IVS（IP_VIDEO_SURVEILLANCE）IP智能監控解決方案
??? 隨著科技與經濟的快速發展，人們對安全保障的要求不斷提高，視頻監控的應用日益廣泛和深入，監控的規模和范圍也不斷擴大。如當前的“平安工程”中，一座城市可能有百萬至千萬人口、數不清的街道和設施、十萬余處攝像監控點。但是，隨著監控規模的擴大，很多問題也隨之產生：
??? 如何實現如此大規模社會資源的實時監控？
??? 如何實現如此海量視頻信息的高質量可靠存儲？
??? 如何有效管理和維護如此復雜的監控系統？
??? 如何降低系統不斷擴大后導致不斷高漲的線路運營費用？
??? ……
??? 當城域范圍內的監控規模不斷擴大時，所有這些視頻監控的本質需求，都是以模擬視頻矩陣和DVR數字硬盤錄像機為核心的傳統監控解決方案無法很好解決的。
??? 順應技術發展的趨勢，基于在IP網絡、IP視頻應用及IP SAN存儲等領域長期的技術積累和對網絡視頻監控本質需求的關注，H3C推出iVS（IP Video Surveillance）IP智能監控解決方案，以標準、開放、高質、可靠的IP技術，有效的解決了上述問題，滿足了網絡監控市場蓬勃發展的需求，尤其適用于大規模的城域監控，可廣泛應用于城市、道路、機場、地鐵、大型園區等領域的監控。
一、iVS IP智能監控解決方案簡介
1、方案架構及組網
H3C iVS IP智能監控解決方案是H3C公司面向專業監控領域推出的監控方案，包括視頻管理服務器VM Server（VM，Video Management）、數據管理服務器DM Server（DM，Data Management）、EC/DC（Encoder/Decoder）系列監控媒體終端、客戶端軟件VC（VC，Video Management Client）、IP SAN網絡存儲設備、IP網絡和EPON無源光網絡設備等。由于iVS基于IP構建，系統中各個部件，都可以根據需求分布式部署并加以集中管理。
與傳統監控的組成類似，iVS方案包括視頻源、傳輸及交換、存儲、顯示及管理控制等組成部分，系統組成圖如下所示：
圖1 H3C iVS IP智能監控解決方案示意圖
??? 各部分組成與工作原理如下：
??? 視頻源部分：完成視頻信號的輸入功能，視頻源除了包括各種固定攝像機、半球攝像機、球形攝像機、高速智能球機等前端模擬攝像器材設備外，還包括H3C公司的EC系列監控媒體終端。
????與通常的視頻編碼器不同，EC系列監控媒體終端同時具備視音頻接入及編碼、網絡接入和iSCSI存儲寫入功能，可以完成監控信號的視音頻輸入，把模擬的視頻、音頻信號（如攝像機、麥克風等視音頻源信號）進行數字化和壓縮編碼，形成IP數據包，利用網絡傳送到指定的目的地址，既可以進行實時查看，滿足實時監控的需求，也可以直接基于iSCSI寫入IP SAN存儲設備進行信息保存。此外EC還具備豐富的網絡接口，除支持標準電口外，還支持SFP光纖接口和EPON無源光網絡接口等。
??? 傳輸及交換部分：完成視頻流的傳送及交換功能。由于iVS方案基于IP構建，IP網絡可同時具備傳輸和交換的功能。傳輸及交換部分包括H3C公司提供的路由器、接入交換機、核心交換機、EPON傳輸設備、信息安全產品等。為了構建高品質的監控專用IP網絡，H3C公司針對網絡監控特性對安全接入、QoS保障和組播支持進行了充分的優化，可實現視頻流的無阻塞交換，確保圖像的清晰度和實時性，并具備高度的安全性、天然的可擴展能力和靈活性。
??? 由于IP技術的標準化程度高，應用廣泛，部署簡單。以IP網絡代替傳統的光端機傳輸是必然趨勢。同時，IP領域的新技術層出不窮，所有這些技術，都可能推動監控技術的發展。如EPON無源光網絡技術，可在同一根光纖上傳送多路視頻圖像，多個監控點共享同一根光纖，從而大大節約光纖部署成本，同時其無源技術大大提高網絡的可靠性和安全性。
??? 存儲部分：完成視頻數據的存儲功能。隨著監控應用的不斷深化，大量視頻信息經常需要進行一定時期的存儲。如何進行海量存儲？如何實現這些海量信息的共享？IP SAN存儲技術無疑是最好的選擇。視頻音頻存儲部分包括H3C公司的EX1000存儲設備，主要功能是接收EC發送過來的基于TCP/IP iSCSI 存儲視頻數據流，并存儲起來；向PC客戶端（虛擬解碼器，Virtual Decoder）提供實際的VOD點播視頻流數據流和視頻數據下載服務；接受數據管理服務器DM的管理等。所有的IP SAN存儲設備可以根據需求靈活的部署在不同的監控中心，但都可以通過DM數據管理服務器實現統一的管理。
??? 顯示部分：視頻顯示部分完成視頻信號的解碼及輸出顯示，這部分主要包括H3C公司的DC系列監控媒體終端，還包括電視墻、多媒體大屏幕、調音臺、功放等模擬視音頻設備。
??? DC系列監控媒體終端同時具備視音頻解碼、輸出和網絡接入功能，可以把來自前端EC監控媒體終端傳送過來的組播IP 數據包進行數字化解碼，還原成模擬視音頻信號后輸入到電視墻、大屏幕、調音臺、功放等模擬視音頻設備。
??? 此外，iVS方案還提供客戶端軟件VC。該軟件可以通過VM視頻管理服務器對DC系列監控媒體終端的輸出進行靈活的控制，實現數字矩陣的功能。同時內置軟件解碼工具，支持多路視音頻信號的軟解碼，使得用戶可以直接在PC上對監控內容進行實時查看或歷史回放查看。VC可以接收系統產生的各類報警并加以直觀顯示和聯動，VC同時支持GIS地理信息系統方便用戶操作控制。
??? 控制及管理部分：這部分完成對所有監控設備、業務的管理及控制，包括視頻管理服務器VM、數據管理服務器DM等組件。其中VM是iVS方案的管理中心和控制中心，VM的授權用戶可以在任意一臺PC管理終端上完成全網的設備管理、資源調度、云臺控制和硬解碼輸出控制，所有的控制指令由VM集中處理和發送。通過VM，可以很容易的實現對iVS方案的集中管理。
??? DM是作為這些存儲設備的管理者，從復雜的存儲設備管理信息中抽象出與監控業務相關的信息，實現了對系統內大量存儲設備的集中管理以及存儲資源的動態分配。DM的功能包括協助EC系列監控媒體終端建立與存儲資源的連接、制定每個EC設備的存儲計劃、檢索回放視頻數據、備份視頻數據、存儲資源狀態監控等功能。
??? iVS IP智能監控解決方案的組網拓撲圖如下所示：
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圖2 iVS方案的系統拓撲圖
2、iVS方案的幾個主要業務流程
??? H3C iVS可以實現各種監控業務，包括實時監控、視頻信息存儲及歷史視頻流回放等，主要業務流的實現機制如下圖所示：
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圖3 H3C iVS主要業務流示意圖
??? 實時監視流：可在VC界面上發起實時監視請求，VM 將控制指令發給相應的EC，EC以IP組播方式發送實時視頻流，需要觀看圖像的VC和DC可加入到該EC所對應的組播組中，便可直接觀看相應的實時視頻圖像了。由于采用了IP組播，無論有多少個VC或DC在觀看該EC的實時視頻流，所占有的IP骨干網帶寬為都是一路視頻流帶寬，從而節省了大量網絡帶寬。
??? 視頻存儲流：DM預先制定每個EC的存儲計劃，該存儲計劃通過VM下發到每個EC上。EC可根據存儲計劃，自動將視頻流通過TCP/IP iSCSI寫入到IP SAN存儲系統中，不需要經過其他設備，也不需要其他人工干預。
??? 歷史回放流：當需要查看歷史視頻信息時，在VC操作界面上發起回放請求，VM將該指令發給DM，DM在IP SAN進行檢索，找到相應的歷史視頻數據后，IP SAN會直接將歷史視頻數據發給VC，由VC進行解碼播放。
??? 從上述描述可以看出，相對于傳統的視頻矩陣或DVR監控方案，iVS IP智能監控方案有多處獨特之處：
首先是用高品質IP網絡代替了傳統的視頻切換矩陣進行實時監控流的交換處理。以IP網絡作為虛擬交換矩陣并不是新概念。但不同于其他任何監控廠商的是，H3C作為業界最領先的網絡廠商之一，對IP網絡有著深刻獨到的理解，可以針對視頻監控業務對IP網絡進行優化設計，甚至適應性開發，如支持大規模組播及豐富的QoS特性等，可以支持監控視頻流的，從而使得iVS的IP承載網絡具備足夠的高品質，可以實現監控視頻流的無阻塞交換。如可以保證監控圖像的跨域查看響應時間在300ms以內，滿足專業監控的需求。
??? 其次是采用媒體流承載處理和控制分離的機制，VM作為整個系統的控制和管理核心，所有監控的控制流都由VM處理，但是系統中音視頻媒體流并不在VM上集中處理，而是通過IP網絡進行以分布式的交換和處理，從而避免了由于視頻交換服務器的處理性能而造成的瓶頸問題。
??? 另外，采用了先進的IP SAN存儲技術，相對于其他存儲技術，IP SAN存儲本身有著獨特的技術優勢，如專業的數據保護、良好的兼容性及可擴展性、可以在分布式部署的同時實現進行集中管理、便于數據共享等。同時，iVS方案通過EC系列內置iSCSI模塊，EC可以直接對IP SAN存儲設備進行寫入操作，從而省去了中間的視頻服務器，簡化了系統架構，既提升了系統的可靠性又增強了方案的可擴展性。
??? iVS方案代表了當前監控技術發展的趨勢，由于整個方案基于IP理念設計，遵循了IP技術標準、開放的理念。各組成部分均采用標準的技術實現，不存在廠商私有技術或標準，這點符合業界技術發展的潮流，也符合用戶的長遠利益。同時整個系統具備很好的開放性，有利于各組成部分技術的獨立演進及發展，同時使得iVS系統可以很好的和其他技術與工具整合，如GIS地圖服務、視頻識別工具等。
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圖4 iVS的GIS地圖服務
二、iVS方案的特點
??? iVS方案充分整合了H3C在IP網絡、視頻及IP SAN存儲等領域的技術優勢，同時借鑒了NGN中控制與交換分離的先進理念，方案具備以下特點：
??? 先進的體系架構
??? iVS方案充分整合了IP網絡、視頻、存儲、信令等領域的技術，采用開放的架構，標準的技術實現。系統將信令控制與媒體流交換分離的先進理念引入視頻監控系統。系統中音視頻流并不在VM上集中處理，而是通過網絡的處理交換以分布式的形式分發出去，避免了由于媒體流處理的性能壓力而造成的瓶頸問題，從而可以實現監控規模的無限制擴展。
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圖5 H3C iVS方案的分層架構圖
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??? 高清晰的圖像質量
??? H3C iVS采用最新的專業圖像技術，可提供FULL D1高清晰圖像分辨率，支持MPEG2/MPEG4/H.264編碼格式，編碼帶寬最高可達8M，尤其是在高動態圖像監控場合，iVS可以為用戶提供最高質量的高清晰圖像。同時通過組播優化等網絡技術，使得iVS具備良好的實時性，滿足專業監控的要求。尤其是iVS采用一次編碼、全網交換的方式，避免了傳統監控系統因為矩陣多級級聯而造成的圖像質量下降和時延增加的現象，在多級擴展后仍可以保持最佳的高清晰圖像質量和低時延。
??? 專業可靠的IP SAN存儲
??? iVS采用了IP SAN作為監控數據存儲設備，可以在分布式部署的同時實現集中管理、跨域共享、平滑擴容、兼容互通等，此外，在可靠性方面也有很多獨特的優勢，如支持RAID、支持硬盤在線熱插拔、支持硬盤電源短路保護、支持可選冗余熱插拔電源、支持電源自動故障切換等。從而確保了可靠海量視頻信息的可靠存儲。同時由于端到端的IP SAN存儲是基于數據塊的存儲模式，克服了傳統監控模式中文件存儲容易損壞文件和無法查詢最近圖像的弊端，提高系統可靠性同時大大縮短了系統的圖像回放響應時間，為緊急情況處置爭取了時間。
??? 靈活方便的管理模式
??? 系統針對不同的用戶可以采用域管理、用戶管理和云臺控制沖突管理等多種權限管理模式。不同的用戶可以根據指定的權限對系統進行操作。這種分級分域的多種管理模式非常適合政府、公安、機場等行業的管理模式，分級分域的管理模式如下圖所示：
圖6 分級分域的管理模式示意圖
??? 系統根據用戶業務管理模式的特點，采用集中式的管理方式。通過視頻管理服務器VM和數據管理服務器DM不僅可對前端設備進行集中的管理和控制，還可對分布在各區域的存儲終端設備進行遠程的集中管理。用戶只需要在一臺客戶端上就可以對整網設備進行批量配置下發、遠程升級、遠程操作、業務實現等操作。
??? 靈活廉價的光纖布線成本
??? 通過內置在網絡交換機和監控媒體終端的插卡提供EPON無源光網絡布線，EPON非常符合城市道路光纖布置的特點，通過一根光纖可以解決大量的監控媒體終端的接入，大大節省了用戶的光纖布線成本。同時其無源特性大大提高了網絡的安全性和可靠性。
圖7 iVS方案EPON接入示意圖
??? 對新技術的包容
??? 同時，我們看到，監控所涉及的每個子領域的技術都處在快速的發展中，如監控接入層中的各種無線技術，包括WLAN、GPRS、3G等；網絡承載層中的IPv6、高性能以太網等；控制層的模塊化軟件技術、中間件技術等；業務應用層的IP SAN、圖像識別、人工智能等。iVS方案采用這種標準、開放的架構，有利于每個層次技術的獨立發展及平滑演進，保護用戶的技術投資。
三、結束語
????由于iVS在體系結構上的優勢和對各種新技術的綜合利用，將監控中的視頻設備、IP網絡、IP SAN存儲及監控管理軟件有機的融合為一個整體，充分發揮了IP網絡、IP SAN、模塊化軟件等各種最新技術的優勢，使之在監、控、存、管、用等各方面獲得最佳的綜合表現。尤其是iVS很好的解決了目前大規模監控所面臨的高密度廣范圍接入問題、海量集中存儲問題、低運營成本和全網統一管理的控制管理問題，并成功降低了大規模監控建設的綜合投資，iVS非常適合于大規模的城域監控應用。iVS方案一經推出，就在“平安工程”等專業監控領域獲得高度的認可。
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