一 监控系统功能分析

当今监控系统的用户覆盖各行各业，但是其本质的需求都是一样的，都要求监控网络要提供“监，控，查”的功能。“监”就是实时监视，随时了解被监控点的实时状态，要求实时性强，需要实时存在。“控”指对摄像头控制灵活可靠，操作简便，迅捷。“查”对于指定的地点的监控数据要实时可靠的存贮，用于事后取证和调阅，实时性不敏感但可靠性要求高。

二 视频监控特征分析

监控的本质需求是为了满足用户的实战需要，如有效取证、事态控制和运营管理维护能力等，目前许多监控系统的设计开始走向一个误区，系统过于复杂，模拟的数字的、各种服务器、视频承载和信令混合、各种非标的异构的子系统堆积、各种不同功能的软件组合，看起来虽然实现了基本功能，但图像、存储、维护管理等系统性能往往无法满足基本实战需求，偏离了监控的本质。随着系统规模的不断扩大，这些问题也将逐步暴露出来，一切将变得无法控制。

1 监控图像实时性问题。大型监控网络的监控点可以达到成百上千，要求在任何时间都可以让网络的使用者可以无时延地看到想看到的图像，并且要求被监控点的码流可调以满足高清，重点监控的目的。这就要求监控网络支持很高的图像传输收敛比，即把众多的网点的监控图像层层汇聚到一个或几个显示大屏幕。传统的监控网络只能提供一种基于UDP的实时监控码流，实时流在高收敛比的汇聚过程中被反复级联复用造成最终显示图像质量的下降，同时也会造成一定的图像延迟，不满足实时性要求。所以现有的监控网络很难在高质量高收敛比和实时性之间取得平衡。这就要求监控终端可以提供一种只需一次编码就可供全网使用的实时流，而且这种数据流不应因高收敛而造成图像质量下降。

2 监控图像高解析还原问题。不同的用户对监控的“存”与“看”的要求也不相同。有的用户需要高清晰的实时监控流，而为了节省存贮空间降低成本可能会采用低分辨率的存贮码流或只存帧。反之，有的用户会关注高质量的存贮流已供事后调阅和取证，而对实时流不是很关注。现有的网络只是简单的提供实时流同时对实时流进行存贮，这样现有的单流网络很难在网络的性能和成本之间达到平衡。也很难满足客户灵活配置的需求。

3 监控图像可靠存贮问题。传统的实时数据流是一种面向非连接的UDP报文，数据一旦在传输中发生丢失，则在图像回放时就会产生马赛克和丢帧的情况。所以对于分出一份实时监控流存入本地硬盘以达到存贮的目的技术无法满足高可靠存贮的要求。我们需要监控终端能够提供除了基于UDP的实时流以外还可以提供基于面向可靠连接的存贮流以实现高可靠数据存贮。

4 监控图像管理问题。一个监控的网络需要存贮的数据是海量的，如何有效的管理这些数据也是传统的技术需要面临的挑战。以全球眼技术为例，全球眼的存贮流每5分钟进行一次数据分割，分割后保以文件方式进行存贮。一个监控点一天就有288个存贮文件，如果数据保留90天那么文件数量会达到25920个。对于一个大型网络一天就会有数十万个文件产生。文件多直接导致文件的检索的困难和执行性能的低下。同时存贮文件众多也需要更多的服务器来进行管理，这又会引来文件服务器负载分担和备份的问题，以及多服务器的集群管理，文件共享等问题。这些问题都是传统的监控单流网络很难克服的问题。

综上所述，现有的监控网络简单的采用单一的基于非连接不可靠UDP协议的实时流技术很难解决现在面临的问题。用户要求实时监控流和存储数据流可分别根据需求灵活地编码设置，并且互不影响单。此外还要控制灵活，对于只需要存贮不需要实时监测的网点要可以根据需要关闭实时流只发送存贮流以节省带宽。由此可见我们需要两种数据流，实时数据流和存储流来满足用户的需求。 实时流满足快速无延迟的实时监控要求，存贮流采用面向连接的ISCSI高可靠协议满足高清存贮的要求，并且以上两种数据流的码流可以分别灵活配置满。

三、双流技术原理和应用

2．1 监控网络构架

iVS IP智能监控解决方案包括视频监控管理服务器VM Server（VM，Video Manager） 、数据管理服务器DM Server（DM，Data Manager）、EC/DC系列监控媒体终端、客户端软件VC（VC，Video Client）、IP-SAN网络存储设备、IP网络和EPON无源光网络设备等。由于iVS基于IP构建，系统中各个部件，都可以根据需求分布式部署并加以集中管理。

与传统监控的组成类似，iVS方案包括视频源、传输及交换、存储、显示及管理控制等组成部分，系统组成图如下所示：

2．2 监控数据双流原理与流程

所谓双流就是一路模拟信号输入，经过数字化后输出两路码流，一路用于实况，一路用于存储。两路码流可以采用相同或不同的编码格式。

华为3Com iVS采用最新的专业图像技术，可提供FULL D1 DVD标准高清晰图像分辨率，支持MPEG2/MPEG4/H.264编码格式，编码带宽最高可达8M，根据用户网络状况和实际需求编码速率在128K至8M之间平滑可调。尤其是在高动态图像监控场合，iVS可以为用户提供最高质量的高清晰图像。同时通过组播优化等网络技术，使得iVS具备良好的实时性，满足专业监控的要求。尤其是iVS采用一次编码、全网交换的方式，避免了传统监控系统因为矩阵多级级联而造成的图像质量下降和时延增加的现象，在多级扩展后仍可以保持最佳的高清晰图像质量和低时延。

iVS的双流流程是在一个IP监控承载网络中既传输UDP的组播数据流也可传输iSCSI单播数据流。广播数据流支持实时传送，可供多个用户或者操作人员在网络的任意地点实时观看所需监测摄像头采集来的实时图像，由于采用组播方式，当多人访问时同一个监控源时网络中只需要传输一路数据，这大大减轻了网络传输的压力节省了带宽。对于无需实时监测的监测点还可通过VM关闭该节点的广播报文节省带宽。IVS的每个监测点可根据DM制定的存储策略发送iSCSI单播数据到IP SAN存储数据库，实现数据的高可靠存储供实现事后回访和事件回放。

iVS的双流技术可以在一台EC设备上同时支持不同的编码技术，根据用户需求灵活设置。对于实时观测广播流可以使用H.264或者MPEG2/4等编码方式，保证图像的流畅观看。对于存贮单播流可以采用高品质的MPEG2等，确保存储的图像高解析度，可为今后的事件回溯提供DVD画质的图像资料。I

下面的图例介绍双流的数据实际流程

l 实时监视流－组播流：可在VC界面上发起实时监视请求，VM 将控制指令发给相应的EC，EC以IP组播方式发送实时视频流，需要观看图像的VC和DC可加入到该EC所对应的组播组中，便可直接观看相应的实时视频图像了。由于采用了IP组播，无论有多少个VC或DC在观看该EC的实时视频流，所占有的IP骨干网带宽为都是一路视频流带宽，从而节省了大量网络带宽。

l 视频存储流－单播流：DM预先制定每个EC的存储计划，该存储计划通过VM下发到每个EC上。EC可根据存储计划，自动将视频流通过TCP/IP iSCSI写入到IP SAN存储系统中，不需要经过其他设备，也不需要其他人工干预。

除了实时监视流，视频存储流外，上图还标识了历史回放流：当需要查看历史视频信息时，在VC操作界面上发起回放请求，VM将该指令发给DM，DM在IP SAN进行检索，找到相应的历史视频数据后，IP SAN会直接将历史视频数据发给VC，由VC进行解码播放。历史回放流也是单播流的一种。

iVS图像采集终端除了支持直接端到端的集中存贮以外还支持各自的本地存贮满足用户不同的需求。

总之， 双流技术可以满足用户对实时流和存储流的不同需求，既可实现实时流清晰、流畅，存储流低码率、低存储空间的特点，也可以满足低码率实时流，高码率高质量存贮流的需求。但是任何方案都不是十全十美的，双流的监控方案对网络带宽的要求相对较高，适用于带宽资源丰富，对实时流和存储流有不同要求的高端客户。