1. 通信協(xié)議

IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)涉及的主要通信協(xié)議包括：

• ? UDP：提供面向事務(wù)的簡(jiǎn)單不可靠信息傳送服務(wù)准给。
• ? TCP： Transmission Control Protocol 傳輸控制協(xié)議TCP是一種面向連接（連接導(dǎo)向）的饭寺、可靠的奔垦、基于字節(jié)流的傳輸層（Transport layer）通信協(xié)議。
• ? SIP：是應(yīng)用層的會(huì)話控制協(xié)議阎曹，用于創(chuàng)建牙躺、修改和釋放一個(gè)或多個(gè)參與者參加的會(huì)話腺办，采用基于文本格式的客戶/服務(wù)器模式，基本功能包含：用戶定位（定位設(shè)備逆瑞、客戶端）吗坚，用戶能力協(xié)商（了解能力集），用戶可用性確定（定位設(shè)備呆万、客戶端是否在線）商源，會(huì)話建立（建立視頻流），會(huì)話管理（管理視頻流）谋减。
• ? SDP：是會(huì)話描述協(xié)議牡彻，用于為SIP、RTSP、HTTP等協(xié)議描述會(huì)話信息庄吼。
• ? RTP：（Real-Time Transport Protocol缎除，實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議）是一個(gè)傳輸層的、基于UDP的協(xié)議总寻。被用來為音視頻等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)提供端到端的網(wǎng)絡(luò)傳輸器罐，傳輸?shù)哪Ｐ涂梢允菃吸c(diǎn)傳送或是多點(diǎn)傳送。
• ? RTCP：RTP并不保證服務(wù)質(zhì)量渐行，也沒有提供資源預(yù)留轰坊。可以通過控制協(xié)議RTCP的補(bǔ)充來實(shí)現(xiàn)大規(guī)模業(yè)務(wù)時(shí)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的監(jiān)視功能祟印。并通過RTCP提供一些控制和識(shí)別流的功能肴沫。RTCP協(xié)議規(guī)定，源和目的之間需交換多媒體信息的報(bào)告報(bào)文蕴忆。報(bào)告包含發(fā)送包的數(shù)目颤芬，丟失的數(shù)目，抖動(dòng)間隔時(shí)間等信息套鹅。用來修正發(fā)送者的發(fā)送速率以及信息診斷站蝠。
• ? iSCSI：是基于IP協(xié)議的存儲(chǔ)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是SCSI協(xié)議的一種卓鹿，主要由RFC3720描述沉衣。iSCSI 發(fā)送端將SCSI命令和數(shù)據(jù)封裝到 TCP/IP 包中再通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)，接收端收到 TCP/IP 包 之后减牺，將其還原為SCSI命令和數(shù)據(jù)并執(zhí)行豌习。整個(gè)過程在用戶看來，使用遠(yuǎn)端的存儲(chǔ)設(shè)備就象訪問本地的 SCSI設(shè)備一樣拔疚。
• ? RTSP：（Real Time Stream Protocol肥隆，實(shí)時(shí)流媒體協(xié)議）是TCP/IP協(xié)議體系中的一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議，定義了如何有效地通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送多媒體數(shù)據(jù)稚失，類似一個(gè)多媒體播放設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)遙控器栋艳。

2. 視頻接入方式

2.1. GB28181

GB/T 28181是目前國(guó)內(nèi)安防視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用比較廣泛的標(biāo)準(zhǔn)，目前最新的標(biāo)準(zhǔn)版本為GB/T 28181-2016句各。
??GB/T 28181標(biāo)準(zhǔn)定義了公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)模型吸占，定義了一個(gè)基于SIP監(jiān)控域的聯(lián)網(wǎng)模型（互聯(lián)與級(jí)聯(lián)），如圖 1所示凿宾。

圖1

??GB/T 28181中定義的通信協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2

2.2. ONVIF

2008年5月哈雏，由安訊士聯(lián)合博世及索尼公司三方宣布將攜手共同成立一個(gè)國(guó)際開放型網(wǎng)絡(luò)視頻產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口開發(fā)論壇，取名為ONVIF（Open Network Video Interface Forum衫生，開放型網(wǎng)絡(luò)視頻接口論壇）裳瘪，并以公開、開放的原則共同制定開放性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)障簿。2008年11月，論壇正式發(fā)布了ONVIF第一版規(guī)范——ONVIF核心規(guī)范1.0栅迄，截止目前站故，最新的ONVIF接口定義版本為16.12(2015年12月的版本還是2.61,2016年6月的下一個(gè)版本就變?yōu)?6.06，依此推斷ONVIF的版本是用發(fā)布的年和月來定義了毅舆。) 西篓。商業(yè)產(chǎn)品中使用較廣泛的是2.0版本。
??ONVIF定義了四種典型設(shè)備：NVD（Network Video Display）憋活、NVA（Network Video Analytics）岂津、NVT（Network Video Transmitter）、NVS（Network Video Storage）悦即，并對(duì)這四種類型典型設(shè)備的服務(wù)進(jìn)行了定義吮成。
??ONVIF規(guī)范主要由一系列的服務(wù)接口定義組成，這些定義基于Web Service標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范辜梳，使用WSDL和XML Schema表示粱甫。
??使用ONVIF定義的服務(wù)器接口，兼容ONVIF定義的設(shè)備能夠方便的接入到VMS中作瞄。與28181協(xié)議相比茶宵，ONVIF弱化了監(jiān)控平臺(tái)的定義。
??ONVIF使用Profile來定義設(shè)備的兼容能力宗挥，目前已經(jīng)發(fā)布的Profile有A,Q,C,G,S系列乌庶。
??ONVIF的服務(wù)定義比較系統(tǒng)地定義了視頻監(jiān)控系統(tǒng)中對(duì)于設(shè)備的管理與控制，因此使用SOA思想(或microservice)的VMS在設(shè)計(jì)時(shí)可以充分參考ONVIF的服務(wù)定義思想契耿。
??ONVIF的規(guī)范實(shí)現(xiàn)依賴于W3C定義的系列Web Service標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范瞒大，Web Service標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范在服務(wù)發(fā)現(xiàn)、事件通知等機(jī)制上設(shè)計(jì)較為復(fù)雜搪桂，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)景可能在效率上不能滿足要求糠赦。

2.3. Webrtc

WebRTC，名稱源自網(wǎng)頁實(shí)時(shí)通信(Web Real-Time Communication)的縮寫，是一個(gè)支持網(wǎng)頁瀏覽器進(jìn)行實(shí)時(shí)語音對(duì)話或視頻對(duì)話的技術(shù)拙泽。
??WebRTC最終目的主要是讓W(xué)eb開發(fā)者能夠基于瀏覽器(Chrome\FireFox...)輕易快捷開發(fā)出豐富的實(shí)時(shí)多媒體應(yīng)用淌山，而無需下載安裝任何插件，Web開發(fā)者也無需關(guān)注多媒體的數(shù)字信號(hào)處理過程顾瞻，只需編寫簡(jiǎn)單的Javascript程序即可實(shí)現(xiàn)泼疑，W3C等組織正在制定Javascript 標(biāo)準(zhǔn)API，目前是WebRTC 1.0版本 荷荤。
??WebRTC在兩個(gè)瀏覽器之間通過交換SDP信息來交換兩端的媒體元數(shù)據(jù)信息退渗，基于Offer/Answer的媒體會(huì)話模型 。
??WebRTC的工作模式非常簡(jiǎn)單蕴纳，如圖 3所示：

圖3

??兩個(gè)瀏覽器基于同一個(gè)Web Server（信息服務(wù)器）完成彼此之間媒體會(huì)話信息（SDP參數(shù)）的交換会油，就能夠建立起媒體會(huì)話，完成媒體流的傳輸交換古毛。
??WebRTC的開發(fā)模型如圖 4所示：

圖4

3. 視頻存儲(chǔ)

3.1. 存儲(chǔ)方式與格式

視頻存儲(chǔ)使用的存儲(chǔ)介質(zhì)通常為磁盤陣列窃蹋。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中卡啰，主機(jī)訪問存儲(chǔ)的方式有：DAS,NAS,SAN，F(xiàn)C SAN和IP SAN警没。
??隨著VMS軟件管理規(guī)模的不斷擴(kuò)大化和聯(lián)網(wǎng)需求的不斷增長(zhǎng)匈辱，F(xiàn)C SAN和IP SAN兩種訪問存儲(chǔ)方式成為目前常用的訪問存儲(chǔ)方式。
??在視頻存儲(chǔ)方式上杀迹，視頻流直寫存儲(chǔ)(Central Video Recorder 亡脸，CVR存儲(chǔ))方式成為視頻監(jiān)控設(shè)備廠家常用的方式。
??CVR存儲(chǔ)方式下把錄像軟件嵌入到存儲(chǔ)設(shè)備中树酪，視頻流數(shù)據(jù)由DVR或IPC通過流媒體協(xié)議直接寫入存儲(chǔ)浅碾，降低了客戶使用成本，也提高了性能和可靠性续语，如圖 5所示垂谢。
??CVR存儲(chǔ)無需部署存儲(chǔ)服務(wù)器，視頻數(shù)據(jù)從前端編碼設(shè)備直接寫入存儲(chǔ)設(shè)備疮茄，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議支持主流的流媒體協(xié)議(如RTSP/ONVIF/PSIA等)和GB/T28181規(guī)范;支持VMS直接調(diào)取滥朱，架構(gòu)簡(jiǎn)化而開放，空間自我管理娃豹，可獨(dú)立組網(wǎng)焚虱。

圖5

??在視頻存儲(chǔ)格式上购裙，“基于文件的存儲(chǔ)”與“基于塊的存儲(chǔ)”是目前視頻存儲(chǔ)主要使用的兩種格式懂版。
??圖 6展示了“基于文件的存儲(chǔ)”模型。

圖6

圖7

3.2. 云存儲(chǔ)

隨著分布式存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的視頻監(jiān)控設(shè)備廠商推出了各自的云存儲(chǔ)產(chǎn)品夯到。
??視頻監(jiān)控系統(tǒng)中使用云存儲(chǔ)設(shè)備的一個(gè)典型應(yīng)用場(chǎng)景如圖 8所示：

圖8

??視頻監(jiān)控平臺(tái)根據(jù)業(yè)務(wù)需求為各前端攝像機(jī)下發(fā)錄像計(jì)劃嚷缭，視頻云存儲(chǔ)系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)內(nèi)的業(yè)務(wù)負(fù)載情況分配具體的存儲(chǔ)空間，前端攝像機(jī)推送視頻數(shù)據(jù)流直寫到分配的存儲(chǔ)設(shè)備上耍贾。同CVR存儲(chǔ)模式一樣阅爽，視頻云存儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議支持主流的流媒體協(xié)議(如RTSP/ONVIF/PSIA等)和GB/T28181規(guī)范，支持平臺(tái)直接調(diào)取荐开。
??根據(jù)對(duì)元數(shù)據(jù)的管理模型付翁，可以將通用云存儲(chǔ)系統(tǒng)分為三種類型，即集中式元數(shù)據(jù)晃听、分布式元數(shù)據(jù)和無元數(shù)據(jù)三種類型的系統(tǒng)百侧。
??集中式元數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)系統(tǒng)是一種典型的主從結(jié)構(gòu)系統(tǒng)砰识，在系統(tǒng)中，通常具有一個(gè)中央元數(shù)據(jù)管理服務(wù)器佣渴，負(fù)責(zé)元數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理查詢與修改請(qǐng)求辫狼。目前業(yè)界采用這種架構(gòu)的系統(tǒng)主要有HDFS等。
??分布式元數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)系統(tǒng)采用多臺(tái)元數(shù)據(jù)服務(wù)器形成集群工作的方式提供元數(shù)據(jù)訪問服務(wù)观话，集群中的每一臺(tái)設(shè)備都可以提供元數(shù)據(jù)訪問予借，從而提高整體訪問性能，并且規(guī)避單點(diǎn)故障問題频蛔。
??無元數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)系統(tǒng)則徹底拋棄元數(shù)據(jù)灵迫，采用算法來對(duì)文件或?qū)ο筮M(jìn)行定位，并將該算法集成在每一個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上晦溪，客戶端從任何一個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問都會(huì)獲得同樣的結(jié)果瀑粥，云存儲(chǔ)系統(tǒng)中的每一個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)都可以獨(dú)立、并行地對(duì)外提供服務(wù)三圆，從而真正實(shí)現(xiàn)性能隨節(jié)點(diǎn)數(shù)增加而線性擴(kuò)展 狞换。MAPR公司對(duì)于HDFS的擴(kuò)展存儲(chǔ)產(chǎn)品號(hào)稱使用這一架構(gòu)。

3.3. 分層存儲(chǔ)策略

分層存儲(chǔ)策略常常能夠提升系統(tǒng)操作效率舟肉。一個(gè)智能的VMS系統(tǒng)需要提供融合多種存儲(chǔ)技術(shù)和媒體類型的統(tǒng)一方法來提升效率修噪。圖 9顯示了一個(gè)智能的，可伸縮的分層存儲(chǔ)架構(gòu) 路媚。

圖9

??智能可伸縮的分層存儲(chǔ)架構(gòu)支持所有視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的統(tǒng)一訪問：

• Primary disk：存放最近黄琼，被頻繁訪問的數(shù)據(jù)。
• Secondary disk：提供較多容量整慎，存放較為頻繁訪問的數(shù)據(jù)脏款。
• File based tape：提供更多的容量，存放系統(tǒng)中不常被訪問的數(shù)據(jù)裤园。
• Cloud storage：用于離線存儲(chǔ)撤师，復(fù)制系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)。

3.4. 流媒體分發(fā)體系結(jié)構(gòu)

流媒體業(yè)務(wù)作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重要一環(huán)拧揽，流媒體分發(fā)是VMS設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的關(guān)鍵技術(shù)（本節(jié)內(nèi)容主要引用文獻(xiàn)1）剃盾。流媒體分發(fā)體系結(jié)構(gòu)被分為四類 ：

• C/S分發(fā)體系結(jié)構(gòu):C/S模式由單一服務(wù)器提供資源，存在單點(diǎn)失效問題淤袜，服務(wù)器成為系統(tǒng)的性能瓶頸痒谴，無法滿足大規(guī)模應(yīng)用的需求。C/S體系結(jié)構(gòu)中流媒體分發(fā)的優(yōu)化目標(biāo)是減輕服務(wù)器的負(fù)擔(dān)饮怯，為盡可能多的用戶提供盡可能好的流媒體服務(wù)闰歪。使用的主要優(yōu)化技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)、編碼技術(shù)以及服務(wù)器優(yōu)化技術(shù)蓖墅。
  網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)包括IP組播技術(shù)库倘，實(shí)時(shí)流媒體傳輸協(xié)議临扮、流控協(xié)議以及差錯(cuò)控制協(xié)議等研究。
  流媒體對(duì)傳輸速率敏感教翩，必須通過流控協(xié)議保證媒體的實(shí)時(shí)需求杆勇，流控協(xié)議可以分為單播速率控制和組播速率控制兩類。
  差錯(cuò)控制協(xié)議主要控制數(shù)據(jù)包丟失對(duì)流媒體應(yīng)用的影響饱亿，數(shù)據(jù)塊交錯(cuò)（interleaving）封裝是一種差錯(cuò)控制方法蚜退，它將數(shù)據(jù)塊交錯(cuò)封裝到不同的數(shù)據(jù)包中，避免一個(gè)數(shù)據(jù)包丟失則連續(xù)多個(gè)數(shù)據(jù)塊丟失而導(dǎo)致播放質(zhì)量明顯下降的情況彪笼。
  服務(wù)器優(yōu)化技術(shù)主要包括基于存儲(chǔ)的代理緩存技術(shù)和基于合并的優(yōu)化技術(shù)钻注。代理緩存把本地最近訪問過或最經(jīng)常訪問的內(nèi)容保存在代理服務(wù)器上。合并優(yōu)化技術(shù)的原理是避免為一個(gè)請(qǐng)求單獨(dú)提供下載頻道配猫，將多個(gè)請(qǐng)求合并到少數(shù)頻道上幅恋。
• CDN分發(fā)體系結(jié)構(gòu)：CDN在網(wǎng)絡(luò)的邊緣部署多個(gè)代理（surrogate）服務(wù)器，并將源服務(wù)器上的內(nèi)容發(fā)布到各代理服務(wù)器上泵肄，用戶對(duì)內(nèi)容的請(qǐng)求被重定向到最近的代理上捆交，從而提高服務(wù)響應(yīng)速度。與C/S相比腐巢，CDN能提供穩(wěn)定可靠的高質(zhì)量的流媒體分發(fā)能力品追。但從服務(wù)容量上看，CDN的服務(wù)能力等于部署的代理服務(wù)器的服務(wù)容量總和冯丙，為了滿足用戶訪問需求肉瓦，往往需要按照訪問峰值來設(shè)計(jì)和部署代理服務(wù)器，成本太高银还；分布式部署方式也增加了網(wǎng)絡(luò)的管理风宁、運(yùn)維成本洁墙。
• P2P分發(fā)體系結(jié)構(gòu)：P2P是對(duì)客戶端能力的增強(qiáng)方式蛹疯。P2P體系結(jié)構(gòu)下節(jié)點(diǎn)既是資源請(qǐng)求者也是資源提供者。通過動(dòng)態(tài)地整合節(jié)點(diǎn)有限的資源來分擔(dān)本由服務(wù)器獨(dú)立承擔(dān)的服務(wù)热监，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)規(guī)模和服務(wù)能力能夠同步增長(zhǎng)捺弦。P2P技術(shù)的研究主要集中在下面幾個(gè)方面：
  拓?fù)湟恢滦裕篜2P是構(gòu)建在物理網(wǎng)絡(luò)之上的覆蓋網(wǎng)絡(luò)，覆蓋網(wǎng)上邏輯相鄰的節(jié)點(diǎn)在物理網(wǎng)絡(luò)上可能相隔很遠(yuǎn)孝扛，這種拓?fù)洳灰恢峦o網(wǎng)絡(luò)帶來大量不必要的帶寬消耗列吼。因此，覆蓋網(wǎng)構(gòu)建時(shí)必須盡量選擇在同一ISP網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)作為鄰居苦始。
  NAT/防火墻：P2P的擴(kuò)展能力來自于節(jié)點(diǎn)的資源共享寞钥。在流媒體分發(fā)中普遍采用拉的數(shù)據(jù)交換方式，NAT/防火墻后面的節(jié)點(diǎn)無法建立連接的請(qǐng)求陌选。為解決NAT帶來的共享困難問題理郑，大部分的研究集中在適合P2P分發(fā)的NAT穿越算法上蹄溉。
  網(wǎng)絡(luò)擾動(dòng)：節(jié)點(diǎn)頻繁加入或退出覆蓋網(wǎng)的現(xiàn)象稱為網(wǎng)絡(luò)擾動(dòng)。由于節(jié)點(diǎn)的自治性和自私行為您炉，擾動(dòng)成為最嚴(yán)重影響P2P性能的缺陷之一柒爵。目前針對(duì)網(wǎng)絡(luò)擾動(dòng)的有效措施不多，需要繼續(xù)深入研究赚爵。
  激勵(lì)機(jī)制：在流媒體服務(wù)中棉胀，激勵(lì)機(jī)制是一個(gè)開放問題，常見的激勵(lì)方案包括基于積分冀膝、基于名聲和基于博弈理論等方法唁奢。有研究提出一種激勵(lì)模型，將節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)轉(zhuǎn)化為分?jǐn)?shù)和對(duì)應(yīng)等級(jí)窝剖，來決定節(jié)點(diǎn)選擇鄰居的優(yōu)先度驮瞧，貢獻(xiàn)越多的節(jié)點(diǎn)能夠獲得更高的共享資源，得到更高的服務(wù)質(zhì)量枯芬。
• P2P-CDN混合式分發(fā)體系結(jié)構(gòu)：P2P與CDN之間存在很大的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)空間论笔。很多研究對(duì)P2P-CDN混合式分發(fā)體系結(jié)構(gòu)寄托了極大的期望，在P2P-CDN混合式分發(fā)框架下千所，P2P能夠輔助CDN：對(duì)等節(jié)點(diǎn)之間共享從服務(wù)器獲得的數(shù)據(jù)狂魔，減少了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)；在CDN覆蓋不到的區(qū)域淫痰，P2P可以作為一種網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的手段最楷。同樣窑多，CDN可以輔助P2P：當(dāng)P2P網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部共享服務(wù)能力無法滿足用戶需求時(shí)乡恕，CDN基于復(fù)制的基礎(chǔ)框架可以為P2P提供穩(wěn)定的內(nèi)容來源；CDN服務(wù)器可以充當(dāng)P2P網(wǎng)絡(luò)的超級(jí)節(jié)點(diǎn)伐蒋，提供一定程度的節(jié)點(diǎn)管理和數(shù)據(jù)流量控制的管理功能火俄。

參考文獻(xiàn)：

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