网络视频监控系统架构设计

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网络视频监控系统架构设计
佛山市公安局 沈汉灵 姚喜蓉 谢业祥 杨波波 张铁忠 张绍伟 李 新
【摘要】随着数字化信息的飞速发展和网络技术的日益成熟，视频监控逐渐成为社会生活中必不可少的因素。

视频监控在保障城市和谐稳定，提高公安办案效率等方面具有极其重要的影响。

本文就视频监控在各个场景中的应用提供了多种不同的解决方案，对系统总体架构设计，多种类摄像头在不同场景中的选择，传输网络的设计以及网络云存储的优点特性进行了分析探讨，以供设计者参考和借鉴。

【关键词】视频监控；社会治安；云存储；总体架构设计；IPC
0 引言
随着城市经济与交通的发展，人、财、物流动极其频繁，城市治安成为越来越多人关注的话题。

我国是人口大国，城市治安无法保证将会影响群众的安全感，危及社会的和谐稳定。

本文提出一种网络监控系统的解决方案，在特定环境下具有良好的效果，对社会治安监管具有现实意义，能有效提高公安机关的办案效率，提高社会治安管理水平，确保城市环境和谐稳定发展。

1 系统架构
视频监控系统的前端、传输、显示和平台之间的系统架构如图1
所示：
图1 视频监控系统架构图
1.1 前端部分
前端可用于多种类型的摄像头进行接入，系统可配置高清网络球机的多种设备。

前端摄像头进行信号采集，将模拟信号转换为数字信号，然后按照标准的音视频编码压缩格式进行压缩编码，最后按照相应的传输协议直接接入网络进行视频传输[1]。

1.2 传输网络部分
前端与交换机之间的连通方式有以下三种：点对点的光纤接入方式，直接接入方式（100米以内），以及点对多点的PON 光纤接入方式，将前端信号汇聚至中心的核心交换机。

1.3 中心存储部分
监控中心采用视频云存储等主流存储模式对高清视频图像进行存储，特殊场景采用NVR 方式，解决数据落地问题。

1.4 平台部分
应用管理平台部署在通用服务器上，可以对视频监控设备和用户进行统一管控，并实现浏览、回放、下载等视频应用。

2 前端设计及IPC优点
在前端摄像机的采购选型上应适合不同的场景需求来进行，选取不同的摄像机。

室内可选取美观大方的半球型摄像机，室外可以选取枪机与球机的组合，以保证室外场景监控更全面，同时要注意前置设备外端的防雷防雨等方面[2]。

IPC 功能的优点是超低照度、强光抑制、红外增强和3D 数字降噪[3]。

3 传输网络设计
3.1 网络结构设计
图2 传输网络结构示意图
为了更好地服务用户，对中心控制平台的各项应用提供坚实的基础保障，我们对此设计监控传输网络系统。

3.2 核心层
核心层主要设备是作为整个网络大脑的核心交换机，核心
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交换机需具备高可靠性及高稳定性的要求，一般均采用模块化框式交换机，在可靠性配置上需具备双电源、双引擎的要求，在稳定性配置上需选择合适的背板带宽及处理能力较高的板卡，对特殊行业还可采用双核心交换机部署方式。

3.3 接入层
前端视频资源接入对前端玩过采用独立的IP地址，完成对多只前端摄像头的互联。

前端采集的数据通过IP传输网络接入控制中心进行数据汇聚[4]。

对于传输距离小于100米的情况下可采用超五类或者六类双绞线就近直接接入交换机；对于传输距离大于100米的情况下，可采用一对光纤收发器实现点对点接入或者采用PON实现点对多点接入。

用户接入对于用户端接入交换机部分，需要增加相应的用户接入交换机，提供用户上网服务。

监控中心部署接入交换机，通过千兆光纤链路接入到传输网络中，保证设备及客户端的正常使用。

3.4 网络IP地址规划
网络顺利运行最基本要求是保证IP地址的合理分配。

充分考虑地址空间的合理利用，保证网络流量均匀分布是传出层首要完成的任务[5]。

在本网络对IP地址进行分配的同时，要考虑未来业务发展对IP地址的需求。

IP地址空间的分配与合理使用与网络拓扑结构、网络组织及路由有非常密
切的关系，将对网络的可用性、可靠性与有效性产生显著影响。

4 存储系统
4.1 云存储技术
云存储是一个以数据存储和管理为核心的云计算系统。

云存储通过集群技术将网络中多个节点组成共享存储资源池，共享存储资
源池可集中管理和弹性扩展，存储设备可灵活设置、利用率高。

图3 云存储架构示意图
云存储系统的结构主要由存储层、基础管理层、应用接口层、访问层4个部分组成。

针对视频监控系统，云存储架构设计如图3所示。

视频云存储将视频数据分散到多个并发存储节点，数据平均分布于各个节点上，各个存储节点之间通过自动负载均衡技术，有效避免资源争用和元数据处理成为瓶颈。

在存储系统的安全性保护方面可提供设备间容错、设备内容错等多种保护机制；在数据恢复方面，云存储采用数据自愈技术，可以提供多节点数据保护，即使节点损坏在安全阈值以下，数据也不会像传统RAID一样全部损坏，而是损坏部分数据，对于未损失的数据块仍然可读和可用[6]。

4.2 云存储的优势
与传统的存储相对比，云存储具有以下优势：
可扩展性强。

云存储架构采用的是并行扩容方式，当容量不够时，只需采购新的存储服务器，容量即可增加，而且几乎没有上限控制，这就是云存储服务强大的可扩展性[7]。

容灾能力强。

云存储基于一个虚拟集群，数据不会因为单个物理设备损坏而丢失。

数据云存储便于上传查看。

数据查看上传摆脱了物理设备的约束，仅需通过网络传输即可完成数据存储，解决了物理存储设备的便携问题。

数据中心模式将会被引入并逐渐成为安防产业的主流形态。

5 结束语
基于云存储的视频监控系统能够有效达到社会治安的效果，应对多种场景复杂环境下的不同情况，采用不同的前端摄像装置和后台云存储。

视频云存储系统集成基础的视频、图片专属存储功能，有效提高安防监控系统的运行效率与行业应用扩展。

同时丰富的系统管理、运行维护功能提供了更为智能、稳定的运行环境与良好的服务体验。

参考文献
[1]张勋.网络视频监控系统[J].中国科技博览,2012.
[2]肖璐.厂区网络视频监控系统[J].无线互联科技,2014.
[3]万小飞.监狱高清网络视频监控解决方案[J].中国公共安全,2011.
[4]于志军.铁路视频监控系统解决方案探讨[J].中国铁路,2012-12-15:77-78.
[5]井明川.高清监控网络传输方案设计创新[J].中国安防,2012-02-01:50-63.
[6]谢衡元.铁路综合视频云存储技术应用方案研究[J].铁路通信信号工程技术,2017-02-25:9-13.
[7]雷玉堂.云技术及其在视频存储中的应用[J].中国公共安全,2013-10-15:178-187.。