8*60*60*24*15s*2=2.4PB

按照如今集群最大容量1.12PB计算，大约需要两套cStor云存储集群。

流媒体服务器部分

流媒体输出针对公网和私网两部分设计，单个流媒体服务器节点支持1000路CIF视频流或100路720p高清视频流并发访问。

其中对公网多是采用移动终端访问转码后的CIF和D1视频流，对服务器压力相对较小，采用2台服务器作为流媒体代理服务器并使用双网卡隔离，增加安全性保障，提供2000路CIF视频流或500路D1视频流供移动终端并发访问;对私网下有多路高清视频大并发访问，所以使用5台服务器作负载均衡，提供大量用户并发访问高清视频流的处理能力，能够支持400路720p高清视频流的并发访问。

综上，流媒体服务器共需7台（可根据实际需求调整）。

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中心处理服务器部分

需要2台服务器用作用户管理控制调度和系统中心控制管理，其中一台主服务器，一台热备用服务器;云调度JobKeeper需要3台服务器（互为主备）。

总计5台服务器。

3.2方案二（存储前端化A）

方案二针对存储前端化的情况，即:

整合已有平台，其原有的存储保留，仅作二次开发，实现对前端设备的管控。

以哈尔滨为例，以行政区为单位进行划分。

哈尔滨市20万左右摄像头，行政区划为19个分区，则平均每区10000左右，按1万计算（基本类似图3-1的划分）。

对于省—市—区三级的级联系统，由于视频存储前端化，市级、省级系统由于只存放和备份重要文件数据，因此仅暂配一套集群用以存储数据，另一套中两台服务器用作用户管理控制调度和系统之心控制管理（互为主备），三台服务器用作JobKeeper云调度节点（互为主备），五台服务器用于处理转发视频流（含负载均衡）。

下面详细介绍区级单域的服务器配置及其原由。

视频接入

系统初定单域可接入总计1万路视频，采用动态接入其中500路的模型，即:

在前端设备存储的条件下，我们视频监控云平台作为一个整合平台，并不需要实时地接入所有的摄像机（带宽上是无法保证的），而是挑选其中有用的，或者感兴趣的进行动态接入，一期先按500路配置，随着后期发展可以逐步增加节点以扩容。

因此初步需求的接入服务器数量约为3台。

处理分析

单台处理服务器可并发转码处理12路720P高清视频流，系统实时转码100路高清视频则需9台处理服务器同时处理;对于不需要转码和分析的视频流进行接入、协议转换、分发处理，需要2台处理服务器。

综上，单域系统处理分析需要11台服务器。