智慧城市综合视频监控平台解决方案

智慧城市综合视频监控平台

解决方案

目录

1、项目必要性及需求分析 (4)

1.1 接入需求 (4)

1.1.1 接口开放性 (4)

1.1.2 无线视频数据接入稳定性 (5)

1.2 呈现需求 (5)

1.2.1 多终端支持及实时转码 (5)

1.2.2 全屏多画面、单画面 (5)

1.2.3 GIS呈现 (5)

1.3 视频流分发功能 (6)

1.4 处理需求 (6)

1.4.1 智能识别 (6)

1.4.2 前端设备状态读取及控制 (6)

1.4.3 录像及存储功能 (6)

1.4.4 智能分析结果告警 (7)

1.4.5 子平台扩展 (7)

1.5 管理维护需求 (7)

1.5.1 摄像机状态维护 (7)

1.5.2 客户端系统支持 (7)

1.5.3 摄像头多级目录管理 (7)

1.5.4 账号登录权限管理 (8)

1.5.5 升级扩容改造管理 (8)

1.5.6 服务器状态监控、负载均衡和数据备份 (8)

1.6 系统性能需求 (8)

1.6.1 系统扩展性 (8)

1.6.2 系统鲁棒性 (8)

1.6.3 系统响应速度 (9)

1.6.4 系统接入能力和并发处理能力 (9)

1.6.5 存储能力 (9)

1.6.6 视频传输时延 (9)

1.6.7 智能分析处理能力 (9)

1.6.8 智能分析统计误报率、漏报率 (10)

2 系统架构 (11)

2.1 系统拓扑图 (11)

2.2 系统模块示意图 (12)

2.2.1 系统模块功能描述 (13)

3 系统方案 (15)

3.1 系统逻框图 (15)

3.2 子系统描述 (17)

3.2.1 接入系统 (17)

3.2.2 存储系统 (19)

3.2.3 处理系统 (24)

3.2.4 中心调度管理系统 (28)

3.2.5流媒体服务器集群 (35)

3.2.6终端设备 (39)

4 建设方案 (41)

4.1 建设方案拓扑图 (41)

4.2 软硬件部署 (42)

4.2.1 部署方式 (42)

4.2.2服务器设备和软件规划 (42)

4.3 网络通信部署 (44)

4.3.1与第三方平台的通信部署 (44)

4.3.2与第三方平台的网络部署 (44)

4.3.3与移动终端的通信部署 (45)

4.4 维护制度 (45)

4.5 前端设备命名 (45)

4.6 建设周期 (46)

4.7 应用接口和对接 (46)

1、项目必要性及需求分析

公共区域视频监控系统的建设是智慧城市建设必不可少的重要组成部分，其视频监控资源的整合、优化以及利用程度是城市信息化程度的重要标志之一，公共区域中已建成大量、属于各个单位、基于不同制式标准、不同设备、不同平台的视频监控系统，但目前这些资源并没有得到有效整合，无法跨平台、跨单位进行集中优化处理，这就造成了现有视频资源利用率低、重复建设、缺乏统一调度等不良现象，本项目基于这个现状旨在建设一个统一的、城市级的视频监控平台，将城市现有的视频监控资源有效整合起来，并在此基础上针对各类城市管理中的应用需求，实现高效实用的业务应用，将城市可利用的全部视频资源经过优化、整合及智能处理后，透明地呈现给使用者，为城市管理提供有力支撑。

为整合现有视频监控资源，作为子系统对“智慧”平台提供视频监控支持，本次项目建设“智慧、宽慧综合视频监控平台”。“平台”在现有信息化建设基础上，集成现有视频监控资源，建设大规模视频实时接入处理分析监控平台。项目建设要求充分利用现有资源，实现与交管局、交通局、公安局、城市高点监控、道路图像监控“320”工程等现有视频监控平台的对接，实现上万路的视频接入。对上述视频监控平台的视频接入后，要求实现转码处理、智能识别、解码上墙和数据存储回看等功能，以满足不同终端的访问需求、实现车流统计等交通数据的提取、对关键数据进行存储、以及实现大屏控制等。同时要求完成对综合资源调度系统的无缝对接并提供第三方应用开发接口。

1.1 接入需求

1.1.1 接口开放性

“平台”接口具备开放性，满足公安、交管、320工程、宽慧无线视频监控等不同标准视频监控平台及单点视频数据的接入，能够满足第三方已有视频监控平台及模/数前端监控设备视频信号的接入。平台需能够兼容主流平台及前端摄

像机厂家的SDK开发包接入。

1.1.2 无线视频数据接入稳定性

针对无线数据传输的特性，系统可根据实时的网络状态，自适应转码，调整合适的分辨率和码率，也可根据用户设置的流畅度优先或者清晰度优先，合理控制实时数据的流量，以保障在无线数据传输的环境下，视频信号正常传输，不受到影响。

1.2 呈现需求

1.2.1 多终端支持及实时转码

“平台”可支持多种终端设备的监控访问，包括大屏幕电视墙、PC终端、平板电脑终端、智能手持终端等，支持高并发的视频访问能力，并且根据客户端的不同处理能力，实时转码，瞬时动态调整视频的分辨率，满足用户需求的同时降低网络带宽的消耗。

1.2.2 全屏多画面、单画面

“平台”支持视频信号在各种终端上全屏多画面、单画面呈现，并根据接入视频路数自主调整视频画面分辨率，呈现视频内容来源可以为根据摄像头编号勾选、GIS图层上摄像头点选、拖拽、框选或随机呈现摄像头内容等。

1.2.3 GIS呈现

“平台”支持在GIS地图上实时呈现摄像头位置、状态和类型等信息；支持点击摄像头图标后视频窗口浮现，并根据打开的视频窗口数自动排版窗口位置；支持智能摄像头智能分析结果直接呈现；支持热选择的摄像头云台方位示意图根据实际摄像头方位变换情况实时更新。

GIS地图系统通过与“平台”中心服务器通信，获取所有前端摄像机信息，并

根据地理位置信息展现在地图上，当需要打开某路或者某些路段的视频监控画面时，发送所需摄像机ID号信令给中心服务器，中心服务器进行调度处理，并将结果流地址返回给GIS地图系统，根据该地址即可获取监控视频流。可呈现的应用如在地图上展现当前区域的前端监控设备，点击后可打开小窗口进行视频实时预览，并可通过平台联动展示到监控大屏上。

1.3 视频流分发功能

针对不同客户端对同一路视频流的请求，“平台”可对视频流进行存储、复制，并根据不同客户端的处理能力推送符合客户端需求的视频流，降低接入侧传输带宽的占用。

1.4 处理需求

1.4.1 智能识别

“平台”可以在所有接入的前端视频监控设备中，根据用户的需求，对选择的摄像机进行动态识别和智能分析，如：智能统计车流量，对交通事故、交通干线拥堵情况进行实时监控和预报等，并且保证后期功能的可扩展性。

1.4.2 前端设备状态读取及控制

“平台”可接入所有前端设备并可对设备进行控制，如设置设备的编码方式、帧率、比特率、分辨率等信息，远程控制设备的云台等。

1.4.3 录像及存储功能

“平台”提供摄像机定时录制存储设置功能，并提供历史记录查询。基于高性能集群架构的云存储系统，采用多节点冗余架构设计，支持多节点自动负载均衡及故障转移，任意节点发生故障，可在不间断业务情况下进行修复。整个存储系统所有节点对外界以统一IP地址提供FTP服务，具有容错能力，任何节点出现故障，保证服务不中断，数据不丢失。

1.4.4 智能分析结果告警

“平台”具备视频智能分析功能，并可根据预置的报警门限进行及时告警，如防汛摄像头检测到水位上涨至防汛门限，消防摄像头检测到温度上升至告警门限，交管摄像头检测到车流量超过告警门限，公安摄像头通过人脸识别检测到人脸相似度超过告警门限等时，应及时在GIS地图上进行告警呈现。告警模式可通过声音，图形闪烁，弹出窗口等方式展现，并记录日志。

1.4.5 子平台扩展

可根据业务需求从主平台中扩展出任意数量的子平台，并且子平台能够继承主平台的所有功能，并根据业务需要开发个性化功能。

1.5 管理维护需求

1.5.1 摄像机状态维护

“平台”可对接入的所有第三方平台所属的摄像机及单点接入的摄像机进行状态监控，采用轮询机制监测摄像机工作状态是否正常，并实时呈现告警、记录日志。

1.5.2 客户端系统支持

平台客户端支持Linux（CentOS、RedHat、Ubuntu）、Windows、IOS、Android 等主流PC、平板电脑和智能终端操作系统。

1.5.3 摄像头多级目录管理

摄像头的目录采用树形结构、多级管理。各平台归属摄像头的命名和检索保留原平台方式。未命名的摄像头命名统一规范标准，名称体现视频来源、摄像头地理位置、摄像头制式、编号等信息，便于快速检索。（需要与杜主任沟通后确定最终的管理方式）

1.5.4 账号登录权限管理

“平台”可对登录账号进行权限设置和管理，根据账号开放特定的视频流访问权限，账号权限需对接入的子平台的账号权限管理方式进行继承。

1.5.5 升级扩容改造管理

“平台”可保证在系统不宕机、服务不中断的情况下进行软硬件升级、硬件扩容等平台升级扩容改造工作。

1.5.6 服务器状态监控、负载均衡和数据备份

“平台”对服务器进行统一调度管理，无人值守监控服务器的运行状态；可根据服务器的处理负荷进行负载均衡，将大量的并发访问和数据流分担到多个节点进行处理，提高服务器的运行效率；“平台”能够支持数据的冷热备份，确保任一节点包括主节点出现故障时，均不会导致服务器数据丢失。

1.6 系统性能需求

1.6.1 系统扩展性

“平台”具有较强的可扩展性，预留足够的接口便于将来能够接入新的节点资源、子平台系统或更高级别的应用平台。接口通用透明，出口视频支持标准RTSP协议，信令支持标准HTTP协议。

1.6.2 系统鲁棒性

“平台”可确保在任意数量平台或设备的SDK开发包和RTSP视频流接入的情况下保证系统稳定运行；在任意节点（包括主节点）发生故障的情况下，仍然能够稳定处理数据，保证系统不宕机，服务不中断。

1.6.3 系统响应速度

从客户端接收到用户命令到系统完成命令执行的响应时长不超过1秒；“平台”数据库中摄像头在GIS图层上的显示相关信息，做到更新时间间隔不超过1秒。

1.6.4 系统接入能力和并发处理能力

“平台”预计初期可具备1万路的视频信号接入能力，后期可扩展至20万路视频信号。

“平台”最低可并发接入500路视频信号，可同时支持100路720P视频流实时转码、50路高清视频智能分析、24路720p或96路D1视频流解码上墙，并支持1080p高清视频流的解码能力。

用户并发访问量初期为800路720p或2000路D1信号，后期可扩展至2000路720p的流转发能力。

1.6.5 存储能力

初期建设存储容量至少为100TByte，满足动态扩容需求；初期具备100路720p视频存储30天的能力，可扩展到10000路720p视频30天的存储能力；单客户端大文件传输的写性能不小于100MB/s，读性能不少于80MB/s；要求当任意节点（包括主节点）发生故障时，存储系统仍然保持存储数据100%完整，并且不会停机中断服务。

1.6.6 视频传输时延

从视频流从接入“平台”后，经过转码，推送给流媒体服务器，并分发给不同客户端，所呈现的总时延不超过1秒。

1.6.7 智能分析处理能力

“平台”初期达到50路高清视频的智能分析、识别的处理能力，并可动态

扩容至1万路视频的智能分析、处理能力。在某些情况下允许有20s以下的时延，但可以保证智能分析处理的速度高于视频帧产生的速度（帧率为30fps以上），保证视频数据不堆积。

1.6.8 智能分析统计误报率、漏报率

“平台”智能分析中，车流量统计误差率不高于10%；交通事故检测误报率不高于10%、漏检率不超过20%；交通干道拥堵告警误报率不超过5%

2 系统架构

根据需求的深入分析，本方案利用cStor 云存储和cProc 云处理技术构建统一的云视频监控管理平台软件，部署在服务器集群上，实现对海量高清视频监控的实时处理，整合各委办局的监控资源。

2.1 系统拓扑图

图2-1 系统拓扑图

系统对前端的交管局、交通局、公安局、城市高点监控、道路图像监控“320”工程等现有视频监控前端和平台进行对接，实现上万路的视频接入。对上述视频监控平台的视频接入后，经过集群处理，实现转码处理、智能识别、解码上墙和数据存储回看等功能，以满足不同终端的访问需求、实现车流统计等交通数据

的提取、对关键数据进行存储、以及实现大屏控制等功能。

现有框架可以满足及未能满足的相关需求如下表所示：

2.2 系统模块示意图

如下图所示，系统主要由七个子系统组成：前端设备、接入系统、处理系统、存储系统、流媒体服务器、中心调度系统和客户端。

图2-2 系统总体描述图

2.2.1 系统模块功能描述

●前端设备：前端设备在中心服务器的调度下进行信息采集，以RTSP的形式传输给存储/处理服务器集群，或者以SDK的形式传输给接入服务器。(前端设备包括：模拟摄像机、网络摄像机、卡口设备、第三方平台等)

●接入服务器：整合各种前端设备，将不同厂家不同平台的前端设备通过RTSP 或者SDK的方式接入本系统，以实现多种前端摄像机、已有平台的统一接入，供本平台内其他模块统一调用，并以轮询的方式监听前端设备，如有异常测产生报警信号。

●中心服务器:平台的核心控制部分，实现了与客户端的信令交互、通过

JobKeeper云调度系统来调度云集群节点处理各项任务、并实现对整个平台的统一管理和监控。

a）用户管理功能：根据用户信息表，管理用户登录、用户的权限，可以管理用户信息、增删用户等。

b）前端信息采集设备管理功能：根据摄像机和用户的权限，管理当前用户所能涉及的前端设备状态、节点运行状态，并进行实时的更新。

c）与用户和前端设备的信息交互功能：更新前端信息，并根据客户需求进行对前端设备调度，以及对JobKeeper的任务分发。同时，进行信息数据的处理，以完成整个平台的调度工作。

d）对服务器集群进行统一的调度管理，获取每台机器的运行状态。根据机器的运行状态进行自动调度和部署，负载均衡，提高机器的使用率，进而提高服务器的梳理效率。

e）解决服务器集群信息处理的冗余状态，查错排错，保证系统的无人值守、自动生长的高效性。

●存储服务器集群：使用cStor云存储系统，提供统一的存储资源池，用以存储关键数据，提供历史视频的回看以及相关数据的下载服务。同时，支持网络挂载盘符的模式，以满足整个平台中其他模块的存储需求。

●处理服务器集群：大致可以分为接入分析、数据处理和结果分发三个子模块，主要负责对完成对接入视频的各项处理任务，诸如：内容识别、实时转码、录像存储等，再将处理好的结果发送至流媒体服务器和存储服务器。

●流媒体服务器：以流媒体服务器的形式对外提供标准的RTSP流媒体服务，用户根据相应的流媒体RTSP地址，即可实时地获取系统处理完后的实时视频数据，以供监控和远程访问。采用虚拟IP技术，备份冗余机制，针对公网和内网不同的访问需求提供不同的码流推送。

●客户端：支持windows、linux、ios、android等主流操作系统，提供B/S和C/S架构客户端，控制视频解码上墙等，实现与用户的直接交互。

3 系统方案

方案采用信令流和数据流分离的方式，在标准X86(X64)服务器集群上部署存储、处理、调度等软件系统，形成一个整体的云视频监控解决方案，实现对现有视频监控资源的整合。采用云处理和云存储技术，有较高的扩展性和容错能力，解决服务器单点故障问题，降低升级和维护成本。

3.1 系统逻框图

本云视频监控平台，是在服务器集群上部署一整套基于云架构的视频处理软件，下图为系统逻辑框图，其核心内容是对接入的海量视频的实时处理分析。

图3-1 系统逻辑架构框图

系统基于云计算的模式，采取海量分布式JobKeeper 云调度架构，以集群的形式共同对外服务。以实现诸如视频内容识别、云端转码、智能分析等实时数据、动态伸缩等需求。最后将处理好的图像信息以流媒体的形式输出，并提供给上层

各类应用对应的接口。

资源层：包括摄像头、卡口等前端数据采集设备所采集到的原始视频图像数据，以及响应业务信息，如：人力、车辆、区域分布等资源信息。

接入层：整合数据资源、业务资源、存储资源，使其符合系统标准，实现不同资源的接入。

数据存储层：即cStor 云存储系统，提供海量的存储空间，以备历史数据的回看与处理。

数据处理层：即cProc 云处理系统，提供高效的视频转码、内容识别等大规模数据处理能力。

数据分发：以流媒体服务器的形式提供标准的RTSP 流媒体输出，可以支持高并发访问。

API 层：提供API 接口，实现上层应用对底层资源的透明操作，提供业务应用的开发支持。

调度控制层：实现对以上各层的综合调度与控制，以实现整套系统机制。

应用层：主要包括实时监控、调阅查询、内容识别等视频相关应用，为用户提供友善的界面、人性化的操作方式，能够让用户简单高效的监控多个视频

源。功能如下：

?信息采集设备的管理，监控控制端对视频中心服务器中的设备数据库进行操作，实现添加和删除系统中的卡口和摄像头。

?用户管理，监控控制端对视频中心服务器中的用户数据库进行操作，实现用户注册、注销以及权限设置。

?按时间检索历史记录，提供按时间检索记录的窗口，向视频中心服务器发送检索命令，获取历史记录的相关信息。

?历史记录回放，根据历史记录的相关信息，播放 cStor 中的历史记录。

录像，监控控制端通过中心服务器向存储管理端发送录像命令，存储管

理端控制设备进行录像，获取的数据直接存储到 cStor 中。

3.2 子系统描述

3.2.1 接入系统

3.2.1.1 接入子系统简介

前端设备主要包括：模拟摄像机、网络摄像机、第三方平台等。根据完成的功能不同，可以将接入服务器系统中交互的内容分为数据流和信令流。

图3-2 接入系统示意图

数据流主要分为三部分，其中支持标准RTSP 协议的摄像机可以直接将视频流传输给处理服务器集群；对于不支持RTSP 的摄像机，则通过集成监控设备商的SDK 以支持其私有协议（如：海康威视早期的DVR ），再将视频数据重新编码成标准RTSP 流发送给本“平台”；第三方平台中的摄像机可以经平台SDK 获取摄像机的url ，使用该视频流地址获取数据流。视频流接入到平台后，再发送到流媒体服务器，从而实现了不同的客户对同一路流的访问，并且减轻了前端摄像机的压力。

网络摄像机 模拟摄像机

第三方平台 接入服

务

器 处

理

服

务

器 信令流 数据流 中心服务器

图3-3 数据流3种情况

信令流主要是完成命令的分发，使接入服务器在中心服务器的调度下完成各项功能。对于前端设备中的带云台的摄像机，中心端发送云台控制信令，然后接入服务器通过各个不同厂家的SDK完成各种云台操作，如云台上下左右转动、设置预置点、调焦、调距、光圈放大缩小等。对于第三方平台里的摄像机，中心端可以像接入服务器获取所有设备的列表，并获取某一路的url。另外，接入服务器还会以轮询的方式监听前端设备，检查所有前端设备在线、不在线、视频信号是否丢失等状态，并及时向中心服务器返回设备的异常状态，使“平台”能更好的实时监控所有设备的状态。

3.2.1.2 接入服务器主要功能

接入服务器主要是配合中心服务器来完成一些需要直接操作前端设备或第三方平台的任务。通过整合不同厂家的SDK，使中心服务器可以更好的统一管理所有的设备。接入服务器完成的主要功能如下：

?获取设备参数信息：接收中心服务器发来的请求，通过前端设备厂家的协议获取设备参数信息，反馈给中心服务器。

?状态信息轮询：轮询前端设备的状态，及时获取前端设备是否掉线，反馈给中心服务器，由中心服务器告警、记录、显示。

?云台控制协议转换：将系统接收的用户控制信令转换为设备厂家对应的

协议，并发送给前端设备，从而使用户实现云台相关功能的控制，例如

云台上下左右转动，设置预置点，调节焦距、光圈等。

? 接入第三方平台：提供系统与第三方平台的协议转换，实现无缝对接。

通过接入第三方平台的前端监控设备，实现云台控制。获取视频数据流

的地址，以及第三方平台设备的列表、信息、状态。

? 对少量的不支持标准协议且不提供linux SDK 的前端设备，有针对性的

接入，采用SDK 接收流并转换成标准协议的数据流。

? 设备远程参数配置：提供对前端设备的视频参数配置和网络参数配置功

能，从而可以按用户需求来设置前端设备的参数。视频参数配置包括码

流类型、分辨率、码率类型、码率、帧率、视频编码类型等。网络参数

配置包括网卡类型、设备ip 地址、DNS 服务器地址、多播地址、HTTP 端

口号、RTSP 端口号等。

3.2.2 存储系统

图3-4 存储系统示意图

存储系统包括cStor 存储服务器集群和流媒体存储客户端软件两部分。流媒

存储客

户端 流媒体服务器

cStor 存

储集群

中心服务器

JobKeep 信令流 数据流

rtsp 流

体存储客户端软件部署在处理服务器集群上，由JobKeeper调度，将网络视频流按固定时间保持为文件，并通过cStor客户端写入存储集群；cStor云存储服务器集群提供海量的存储空间，通过cStor客户端挂载到处理服务器和流媒体服务器，这样视频存储和视频处理程序就可以访问海量的存储空间。

3.2.2.1 流媒体存储客户端

流媒体存储客户端提供了将标准rtsp流保存为文件的功能，并按一定时间(如30分钟)打包成一个视频文件存放在cStor上。

与转码任务流程一样，当用户请求对某一路视频进行录像后，中心服务器通过JobKeeper统一调度资源，根据存储服务器集群的工作状态，选择负载较小的服务器，建立一个存储任务，存储客户端程序将标准rtsp流经过分析后，重新打包成视频文件，保存下来的视频文件存放在云存储集群cStor上，从而提供了对高清视频的海量存储。将这些视频文件挂载到流媒体服务器上，当用户想要查看某一路的历史视频时，就可以很方便的访问到cStor上的这些文件。

3.2.2.2 cStor云存储系统

cStor云存储系统是9年来不断积累研发的高科技产品，是国内最早实现并保持领先的云存储系统，整套系统包括软件与硬件，是一个海量的云存储平台。与传统的大规模存储系统相比，它具有构建成本低、性能高效可靠、使用简单方便的特点。在需要存储大量数据（如视频数据、业务数据等）的应用场合，可以大幅提高存储系统性价比。与目前国际上知名的Google、Amazon等云存储相比，具有更高的性价比、更低的能耗、更加通用和更方便的使用模式。