云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)淺析

０引言隨著物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)也層出不窮，相比其他載體，視頻能夠承載更多的信息，已經(jīng)廣泛滲透到各行各業(yè)，在政府、金融、教育、電商等領(lǐng)域發(fā)揮積極作用。隨著公安信息化應(yīng)用的不斷深入，大集成、大聯(lián)網(wǎng)、高效數(shù)據(jù)分析和處理已經(jīng)成為安防行業(yè)的大趨勢(shì)，視頻監(jiān)控已經(jīng)成為公安機(jī)關(guān)治安防范、打擊犯罪等重要工作的關(guān)鍵手段。但是由于種種歷史原因，大量社會(huì)視頻監(jiān)控點(diǎn)位存在建設(shè)時(shí)期不同、品牌眾多、參考標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，在建設(shè)初期缺乏頂層設(shè)計(jì)和全局規(guī)劃，導(dǎo)致各社會(huì)視頻資源系統(tǒng)各自為政，分散建造，存在有監(jiān)控?zé)o共享、只分散難集中、系統(tǒng)效能難以最大化等諸多短板，社會(huì)視頻資源尚不能充分為實(shí)戰(zhàn)服務(wù)，整體應(yīng)用水平較低。本文提出了一種云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)，云計(jì)算其超大規(guī)模、虛擬化、高可擴(kuò)展性、高可用性及按需服務(wù)的特點(diǎn)與社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)的目標(biāo)不謀而合，通過(guò)構(gòu)建云端社會(huì)視頻資源接入平臺(tái)，基于云存儲(chǔ)、云預(yù)測(cè)、云轉(zhuǎn)碼等計(jì)算技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)低成本、高效率地匯聚一個(gè)區(qū)域內(nèi)的社會(huì)視頻資源，將各社會(huì)領(lǐng)域的社會(huì)視頻圖像集中起來(lái)，打破信息孤島，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一集中管理，統(tǒng)一遠(yuǎn)程監(jiān)管，按需共享，真正做到平臺(tái)化、集中化、綜合化。１相關(guān)背景及技術(shù)1.1業(yè)務(wù)需求和現(xiàn)狀目前現(xiàn)有的社會(huì)資源系統(tǒng)中涉及多種資源接入方式，視頻編碼格式不統(tǒng)一，綜合管理平臺(tái)相互不兼容,導(dǎo)致不同系統(tǒng)之間不能互聯(lián)互通，已建設(shè)的社會(huì)視頻平臺(tái)不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，難以接入公安視頻傳輸網(wǎng)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）頂層設(shè)計(jì)缺失。現(xiàn)有社會(huì)視頻資源接入平臺(tái)僅考慮安裝覆蓋率，缺少后期應(yīng)用規(guī)劃，各地存在平臺(tái)兼容困難，所處網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各不相同，很多無(wú)法實(shí)現(xiàn)與公安視頻傳輸網(wǎng)的對(duì)接，視頻錄像分散存儲(chǔ)難以最大化利用存儲(chǔ)資源實(shí)現(xiàn)集中管理，系統(tǒng)效能低。（2）重復(fù)建設(shè)問(wèn)題突出。各社會(huì)視頻資源接入平臺(tái)基本都是依賴傳統(tǒng)硬件架構(gòu)服務(wù)器集合，每一套平臺(tái)都需要單獨(dú)配置數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、信令控制服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器等多臺(tái)設(shè)備，往往為了避免單點(diǎn)故障還會(huì)配置冗余設(shè)備，這種方式很難將服務(wù)器的資源統(tǒng)籌管理，重復(fù)建設(shè)問(wèn)題突出，極易造成資源浪費(fèi)。（3）視頻調(diào)閱可靠性差。已經(jīng)與公安視頻傳輸網(wǎng)對(duì)接的社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)存在建設(shè)質(zhì)量參差不齊、建設(shè)周期難以統(tǒng)一、系統(tǒng)穩(wěn)定性差等諸多問(wèn)題，當(dāng)上級(jí)平臺(tái)調(diào)閱所需視頻內(nèi)容時(shí)，視頻資源很多時(shí)候呈不可用狀態(tài)，卻不能及時(shí)感知，缺乏統(tǒng)一的監(jiān)管手段。（4）現(xiàn)有系統(tǒng)互聯(lián)互通性差。小區(qū)、娛樂(lè)場(chǎng)所等小規(guī)模視頻監(jiān)控平臺(tái)采用的前端設(shè)備、協(xié)議多數(shù)為設(shè)備公司私有協(xié)議，不完全滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T28181-2016），導(dǎo)致系統(tǒng)之間無(wú)法互聯(lián)、互通，為社會(huì)視頻資源整合增加了技術(shù)難度。1.2云計(jì)算與安防云計(jì)算技術(shù)是分布式計(jì)算、并行計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、負(fù)載均衡等多種技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其核心目標(biāo)是將大量的計(jì)算資源統(tǒng)一管理和調(diào)度，形成統(tǒng)一管理的資源池，并對(duì)外提供高質(zhì)量的按需服務(wù)以實(shí)現(xiàn)資源利用的最大化。當(dāng)前社會(huì)視頻資源主要具有三個(gè)特征：一是信息種類(lèi)多，數(shù)據(jù)容量大，所涉及的信息種類(lèi)主要包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，其中以視頻圖像等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為主，更新速度快，視頻監(jiān)控一般均處于7×24小時(shí)持續(xù)不斷地產(chǎn)生新數(shù)據(jù)的狀態(tài)，逐步形成海量數(shù)據(jù)中心。二是分發(fā)需求頻繁，同一時(shí)間可能有很多用戶需調(diào)看同一個(gè)視頻資源。所以如將社會(huì)視頻資源采取云端接入的方式，需重點(diǎn)研究云存儲(chǔ)、云資源管理等技術(shù)，采用存儲(chǔ)技術(shù)可以解決海量視頻大規(guī)模存儲(chǔ)、管理問(wèn)題，采用云預(yù)測(cè)技術(shù)可以為即將產(chǎn)生的資源需求進(jìn)行準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)，為資源的動(dòng)態(tài)調(diào)整做好準(zhǔn)備。２系統(tǒng)模型2.1架構(gòu)設(shè)計(jì)本文遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求》GB/T28181-2016和《安全防范監(jiān)控?cái)?shù)字視音頻編解碼技術(shù)要求》GB/T25724-2010在應(yīng)用層面上展開(kāi)研究，設(shè)計(jì)云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在云端將社會(huì)視頻資源進(jìn)行整合實(shí)現(xiàn)云存儲(chǔ)、云共享、云備份，可對(duì)外提供流媒體大規(guī)模分發(fā)、云端存儲(chǔ)及回放、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、即時(shí)分享等核心功能，可為用戶提供安全可靠、高質(zhì)穩(wěn)定的云服務(wù)，該系統(tǒng)既能夠兼容現(xiàn)有的各類(lèi)互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)視頻資源系統(tǒng)的接入，又為即將新建的系統(tǒng)提供基于國(guó)標(biāo)的設(shè)計(jì)方案，確保后期與公安視頻傳輸網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)的低成本對(duì)接。該云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)可以市為單位，將全市范圍內(nèi)的社會(huì)視頻資源進(jìn)行統(tǒng)一匯聚，各類(lèi)政府管理部門(mén)可通過(guò)云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)管各自負(fù)責(zé)區(qū)域。第三方監(jiān)管機(jī)構(gòu)也可通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)管。不改變現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)視頻資源平臺(tái)建設(shè)的主體和方式，已建平臺(tái)通過(guò)低成本改造接入，未建平臺(tái)可直接接入。可將食藥監(jiān)、教育、旅游、消防等各領(lǐng)域視頻圖像，統(tǒng)一接入平臺(tái)中，完善全過(guò)程監(jiān)管，形成完整的管控體系，如圖1所示。圖1云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)監(jiān)管體系結(jié)構(gòu)通過(guò)云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)將社會(huì)視頻資源進(jìn)行整合接入，如圖2所示，系統(tǒng)可對(duì)接入的視頻資源實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度及管理，針對(duì)不同傳輸協(xié)議、編碼格式的視頻數(shù)據(jù)統(tǒng)一對(duì)其進(jìn)行云端轉(zhuǎn)碼、云端封裝、云端存儲(chǔ)及云端分發(fā)，并對(duì)用戶進(jìn)行分級(jí)分類(lèi)管理。為了保證安全，在接入各類(lèi)社會(huì)視頻資源時(shí)設(shè)置了安全防護(hù)區(qū)。同時(shí)，該系統(tǒng)還可依據(jù)公安視頻傳輸網(wǎng)邊界接入規(guī)范，通過(guò)安全邊界向公安視頻傳輸網(wǎng)等其他專(zhuān)網(wǎng)推送視頻數(shù)據(jù)，打破信息孤島，實(shí)現(xiàn)信息的互聯(lián)互通。圖2云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)拓?fù)鋱D云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)具有大容量、高并發(fā)、可融合、可擴(kuò)展等特性，是一個(gè)面向服務(wù)的綜合性系統(tǒng)，能夠充分滿足社會(huì)視頻資源海量后臺(tái)數(shù)據(jù)監(jiān)管的需求，如圖3所示，該系統(tǒng)可以兼容多種協(xié)議的前端設(shè)備。圖3各類(lèi)協(xié)議設(shè)備（2）云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)能夠兼容現(xiàn)有的各類(lèi)互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)視頻資源監(jiān)控畫(huà)面的接入，如圖4所示，同時(shí)支持模塊功能接入，支持互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)視頻資源平臺(tái)的接入。圖4模塊功能接入（3）云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)支持多級(jí)別、多類(lèi)別的權(quán)限設(shè)置，如圖5所示，在系統(tǒng)中將數(shù)據(jù)、功能和角色進(jìn)行定級(jí)分類(lèi)，為每個(gè)級(jí)別分配不同的功能和數(shù)據(jù)權(quán)限，當(dāng)該系統(tǒng)與公安視頻傳輸網(wǎng)等專(zhuān)網(wǎng)對(duì)接時(shí)可以根據(jù)相關(guān)政策，為不同的級(jí)別用戶賦予相關(guān)系統(tǒng)角色，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全，按權(quán)限向其他專(zhuān)網(wǎng)共享社會(huì)視頻資源，為信息共享提供保障。圖5多級(jí)別多權(quán)限設(shè)置（4）云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)本身符合國(guó)標(biāo)各類(lèi)安全性協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，提供從后端到前端的完整行業(yè)技術(shù)方案，從系統(tǒng)性上保障了整體的技術(shù)路線方向與國(guó)家后期建設(shè)方向的一致性，不存在技術(shù)選型風(fēng)險(xiǎn)。2.2方案設(shè)計(jì)本方案采用基于SVAC編碼SVC（ScalableVideoCoding，可伸縮視頻編碼，簡(jiǎn)稱SVC）技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)碼流共享實(shí)現(xiàn)，完成實(shí)時(shí)點(diǎn)播中空域編碼能力的調(diào)節(jié)以適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，即通過(guò)控制視頻幀中基本層和增強(qiáng)層傳輸?shù)膶?shí)時(shí)變化來(lái)適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化?；谥С侄喾N傳輸方式、高并發(fā)、高性能碼流收發(fā)的基礎(chǔ)架構(gòu)，解決互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下SDP消息內(nèi)容無(wú)法識(shí)別碼流身份的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)更有效的碼流識(shí)別機(jī)制。設(shè)備目錄數(shù)據(jù)共享技術(shù)完成平臺(tái)間設(shè)備目錄數(shù)據(jù)相互獲取和推送各平臺(tái)設(shè)備列表，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)間的設(shè)備狀態(tài)更新信息的實(shí)時(shí)報(bào)送。使用SIP信令完成NAT穿越，完成接入平臺(tái)對(duì)接入設(shè)備的控制及管理功能。2.2.1系統(tǒng)組成云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)包括中心調(diào)度管理系統(tǒng)、云轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)、云存儲(chǔ)系統(tǒng)、流媒體服務(wù)器集群、云數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)以及其他業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)，如圖6所示。（1）中心調(diào)度管理系統(tǒng)：主要負(fù)責(zé)云服務(wù)器資源的調(diào)度管理，實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)一管理，充分提升資源的使用效率。（2）云轉(zhuǎn)碼模塊：主要負(fù)責(zé)在云端提供對(duì)視頻數(shù)據(jù)的統(tǒng)一高效轉(zhuǎn)碼，將不同格式及協(xié)議的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為指定的標(biāo)準(zhǔn)格式。（3）云存儲(chǔ)系統(tǒng)：主要對(duì)海量視頻數(shù)據(jù)提供高性能、高可靠、安全、低成本的標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)服務(wù)。（4）流媒體服務(wù)器集群負(fù)：責(zé)接收前端各類(lèi)社會(huì)視頻資源以及社會(huì)視頻資源子系統(tǒng)推送的媒體流并進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)、存儲(chǔ)等操作。（5）云數(shù)據(jù)庫(kù)：主要負(fù)責(zé)互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)中設(shè)備、用戶及其他相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)與管理。（6）其他業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)：主要負(fù)責(zé)GB/T28181協(xié)議與其他主流標(biāo)準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換與管理、互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)之間的設(shè)備目錄和設(shè)備狀態(tài)的同步與通信等任務(wù)。圖6云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)方案2.2.2系統(tǒng)價(jià)值（1）兼容現(xiàn)有的各類(lèi)社會(huì)視頻資源監(jiān)控畫(huà)面的接入。云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)通過(guò)云轉(zhuǎn)碼、業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換、設(shè)備目錄同步及碼流互傳，從而實(shí)現(xiàn)與已建設(shè)的非國(guó)標(biāo)互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)視頻資源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的對(duì)接，完成平臺(tái)間的互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)視頻資源共享。業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)中的信令轉(zhuǎn)換模塊中集成已建設(shè)互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)視頻資源接入平臺(tái)的私有協(xié)議SDK，完成已建設(shè)的互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)視頻資源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)私有協(xié)議和國(guó)標(biāo)信令的轉(zhuǎn)換。向已建設(shè)的互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)視頻資源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)的REST接口及集成SDK，完成互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)與已建設(shè)的互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)視頻資源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的設(shè)備目錄同步。向已建設(shè)的社會(huì)視頻資源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)碼流封裝SDK和SVAC編解碼插件，完成互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)與已建設(shè)的互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)視頻資源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的碼流共享。（2）將建的社會(huì)視頻資源接入采用國(guó)標(biāo)接入。對(duì)于即將建設(shè)的前端設(shè)備接入云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)則不再采用私有協(xié)議，而是遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求》GB/T28181-2016和《安全防范監(jiān)控?cái)?shù)字視音頻編解碼技術(shù)要求》GB/T25724-2010，完成對(duì)專(zhuān)網(wǎng)平臺(tái)的互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行功能的升級(jí)。（3）接入公安視頻傳輸網(wǎng)等其他專(zhuān)網(wǎng)。云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)完成公共安全視頻圖像信息共享平臺(tái)UDP視頻流與互聯(lián)網(wǎng)的TCP視頻流的互轉(zhuǎn)，與公共安全視頻圖像信息共享平臺(tái)通過(guò)安全隔離設(shè)備或安全邊界互聯(lián)互通。通過(guò)用戶管理，支持多級(jí)別、多類(lèi)別的權(quán)限設(shè)置，按權(quán)限查看共享互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)視頻資源。2.3關(guān)鍵技術(shù)分析2.3.1云平臺(tái)資源存儲(chǔ)由于云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)重點(diǎn)匯聚視頻數(shù)據(jù)，而視頻數(shù)據(jù)是7×24小時(shí)不間斷產(chǎn)生的，導(dǎo)致海量視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求激增，在傳統(tǒng)的社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)中，存儲(chǔ)方案均基于磁盤(pán)I/O，其工作性能受限于磁盤(pán)的讀寫(xiě)性能，本文所設(shè)計(jì)的云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)中則采取了數(shù)據(jù)切片的方式，依據(jù)視頻數(shù)據(jù)的特征將其進(jìn)行切片處理，設(shè)計(jì)符合視頻數(shù)據(jù)特征的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)策略將其分散存儲(chǔ)在云端的云存儲(chǔ)介質(zhì)中，該存儲(chǔ)系統(tǒng)的底層由索引服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器組成，由一組存取訪問(wèn)接口來(lái)對(duì)外提供存取服務(wù)，使得上層應(yīng)用與底層存儲(chǔ)分開(kāi)，用戶在使用過(guò)程中無(wú)須了解底層實(shí)現(xiàn)，與使用普通存儲(chǔ)服務(wù)器操作相同。2.3.2云平臺(tái)資源分配資源管理是所有云平臺(tái)面臨的關(guān)鍵問(wèn)題，好的資源分配可以使得云端資源最大化利用，當(dāng)前很多云平臺(tái)均通過(guò)Openstack等項(xiàng)目來(lái)實(shí)現(xiàn)云基礎(chǔ)架構(gòu)，其本質(zhì)是以虛擬機(jī)的形式對(duì)外提供服務(wù)，這種方式的分配粒度較大，動(dòng)態(tài)性較差，難以適應(yīng)復(fù)雜多變的動(dòng)態(tài)需求，極易造成資源浪費(fèi)。本文所設(shè)計(jì)的云端社會(huì)視頻資源接入系統(tǒng)通過(guò)深入分析視頻服務(wù)的特征，發(fā)現(xiàn)可將視頻應(yīng)用以微服務(wù)的方式進(jìn)行部署，并結(jié)合Docker容器技術(shù)，使得資源的動(dòng)態(tài)分配更加靈活。３結(jié)語(yǔ)互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)視頻資源系統(tǒng)中涉及多種資源接入方式，視頻編碼格式不統(tǒng)一，綜合管理平臺(tái)相互不兼容，導(dǎo)致不同系統(tǒng)之間不能互聯(lián)互通，同時(shí)互聯(lián)網(wǎng)上社會(huì)視頻資源不能接入專(zhuān)網(wǎng)，已建設(shè)的互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)視頻資源平臺(tái)不符合國(guó)