荆门电信“全球眼”视频监控系统的设计与实现.doc

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1、精品论文荆门电信“全球眼”视频监控系统的设计与实现刘昕宇 武汉理工大学信息工程学院，武汉（430070） E-mail：摘要：“全球眼” 视频监控业务是中国电信推出的一项完全基于宽带网的图像远程传输、 管理的新增值业务，交管、安防等各行业对科学高效视频监控系统的需求日益迫切。本文结合集团公司“全球眼”业务平台技术规范和前期系统测试情况，提出了荆门电信“全球眼”系统建设方案，逐一分析了各子系统的功能、需求，并对该方案优点进行了总结。 关键词：全球眼，视频监控，VDN，VCDN1 引言随着信息技术和计算机网络技术的迅速发展，各种实用型视频技术的不断完善，网络视 频监控系统需求不断上升，在交通、金融

2、、安防等领域得到广泛应用。作为网络资源掌控者 的电信运营商推出的“全球眼” 视频监控业务成为一项新的利润增长点。“全球眼”视频监控 品牌是一项架构于有线网络上的远程视频监控、传输、存储、管理的新兴业务，它通过中国 电信无处不在的宽带网络端口将分散、独立的图像采集点进行联网，实现跨区域、全球范围 内的统一管理，资源共享，为各行业的管理决策者提供一种全新的直观的扩大视觉和听觉范 围的管理工具，提高工作绩效【1】。全球眼视频监控方案适用于需要进行图像远程监控、传输、存储和管理的地方和场所， 不仅可以服务于行业客户，对于公众客户市场同样可以提供相应服务。全球眼业务的应用模 式，对即将进行的荆门电信“全

3、球眼”项目具有指导意义。为了促进“全球眼”业务与荆门电信 IPTV 系统的融合发展，在结合集团公司“全球眼”业务平台技术规范和前期系统测试，以及 总结其他各地建设经验的基础上，提出荆门电信“全球眼”系统建设方案。我国网络视频监控的发展经历了三个阶段：模拟时代，是由安防产品演化而来的；半数 字时代，视频以模拟方式采用同轴电缆进行传输，由多媒体控制主机或硬盘录像主机（DVR）进行数字处理与存贮；全数字时代，数字视频服务器（DVS）代替模拟切换矩阵，以嵌入式技术为依托，以网络、通信技术为平台，实现视频在网上传输和监控系统内数据的切换、传 输、存储的数字化【2】。“全球眼”是中国电信在 2004 年着

4、手定制的基于 IPTV 技术的网络监 控规范和标准，属于第三代视频监控系统，是一种公共网络视频监控平台，所有监控点、监 控中心通过有线宽带网与监控平台相连，实现远程图像的实时监控、传输和存储。目前整个监控领域基本还停留在自建自用自维的专网模式，监控行业产业链主要包括设 备供应商、集成商和客户，视频监控产业要得到健康快速发展，必须建设一个统一开放的系 统平台，视频监控产业链各个环节的共同参与、协同发展。电信行业在“全球眼”视频监控业 务上要得到大规模快速成长，需要得到大型系统设备厂商的技术支撑。集成商由于缺乏自主 研发能力和技术资源整合能力，已经越来越难承担这样的角色。系统设备厂商具备电信行业

5、的整套解决方案和强大的技术能力，配合运营商建立整套监控的统一标准，才能使得运营商 可以整合产业链各个环节的力量，实现视频监控业务的快速发展。同时，系统设备厂商在电 信级系统平台和整体解决方案上丰富的开发和建设经验，也将助力运营商的业务运营。2 “全球眼”视频监控体系结构本文所设计的荆门电信视频监控系统由业务运营系统、运维支撑平台、VDN 业务分发- 8 -网络、监控点的监控前端 PU、用户端的监控客户端 CU（包括专业电视墙、MOC 监控中心、PC 客户端及 STB 等）组成，如图 1 所示。同时系统提供标准的媒体格式、控制协议和开发 接口，基于前述的组成部分，可以由第三方厂家定制开发出个性化

6、应用模块，丰富视频监控 的业务应用。图 1 网络视讯视频监控系统组成业务运营平台负责整个视频监控系统中的业务运营、内容管理 VDN 业务分发功能和RGM 注册管理功能；VDN 业务分发网络由主要完成流服务功能、内容存储功能、内容分发/传送功能，以及调度/控制功能；PU/CU 设备是实现监控图像的采集和控制功能的硬件基础； 运维支持平台对整个视频监控系统的各个组成部分提供统一的网络管理功能。下面详细介绍 荆门电信“全球眼”视频监控系统的各个功能模块【3】。3“全球眼”视频监控关键技术3.1 业务运营平台业务运营平台主要负责视频监控业务的业务提供和运营能力，整个平台由业务运营系 统、VDN 业务分

7、发网络、RGM 注册管理模块组成（图 2）。图 2 业务运营系统架构图业务运营系统主要由业务管理平台、内容管理模块、VDN 媒体调度控制模块，以及 RGM 用户端设备管理控制模块组成。业务管理平台包括用户开户/销户、用户分级、用户分组、 用户计费、优惠设置、付费方式、付费信息、定价审批、资源及计费策略管理、出账，对账， 充值管理、客户内部/客户间管理等功能；内容管理模块包括录像的发布管理、监控栏目的 管理、字幕叠加管理、内容的发布操作管理、录像的存储方式管理、录像的存储模式管理以 及视频监控内容的引入、管理、发布、存储等操作管理，采用电信级运营系统，具备灵活的 跨用户服务和计费策略，可实现多个

8、行业用户的分权分域管理；VDN 媒体调度由业务运营 系统的 VDN Manager 模块实现，VDN Agent 分布式布置在各个 VDN 节点，实现各个 VDN 节点内及节点间的媒体调度，各个 VDN Agent 视频的调度受到 VDN Manager 统一控制； RGM 组成管理由业务运营系统的 RGM Manager 模块实现，RGM Agent 分布式布置在各个 VDN 节点，实现各个 PU/CU 的上下线的注册管理，云台控制以及告警等实时信息管理。各 个 RGM Agent 收到 RGM Manager 统一控制和管理【4】。3.2 VDN 分发网络VDN 系统主要完成流服务功能、内

9、容存储功能、内容分发/传送功能，以及调度/控制功 能。它由 VDN Manager、VDN Agent 和流媒体服务器节点所组成。其中 VDN Manager 和 VDN Agent 担当管理控制单元的角色，而流媒体服务节点承担媒体服务单元的角色，提供 具体监控图像的分发和监控录像的存储功能【4】。3.2.1 VDN 分布式网络架构整个 VDN 网络的设置采用分布式架构，在视频监控业务集中的区域设置相关的 VDN 边缘节点，节省网络主干带宽并提高系统的服务质量。VDN 的边缘节点由媒体服务单元和 VDN Agent 组成。VDN Agent 是流媒体节点的控制器，负责管理本流媒体节点的内容分布

10、、策略执行、分发控制、资源监控与管理，以及与流媒体节点和 VDN Manager 通讯，并能够向 VDN Manager 上报本地内容的分布信息、设备状态信息、服务状态和节点配置数据。流媒体节点主要完成流服务、内容存储和内容分发/传送的功能，并向 VDN Agent 开放 通讯的服务接口。流媒体节点对用户的服务过程也就是把内容从监控前端推送到用户侧的过 程。VDN Manager 负责接入视频监控业务管理系统、视频监控内容管理系统和 EPG 系统。 通过分布在各个流媒体节点上的 VDN Agent 来集中管理整个分布式流媒体系统的节点。要 求 VDN Manager 具有全局负载均衡、资源监控

11、与管理、内容分发与管理和对外接口的功能， 并能够保存设备信息、服务状态和网络配置数据等。流媒体节点内部有多个存储与播放服务器，多个服务器之间实现媒体存储和分发的负载 均衡。作为管理控制单元角色的 VDN Manager/VDN Agent 对于媒体服务单元进行管理控制， 包括负载均衡、内容调度、资源监控等。控制服务器应实现 1+1 备份，以保证系统的可靠 性。媒体服务单元为终端用户提供视频监控的媒体服务。VDN 业务分发网络的流媒体服务的控制由中心节点 VDN Manager 进行统一管理，通过 各节点分布式 Agent 实现具体控制。3.2.2VDN 网络弹性扩展 用户规模增长后，业务运营平

12、台可以通过增加高性能服务器和数据库存储来保证各项服务的线性扩展。对于监控头端可能开展的直播业务流量是恒定的，不随用户的增加而变化。若直播监控头端数量增长，可以通过视频编码器和流媒体服务器媒体处理单元的扩容直接实 现。而对于监控头端单播类业务，面对不断增长的并发单播需求，系统支持两种不同方式的 扩容：1）利用单个节点的扩展，增加单节点的流并发能力：首先可以增加服务器的媒体处理 单元，以支持更多的并发流；当机框达到满配置，可以新增机框并配置相应的媒体处理单元。 例如：从 1000 路扩容增加到 5000 路，增加服务器的媒体处理单元和存储容量【3】。2）利用增加节点数目来扩展系统整体流并发能力：对

13、于业务发展迅速的区域，可以通 过增加新的边缘节点，来满足需求。例如：从 5000 路扩容增加到 10000 路，增加一个相应的边缘节点，包括服务器的媒体处理单元机框和存储设备。随着监控点数量的增加和减少骨干网的压力的要求，可增加边缘节点，提供就近服务，达到系统平滑扩展和减轻网络压力的 目的。3.2.3VDN 网络的 VCDN 功能VCDN（Virtual Content Distribution Network）本质上是 VDN 系统和多个行业用户虚拟 专有视频监控系统的结合，通过在一个统一的 VDN 平台上划分多个不同行业用户的虚拟运 营空间，实现在平台统一管理控制下多个行业用户的灵活运营能

14、力，VCDN 特色功能如下：1）每个大型的行业用户均可以在 VDN 平台的不同物理 VDN 节点内，具备自己的内容 存放空间和并发流许可等运营资源。2）单个物理 VDN 节点内可为不同行业用户提供存储和分发资源；3）一个行业用户的存储和分发资源也可以跨越多个物理 VDN 节点，形成一个行业用 户内部的多节点虚拟 VDN 结构，该行业用户可依据分发策略进行分发调度。4）通过 VCDN 的管理保证内容的安全性，同一 VDN 物理节点用户不能访问其他用户私有资源。电信运营商可根据每个节点根据存储容量和并发需求，对行业用户的分发资源进行运营 收费。针对专网用户、共享大客户和公众用户，VDCN 可以有不

15、同的应用模式：专网用户：资源的访问具有排他性的特点，因此对于专网用户需要划分独立的存储资源，并确保其他用户不可访问该存储资源。共享大客户：客户 A 和客户 B 之间部分监控点的视频录像需要共享，所以可以设置客 户 A 和客户 B 之间指定存储资源的访问权限，实现大客户之间授权监控资源的共享。公众用户：主要访问公众场合的监控视频，对于这部分的监控视频的存储，可以设置对 所有公众用户的公开访问权限，此部分监控视频可向公众用户开展服务。3.3RGM 注册管理和控制RGM 子系统在监控头端和监控终端之间起到消息转发的作用，负责接收和处理监控头 端发出的消息，并将消息转发到监控终端，同时负责将监控终端发

16、出的控制消息转发给监控 头端。RGM 子系统还负责维护各中监控头端和监控终端的在线状态。RGM 子系统主要采用 Manager-Agent 分布系统架构，监控系统的控制消息分布如下图 所示。RGM Manager 负责 RGM Agent 的性能的检测，在监控头端接入的时候对 RGM Agent进行负责均衡。RGM Agent 主要作为监控终端和监控头端的消息代理，负责将控制消息发送给监控头端，同时接收监控头端的消息并上报给 RGM Manager。监控系统中 CU 和 PMS对 PU 的控制都是经过 RGM Agent 来控制 PU 的，实现控制信息一致化。3.4PU/CU 用户侧设备功能P

17、U/CU 设备散落在用户侧，用户可以通过该设备进行监控点的图像监控和客户端的控 制，是视频监控的硬件基础。监控前端单元（PU）主要包括全球眼视频服务器、视频采集 设备（云台、摄像头）、报警输入/输出设备等头端设备。监控前端系统可以根据各个监控 点的不同情况配置不同的设备【5】。监控终端子系统（CU）包括行业用户的监控中心系统和 个人用户监控终端。行业用户需要的监控中心包括专业的监控台和电视墙，并可采用 MOC 软件为中小型系统进行管理控制【6】。个人用户的监控终端采用 STB/PS100 等终端，采用 IE 浏览器、采用移动手持设备如手机实现。3.5 其他视频监控系统采用开放的系统架构，对媒体

18、格式和控制协议制定了统一标准，并对第三 方应用提供标准的开发接口。用户基于上述系统，可以开发出丰富的应用功能。如 GIS 电 子底图、交通监控的车牌识别功能等。扩展应用功能的应用一般面向行业大客户，在行业的 客户的监控中心内实现。由于前期的封闭系统在媒体格式、控制协议和开发接口上均采用私 有标准，因此在电信运营的监控系统上，基于不同厂家开发的扩展应用无法实现通用。因此 需要在视频监控系统上统一媒体格式、控制协议和开发接口的标准，这样各个行业用户扩展 应用具备一定的通用性和可以移植性，利于监控系统的整体运营。视频监控业务是多种宽带增值业务的聚合体，在视频监控业务网络中，业务设备类型多 种多样，如

19、业务平台设备、VDN 设备、流媒体设备、存储设备、用户侧设备，各种设备因 为具体业务的不同管理的方式和重点不同。对于用户侧 PU/CU 设备来说，数目规模十分巨 大，而且散落在各地。这就要求视频监控运维支撑平台既可以高效可靠的管理局端设备，也 可以对数量很大的用户侧设备实施统一的管理。基于上述认识，网络管理系统设计采用先进的网管架构，提供了一整套基于 Java 的跨平台开发工具、模块和 API，可以方便地与多个第 3 方系统实现集成，是按照自下而上规则 设计的高度用户化、电信级、跨平台的综合网络管理系统，并提供针对网络管理的全面解决 方案。系统要求功能完善。按照实际需要，可以快速、灵活、方便、

20、经济地管理视频监控业 务网络种的各种局端网元设备（如媒体服务器），为运营者带来良好的社会和经济效益以及 灵活的扩展性【1】。系统也可以安全可靠的管理用户侧设备（如视频服务器），实施业务开 通、版本升级和性能监控等功能，保证了最终用户可以通过远程配置的方式开通和使用视频 监控业务，同时运营商也可以对该设备进行监控和维护，排除故障，制止用户的恶意行为。4 荆门电信“全球眼”视频监控系统实例4.1 系统组成本次荆门电信“全球眼”工程系统网络建设采用一级架构，建设 1 个中心节点，同时为保 证后续业务不断扩展对系统的需求，系统网络架构支持向两级三级的平滑过渡。设计容量原 则为：1000 个监控点；50

21、的媒体转发能力；512K 码流；300 个摄像头存储 10 天。本系统的设计主要参考了相关企业标准及类似系统，根据全球眼业务系统总体结构将相 对独立的功能实体划分为若干子系统，各个子系统有较高的内聚性，同时各子系统之间松散耦合。全球眼业务系统主要包括：前端子系统（PU，包括网络摄像机和视频服务器）；业务运营子系统（OSS/CMS，包括运营支撑子系统和内容管理子系统）；电子节目展示子系 统（EPG）；分布式流媒体子系统（DSS_CDN）；RGM 分布式注册管理子系统（RGM）； 终端子系统（CU，IPTV 机顶盒）。系统实际组网图如 3：图 3 系统实际组网图本视频监控业务运营平台，与之前的专网

22、系统最大的优势就在于有强大的运营功能，包括用户管理、设备管理、认证、计费等等。在多行业用户交叉运营及跨域访问方面，具备封 闭的专网系统难以实现的优势，实现了实时音视频浏览、录像、报警、远程控制、语音对讲、 媒体分发等多种功能。4.2 视频监控方案优势本文提出的荆门电信“全球眼”的设计方案具有如下优势：1）电信级解决方案，保障高可靠性：本文中的监控系统平台支持电信级的可用性，用 户的业务访问可用性可达 99%。业务运营平台关键设备都设计了主备方式，并采用了双网 双平面进行部署，充分保证整个业务运营平台的安全性和可用性，有效防止攻击和保证容灾。2）可运营、可管理的视频监控业务，助力实现广泛商用：网

23、络视讯视频监控方案，拥 有强大的业务管理系统、网络视讯综合业务管理平台，能够方便的实现强大的用户接入、业 务调配、业务接入、产品生成、用户和业务认证鉴权管理、资费管理、权限管理等业务管控 功能，具备灵活的统计能力。拥有丰富和电信运营商运营支撑系统或者其他行业资源的对接 经验；能够灵活的开展可运营的视频监控业务，并帮助电信运营商持续运营。3）强大的运维支撑能力，提供平台、设备、业务的高效运营管理。 本视频监控业务平台基于中兴通讯统一网管平台，提供自动化的业务流程管理。该网管平台支持包括 SNMP、TR069 等在内各种终端网管协议，可对包括视频监控业务所涉及的流 媒体服务器、磁阵存储设备、PU

24、设备，CU 设备等设备提供统一的网管功能，并可纳入电 信运营商现有统一网管平台统一管理。4）开放、标准、规范的体系架构，支持个性化应用，共同打造视频监控产业链：本视 频监控系统采用开放、标准、规范的体系架构，媒体格式采用统一开放的 H.264 编码格式， 对 PU 的控制采用标准的控制信令，应用开发厂家可通过标准的开发接口，灵活实现各种扩 展应用，丰富系统的应用需求【3】。5 总结“全球眼”视频监控方案适用于需要进行图像远程监控、传输、存储和管理的地方和场所， 不仅可以服务于行业客户，对于公众客户市场同样可以提供相应服务。现阶段主要目标客户 为政府、重要行业的跨地区企业等，如公共安全、金融、电

25、力、石化、教育、交通、环境监 测、民航、海关、连锁营业场所。此外，针对个人用户提供一系列资讯服务，如旅游景点在 线、天气情况查询、交通情况在线等等，具有非常重要的现实意义。荆门电信即将进行“全 球眼”监控系统的建设，本文提出了一个解决方案，对系统功能进行了逐一分析，并介绍了 组网模式和本方案的优势，在实践中具有指导意义。1. 微计算机信息 2006，Vol 03，No78参考文献2. 李吉庆基于因特网的分布式水利视频监控系统，电视技术，2001.11 3. 刘湘宇，忻渊，余丰喜荆门电信全球眼建设方案建议2007.64. 刘湘宇，忻渊，余丰喜中兴通讯全球眼整体解决方案技术白皮书2007.3 5.

26、 张友波，张焕强，孙利民基于 SIP 的视频会议系统设计与实现，2005.116. 陈耀武，伍鹏，汪乐宇基于流媒体技术的网络化嵌入式视频监控系统J，工程设计学报，2004，11(2):57-61The design and implementation of “Global Eye” System ofJingmen TelecomLiu XinyuSchool of Information Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan ( 430070)Abstract“Global Eye” video surveillance syst

27、em is a new service developed by China Telecom, which is basedon the technology of distant image transmission and management in broad bandwidth network. All walks of life, such as traffic control and public security，have a more urgent requirement on scientificand efficiency video surveillance system. This paper is proposed a “Global Eye” System of Jingmen Telecom according to prophase specification and system test in our Group Company, analyzes the function and requirement of each subsystem in stage and summarizes its advantages.Keywords：Global Eye，video surveillance，VDN，VCDN