[基于IMOS技术的校园IP网络视频监控系统的分析与设计]校园视频监控系统设计
时间：2019-01-15 03:22:35 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
[摘要]监控系统作为高校校园稳定的安全保障，其使用效果直接关系到高校和谐校园构建的顺利进行。而基于IMOS技术的校园IP网络视频监控系统则具有使用成本低、图像清晰、系统稳定性强、存储量大且易于调取和扩展性强等特点，十分符合当今高校的技防需求。文章结合徐州工程学院校园IP监控平台的开发应用成效，从IMOS的核心技术入手，提出了基于IMOS技术的校园IP网络视频监控系统基本构架，并对整个系统四大主题的原理和应用进行了详尽分析，以期为当今高校校园技防系统的建设提供理论和实践指导。
[关键词]IMOS；校园IP监控；设计；应用
[中图分类号]G420 [文献标识码]A [论文编号]1009―8097(2011)09―0075―04
随着社会信息化程度的不断加深以及网络通信技术、存储技术和多媒体技术的飞速发展，视频监控逐步从模拟、数模结合系统转变成IP网络视频监控系统。IP网络视频监控的低成本使其广泛地应用到了社会的各行各业，作为备受社会高度关注的大学校园，也已从原始的人防、物防，逐渐过渡到重视技防，越来越多的学校开始采用技防手段并不断向信息化、综合化、网络化和主动化方向发展。
与IP网络视频监控系统相比，模拟或数模结合系统虽然能直接将视频图像从前端传输到客户端，并逐一显示在监视器上，但是，由于视频线缆只适合短距离传输，传输距离的增加就势必会导致信号衰减、失真，无法满足高校校园的全方位监控。同时随着监控规模的增大，视频显示设备和录像设备的大幅增多，也加大了用户的管理难度。徐州工程学院作为徐州市唯一的一所市属新建本科院校，共包括城南和中心两个校区，占地2035亩，现有全日制普高在校生18000人，在岗教职工1700多人。作为一所校区分散、师生人数多的地方新建本科院校，徐州工程学院自2009年7月开始正式建设基于IMOS技术的校园IP网络视频监控系统，整个技防系统共分为三期实施，截至目前，整个系统已基本完成。自工程实施应用以来，已取得了较为可喜的成效，两个校区均实现了技防全覆盖。几年来，依托技防设施，学校发案率保持持续下降的趋势，治安和刑事案件的破案率达到了100％，得到了省、市各级业务部门和全校师生的一致认可，为我校省级平安校园的创建和和谐校园的构建打下了坚实的技防基础。笔者依托徐州工程学院的IP视频监控系统成功案例，对基于IMOS技术的校园IP视频监控系统的核心技术、基本构架和实施成效进行了可行性分析，为当今以多校区办学为主流的高等学校实现有效安全管理、构建和谐平安校园提供了可行性、针对性极强的理论和实践指导。
一 IMOS及核心技术分析
1 IMOS简介
定位于IP多媒体基础软件平台的IMOS(IP MultimediaOperation System-IP多媒体操作系统)是一个通用的支撑多媒体综合监控的中间件平台，它通过对整个监控系统的所有组件进行融合优化，满足各种联网监控系统的全局看、控、存、管、用业务需求。通过分层设计，将各种多媒体功能和数据进行抽象和分层归类成各种模型，每个层次由若干互相独立、而又可以协同工作的中间件组成。中间件外部接口考虑互通的需求，最大程度的使用标准协议和业界通用接口模式，而在内部则提供高性能、高可靠性的自主研发通讯机制。每个层次上，都允许客户根据需要扩展自己的插件，从而开发出更加符合客户个性化需要的应用平台。具体来说，从底向上分为四个层次：OS基础设施层、数据访问层、多媒体基础设施层、业务逻辑层。(见下图1)
2 IMOS的核心技术
基于IMOS的IP网络视频监控解决方案在整体先进性、灵活性、可扩展性和开放性等各方面相对以往平台软件和业界同类软件都有了质的提升，支持IMOS平台的核心技术包括：
(1)MOS－多媒体操作系统
IMOS对涉及到硬件的各种业务操作，进行了统一的接口封装，不同的硬件平台，只要根据IMOS定义的统一接口，实现此接口定义的相关功能即可。
(2)MAS一多媒体数据访问服务
MAS是结合多媒体数据和应用的特点，通过对传统的磁盘阵列技术进行了改造，提升磁盘阵列对硬盘错误的容错能力，支持通过虚拟文件系统技术对网络化存储访问进行屏蔽，在MAS内部解决网络化问题，简化存储应用，真正做到IP可达即存储可达。
(3)MMW-多媒体软件中间件
IMOS平台全面采用中间件平台的设计理念，从底层向上层都进行严格细致的抽象，由若干互相独立、而又可以协同工作的中间件组成。可以实现各种综合业务的支持能力，可以支持各种安防领域的应用，实现跨设备、跨平台的数据传送／复制以及用户程序自动化执行能力。
(4)MRV-多媒体资源虚拟化
IMOS支持将物理设备分解成多个基本资源的集合，根据摄像机资源、监视器资源、告警源资源、存储资源、电子地图资源等进行分类。同时可以在基本资源的基础上组合出进行高级监控业务的组合资源(比如轮切、组切、各类计划等)。
(5)IMS-IP多媒体系统
IMS是3GPP R5中对IP多媒体业务进行控制的网络核心层逻辑功能实体的总称，是目前移动通信网络领域的最具发展潜力的热门应用，其核心信令是SIP，其架构的特点是业务、控制、承载三分离。
二 IMOS在校园lP网络视频监控系统的设计
1 基于IMOS技术的校园IP网络视频监控的基本架构
随着高校前几年的不断合并升格和规模扩张，多校区办学已经成为当前高校必须面对的现实，这也使得高校的安全管理面临着严峻的挑战。而一套低成本、操作简便、能够分区管理、海量存储和扩展性强的IP数字监控系统则是解决这个难题的最佳途径。2009年7月，随着徐州工程学院一期工程的主体封顶，作为数字化校园建设重要组成部分的IP网络视频监控系统开始正式建设，该项工程历经一期和二期的建设，目前基于IMOS技术的校园IP视频监控系统已全部建设完毕并运行良好。本套系统，结合校区分散的实际情况适时采用了分区管理模式，其覆盖范围达到了每个校区的任何部位，实现了技防设施在各校区的全覆盖，业务应用也实现了支持多种综合应用的数字化图像平台。其系统构架如图2所示。在这套校园监控方案中，所有视频业务的控制管理、信令转发都是由VM完成，但是VM不参与任何媒体层面的处理，视频编码、传输、转发、复制分发等都是由编码器和IP网络完成，其中复制分发也可由流媒体服务器完成。这样，实现图像一次编码全程使用，彻底解决了数模结合方案中的图像衰减问题，也不会因为系统扩展，转发环节的增加而导致图像实时性变差。借鉴IMOS的分层实现模型，我校的校园IP视频监控系统由接入层、媒体交换层、控制管理层和业务支撑层构成。每层之间通过标准的信令协议进行通信，如VM对编解码器的控制采用了SIP(Session Initiation Protocol， 会话初始化协议，是IP语音、视频通信、IM等的通信控制信令)，层与层之间具备相对独立性，每层的实现技术可独立演进。这样，系统的升级、扩展、新业务引入都变得更简单。
2 基于IMOS技术的校园IP网络视频监控系统四大主题的解释与说明
(1)前端接入部分
本套系统的前端接入设备包括：IP摄像机、IP半球、IP快球、无线IP摄像机、报警I／O等等。采用IP前端作为图像采集、编码压缩设备，保障了IP前端具备先天稳定性，种类多样化，全面覆盖枪式、半球、快球、无线(WiFi)等。IP前端弥补了模拟前端受同轴电缆传输距离影响的缺陷，可覆盖全球(IP网可达之处)。所有音视频数据、控制信令均以TCP／IP包方式进行传输，录像数据存储在后台磁盘存储柜内。后端采用硬解码上墙显示，借助软件系统平台完成IP矩阵功能，实现了从前端到后端的全IP监控系统构架。
(2)传输部分
视频监控业务的承载载体是网络，根据我校校园的内部地理位置、管理方式的不同，选用灵活多变的组网方式以满足学校持续需求。网络采用四层架构模式，即：接入层、媒体交换层、控制管理层和业务支撑层，将媒体交换层与控制管理层构成的网络称为骨干网。把相对集中的接入层交换机通过会聚交换机汇集起来连接到核心交换机，分散的节点直接连接到核心交换机。核心交换机支持千兆交换技术，具有大容量交换背板，支持多种连接速率和传输介质，端口密度高且扩展灵活。会聚交换机则通过堆叠或增加模块来提高接入端口密度，支持SNMP网管协议，便于对所有网络设备状况进行监控和管理。
(3)存储部分
系统采用]P SAN／NAS网络存储方式，由存储服务器管理下属监控点的录像策略。该套系统采用IP SAN／NAS实现分布式集中存储，即将存储服务器、磁盘阵列部署在各会聚点，保存辖区内IP前端的录像数据。根据数据量需求大小，存储服务器可挂接多台磁盘阵列，磁盘阵列支持多种RAID级别，具备磁盘损坏恢复功能，同时也避免了因磁盘损坏而导致的文件丢失。
(4)显示部分
显示部分包含解码器(或解码服务器)、DLP大屏、监视器等。解码服务器(或解码器)的以太网电口(RJ45)接至核心交换机获取编码视频流，经内部DSP芯片解码以后，通过SYV75-5输出视频至监视器或DLP大屏，输出音频至音箱。解码数据源包括IP前端实时编码流，IP SAN磁盘阵列内录像回放流。
三 基于IMOS技术的校园IP网络视频监控系统投入使用后的主要成效
随着视频监控进入IP网络时代，流媒体技术在视频监控系统中的应用给安防监控领域注入了鲜活的生命力。徐州工程学院IP视频监控系统的建设和应用，给我校的师生提供了一个平安、有序的生活、学习环境，为学校的安全管理水平和安全服务能力有效提升提供了强大的安防技术支撑，为徐州工程学院数字化校园建设增添了绚丽的一笔，为平安、和谐校园的构建提供了坚实的技防保障。
1 监控数据实现了海量存储
采用了高性能、高可靠性的IP SAN方式作为录像数据存储方式。单台阵列最高可达24个盘位，每块盘容量最大可支持2T，全面支持RAID0,1,3,5,6,10,50众多级别，磁盘支持冗余热各，满足用户对录像数据不同重要性的要求，针对监控系统并发写远多于并发读的特性，对存储服务器进行了特别优化，CPU资源分配大部分用于写操作，网IP也固定写入带宽为读出带宽约5倍，采取相对集中的方式存储在会聚点，中心端集中管理，彻底解决了IP摄像机的存储难题，目前我校的监控点共计761个，监控数据的存储周期已达到2个月的时间，已远远超过了公安机关要求的资料留存不低于30天的标准。
2 监控画质实现了高清晰度
IP前端采用了SONY高性能的CCD感光芯片，具备极高的解析度、色彩还原度和饱和度，最高支持720P高清画质，保障前端视频源的清晰度。确保了实时监控画面、录像回放画面均可达D1画质，而后端解码服务器的输出画质支持D1，因此，在画面采集、压缩编码(网传、存储)、解码显示整个过程中，既保障了部件D1清晰度，又保证了系统D1清晰度。
3 监控数据实现了流控分离
在业界首创的双码流技术(预览流与存储流分离技术)中，主码流和子码流的码流类型、分辨率、帧率、位率上限、图像质量、位率类型均独立可调。在用户网络质量下降时，选用子码流进行网传，主码流进行录像，既满足录像文件的优秀画质，又确保远程预览得以进行。视频流与控制流分离技术，因视频流数据量较大，并发访问数量增加将增大IP前端CPU处理负荷及出口带宽压力，利用流媒体快速复制分发的特点，解除IP前端并发访问路数限制。相反由于控制流数据量小，实时性要求高，直接采用TCP传输方式，不穿越流媒体服务器，在传输线路上减小延迟(小于300ms)。
4 监控系统的维护十分便捷
整个监控系统平台采用全中文界面、智能化管理，以机器自动化方式取代操作员来完成枯燥的故障巡查工作，维护人员只需做故障确认和处理工作，大大简化了维护人员的工作难度，有效提高了维护人员的工作效率。同时将视频设备接入、服务器部署，编码、存储、解码、上墙、转发、网传、报警、联动等等一系列与监控系统紧密相关的事务统统整合进平台系统，实现全面统一管理机制。而管理服务器则以树状结构清晰罗列分级监控系统，各级监控资源一目了然，设备参数设置、用户管理、录像、报警、网络等常见配置页面清晰可见，维护人员可对设备位置进行快速配置、修复故障。
5 监控系统的可扩展性大大增强
采用高品质的IP网络替代模拟或数模矩阵，以IP网络的分组交换代替矩阵的电路交换。实现了整套系统的无限扩展；通过IPSAN专业存储，实现海量存储的可扩展性。IP SAN是一种通过网络方式连接存储设备和应用服务器的存储构架，它采用基于“数据块级”的存储方式，具备很高的性能和可扩展性，尤其适合于大容量存储读写应用，采用这种方式，存储设备可实现物理上分布式部署，逻辑上集中管理，存储容量很容易根据监控图像存储的需求实现平滑扩展；基于IMOS技术的IP网络视频监控系统作为一个开放、标准的视频监控基础平台，在设备层面提供了编程接口，同时在监控管理平台层面也提供了API和SDK开放包，通过这些接口，可以有效兼容其他品牌，为我校安防系统的三台合一提供更多智能化、个性化的增值业务。
四 结论
在构建社会主义和谐社会的大背景下，构建安全、稳定、有序的和谐校园势在必行。而视频监控系统的应用则是和谐校园构建的技防保障。传统的模拟或数模结合监控系统，由于对图像的处理和传输均采用模拟技术，不仅图象质量低，系统资源浪费严重，而且存储量小，可扩展性极差，视频图像效果与视频传输的实时性矛盾十分突出，很难组成规模较大的系统结构，无法满足现有校园安全管理的需求。伴随着社会环境的不断复杂，高校校园规模的不断扩大，校区的不断增多，高等学校对监控系统的监控范围，信息量，存储量、处理速度和可扩展性要求不断提升，这就要求信息时代的监控系统必须具备存储海量、操作便捷、画质清晰、维护便捷和可扩展性等必备特性。所以徐州工程学院实施基于IMOS技术的校园IP网络视频监控系统的开发应用是一项具有高度前瞻性和创新性的工作，它必将对网络视频信息技术在当今高校技防领域中的全面应用起到一定的推动作用。
