基于IMOS技术的视频监控系统在某农商银行项目中的应用

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  【摘 要】 本文结合某农商银行项目IP监控平台的开发应用成效,从 IMOS 的核心技术入手,提出了基于IMOS技术的视频监控系统基本构架,并对整个系统的具体应用进行了分析,以期为当今银行技防系统的建设起到一定的理论和实践指导作用。
  【关键词】 IMOS;视频监控;设计;应用
  【中图分类号】 TU717 【文献标识码】 D 【文章编号】 1727-5123(2013)05-116-03
  1 引言
  目前,联网监控范围不断扩大,海量的视频访问和视频存储需求不断增加,业务需求越来越复杂和灵活。由于传统监控厂商无法从网络监控的整体架构角度对所有网络监控的组件进行优化,系统设计已经存在一些不可逾越的瓶颈。因此,出现了依靠流媒体服务器、网络转存服务器、设备代理服务器等组件来实现不同异构设备之间的媒体处理和信令处理,当面对海量多媒体信息管理存储的需求,这些设备的集群、负载均衡、故障倒换等可靠性设计以及其整体架构的性能瓶颈已经成为阻碍网络监控发展的重要因素。定位于IP多媒体基础软件平台的IMOS(IP Multimedia Operation System-IP多媒体操作系统)正是为了满足联网监控和多媒体融合管理的需求,IMOS基于联网监控需求对整个监控系统的所有组件进行融合优化,它的出现能够解决当前网络监控系统不可逾越的瓶颈,满足多媒体融合应用的需求,同时更好的支持合作伙伴面对客户提供个性化增值应用解决方案。
  2 IMOS简介
  IMOS(IP Multimedia Operation System)是IP多媒体操作系统的简称,是一个通用的支撑多媒体综合监控的中间件平台,它通过对整个监控系统的所有组件进行融合优化,满足各种联网监控系统的全局看、控、存、管、用业务需求。通过分层设计,将各种多媒体功能和数据进行抽象和分层归类成各种模型,每个层次由若干互相独立、而又可以协同工作的中间件组成。中间件外部接口考虑互通的需求,最大程度的使用标准协议和业界通用接口模式,而在内部则提供高性能、高可靠性的自主研发通讯机制。每个层次上,都允许客户根据需要扩展自己的插件,从而开发出更加符合客户个性化需要的应用平台。具体来说,从底向上分为四个层次:OS层、基础设施层、业务逻辑层、应用层。(見图 1)
  3 IMOS的核心技术
  基于IMOS的IP网络视频监控解决方案在整体灵活性、先进性、可扩展性和开放性等各方面相对以往平台软件和业界同类软件都有了质的提升,支持IMOS平台的核心技术包括:
  3.1 MOS-多媒体操作系统(Multimedia Operation System)。IMOS对涉及到硬件的各种业务操作,进行了统一的接口封装,不同的硬件平台,只要根据IMOS定义的统一接口,实现此接口定义的相关功能即可。上层业务模块无需关心系统运行在何种硬件平台上,只需要关心业务逻辑的设计和实现。
  3.2 MAS-多媒体数据访问服务(Multimedia Access Service)。MAS是结合多媒体数据和应用的特点,通过对传统的磁盘阵列技术进行了改造,提升磁盘阵列对硬盘错误的容错能力,使用Raid5重建专利技术,避免Raid5阵列重建时导致阵列写入性能大幅下降。支持通过虚拟文件系统技术对网络化存储访问进行屏蔽,在MAS内部解决网络化问题(Cache、穿越等),简化存储应用。真正做到IP可达即存储可达。
  3.3 MFW-多媒体框架(Multimedia Framework)。为了快速满足各类多媒体业务的定制需求,IMOS通过对各种多媒体需求的分析和建模,分析相似应用的共性和差异性,在IMOS的基础平台内抽取出公共模型,建立MFW-多媒体框架(Multimedia Framework)来实现不同类别的应用需求。通过多媒体框架技术,将业务逻辑关系进行了抽象和模板化,在实现多种业务时从根本上保证软件结构的稳定性和可靠性,在满足用户对业务的定制需求时,能够做到兼顾快速和高质量。
  3.4 MMW-多媒体软件中间件(Multimedia Middleware)。IMOS平台全面采用中间件平台的设计理念,从底向上每层都进行严格细致的抽象,由若干互相独立、而又可以协同工作的中间件组成。中间件外部接口考虑互通的需求,最大程度的使用标准协议和业界通用接口模式。每个层次上,都允许客户根据需要扩展自己的插件,可以实现各种综合业务的支持能力,可以支持各种安防领域的应用,实现跨设备、跨平台的数据传送/复制以及用户程序自动化执行能力。
  3.5 MRV-多媒体资源虚拟化(Multimedia Resources Virtualization)。IMOS支持将物理设备分解成多个基本资源的集合,根据摄像机资源、监视器资源、告警源资源、存储资源、地图资源等进行分类。同时可以在基本资源的基础上组合出进行高级监控业务的组合资源(比如轮切、组切、各类计划等)。用户可以通过操作资源进行各种业务的操作,不需要关心这些资源的物理地域和物理属性,使用户更专注于自身的业务。
  3.6 IMS-IP多媒体系统(IP Multimedia Subsystem)。IMS是3GPPR5中对IP多媒体业务进行控制的网络核心层逻辑功能实体的总称,是目前移动通信网络领域最具发展潜力的热门应用,其核心信令是SIP,其架构特点是业务、控制、承载三分离。
  4 系统建设方案设计
  4.1 基于IMOS技术的某农商银行IP网络视频监控系统的基本架构。该系统中心平台配置核心管理服务器、数据管理服务器、流媒体服务器、智能图像分析服务器、报警管理服务器、IP SAN存储设备、视频解码器、软件客户端等。
  核心管理服务器VM,对于全网监控设备进行管理控制;存储管理服务器DM,对于前端系统进行存储计划的制定、执行和监督,并进行必要的数据备份操作。流媒体服务器MS负责实时音视频流的复制与转发,可以将一路视频信息复制成多个,同时分发给不同的用户进行浏览。智能图像分析服务器通过网络获取IP视频信息,经过软件进行分析,输出相应的告警信息给VM平台,实现告警联动。IPSAN存储设备用以实现音视频历史资料的存储和备份。视频解码器将IP数字信号还原为模拟信号,输出至电视墙进行显示。软件客户端完成系统配置和控制的操作,并可以软件解码,输出至相应的显示设备。其系统架构见图2。   4.2 ATM部署。ATM配置混合式NVR,单台设备可接入8路D1视频,前端本地存储,同时向中心备份集中,专业报警主机通过平台接入,见图3。
  实时浏览时,各机构的监控客户端可以按照事先设定的权限监督自己的资源,焦点事件发生时,大并发量的数据可以通过MS流媒体服务器来复制转发。
  4.3 营业网点部署。营业网点主要布防现金区、自助区、理财区、办公人员出入口及营业大厅人员情况;由于营业大厅人员流动性大,人员多杂,使用高清IPC进行实行监控。配置ISC系列设备,面向行业和商业用户推出的第二代高性能、高可靠性、大容量、一体化NVR(网络视频存储主机),集视频管理、数据管理、iSCSI存储以及媒体交换功能于一体,能够接入高清IPC/编码器,且能够作为下级域被IMOS平台统一管理。采用本地存储,中心备份存储。支持单机应用、多机堆叠应用、与IMOS平台联网等多种应用模式。
  4.4 大厦主楼部署设计。大厦地下1层,裙楼3层,主楼23层。在地下室出入口配置高清枪机IPC,清晰监测车辆及人员的出入情况;在汽车库、自行车库、银行库房、设备用房、后勤用房等区域根据实际环境选择相应类型(枪机、半球、球机)高清IPC;由于地下室光线较暗,地下室采用低照度高清IPC。在电梯内,楼梯口及走廊等公共区域放置高清IPC,走廊使用9:16走廊模式高清IPC,纵向场景下有效监控区域提升一倍。根据实际安装环境选择相应类型(枪机、半球)的IPC。
  4.5 监控中心部署。监控中心主要部署VM、DM、MS、IPSAN存储、解码器群、监控客户端、解码器及LCD大屏幕,监控中心对整个大厦的监控点进行管理。考虑到系统及监控视(音)频数据的安全,将安防管理服务器、存储管理服务器、流媒体服务器、智能存储等设备及安防专网核心层设备设置于五层计算中心机房内,所有视频数据全部进行集中存储,统一管理,确保各事件事后有据可查。各监控中心的一般监控值班人员只有对其开放监控视频的查询调用权限,权限设置仅控制在系统管理员手上。
  4.6 网络平台。IP监控传输系统采用以太网组网方式,网络分为三个层次,接入层、汇聚层、核心层。IP摄像机、编码器通过网线接入到交换机中,采用组播交换机组建成IP监控专用网络,交换机之间采用千兆光纤传输。所有的IP摄像机、编码器、解码器、管理服务器、IPSAN存储设备、控制PC机均接入到交换机中,实时视频流在进行传输交换时使用网络组播功能,以达到最短的延时及无瓶颈的网络交换。
  4.7 存储方案。前端采集的实时视频监控图像,通過支持iSCSI协议的视频编码器或IPC将监控图像直接打包成iSCSI数据包采用裸数据块的方式直接写入IPSAN盘阵。通过在部署在计算中心的数据管理服务器(DM)进行视频数据的管理,实施监控数据写入过程,可完成视频数据实时存储和存储系统的动态监控。采用数据块指针纪录技术,实现历史影像资料的基于指针数据库的检索,检索效率相对基于影像基于文件检索速度从数十分钟提高秒级,同时指针数据库考虑对录像文件的采取防篡改或完整性检查措施;IPSAN中存储的数据可同时供多位客户端随时下载,读取,当用户需要查看IPSAN中已保存的视频监控数据时,可通过授权的视频监控客户端直接点播相应位置的视频监控数据进行历史图像的查看。
  5 基于IMOS技术的IP网络视频监控系统投入使用后的主要成效
  随着视频监控进入IP网络时代,流媒体技术在视频监控系统中的应用给安防监控领域注入了鲜活的生命力。该行IP视频监控系统的建设和应用,为银行的安全管理水平和安全服务能力有效提升提供了强大的安防技术支撑,为平安、和谐银行的构建提供了坚实的技防保障。
  5.1 监控数据实现了海量存储。采用了高性能、高可靠性的IP SAN方式作为录像数据存储方式。单台阵列最高可达24个盘位,每块盘容量最大可支持 2T,全面支持RAID0、1、3、5、6、10、50众多级别,磁盘支持冗余热备,针对监控系统并发写远多于并发读的特性,对存储服务器进行了特别优化,CPU资源分配大部分用于写操作,网口也固定写入带宽为读出带宽约5倍,所有摄像机码率按4Mbps计算,进行连续性存储,存储容量达三十天。
  5.2 监控数据实现了流控分离。采用双码流技术(预览流与存储流分离技术),主码流和子码流的码流类型、图像质量、帧率、分辨率、位率上限、位率类型均独立可调。视频流与控制流分离技术,因视频流数据量较大,并发访问数量增加将增大IP前端CPU处理负荷及出口带宽压力,利用流媒体快速复制分发的特点,解除IP前端并发访问路数限制。由于控制流数据量小,实时性要求高,直接采用TCP传输方式,不穿越流媒体服务器,在传输线路上减小延迟(小于300ms)。
  5.3 监控系统的维护十分便捷。整个监控系统平台采用全中文界面、智能化管理,以机器自动化方式取代操作员来完成枯燥的故障巡查工作,维护人员只需做故障确认和处理工作,大大简化了维护的工作难度。管理员在权限范围内,可以对所有终端进行集中的配置,同时支持批量配置管理,提供了电信级的可维护性,减轻了管理员的工作量。
  5.4 监控系统的可扩展性大大增强。采用高品质的IP网络替代模拟或数模矩阵,以IP网络的分组交换代替矩阵的电路交换。实现了整套系统的无限扩展;通过IPSAN专业存储,实现海量存储的可扩展性。IPSAN是一种通过网络方式连接存储设备和应用服务器的存储构架,多台IPSAN通过IP交换机连接可形成一个巨大的存储池,可在不中断业务前提下,通过IPSAN的管理平台完成存储设备的在线迁移、卷重新分配和授权认证操作。基于IMOS技术的IP网络视频监控系统作为一个开放、标准的视频监控基础平台,在设备层面提供了编程接口,同时在监控管理平台层面也提供了API和SDK开放包,通过这些接口,可以有效兼容其他品牌,可为安防系统提供更多智能化、个性化的增值业务。
  6 结论
  传统的模拟或数模结合监控系统,由于对图像的处理和传输均采用模拟技术,不仅图象质量低,系统资源浪费严重,而且存储量小,可扩展性极差,视频图像效果与视频传输的实时性矛盾十分突出,很难组成规模较大的系统结构,无法满足现有银行安全管理的需求。随着社会环境的不断复杂,银行规模的不断扩大,营业网点的不断增多,银行对监控系统的监控范围、信息量、存储量、处理速度和可扩展性要求不断提升,这就要求信息时代的监控系统必须具备海量存储、操作便捷、画质清晰、维护便利和可扩展性强等必备特性。所以该农商银行实施基于IMOS技术的IP视频监控系统的开发应用是一项具有高度前瞻性选择,它必将对IP视频监控技术在当今银行技防领域中的全面应用起到一定的示范作用。
  参考文献
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