近年來(lái),安防和視頻監(jiān)控已向著大型化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)發(fā)展,甚至出現(xiàn)了社會(huì)化聯(lián)網(wǎng)的需求,即出現(xiàn)了整合不同建設(shè)方、不同管理機(jī)構(gòu)的跨區(qū)域安防系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn),這引起安防行業(yè)中設(shè)備供應(yīng)商、工程商、用戶、相關(guān)行業(yè)人員對(duì)于這個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)的新技術(shù)問(wèn)題的熱烈討論和爭(zhēng)議,本文主要針對(duì)大型網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控互聯(lián)互通的關(guān)鍵技術(shù)做簡(jiǎn)要的分析,僅供讀者參考。
文/李濱 李偉
研究背景
近年來(lái),安防和視頻監(jiān)控已經(jīng)向著大型化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)發(fā)展,甚至出現(xiàn)了社會(huì)化聯(lián)網(wǎng)的需求,即出現(xiàn)了整合不同建設(shè)方、不同管理機(jī)構(gòu)的跨區(qū)域安防系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn),這引起安防行業(yè)中設(shè)備供應(yīng)商、工程商、用戶、相關(guān)行業(yè)人員對(duì)于這個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)的新技術(shù)問(wèn)題的熱烈討論和爭(zhēng)議,其中的熱點(diǎn)主要有:
1、統(tǒng)一安防平臺(tái):利用工業(yè)自動(dòng)化控制的成果和理念,試圖將安防系統(tǒng)中不同的功能單元和子系統(tǒng)整合在一個(gè)統(tǒng)一的框架下,實(shí)現(xiàn)信息共享和聯(lián)動(dòng),安防的監(jiān)控操作在一個(gè)單獨(dú)的完整用戶界面上進(jìn)行,一些新名詞如:CMS(中央管理系統(tǒng))和ISCS(綜合監(jiān)控系統(tǒng))就屬于這些趨勢(shì)的代表。
2、智能化系統(tǒng):隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和覆蓋面的不斷增加,傳統(tǒng)上依靠人員主導(dǎo)的監(jiān)控模式受到挑戰(zhàn),而智能化系統(tǒng)試圖將更多的智能引入系統(tǒng),將人從初級(jí)的判斷和大量無(wú)意義的監(jiān)看中解放出來(lái)。這方面的重點(diǎn)突破主要是結(jié)合視頻分析技術(shù)和人工智能技術(shù)對(duì)各種系統(tǒng)的改良,如智能交通管理、智能門(mén)禁系統(tǒng)等。
3、集成化:由于芯片技術(shù)的發(fā)展,更多的功能可以以更小的體積和更小的功耗實(shí)現(xiàn),使得廠商可以在單一元件上集成更多的功能,如IP攝像機(jī)集成了光學(xué)、電子、視頻、智能化、網(wǎng)絡(luò)等種種功能,可以使安防系統(tǒng)的建設(shè)更經(jīng)濟(jì)更快捷。
4、網(wǎng)絡(luò)化:系統(tǒng)控制流和信息捕獲,直接借助于標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化使用和管理,極大地增加了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。
其他的熱點(diǎn)還包括開(kāi)放性和軟件化等趨勢(shì)。
我們看到,以上提到的這些技術(shù)研究已經(jīng)為解決設(shè)備級(jí)的互聯(lián)提供了很多技術(shù)途徑和方案,但目前仍局限于企業(yè)級(jí)或機(jī)構(gòu)內(nèi)部的系統(tǒng)級(jí)別,其特點(diǎn)是考慮的目標(biāo)系統(tǒng)仍處于一個(gè)統(tǒng)一的管理機(jī)構(gòu)的管理之下,可以進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃和管理,在設(shè)備選型、管理維護(hù)的過(guò)程中按照統(tǒng)一的規(guī)劃進(jìn)行。對(duì)于我們前文所展望的連接不同機(jī)構(gòu)和單位,形成真正社會(huì)化安防網(wǎng)絡(luò)的“安防互聯(lián)網(wǎng)”,還存在很多關(guān)鍵技術(shù)上的研究空白。
舉例來(lái)說(shuō),某市的各區(qū)級(jí)治安部門(mén)、交通管理部門(mén)、重點(diǎn)場(chǎng)所、民防系統(tǒng)等均已經(jīng)建有覆蓋較廣的視頻監(jiān)控系統(tǒng),如果整合起來(lái),可以形成全市的視頻網(wǎng)絡(luò),不僅可以實(shí)現(xiàn)市一級(jí)的統(tǒng)一應(yīng)急指揮,還可使原來(lái)子系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)資源共享和互補(bǔ),具有巨大的社會(huì)效益,但是原來(lái)的子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式既有模擬也有數(shù)字方式,設(shè)備五花八門(mén),因而存在一系列問(wèn)題,降低了整個(gè)系統(tǒng)的可用性。
系統(tǒng)的特點(diǎn)是:
·存在若干相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域或子網(wǎng)絡(luò), 通常以政府部門(mén)或行政區(qū)劃的形式存在;
·存在連接以上區(qū)域和子網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),提供基本的TCP/IP或串口通訊通道;
·存在松散的協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu), 但此協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)并不負(fù)責(zé)各區(qū)域的管理,管理和維護(hù)采用自治的形式;
·需要在區(qū)域之間實(shí)現(xiàn)可管理的資源共享。
反觀目前可用的成熟技術(shù),面臨的難題是:
·子系統(tǒng)間的信息傳導(dǎo)沒(méi)有一個(gè)自發(fā)協(xié)調(diào)機(jī)制,對(duì)子系統(tǒng)的資源,缺乏有效的發(fā)布和公告機(jī)制,可能形成混亂;
·子系統(tǒng)用戶管理高度自治,在子系統(tǒng)間需要共享資源時(shí),不同子系統(tǒng)的用戶存在信任和授權(quán)問(wèn)題;
·子系統(tǒng)中控制/信令的多樣化,阻礙了系統(tǒng)的融合;
·系統(tǒng)之間互聯(lián)缺乏公認(rèn)有效的機(jī)制,必須靠雙邊協(xié)調(diào)進(jìn)行。
本文將結(jié)合實(shí)際案例, 對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行初步探討和嘗試。
互聯(lián)互通的實(shí)現(xiàn)方式
對(duì)于以上存在的問(wèn)題,可以將這樣的安防網(wǎng)絡(luò)認(rèn)為是早期的互聯(lián)網(wǎng)?;ヂ?lián)網(wǎng)的一些特點(diǎn),如松散性、開(kāi)放性、規(guī)范性使得互聯(lián)網(wǎng)可以自然的根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展、延伸,更為重要的是,一旦互聯(lián)網(wǎng)成為一種認(rèn)可的模式,業(yè)界會(huì)提供更好的產(chǎn)品和方案,達(dá)到產(chǎn)品和應(yīng)用的良好促進(jìn)。有鑒于此,我們可以借用互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)理念來(lái)解決我們?cè)诎卜谰W(wǎng)絡(luò)中的難題。
資源發(fā)布
現(xiàn)在人們?cè)絹?lái)越依賴搜索引擎在互聯(lián)網(wǎng)上獲得各種可互相替代的資源,確定性的資源則依賴門(mén)戶網(wǎng)站。在一個(gè)安防網(wǎng)絡(luò)中,資源或控制基本是不可替代的,所以,獲得可用的資源信息清單并使用資源,需要的是一個(gè)系統(tǒng)白頁(yè)號(hào)碼簿,即需要向系統(tǒng)用戶完整地提供系統(tǒng)所有可用資源的列表。(當(dāng)然,也同時(shí)提供對(duì)白頁(yè)號(hào)簿的搜索功能)
系統(tǒng)的資源情況,可用一個(gè)多維樹(shù)狀目錄結(jié)構(gòu)表示,如圖1所示。
這個(gè)樹(shù)狀目錄既可根據(jù)行政自治關(guān)系,也可根據(jù)子系統(tǒng)來(lái)區(qū)分,層次性地列出所有系統(tǒng)資源,用戶可以分層次遍歷整個(gè)目錄樹(shù)。
這樣的結(jié)構(gòu)完全是分布式和可擴(kuò)展的,由各子區(qū)域/自治系統(tǒng)的資源解析服務(wù)器負(fù)責(zé)本區(qū)域內(nèi)部資源的解析和發(fā)布。
從算法上來(lái)看,只要存在解析的根服務(wù)器,即可以保證迭代的解析過(guò)程正常進(jìn)行,而通常業(yè)務(wù)情況下,僅是對(duì)某一子樹(shù)的遍歷。
這樣的情形,和網(wǎng)絡(luò)世界中的SNMP MIB何其相似。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)上的可管理實(shí)體,均提供一個(gè)樹(shù)狀的MIB庫(kù),提供各種可管理的資源。
那么,可以借用SNMP的MIB遍歷實(shí)現(xiàn)機(jī)制,來(lái)對(duì)安防網(wǎng)絡(luò)中的資源實(shí)現(xiàn)遍歷。不同的是,SNMP由每一個(gè)可管理實(shí)體各自實(shí)現(xiàn),而在安防網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)層面,需要由系統(tǒng)管理服務(wù)器進(jìn)行子系統(tǒng)間的對(duì)話。
資源的描述
系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的目的是為了能夠去除邊界,使用其他系統(tǒng)的資源,但是由于安防設(shè)備種類(lèi)復(fù)雜,要實(shí)現(xiàn)不同種類(lèi)的系統(tǒng)互聯(lián),在完成前文所描述的資源發(fā)布之后,還需對(duì)資源的使用方式進(jìn)行進(jìn)一步的描述。
從語(yǔ)義學(xué)看,安防系統(tǒng)的內(nèi)部差異性是比較大的,甚至在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi),也無(wú)法實(shí)現(xiàn)直接的互操作,只能對(duì)不同的資源,調(diào)用不同的后臺(tái)程序分別處理,不同資源的使用則依賴于資源的數(shù)據(jù)性質(zhì),可以是離散的數(shù)字量,也可以是連續(xù)的媒體流。
這個(gè)要求與在互聯(lián)網(wǎng)中對(duì)多媒體的處理方式極其類(lèi)似,現(xiàn)在可以輕松地訪問(wèn)網(wǎng)上各種媒體,欣賞豐富的視頻資源,都是因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)存在統(tǒng)一的對(duì)多媒體的MIME類(lèi)型規(guī)定,對(duì)不同的多媒體類(lèi)型,MIME類(lèi)型給出了對(duì)應(yīng)的執(zhí)行軟件,消除了誤解,常見(jiàn)的MIME類(lèi)型有:
·超文本標(biāo)記語(yǔ)言文本:html,.html text/html;
·普通文本:txt text/plain;
·RTF文本:rtf application/rtf;
·GIF圖形:gif image/gif;
·JPEG圖形:ipeg,.jpg image/jpeg;
·au聲音文件:au audio/basic;
·MIDI音樂(lè)文件:mid,.midi audio/midi,audio/x-midi;
·RealAudio音樂(lè)文件:ra, .ram audio/x-pn-realaudio;
·MPEG文件:mpg,.mpeg video/mpeg;
·AVI文件:avi video/x-msvideo;
·GZIP文件:gz application/x-gzip;
·TAR文件:tar application/x-tar。
同理,我們也可以對(duì)不同的安防資源進(jìn)行規(guī)定,并在調(diào)用有關(guān)資源時(shí)補(bǔ)充輔助信息。
舉例如下:
對(duì)系統(tǒng)中的視頻資源可作以下描述:
·TYPE:AXRTPM(AXIS組播視頻);
·URL:axrtpm://192.168.6.230/mpeg4/media.amp;
·DESC:延安路/中山路;
·GIS:2324424/4144551;
·DOMAIN:PDD;
·ID:02022001。
這些信息,應(yīng)在資源發(fā)布完成后,準(zhǔn)備啟動(dòng)調(diào)用時(shí)向目標(biāo)子系統(tǒng)請(qǐng)求。
按照這樣的規(guī)范,可以在全網(wǎng)實(shí)現(xiàn)資源的互相理解和共享。同時(shí)由于這些規(guī)范,僅在軟件層面實(shí)現(xiàn),可以充分容納異構(gòu)的子系統(tǒng)。
認(rèn)證和授權(quán)
與互聯(lián)網(wǎng)不同的是,一個(gè)大型的安防網(wǎng)絡(luò),涉及各個(gè)子區(qū)域/自治系統(tǒng)的多個(gè)操作員,對(duì)操作員的行為進(jìn)行管理是非常必要的,而絕不能變成互聯(lián)網(wǎng)上的完全開(kāi)放和虛擬時(shí)空,這是由安防系統(tǒng)的本身性質(zhì)決定的,而安防系統(tǒng)的很多操作需要對(duì)資源進(jìn)行獨(dú)占和互動(dòng)性操作,這也和互聯(lián)網(wǎng)有著根本的區(qū)別。
安防系統(tǒng)中,通常原來(lái)獨(dú)立的子系統(tǒng)內(nèi)部可能已經(jīng)采用了自主的認(rèn)證和授權(quán)機(jī)制,例如可采用設(shè)備授權(quán)、用戶名/口令、生物信息等不同的技術(shù)手段,但是對(duì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的大型系統(tǒng)來(lái)說(shuō),如果廢除這種子系統(tǒng)單獨(dú)管理的機(jī)制,轉(zhuǎn)而采取全局的用戶認(rèn)證和授權(quán),往往建設(shè)和管理的成本過(guò)高,這是因?yàn)椴粌H涉及不同的管理機(jī)構(gòu),而且可能對(duì)原有的設(shè)備和軟件提出更新的要求。
因此,建議采取一種基于自治系統(tǒng)間信任關(guān)系的認(rèn)證和授權(quán)模型,即用戶在自治系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行一次認(rèn)證,需要訪問(wèn)其他自治系統(tǒng)的資源時(shí),則進(jìn)行第二次認(rèn)證,根據(jù)在本系統(tǒng)的認(rèn)證情況,取得在其他系統(tǒng)的權(quán)限,這種不同系統(tǒng)之間權(quán)限的傳遞過(guò)程,就是信任過(guò)程。
信任過(guò)程需要專門(mén)的服務(wù)器進(jìn)行判斷,由于信任過(guò)程原則上只在不同系統(tǒng)的不同用戶組(或角色)之間進(jìn)行,不對(duì)具體用戶進(jìn)行,因此數(shù)據(jù)維護(hù)工作比較簡(jiǎn)單,改變這種信任關(guān)系只需在該服務(wù)器上進(jìn)行修改。
例如,可建立這樣的一個(gè)信任關(guān)系庫(kù)(表3)。
這一過(guò)程,類(lèi)似于運(yùn)營(yíng)商對(duì)漫游帳號(hào)的處理機(jī)制。
分布式控制
在實(shí)現(xiàn)了以上針對(duì)大型化安防網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)平臺(tái)后, 具體資源使用時(shí),要對(duì)用戶操作進(jìn)行控制,在一個(gè)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,必須有一個(gè)實(shí)體來(lái)對(duì)邊界進(jìn)行一定的劃分和管理,也就是在子系統(tǒng)邊界設(shè)立網(wǎng)關(guān),由網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)操作界面的分離。
同時(shí)為了減少對(duì)子系統(tǒng)內(nèi)部原有結(jié)構(gòu)的沖擊,又在大系統(tǒng)層面保持一定的穩(wěn)定性,可以認(rèn)為需要對(duì)網(wǎng)關(guān)內(nèi)外的控制協(xié)議進(jìn)行區(qū)分:自治系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)之間采用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)間接口協(xié)議NNI,自治系統(tǒng)內(nèi)部的用戶側(cè)協(xié)議UNI則不做全局性的規(guī)定,由子系統(tǒng)自己決定。
具體的說(shuō),網(wǎng)絡(luò)間NNI協(xié)議是對(duì)功能和控制的抽象表達(dá),不涉及具體設(shè)備的特殊性,因而可保持一定的穩(wěn)定性,而用戶側(cè)協(xié)議UNI,則主要實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的接口,比較多樣,不具有全局意義,可以依靠子系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)NNI和UNI之間的轉(zhuǎn)換。
同時(shí),這一網(wǎng)關(guān)還是自治系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上述所有功能的代理,實(shí)現(xiàn)的功能還有:
·操作員認(rèn)證服務(wù)器和全局認(rèn)證代理;
·資源更新發(fā)布者,向全局發(fā)布資源更新情況;
·資源解析服務(wù)器,接受外部對(duì)資源情況的解析請(qǐng)求。
實(shí)例:某市的政府視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)
這一案例中,我們面對(duì)的是一個(gè)要融合很多已建成的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的社會(huì)化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),并將不斷有新建成的視頻系統(tǒng)連入,在系統(tǒng)層面實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)內(nèi)的視頻資源有序共享,和一般新建的視頻系統(tǒng)不同,本系統(tǒng)主要對(duì)已有子系統(tǒng)進(jìn)行控制層面的整合,不改動(dòng)原有系統(tǒng)。
具體需求如下:
·視頻監(jiān)控平臺(tái)為分級(jí)層次型結(jié)構(gòu),上級(jí)視頻控制服務(wù)器負(fù)責(zé)為下級(jí)視頻控制服務(wù)器提供用戶全局身份和權(quán)限,以及共享視頻資源列表;
·市政府位于“視頻監(jiān)控平臺(tái)”的最頂端,負(fù)責(zé)為整個(gè)平臺(tái)提供用戶認(rèn)證,授予用戶訪問(wèn)控制整個(gè)平臺(tái)視頻資源的功能;
·市政府下級(jí)的各局視頻控制服務(wù)器負(fù)責(zé)本局內(nèi)的用戶管理,用戶接入認(rèn)證授權(quán),接受處理其他局用戶的視頻訪問(wèn)控制,以及本地視頻資源管理;
·用戶直接登錄所在局的視頻控制服務(wù)器,在各局的用戶屬性中可標(biāo)識(shí)用戶僅僅是本局內(nèi)部操作用戶還是“視頻監(jiān)控平臺(tái)”的全局用戶;
·下級(jí)局須向上級(jí)提供本局內(nèi)的用戶權(quán)限組,以便上級(jí)管理人員統(tǒng)一分配用戶可訪問(wèn)資源權(quán)限;
·下級(jí)局對(duì)用戶訪問(wèn)和獲得的“視頻監(jiān)控平臺(tái)”資源做緩沖保存,并在“視頻監(jiān)控平臺(tái)”用戶無(wú)法訪問(wèn)上級(jí)服務(wù)器(主機(jī)故障,網(wǎng)絡(luò)故障等情況下)時(shí),可暫時(shí)使用緩沖數(shù)據(jù),保障用戶的正常使用;
·下級(jí)局用戶在訪問(wèn)本局內(nèi)所有視頻資源時(shí),用戶的權(quán)限和控制指令全部在本地視頻服務(wù)器的范圍內(nèi)執(zhí)行;
·在整個(gè)層次中,下級(jí)服務(wù)器和上級(jí)服務(wù)器之間,平級(jí)各服務(wù)器之間建立授權(quán)信任機(jī)制,保證“視頻監(jiān)控平臺(tái)”的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)安全。
功能組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖4。
網(wǎng)間視頻切換示意流程如圖5。
1、用戶登錄XX局視頻服務(wù)器。
2、XX局視頻服務(wù)器對(duì)用戶身份識(shí)別后,若用戶為“視頻監(jiān)控平臺(tái)”用戶,則向市政府服務(wù)器發(fā)送登錄請(qǐng)求。
3、市政府服務(wù)器將用戶在整個(gè)“視頻監(jiān)控平臺(tái)”所擁有訪問(wèn)權(quán)限的視頻資源列表以及用戶在其他局視頻服務(wù)器上的訪問(wèn)權(quán)限標(biāo)識(shí)返回用戶登錄視頻服務(wù)器。
4、視頻服務(wù)器向用戶返回用戶在整個(gè)“視頻監(jiān)控平臺(tái)”所擁有訪問(wèn)權(quán)限的視頻資源列表。
5、用戶發(fā)送視頻切換和PTZ控制指令
6、對(duì)于用戶要求的本地視頻源,則按本地視頻切換流程實(shí)現(xiàn)視頻切換和控制;對(duì)于切換和控制其他局的視頻源,則將指令發(fā)送到對(duì)應(yīng)局的視頻控制服務(wù)器。
7、視頻控制服務(wù)器將指令發(fā)送到前端視頻服務(wù)器/編碼器。
8、前端視頻服務(wù)器/編碼器返回狀態(tài)信息。
9、視頻源所在的目標(biāo)局將分配給用戶終端的視頻服務(wù)器信息返回。
10、向用戶終端返回目標(biāo)局將分配給用戶終端的視頻服務(wù)器信息(視頻服務(wù)器IP,Port)。
11、視頻服務(wù)器向用戶終端發(fā)送視頻流。
總結(jié)
安防互聯(lián)網(wǎng)尚處于萌芽階段,標(biāo)準(zhǔn)的制定需要行業(yè)組織和權(quán)威機(jī)構(gòu)的統(tǒng)籌安排,更需要有識(shí)之士達(dá)成共識(shí),共同推動(dòng)。本文并無(wú)意宣揚(yáng)一種特點(diǎn)規(guī)范,只是介紹一種借鑒與發(fā)展的思路,供行業(yè)內(nèi)人士參考。