基于云计算的城市级视频监控系统应用技术及模式研讨

幸伍洲

摘 要：视频监控系统为政府部门开展社会管理和公共服务提供了重要技术手段，在平安建设、交通管理、城市管理、应急管理等发挥不可或缺的重要作用。但随着管理功能需求的提升，如何对海量的视频实现大规模实时视频写入与存储，并实现智能分析应用，实现节约监控资源、降低监控成本，统一管理的目标，成为各地在系统建设中面临的课题。本文以视频监控系统为研究对象，结合目前主流物联网、大数据、云计算等相关技术，围绕视频接入、视频存储、视频处理、视频流媒体这4个环节进行浅析，对云计算技术和服务模式在未来大规模的视频监控领域的应用前景进行了思考。

关键词：云计算;视频监控

1 视频监控系统技术发展状况

在我国视频监控技术主要经历了三个发展阶段，分别如下：

第一阶段的视频监控技术用于模拟监控（央视），因为它具有：易于安装，使用简单和价格低廉等特点，所以广泛应用于多个领域和行业，并得到了高度的评价和很好的反应效果。由于模拟监控图像传输和兼容性的局限，目前市场的需求量非常大，影响力度也是非常广泛的。关注度比较高，但由于中国整体视频监控市场的巨大需求和区域发展不平衡的影响因素，因其成本优势，在许多工厂、小超市、商店等短距离内，无法连接网络和其他行业的特点以及更多的应用，因此模拟监控市场仍存在很长时间。

第二阶段为数字监控技术监测（DTV），与模拟监控相比，在图像质量，兼容性和可靠性较之前均有大大幅度的提高，为用户提供高成本控制解决方案。数字监控设备是硬盘录像机（DVR）和编码器（DVS），国内知名的监控设备提供商，如宇科技（原华三公司），海康威视，大华技术，有多年丰富的项目实施经验，装备制造业和工业领域的经验，这为后期的发展奠定了强烈的基础。

第三阶段为网络监测技术监测（IPTV），基于网络的一组视频解决方案的网络技术，它是由网络摄像机（摄像机IP），网络视频存储（NVR）和网络连接设备和其他设备等设备组成的技术检测。

虽然中国市场的发展环境和其他各方面的因素跟全球市场的各项条件相比稍欠成熟，但中国市场的总体需求量，增长速度较全球市场相比发展机会和前景都比较乐观。

随着视频监控技术的不断发展，需要针对视频监控系统的各种需求。目前，越来越多的用户提出了视频监控系统的智能功能的个性化需求，但由于各个行业和领域不同的个性需求，目前的视频监控系统不能满足所有用户的需求。

2 系统实现的关键技术

2.1 云计算技术

云计算（Cloud Computing），是一种以互联网为基础的计算方法，通过云计算这种方式，共享软件和硬件资源和信息可以提供给计算机和其他设备。

按照美国国家标准和技术研究院对云计算定义，明确规定了三种主要服务模式，具体详情分别如下：

①软件即服务（SaaS）：消费者使用这种应用程序，但不对该系统控制操作、硬件或网络基础设施。只是一个服务理念，基于软件服务商，以租赁客户服务的理念，而不是购买，更常见的模式是提供一套账户密码。

②平台即服务（PaaS）：消费者使用主机操作应用。消费者控制应用程序的运行环境（也拥有主机部分掌控权），但不控制操作系统、硬件或网络基础设施。平台通常是应用基础设施。

③基础设施即服务（IaaS）：消费者使用“基础计算资源”，如处理能力、存储空间、网络组件或中间件。消费者能掌控操作系统、存储空间、已部署的应用程序及网络组件（如防火墙、负载平衡器等），但并不掌控云基础架构。

2.2 大数据技术

大数据（Big data或Megadata），换一个说法可以称为巨量数据、海量数据、大数据等，指的是所统计的数据涉及的数据量规模非常的巨大，人工无法完成，无法在有效合理的时间内达到获取、管理、处理、并整理出来，无法有效的转换成为人类所能解读理解的详细信息。

大数据几乎无法使用大多数的数据库管理系统处理，而必须使用“在数十、数百甚至数千台服务器上同时平行运行的软件”。大数据的定义取决于持有数据组的机构之能力，以及其平常用来处理分析数据的软件之能力。“对某些组织来说，第一次面对数百GB的数据集可能让他们需要重新思考数据管理的选项。对于其他组织来说，数据集可能需要达到数十或数百兆字节才会对他们造成困扰。”

3 城市级视频监控系统设计

3.1系统结构

对基于云架构的城市级高清视频监控系统架构设计如图1所示，视频监控系统主要由两大系统组成：两大系统为海量视频存储系统及视频管理系统。视频管理系统包括接入子系统、读写子系统、处理子系统、流媒体子系统、视频中心调度子系统和客户端访问。

①视频接入子系统负责整合前端各类接入设备，实现多种前端设备的统一管理，为视频监控平台的其他子系统的提供统一调用入口。

②通过ParaStor客户端挂载到处理服务器和流媒体服务器，这样视频存储和视频处理程序就可以访问海量的存储空间。

③视频处理子系统主要负责对完成对接入视频的各项处理任务，诸如：内容识别、实时转码、录像存储等，再将处理好的结果发送至流媒体服务器和存储服务器。

图2

④流媒体子系统负责对外提供标准的RTSP流媒体服务。同时流媒体系统采用虚拟IP技术，实现了应用访问的备份冗余，提供高可用性。

图3

⑤視频中心调度系统是整个系统中核心控制部分，它通过云调度系统来调节各个云环节来处理各项任务目标、并由此来实现对整个平台的统一管理和监控。

⑥客户端访问支持Windows、Linux、iOS、Android等主流操作系统，提供B/S和C/S架构客户端，控制视频解码上墙等，实现与用户的直接交互。

3.2 系统的特点

①利用云存储技术，在保障数据安全的情况下，实现海量视频的云存储，尽可能降低整体建设、运维成本。

②利用开放的云视频管理平台，实现大规模前端不同资源（摄像头、平台）的统一接入、存储和分发，形成一个统一的、标准的市级监控视频共享平台，并提供开放的API接口，实现上层应用对底层资源的透明操作，为后续各种业务应用的开发提供基础支撑。

③利用云计算技术，将视频接入、转码、存储、发布等各项服务，利用云端计算资源的动态调度机制，实现单点故障隔离和任务调度。

④利用开放的分布式平台架构，为各部门提供开放的应用接口，满足不同业务部的个性业务需求，包括视频分析、流媒体发布、业务集成等，实现应用模块化、可扩展化。

4 云服务模式探讨

在城市级视频监控项目设计中，大规模视频数据并行处理的基本功能，包括：本地/远程实时监控、视频数据存储、转发、检索、设备管理、设置等。使用单位可以通过2个开发界面提供，来发展自己的业务，也可以直接使用平台提供的应用和业务流程，通过组合和整合，直接形成自己的业务。

这种建设思路就是按照云计算模式设计及实施，IT基础设施能够像水电一样流通、按需收费;IT 资源从基础设施扩展至软件服务、网络应用、数据存储。视频云系统就是将视频数据存储，视频网络、视频软件的服务作为一种资源，提供给各使用部分。项目建设对用户实现了以下三个“统一”：

统一基础设施平台：基于云计算、云存储、物联网等技术，建设城市级（地市级）统一的视频监控云平台，满足未来城市视频监控应用不断发展和海量视频存储的建设、维护需求，为各部门提供一体化高清视频信息的管理、处理、存储、分析、共享和发布等功能。通过城市视频监控云平台建设，强化部门视频信息资源的有机整合和高效利用，发挥城市视频监控系统整体效益。

统一项目布点规划：按照点、线、面进行视频监控布点规划，统筹建设，重复利用，实现一个摄像头多种用途，避免视频监控探头的重复建设，同时为建立网格化城市视频防控体系奠定基础。

统一技术标准和规范：制定高清视频监控信息接入标准，将前端接入标准化，避免视频监控探头孤岛。后端平台采用国家标准进行建设，平台开放性要求高，便于第三方开展应用开发，避免原厂商基于公司利益建设的封闭性平台，严重影响和制约视频监控信息的开发利用。便于下一步开展视频大数据的开发和利用。

5 展望

云计算、物联网、大数据成为当前智慧城市建设中的关键技术，城市高清视频监控云平台是智慧城市建设中的重要项目，须为社会管理、城市管理、道路交通指挥、应急管理等各项智慧应用，提供准确、完整的视频信息。未来城市级视频监控云平台建设将成为智慧城市建设中视频监控系统的建设发展方向，成为城市物联网数据中心的核心内容，不断充实智慧城市核心和大脑功能，技术的突破和项目建设、管理、运营模式的创新，将不断加快中国智慧城市建设进程。在此过程中，基于云计算技术和模式的城市视频监控云也将有广阔的技术创新和模式创新的空间。

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