IP视频监控采用流媒体转发服务器

第1页：原始IP视频监控系统架构
IP视频监控，从最早通过一台视频管理服务器，以Windows界面，在一台PC上实现对数十台编码器进行观看、存储、报警等管理的原始方案，现在已经进化为硬件设备工业化设计（部件热插拔，硬件冗余，低功耗，）系统中各功能模块独立，模块接入、离线不不影响整个系统其他设备运行，部件维护系统不停机，各模块尽可能采用嵌入式系统提高网络和防病毒稳定性，甚至引入了虚拟存储技术和云计算功能等最新IT技术，成为非常专业和可靠的系统。

原始IP视频监控系统架构：
现代成熟IP视频监控系统各部件和模块：
独立的核心数据库：核心仲裁和管理设备，支持多设备在线冗余。

提供对所有设备和用户的IP和域名地址管理，不同用户登录和操作权限管理，设备安全加密校验，设备运行状态检测，系统日志生成和备份，系统时钟校验……
监控显示界面：实现数字化虚拟矩阵的显示界面。

接入电视墙的设备有输出到独立监视器为主要功能的视频解码器（包括DVR和IPC），进行多画面输出的视频监控平台；桌面多画面监控软件，电子地图和报
警等其他功能显示模块……
系统设定管理界面：系统主要设定管理界面。

提供简单的监视窗口，主要用于对前端编码器和IP摄像机工作参数、用户设定、虚拟矩阵显示策略、存储策略，以及系统各模块工作模式的管理和设定，也提供历史数据检索和导出、备份操作……
存储池管理设备：提供监控视频资料的存储服务。

包括实时存储、报警存储、存储时间设定、覆盖方式，还有RIAD、容灾备份、基于iSCSI、FC、SAS等协议外部扩展存储的管理等等……
特殊功能管理设备：帮助系统实现特殊功能扩展。

例如：提供视频监控子系统专有网络安全管理的网关，对不同厂商IP摄像机和编码器统一管理的网络、编码、控制协议进行转换、翻译的控制器，对数字-模拟矩阵系统互联提供的编解码转换设备，和报警、门禁系统实现通讯的集成单元模块等等……
按照百度百科的解释，流媒体服务器是“流媒体应用的核心系统，是运营商（在安防监控项目中特制视频安防系统）向用户提供视频服务的关键平台。

其主要功能是对媒体内容进行采集、缓存、调度和传输播放，流媒体应用系统的主要性能体现都取决于媒体服务器的性能和服务质量。

所以，流媒体服务器是流媒体应用系统的基础，也是最主要的组
成部分。

主要产品流媒体服务器：大并发视频服务器、直播时移服务器、P2P直播服务器、视频交互应用服务器视频应用管理：媒体内容管理系统、H.264/MPEG-4编码工具、机顶盒终端管理系统、节目导航与发布系统。

”
市场主力IP视频监控系统中，许多国内品牌厂商都提出来“流媒体转发服务器”的解决方案。

常见架构如下：
视频安防系统中的流媒体转发服务器功能主要有：
一、
对多用户猝发性访问提供运算支持，减低系统核心管理服务器负荷。

特别是有些厂商的系统架构，核心服务器同时负责管理图像虚拟矩阵观看，又进行存储转发时，响应多用户访问，极其容易造成核心管理服务器运算能力不足，使系统崩溃。

二、
对多用户集中访问少量编码器（包括DVR和IPC）画面时，进行单博协议到组播协议的转换，以及数据分发的工作。

常见于国内编码器，支持只TCP/IP传输协议。

第2页：分布式系统的各个监控区域
三、
在分布式系统的各个监控区域中，降低前端编码设备到系统核心管理设备的带宽。

系统核心管理设备只需要访问各区域的流媒体转发服务器，由流媒体转发服务器去调用前端编码设备的数据，而不必每个前端设备都跟系统核心通讯。

在各防范区域距离较远，带宽有限时比较有效。

四、
对不同编码格式和控制协议的前端编码设备（例如采用MPEG-2和H.264两种不同编码方式的多个不同厂商的产品）进行转换管理，使后台用户获得统一的访问界面和控制方式。

据厂商称，流媒体转发服务器在系统中扮演的主要角色是：为多用户同时访问某一（或某少数）画面时，提供组播和转发的功能。

由于嵌入式DVR、视频编码器、IPC等设备，无法以自己的网络和IO处理能力，提供多个用户的网络访问，而出现宕机和故障的现象。

流媒体服务器充当了接受用户界面访问请求，从前端视频源（DVR、IPC、编码器）
获取实时图像，或者从存储池获取历史录像，通过组播或者UTP协议分发到用户的角色。

说白了，在这个系统中，前端编码设备提供原始数据，就像电影公司制作出的电影母片，由一个出版商，也就是流媒体转发服务器，根据用户要求，把母片复制成许多份拷贝，四处分发。

但是，这样做有一个特殊的技术背景：国产编码器的内部软件多做得比较简单，多数产品只支持简单的编码、报警联动、控制数据通讯功能，在网络协议上的工作不够深入。

所谓双码流产品，也多半是为了解决不同压缩方式在系统中互通互联（如MPEG-2和MPEG-4），或者不同分辨率图像（如CIF和D1）在观看和存储时的带宽、存储空间方面的权衡。

多数编码器支持：TCP/IP、UTP/MULTICAST、RTP/RTCP、DCHP、HTTP 等网络协议，并且把TCP/IP作为主要的传输通讯协议，以单播方式进行视频流输出。

TCP工作于TCP/IP的传输层，它为用户进程定义了一个可靠的、面向连接的、全双工字节流。

UDP则提供了无握手连接、“不可靠”的数据报服务，它没有连接的概念，适用于无须应答并且一次只传少量数据的应用软件。

因为单播协议需要每个前端编码设备，在收到多个后台图像访问请求时，都发出一份内容完全相同的编码流，所以，在监控系统发现突发事件，或者概率很小的随机事件中（例如公安天网系统中，众多单
位同时关注一个地点的社会治安事件），当多个用户同时对同一个编码设备进行图像请求时，前端编码器就不堪重负，出现编码异常、网络丢包、死机等现象。

常见编码器的多用户访问参数，一般是不超过6个用户。

单播协议在进行网络存储时，是有优势的，由于存储需要数据传输可靠，单播协议的握手校验模式，可以保证写入到存储池中的数据，没有遗漏和丢失。

但是在实时观看环境中，单播流的握手校验方式，到达用户桌面的画面会增加网络传输时延。

组播流组播协议的特点是：支持同一个组的主机可以接受到此组内的所有数据，网络中的交换机和路由器只向有需求者复制并转发其所需数据。

主机可以向路由器请求加入或退出某个组，网络中的路由器和交换机有选择的复制并传输数据，即只将组内数据传输给那些加入组的主机。

这样既能一次将数据传输给多个有需要（加入组）的主机，又能保证不影响其他不需要（未加入组）的主机的其他通讯。

RTP与控制协议（RTCP）配合工作，RTCP使得大的组播网络能够监视数据传输。

组播加上UDP，非常适合于IP视频监控系统中，基于虚拟矩阵的多用户浏览。

即使少量数据在路由传输中滞后或丢包，后台显示软件可以丢掉这些错误的信息，跳过少数出错的帧，继续显示新的画面，不影响总体的观看效果。

组播功能非常重要，可以使得客户端不经过流媒体服务器的转发而直接接受组播流。

这样，众多用户可以直接和任何一个前端编码器设备进行通讯，获取实时图像，而不经过其它中转环节。

前端编码器设备，也只需要发出一份组播协议的视频流，在交换机、路由器等设备的组播协议管理下，将数据发送到需要这些数据的用户桌面。

一般支持组播视频流的设备，都没有受访用户的数量限制，哪怕数千用户访问同一个摄像机，只要网络支持，这个摄像机就能够发出实时的、清晰度不受影响的视频流！
第3页：前端编码器的单播输出的视频流
另外，前端编码器的单播输出的视频流，假设要通过流媒体转发服务器进行中转，意味着用户访问流程如下：
用户对前端画面提出访问请求→系统进行判断和仲裁→当这个访问时多用户集中针对少数个别画面时，将访问路径指向流媒体服务器→流媒体服务器接收并响应多用户访问，判断并联系相应的实时编码设备或存储设备→受访问设备输出视频流到流媒体服务器→由流媒体服务器将用户需要的视频流，以组播、广播的方式分发到用户手中。

这个流程太冗长了：
一、多次仲裁和转发，会大大增加用户访问的网络延时。

特别是客户进行PTZ操控时，较长的网络延时会使操作员错过捕捉突发事件的瞬间。

二、视频流在网络传输系统中多次、来回流动，增加了网络的负荷。

流媒体转发服务器一般设置在控制中心，客户端用户的访问，意味着前端编码器的视频流要先进入控制中心，送达存储服务器或者流媒体转发服务器，然后再由流媒体转发服务器从存储设备读出（限于多用户回放时），或者将需要的那些编码器画面，通过控制中心核心交换机，送出到各个客户端，对核心交换机造成多次反复传输的压力。

三、根据系统容量，特别是提出同时访问的用户数量的扩大，流媒体服务器在系统中的配置数量需增加，用户要支出成本。

特别是平时集中访问少数图像的用户很少时，该服务器闲置严重，而突发灾难事件出现（如大型工厂出现严重事故、或者公安天网系统出现严重群体性治安事件时）后，可能有超出系统设计预期的用户提出访问需求，现有流媒体转发服务器可能又不能承担足够的转发任务。

所以，前端设备提供多码流，多种网络协议支持，可以有效的解决这个问题。