IVS（IP_VIDEO_SURVEILLANCE）IP智能監(jiān)控解決方案
??? 隨著科技與經(jīng)濟的快速發(fā)展,，人們對安全保障的要求不斷提高,，視頻監(jiān)控的應(yīng)用日益廣泛和深入,，監(jiān)控的規(guī)模和范圍也不斷擴大,。如當(dāng)前的“平安工程”中,，一座城市可能有百萬至千萬人口,、數(shù)不清的街道和設(shè)施,、十萬余處攝像監(jiān)控點。但是,，隨著監(jiān)控規(guī)模的擴大,，很多問題也隨之產(chǎn)生：
??? 如何實現(xiàn)如此大規(guī)模社會資源的實時監(jiān)控？
??? 如何實現(xiàn)如此海量視頻信息的高質(zhì)量可靠存儲,？
??? 如何有效管理和維護(hù)如此復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng),？
??? 如何降低系統(tǒng)不斷擴大后導(dǎo)致不斷高漲的線路運營費用,？
??? ……
??? 當(dāng)城域范圍內(nèi)的監(jiān)控規(guī)模不斷擴大時，所有這些視頻監(jiān)控的本質(zhì)需求,，都是以模擬視頻矩陣和DVR數(shù)字硬盤錄像機為核心的傳統(tǒng)監(jiān)控解決方案無法很好解決的,。
??? 順應(yīng)技術(shù)發(fā)展的趨勢，基于在IP網(wǎng)絡(luò),、IP視頻應(yīng)用及IP SAN存儲等領(lǐng)域長期的技術(shù)積累和對網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控本質(zhì)需求的關(guān)注,，H3C推出iVS（IP Video Surveillance）IP智能監(jiān)控解決方案，以標(biāo)準(zhǔn),、開放,、高質(zhì)、可靠的IP技術(shù),，有效的解決了上述問題，滿足了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控市場蓬勃發(fā)展的需求,，尤其適用于大規(guī)模的城域監(jiān)控,，可廣泛應(yīng)用于城市、道路,、機場,、地鐵、大型園區(qū)等領(lǐng)域的監(jiān)控,。
一,、iVS IP智能監(jiān)控解決方案簡介
1、方案架構(gòu)及組網(wǎng)
H3C iVS IP智能監(jiān)控解決方案是H3C公司面向?qū)I(yè)監(jiān)控領(lǐng)域推出的監(jiān)控方案,，包括視頻管理服務(wù)器VM Server（VM,，Video Management）、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器DM Server（DM,，Data Management）,、EC/DC（Encoder/Decoder）系列監(jiān)控媒體終端、客戶端軟件VC（VC,，Video Management Client）,、IP SAN網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備、IP網(wǎng)絡(luò)和EPON無源光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等,。由于iVS基于IP構(gòu)建,，系統(tǒng)中各個部件，都可以根據(jù)需求分布式部署并加以集中管理,。
與傳統(tǒng)監(jiān)控的組成類似,，iVS方案包括視頻源、傳輸及交換,、存儲,、顯示及管理控制等組成部分,，系統(tǒng)組成圖如下所示：
圖1 H3C iVS IP智能監(jiān)控解決方案示意圖
??? 各部分組成與工作原理如下：
??? 視頻源部分：完成視頻信號的輸入功能，視頻源除了包括各種固定攝像機,、半球攝像機,、球形攝像機、高速智能球機等前端模擬攝像器材設(shè)備外,，還包括H3C公司的EC系列監(jiān)控媒體終端,。
????與通常的視頻編碼器不同，EC系列監(jiān)控媒體終端同時具備視音頻接入及編碼,、網(wǎng)絡(luò)接入和iSCSI存儲寫入功能,，可以完成監(jiān)控信號的視音頻輸入，把模擬的視頻,、音頻信號（如攝像機,、麥克風(fēng)等視音頻源信號）進(jìn)行數(shù)字化和壓縮編碼，形成IP數(shù)據(jù)包,，利用網(wǎng)絡(luò)傳送到指定的目的地址,，既可以進(jìn)行實時查看，滿足實時監(jiān)控的需求,，也可以直接基于iSCSI寫入IP SAN存儲設(shè)備進(jìn)行信息保存,。此外EC還具備豐富的網(wǎng)絡(luò)接口，除支持標(biāo)準(zhǔn)電口外,，還支持SFP光纖接口和EPON無源光網(wǎng)絡(luò)接口等,。
??? 傳輸及交換部分：完成視頻流的傳送及交換功能。由于iVS方案基于IP構(gòu)建,，IP網(wǎng)絡(luò)可同時具備傳輸和交換的功能,。傳輸及交換部分包括H3C公司提供的路由器、接入交換機,、核心交換機,、EPON傳輸設(shè)備、信息安全產(chǎn)品等,。為了構(gòu)建高品質(zhì)的監(jiān)控專用IP網(wǎng)絡(luò),，H3C公司針對網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控特性對安全接入、QoS保障和組播支持進(jìn)行了充分的優(yōu)化,，可實現(xiàn)視頻流的無阻塞交換,，確保圖像的清晰度和實時性，并具備高度的安全性,、天然的可擴展能力和靈活性,。
??? 由于IP技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，應(yīng)用廣泛,，部署簡單,。以IP網(wǎng)絡(luò)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光端機傳輸是必然趨勢,。同時，IP領(lǐng)域的新技術(shù)層出不窮,，所有這些技術(shù),，都可能推動監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。如EPON無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù),，可在同一根光纖上傳送多路視頻圖像,，多個監(jiān)控點共享同一根光纖，從而大大節(jié)約光纖部署成本,，同時其無源技術(shù)大大提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性,。
??? 存儲部分：完成視頻數(shù)據(jù)的存儲功能。隨著監(jiān)控應(yīng)用的不斷深化,，大量視頻信息經(jīng)常需要進(jìn)行一定時期的存儲,。如何進(jìn)行海量存儲？如何實現(xiàn)這些海量信息的共享,？IP SAN存儲技術(shù)無疑是最好的選擇,。視頻音頻存儲部分包括H3C公司的EX1000存儲設(shè)備，主要功能是接收EC發(fā)送過來的基于TCP/IP iSCSI 存儲視頻數(shù)據(jù)流,，并存儲起來,；向PC客戶端（虛擬解碼器,，Virtual Decoder）提供實際的VOD點播視頻流數(shù)據(jù)流和視頻數(shù)據(jù)下載服務(wù),；接受數(shù)據(jù)管理服務(wù)器DM的管理等。所有的IP SAN存儲設(shè)備可以根據(jù)需求靈活的部署在不同的監(jiān)控中心,，但都可以通過DM數(shù)據(jù)管理服務(wù)器實現(xiàn)統(tǒng)一的管理,。
??? 顯示部分：視頻顯示部分完成視頻信號的解碼及輸出顯示，這部分主要包括H3C公司的DC系列監(jiān)控媒體終端,，還包括電視墻,、多媒體大屏幕、調(diào)音臺,、功放等模擬視音頻設(shè)備,。
??? DC系列監(jiān)控媒體終端同時具備視音頻解碼、輸出和網(wǎng)絡(luò)接入功能,，可以把來自前端EC監(jiān)控媒體終端傳送過來的組播IP 數(shù)據(jù)包進(jìn)行數(shù)字化解碼,，還原成模擬視音頻信號后輸入到電視墻、大屏幕,、調(diào)音臺,、功放等模擬視音頻設(shè)備。
??? 此外,，iVS方案還提供客戶端軟件VC,。該軟件可以通過VM視頻管理服務(wù)器對DC系列監(jiān)控媒體終端的輸出進(jìn)行靈活的控制,，實現(xiàn)數(shù)字矩陣的功能。同時內(nèi)置軟件解碼工具,，支持多路視音頻信號的軟解碼,，使得用戶可以直接在PC上對監(jiān)控內(nèi)容進(jìn)行實時查看或歷史回放查看。VC可以接收系統(tǒng)產(chǎn)生的各類報警并加以直觀顯示和聯(lián)動,，VC同時支持GIS地理信息系統(tǒng)方便用戶操作控制,。
??? 控制及管理部分：這部分完成對所有監(jiān)控設(shè)備、業(yè)務(wù)的管理及控制,，包括視頻管理服務(wù)器VM,、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器DM等組件。其中VM是iVS方案的管理中心和控制中心,，VM的授權(quán)用戶可以在任意一臺PC管理終端上完成全網(wǎng)的設(shè)備管理,、資源調(diào)度、云臺控制和硬解碼輸出控制,，所有的控制指令由VM集中處理和發(fā)送,。通過VM，可以很容易的實現(xiàn)對iVS方案的集中管理,。
??? DM是作為這些存儲設(shè)備的管理者,，從復(fù)雜的存儲設(shè)備管理信息中抽象出與監(jiān)控業(yè)務(wù)相關(guān)的信息，實現(xiàn)了對系統(tǒng)內(nèi)大量存儲設(shè)備的集中管理以及存儲資源的動態(tài)分配,。DM的功能包括協(xié)助EC系列監(jiān)控媒體終端建立與存儲資源的連接,、制定每個EC設(shè)備的存儲計劃、檢索回放視頻數(shù)據(jù),、備份視頻數(shù)據(jù),、存儲資源狀態(tài)監(jiān)控等功能。
??? iVS IP智能監(jiān)控解決方案的組網(wǎng)拓?fù)鋱D如下所示：
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圖2 iVS方案的系統(tǒng)拓?fù)鋱D
2,、iVS方案的幾個主要業(yè)務(wù)流程
??? H3C iVS可以實現(xiàn)各種監(jiān)控業(yè)務(wù),，包括實時監(jiān)控、視頻信息存儲及歷史視頻流回放等,，主要業(yè)務(wù)流的實現(xiàn)機制如下圖所示：
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圖3 H3C iVS主要業(yè)務(wù)流示意圖
??? 實時監(jiān)視流：可在VC界面上發(fā)起實時監(jiān)視請求,，VM 將控制指令發(fā)給相應(yīng)的EC，EC以IP組播方式發(fā)送實時視頻流,，需要觀看圖像的VC和DC可加入到該EC所對應(yīng)的組播組中,，便可直接觀看相應(yīng)的實時視頻圖像了。由于采用了IP組播,，無論有多少個VC或DC在觀看該EC的實時視頻流,，所占有的IP骨干網(wǎng)帶寬為都是一路視頻流帶寬，從而節(jié)省了大量網(wǎng)絡(luò)帶寬。
??? 視頻存儲流：DM預(yù)先制定每個EC的存儲計劃,，該存儲計劃通過VM下發(fā)到每個EC上,。EC可根據(jù)存儲計劃，自動將視頻流通過TCP/IP iSCSI寫入到IP SAN存儲系統(tǒng)中,，不需要經(jīng)過其他設(shè)備,，也不需要其他人工干預(yù)。
??? 歷史回放流：當(dāng)需要查看歷史視頻信息時,，在VC操作界面上發(fā)起回放請求,，VM將該指令發(fā)給DM，DM在IP SAN進(jìn)行檢索,，找到相應(yīng)的歷史視頻數(shù)據(jù)后,，IP SAN會直接將歷史視頻數(shù)據(jù)發(fā)給VC，由VC進(jìn)行解碼播放,。
??? 從上述描述可以看出,，相對于傳統(tǒng)的視頻矩陣或DVR監(jiān)控方案，iVS IP智能監(jiān)控方案有多處獨特之處：
首先是用高品質(zhì)IP網(wǎng)絡(luò)代替了傳統(tǒng)的視頻切換矩陣進(jìn)行實時監(jiān)控流的交換處理,。以IP網(wǎng)絡(luò)作為虛擬交換矩陣并不是新概念,。但不同于其他任何監(jiān)控廠商的是，H3C作為業(yè)界最領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)廠商之一,，對IP網(wǎng)絡(luò)有著深刻獨到的理解,，可以針對視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)對IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，甚至適應(yīng)性開發(fā),，如支持大規(guī)模組播及豐富的QoS特性等,，可以支持監(jiān)控視頻流的，從而使得iVS的IP承載網(wǎng)絡(luò)具備足夠的高品質(zhì),，可以實現(xiàn)監(jiān)控視頻流的無阻塞交換,。如可以保證監(jiān)控圖像的跨域查看響應(yīng)時間在300ms以內(nèi),，滿足專業(yè)監(jiān)控的需求,。
??? 其次是采用媒體流承載處理和控制分離的機制，VM作為整個系統(tǒng)的控制和管理核心,，所有監(jiān)控的控制流都由VM處理,，但是系統(tǒng)中音視頻媒體流并不在VM上集中處理，而是通過IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行以分布式的交換和處理,，從而避免了由于視頻交換服務(wù)器的處理性能而造成的瓶頸問題,。
??? 另外，采用了先進(jìn)的IP SAN存儲技術(shù),，相對于其他存儲技術(shù),，IP SAN存儲本身有著獨特的技術(shù)優(yōu)勢，如專業(yè)的數(shù)據(jù)保護(hù)、良好的兼容性及可擴展性,、可以在分布式部署的同時實現(xiàn)進(jìn)行集中管理,、便于數(shù)據(jù)共享等。同時,，iVS方案通過EC系列內(nèi)置iSCSI模塊,，EC可以直接對IP SAN存儲設(shè)備進(jìn)行寫入操作，從而省去了中間的視頻服務(wù)器,，簡化了系統(tǒng)架構(gòu),，既提升了系統(tǒng)的可靠性又增強了方案的可擴展性。
??? iVS方案代表了當(dāng)前監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的趨勢,，由于整個方案基于IP理念設(shè)計,，遵循了IP技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、開放的理念,。各組成部分均采用標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)實現(xiàn),，不存在廠商私有技術(shù)或標(biāo)準(zhǔn)，這點符合業(yè)界技術(shù)發(fā)展的潮流,，也符合用戶的長遠(yuǎn)利益,。同時整個系統(tǒng)具備很好的開放性，有利于各組成部分技術(shù)的獨立演進(jìn)及發(fā)展,，同時使得iVS系統(tǒng)可以很好的和其他技術(shù)與工具整合,，如GIS地圖服務(wù)、視頻識別工具等,。
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圖4 iVS的GIS地圖服務(wù)
二,、iVS方案的特點
??? iVS方案充分整合了H3C在IP網(wǎng)絡(luò)、視頻及IP SAN存儲等領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢,，同時借鑒了NGN中控制與交換分離的先進(jìn)理念,，方案具備以下特點：
??? 先進(jìn)的體系架構(gòu)
??? iVS方案充分整合了IP網(wǎng)絡(luò)、視頻,、存儲,、信令等領(lǐng)域的技術(shù)，采用開放的架構(gòu),，標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)實現(xiàn),。系統(tǒng)將信令控制與媒體流交換分離的先進(jìn)理念引入視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)中音視頻流并不在VM上集中處理,，而是通過網(wǎng)絡(luò)的處理交換以分布式的形式分發(fā)出去,，避免了由于媒體流處理的性能壓力而造成的瓶頸問題，從而可以實現(xiàn)監(jiān)控規(guī)模的無限制擴展,。
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圖5 H3C iVS方案的分層架構(gòu)圖
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??? 高清晰的圖像質(zhì)量
??? H3C iVS采用最新的專業(yè)圖像技術(shù),，可提供FULL D1高清晰圖像分辨率,，支持MPEG2/MPEG4/H.264編碼格式，編碼帶寬最高可達(dá)8M,，尤其是在高動態(tài)圖像監(jiān)控場合,，iVS可以為用戶提供最高質(zhì)量的高清晰圖像。同時通過組播優(yōu)化等網(wǎng)絡(luò)技術(shù),，使得iVS具備良好的實時性,，滿足專業(yè)監(jiān)控的要求。尤其是iVS采用一次編碼,、全網(wǎng)交換的方式,，避免了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)因為矩陣多級級聯(lián)而造成的圖像質(zhì)量下降和時延增加的現(xiàn)象，在多級擴展后仍可以保持最佳的高清晰圖像質(zhì)量和低時延,。
??? 專業(yè)可靠的IP SAN存儲
??? iVS采用了IP SAN作為監(jiān)控數(shù)據(jù)存儲設(shè)備,，可以在分布式部署的同時實現(xiàn)集中管理、跨域共享,、平滑擴容,、兼容互通等，此外,，在可靠性方面也有很多獨特的優(yōu)勢,，如支持RAID、支持硬盤在線熱插拔,、支持硬盤電源短路保護(hù),、支持可選冗余熱插拔電源、支持電源自動故障切換等,。從而確保了可靠海量視頻信息的可靠存儲,。同時由于端到端的IP SAN存儲是基于數(shù)據(jù)塊的存儲模式，克服了傳統(tǒng)監(jiān)控模式中文件存儲容易損壞文件和無法查詢最近圖像的弊端,，提高系統(tǒng)可靠性同時大大縮短了系統(tǒng)的圖像回放響應(yīng)時間,，為緊急情況處置爭取了時間。
??? 靈活方便的管理模式
??? 系統(tǒng)針對不同的用戶可以采用域管理,、用戶管理和云臺控制沖突管理等多種權(quán)限管理模式,。不同的用戶可以根據(jù)指定的權(quán)限對系統(tǒng)進(jìn)行操作。這種分級分域的多種管理模式非常適合政府,、公安,、機場等行業(yè)的管理模式,，分級分域的管理模式如下圖所示：
圖6 分級分域的管理模式示意圖
??? 系統(tǒng)根據(jù)用戶業(yè)務(wù)管理模式的特點,，采用集中式的管理方式。通過視頻管理服務(wù)器VM和數(shù)據(jù)管理服務(wù)器DM不僅可對前端設(shè)備進(jìn)行集中的管理和控制,，還可對分布在各區(qū)域的存儲終端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程的集中管理,。用戶只需要在一臺客戶端上就可以對整網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行批量配置下發(fā)、遠(yuǎn)程升級、遠(yuǎn)程操作,、業(yè)務(wù)實現(xiàn)等操作,。
??? 靈活廉價的光纖布線成本
??? 通過內(nèi)置在網(wǎng)絡(luò)交換機和監(jiān)控媒體終端的插卡提供EPON無源光網(wǎng)絡(luò)布線，EPON非常符合城市道路光纖布置的特點,，通過一根光纖可以解決大量的監(jiān)控媒體終端的接入,，大大節(jié)省了用戶的光纖布線成本。同時其無源特性大大提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性,。
圖7 iVS方案EPON接入示意圖
??? 對新技術(shù)的包容
??? 同時,，我們看到，監(jiān)控所涉及的每個子領(lǐng)域的技術(shù)都處在快速的發(fā)展中,，如監(jiān)控接入層中的各種無線技術(shù),，包括WLAN、GPRS,、3G等,；網(wǎng)絡(luò)承載層中的IPv6、高性能以太網(wǎng)等,；控制層的模塊化軟件技術(shù),、中間件技術(shù)等；業(yè)務(wù)應(yīng)用層的IP SAN,、圖像識別,、人工智能等。iVS方案采用這種標(biāo)準(zhǔn),、開放的架構(gòu),，有利于每個層次技術(shù)的獨立發(fā)展及平滑演進(jìn)，保護(hù)用戶的技術(shù)投資,。
三,、結(jié)束語
????由于iVS在體系結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢和對各種新技術(shù)的綜合利用，將監(jiān)控中的視頻設(shè)備,、IP網(wǎng)絡(luò),、IP SAN存儲及監(jiān)控管理軟件有機的融合為一個整體，充分發(fā)揮了IP網(wǎng)絡(luò),、IP SAN,、模塊化軟件等各種最新技術(shù)的優(yōu)勢，使之在監(jiān),、控,、存、管,、用等各方面獲得最佳的綜合表現(xiàn),。尤其是iVS很好的解決了目前大規(guī)模監(jiān)控所面臨的高密度廣范圍接入問題,、海量集中存儲問題、低運營成本和全網(wǎng)統(tǒng)一管理的控制管理問題,，并成功降低了大規(guī)模監(jiān)控建設(shè)的綜合投資,，iVS非常適合于大規(guī)模的城域監(jiān)控應(yīng)用。iVS方案一經(jīng)推出,，就在“平安工程”等專業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域獲得高度的認(rèn)可,。
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