深圳福田區(qū)作為深圳市重點開發(fā)和建設的中心城區(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”，提供良好的社會環(huán)境，2006年福田區(qū)開始建設全數(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+矩陣模式，還是編碼器+平臺+磁盤陣列模式存在較大爭議。通過各方專家論證，考慮到福田區(qū)監(jiān)控點位多、機房分散、存儲時間長、圖像質(zhì)量要求高等特點，本項目提出的IP全交換監(jiān)控解決方案被供應商選中，并成功中標。

　　該系統(tǒng)一期建設一類監(jiān)控點3362個，九個分布式存儲機房，經(jīng)過幾年的擴容，現(xiàn)在一類點位已經(jīng)達到4800多個。其清晰度以D1分辨率為主，大運會場館周界的重點部位采用720P高清視頻監(jiān)控。

　　需求分析

　　在模數(shù)結(jié)合方案占主導地位的時期采用數(shù)字化方案，要求該方案不但要繼承模擬系統(tǒng)的全部優(yōu)勢，還需要充分發(fā)揮IP監(jiān)控存儲、共享、擴展、應用方面的優(yōu)勢。區(qū)公安局從自身的需求出發(fā)，對系統(tǒng)提出了極大要求。

　　系統(tǒng)穩(wěn)定可靠

　　結(jié)構(gòu)上，整個系統(tǒng)無單點故障，如果某個設備宕機或損壞，不會影響整個系統(tǒng)的運行。同時要求數(shù)字系統(tǒng)的壞件率維持在一個較低的水平。

　　滿足實戰(zhàn)應用

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

　　錄像清晰，存儲可靠

　　錄像清晰度較硬盤錄像機有較大提高，能夠為事后取證提供支持。另外，提供錄像數(shù)據(jù)的長時間存儲，動態(tài)擴容與有效保護，做到硬盤損壞，也不丟失數(shù)據(jù)。

　　平臺開放，擴展性強

　　平臺采用開放系統(tǒng)架構(gòu)，監(jiān)控點位的擴容不需要進行整體架構(gòu)的挑戰(zhàn)。同時，平臺支持開放接口協(xié)議，能夠與公安的視綜X-sight系統(tǒng)、PGIS平臺、接警平臺等進行對接，能夠進行二次開發(fā)融合公安多種應用。

　　規(guī)劃建設

　　在綜合考慮了福田公安的項目需求后，選用“IP全交換”架構(gòu)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設福田平安工程項目。“IP全交換”架構(gòu)相對于大家熟知的“IP流媒體”架構(gòu)具有非常大的技術(shù)優(yōu)勢。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，首先要考慮的就是從架構(gòu)上解決網(wǎng)絡監(jiān)控帶來的海量視頻實時數(shù)據(jù)和存儲數(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器，安裝流媒體服務器軟件，由軟件來對海量視頻數(shù)據(jù)進行實時訪問的轉(zhuǎn)發(fā);通過服務器安裝錄像存儲服務器軟件，由軟件實現(xiàn)海量錄像轉(zhuǎn)存到存儲設備中，借此來規(guī)避視頻監(jiān)控終端自身的性能瓶頸及網(wǎng)絡帶寬的瓶頸，這種被稱之為“IP流媒體”的方案對網(wǎng)絡和設備本身沒有特別要求，只要開放接口就能實現(xiàn)異構(gòu)廠商的IPC、NVR及管理平臺軟件的互聯(lián)互通。[nextpage]

　　本項目采用的監(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，對海量視頻的轉(zhuǎn)發(fā)處理由高性能交換機通過組播協(xié)議來承載，由實時視頻訪問用戶所在的交換機來負責高清視頻的復制分發(fā)，在主干網(wǎng)上同一路視頻只占用一路帶寬，交換機的整體架構(gòu)在可靠性和分發(fā)效率上要遠遠高于流媒體服務器架構(gòu)。同時，針對視頻網(wǎng)絡存儲需求， “IP全交換”設計融合了端到端的IP-SAN技術(shù)，前端設備直接對存儲視頻流進行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)寫入IP-SAN存儲設備中。 通過這種方式，監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)的存儲不需要轉(zhuǎn)換為視頻文件，自然也不需要錄像存儲服務器。從而有效的規(guī)避了引發(fā)“啞鈴效應”的文件系統(tǒng)問題和錄像存儲服務器性能瓶頸問題。具備良好的可擴展性，無論監(jiān)控規(guī)模有多大，整個系統(tǒng)不會存在性能瓶頸。

　　系統(tǒng)架構(gòu)設計

　　為了達到福田市公安局高標準的系統(tǒng)架構(gòu)要求，做到系統(tǒng)無單點故障，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)采用實時視頻流、存儲視頻流、信令流分開模式，只有信令流經(jīng)過服務器處理，實時和歷史視頻圖像采用端到端轉(zhuǎn)發(fā)模式。

　　假設此時平臺出現(xiàn)服務器宕機或者網(wǎng)絡通信故障，整體系統(tǒng)內(nèi)當前正在進行的業(yè)務不會中斷;前端視頻圖像的存儲不會中斷，硬件上墻顯示、監(jiān)控PC客戶端實況瀏覽的圖像不會出現(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)癱瘓風險。

　　NGN架構(gòu)帶來的另一個優(yōu)勢就是擴容方便，系統(tǒng)規(guī)模擴大時，系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)不需要發(fā)生改變，不需要增加網(wǎng)絡匯聚帶寬，不需要進行骨干網(wǎng)絡改造，不需要增加平臺服務器，只需要增加相應的前端設備和存儲設備。

　　實際運行狀況也驗證了當初的設計是正確的，整個系統(tǒng)未發(fā)生過整體系統(tǒng)癱瘓的惡性故障;從一期3362點擴容到二期4800隨著點位的增加，網(wǎng)絡架構(gòu)未改動，平臺服務器的數(shù)量也沒有增加。

　　系統(tǒng)組網(wǎng)設計

　　福田區(qū)社會治安一類視頻監(jiān)控點主要覆蓋分局、派出所和社區(qū)管轄下的主要黨政機關(guān)、主干道路、治安復雜區(qū)域、學校、銀行等重點部位，實現(xiàn)對全區(qū)社會治安的有效實時監(jiān)控。

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

　　視頻監(jiān)控專網(wǎng)骨干網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)建設。標清的視頻圖像信號通過視頻光端機首先匯聚到派出所，由派出所的編碼器將實時視頻轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號接入交換機中;高清監(jiān)控點位采用720P/1080P數(shù)字攝像機，直接接入網(wǎng)絡交換機中。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小時在派出所進行保存。同時在派出所配置硬件解碼器、電視墻、PC機、控制鍵盤等設備，保證系統(tǒng)的快速調(diào)閱。

　　在公安分局部署管理服務器和應用服務器，分局作為一個管理節(jié)點，對全網(wǎng)用戶進行統(tǒng)一授權(quán)，通過系統(tǒng)的統(tǒng)一網(wǎng)管對全網(wǎng)編碼設備、存儲IP-SAN、網(wǎng)絡設備、平臺服務器設備進行統(tǒng)一管理。

　　錄像存儲設計

　　錄像可靠存儲對于視頻監(jiān)控來說至關(guān)重要， IP監(jiān)控方案中的存儲方案包括了從前端緩存、中心直存到中心備份各個應用環(huán)節(jié)的針對性設計。[nextpage]

　　前端緩存補錄

　　在監(jiān)控系統(tǒng)實際應用環(huán)境中，經(jīng)常會面臨網(wǎng)絡終端、存儲設備斷電等情況，導致前端的錄像無法及時存儲到中心存儲資源，從而造成錄像丟失。編碼器和IP攝像機均支持前端緩存補錄功能，在網(wǎng)絡或中心存儲等異常時，前端設備會啟動緩存功能，將視頻數(shù)據(jù)存在本地的存儲設備上(如U盤、移動硬盤和SD卡等)。同時，后端鏈路或設備恢復正常后，會自動將補錄到的錄像上傳到后端存儲上，避免造成數(shù)據(jù)丟失。

　　動態(tài)碼流直存

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

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

　　N+M保護

　　遇到在線存儲掉電、網(wǎng)絡異常、數(shù)據(jù)所在的扇區(qū)損壞或主用存儲設備的陣列及磁盤損壞等各種異常情況下，在線存儲無法支持業(yè)務，可在iSCSI塊直存技術(shù)的基礎上，實現(xiàn)存儲N+M保護方案。“N+M保護”是預防存儲故障的實現(xiàn)方式之一，“N”為在線存儲盤陣，“M”為冗余存儲盤陣，“N”和“M”在一個局域網(wǎng)里，但可以放置在不同的地域。通過“N+M保護”能將前端攝像機的數(shù)據(jù)自動存放到冗余存儲盤陣設備上。當在線存儲恢復正常后，又自動的恢復到之前存儲設備上。

　　多條件一次備份

　　所有在線存儲資源可以通過設定備份計劃對關(guān)鍵資源進行一次離線備份，備份的觸發(fā)條件也可以是手動觸發(fā)和指定的報警信號聯(lián)動觸發(fā)備份，實現(xiàn)對報警數(shù)據(jù)的集中保護。

　　基于抽幀多次備份的存儲生命周期管理

　　支持錄像一次備份的同時，可對重要監(jiān)控點的錄像數(shù)據(jù)進一步進行二次備份。在備份時，可配置指定監(jiān)控點的抽幀備份，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)約備份存儲空間，實現(xiàn)存儲生命周期的管理。

　　視頻情報應用

　　基于多媒體操作系統(tǒng)平臺提供的開放接口，可以方便的對在線存儲數(shù)據(jù)和離線備份存儲數(shù)據(jù)進行進一步的增值應用。比如通過手動研判將存儲數(shù)據(jù)編輯為視頻情報數(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)，通過調(diào)用接口，對存儲數(shù)據(jù)進行后期智能分析，只檢索符合智能分析條件(如進入特定禁區(qū)、絆線和符合特定行為)的圖像，進一步提高對海量視頻數(shù)據(jù)的檢索效率，并自動轉(zhuǎn)換為有價值的視頻情報。

　　通過完善的錄像存儲方案，確保了福田公安視頻錄像存儲的可靠性和完整性。

　　應用擴展

　　多媒體操作系統(tǒng)(圖4)支撐多業(yè)務的高開放性，按照最新國家標準供基于業(yè)務邏輯層和基礎設施層的SDK接口，整個系統(tǒng)架構(gòu)中除了底層的OS層，其他各層的組件、應用都可以快捷的實現(xiàn)合作開發(fā)和融合。

　　通過平臺的開放接口，福田區(qū)公安局在該平臺擴展了很多應用，比如案件管理、卡口管理、PGIS對接等公安特色業(yè)務。尤其是案件視頻研判功能，可通過案件視頻庫對相關(guān)涉案錄像和案件信息進行綁定，下次查詢該案件時，可自動關(guān)聯(lián)、調(diào)用相關(guān)錄像，方便安干警日常工作，福田公安通過該功能已經(jīng)偵破大量案件。