执法记录仪同步录音录像及云存储解决方案.docx
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执法记录仪同步录音录像及云存储解决方案
执法记录仪(同步录音录像)及云存储解决方案
1项目必要性及需求分析4
1.1视频采集需求5
1.2云存储需求5
1.2.1容量需求5
1.2.2吞吐量需求5
1.2.3扩展性需求6
1.2.4低成本需求6
1.2.5可维护性需求6
1.2.6接口需求6
1.3云传输需求6
1.3.1传输效率需求6
1.3.2稳定性、并发性需求6
1.4云点播需求7
1.4.1数据安全性需求7
1.4.2并发性需求7
1.5接口开放性需求7
2平台总体架构设计8
2.1系统基本功能8
2.2整体架构图8
2.3系统模块描述9
2.3.1执法记录系统9
2.3.2云存储系统9
2.3.3云传输中心端9
2.3.4流媒体服务器集群9
2.3.5客户端9
3系统方案11
3.1视频采集方案11
3.1.1执法记录仪简介11
3.1.2系统功能描述11
3.2云存储方案14
3.2.1cStor简介14
3.2.2系统基本组成15
3.2.3系统功能描述16
3.2.4cStor主要优势22
3.2.5关键技术23
3.3云传输方案25
3.3.1cTrans简介25
3.3.2关键技术26
3.3.3总体结构27
3.3.4功能组件29
3.3.5接口与集成31
3.4云点播方案33
3.4.1流媒体模块33
3.4.2流媒体服务器集群系统构架34
3.4.3流媒体负载均衡35
3.4.4视频流分发功能37
3.4.5流媒体服务器性能37
1
项目必要性及需求分析
执法记录是安防监控必不可少的重要组成部分。
而视频监控系统是执法监控的主要基础,它保证了所有活动都在监控中心的可视范围内,同时又保证了出现相关事故后所有视频录像文件可供查证,因此,视频监控系统是公安顺利执法的基础和保证。
在当前交通执法环境趋于复杂,人民群众对公安人员规范执法期望值越来越高的背景下,进一步提升执法公信力,推广使用现代科技执法装备,是基层公安交警部门的必然选择。
随着视频监控技术的飞速发展,用户在满足有线监控的同时,对移动监控的需求及要求也越来越高,特别是政府机关、企事业单位以及长期户外作业的特殊行业,传统有线监控已无法满足对户外突发、特殊事件的处理需求。
移动视频监控可以及时、全面、准确的获取突发事件的信息,根据预先制定的预案进行正确的指挥调度,将突发事件带来的损害降到最低等优势,从而越来越受到政府和企业的青睐。
执法记录仪是一种具有同步录音录像功能的便携式执法取证设备,对及时收集、固定证据,记录各类事件现场处置情况,实现公正执法、文明执勤,保护民警和当事人合法权益,保障民警依法履行职责,促进提高执法水平,监督执法行为提供了重要保障。
现有的公安系统中,仍采用固定的摄像或监控设备进行执法过程的采样和取证,不满足公安现场执法的实时性、全面性、灵活性原则。
全面、系统地更新公安局执法记录的系统就显得尤为重要。
执法记录视频的整合、存储以及利用程度是公安执法信息化程度的重要标志之一,大部分的公安系统中已建成大量、属于各个部门、基于不同制式标准、不同设备、不同平台的执法监控系统,但目前这些资源并没有得到有效整合,无法跨平台、跨部门进行集中优化处理,这就造成了公安执法现有视频资源利用率低、重复备份、缺乏统一调度等不良现象。
本项目基于这个现状旨在建设一个统一的、高度可靠的公安执法记录应用服务支撑系统,将公安现有的视频监控资源有效整合起来,保证各部门工作有序进行。
通过构建公安执法记录应用服务支撑系统(以下简称“系统),将公安可利用的全部视频资源经过优化、存储及处理后,透明地呈现给工作人员,为执法监控等提供有力支撑。
公安执法记录应用服务支撑系统是以分散记录,集中控制、管理为目的,将前端视频记录,传输到云存储系统,通过在线点播方式直接获取视频流,构成一个完整的执法全程记录、保存、查看系统。
公安执法记录应用服务支撑系统能完成公安系统通过云传输的方式,高效地上传记录仪记录的视频信息,并将这些数据安全可靠地保存在市局的云存储中,当需要调取的时候,通过在线点播方式直接获取视频流,本地不进行视频缓存,以进一步提升安全性。
通过这个系统,可迅速了解和掌握监控区域动态情况,增强公安局应对各种突发事件的处置能力,提高公安机关打防控效能,弥补人防不足,方便事后调查取证和专案侦察,有效预防和打击街面犯罪,最大限度压缩犯罪空间,增强威慑力。
1.1视频采集需求
随着视频监控技术的飞速发展,用户在满足有线监控的同时,对移动监控的需求及要求也越来越高,特别是政府机关、企事业单位以及长期户外作业的特殊行业,传统有线监控已无法满足户外突发、特殊事件处理等需求。
移动视频采集摒除了有线监控对视频采集的实时传输、位置固定的约束,采用移动终端进行视频采集,暂存,不受地点限制,没有有线约束。
公安执勤人员对突发事件处理过程的全程记录,为后续案件、纠纷处理提供基础和保证。
1.2云存储需求
1.2.1容量需求
现有存储设备已经不能满足日益增加的执法视频文件,并且存储的是高清视频,高清视频图像一般采用1080P格式6M码流存储,故对存储的容量需求很大。
1.2.2吞吐量需求
为满足多用户或应用整体吞吐带宽需要,确保数据访问流畅,系统需提供多用户或应用并发访问高吞吐带宽设计,系统能够有效利用网络带宽,性能可通过规模增加实现平滑增长。
1.2.3扩展性需求
未来根据业务应用的变化和发展,需要快速实施系统资源的升级,可以在业务服务不间断的状态下平滑扩展,不会导致架构发生根本性变化,为不断产生和变化的业务需求提供持续的支持,支持业务系统的快速整合和部署对核心系统基础架构的特别要求。
1.2.4低成本需求
要求系统能够以低硬件成本、低维护成本实现高可靠高性能应用,充分提高资源利用率。
1.2.5可维护性需求
要求系统具有自适应管理能力,安装、维护、升级简易方便,提供统一易用的WEB配置管理监控平台,实现智能化管理。
1.2.6接口需求
要求能够提供通用的文件系统接口,方便用户及应用系统访问,减少与应用集成或开发工作量,实现系统快速部署与集成。
1.3云传输需求
1.3.1传输效率需求
考虑到传输视频文件对带宽造成一定的压力,需要充分利用空余网络带宽资源,使用高效的传输机制,提高网络带宽的使用率,以保证视频文件可以在指定的时间内上传完毕。
1.3.2稳定性、并发性需求
遇到网络震荡、带宽不稳情况时,云传输系统需要支持断流续传的功能,确保视频数据的高效稳定传输。
同时,由于视频采集点众多,固定事件点都会上传当日视频数据,会有并发的压力,系统需针对高并发进行优化处理。
1.4云点播需求
1.4.1数据安全性需求
视频存储在云存储中,当点播时,通过“流化”的方式将该视频转化为视频流格式,推送至客户端,客户端不进行“下载/缓存”的本地化操作,直接播放视频,实现案件视频数据的安全可靠。
1.4.2并发性需求
当有重大案件发生的时候,在同一时间可能会有大量警务人员同时点播同一段录像视频,云点播系统需要支持高并发性,初步系统设计至少支持1000路并发的情况,并可随着业务的不断升级而随时扩展。
1.5接口开放性需求
“系统”各个模块都需要与公安现有系统进行对接,每个功能模块需提供相应的通讯协议、第三方开发包(SDK)、相关插件,以完成与现有系统的整合与对接。
2
平台总体架构设计
1
2
2.1系统基本功能
根据需求的深入分析,本方案利用执法记录仪、云存储、云传输和云视频技术构建统一的执法记录系统,部署在服务器集群上,实现对执法过程的拍摄、存储、传输、点播回放等相关业务需求的处理。
2.2整体架构图
图1系统整体架构图
执法记录仪用来记录现场执法过程,保存视频文件。
记录仪采集工作站收集执法记录仪获取到的视频录像,各分局服务器部署执法记录仪管理平台和云传输系统,通过云传输系统把各分局的视频录像可靠的保存在云存储系统中,当需要调取的时候,通过在线点播方式直接获取视频流,本地不进行视频缓存,以进一步提升安全性。
2.3系统模块描述
2.3.1执法记录系统
执法记录系统通过执法记录仪来记录现场执法过程,自动上传至采集工作站,保存视频文件。
2.3.2云存储系统
将前端设备获取到的视频录像,可靠的保存在云存储系统中,本地不进行视频缓存,以进一步提升安全性。
使用云存储系统,提供统一的存储资源池,用以存储关键数据,提供历史视频的回看以及相关数据的下载服务。
同时,支持网络挂载盘符的模式,以满足整个平台中其他模块的存储需求。
2.3.3云传输中心端
使用高速的云传输软件,充分利用带宽资源,使用高效的传输机制,提高网络带宽的使用率,以保证视频文件快速上传。
遇到网络震荡、带宽不稳情况时,云传输系统支持断流续传的功能,确保视频数据的高效稳定传输。
云传输中心端,用于接收各接入点上传的视频资料,并存至云存储中。
2.3.4流媒体服务器集群
部署流媒体软件,实现对云存储中的视频录像流化处理,并提供对外推流服务,采用集群化部署模式,支持高并发访问。
流媒体服务器可以像访问本地文件一样访问到云存储上的历史视频数据。
2.3.5客户端
公安PC客户端,B/S页面方式访问平台系统。
图2流媒体集群工作流程图
Ø负载均衡、高并发访问:
通过负载均衡各节点运行状态,提高系统工作效率,满足系统的高并发访问需求。
Ø监控视频流实时转发:
前端视频数据经处理系统处理后,流媒体服务器将处理后的监控视频流进行实时转发给用户,满足各种客户端需求。
Ø历史视频数据流化推送,提供录像调回的视频流推送服务。
Ø服务器状态(负载、链接数)等信息获取。
3
系统方案
3.1视频采集方案
3.1.1执法记录仪简介
执法规范化是执法管理的核心,为了加强执法规范化建设,确保公正文明执法、有效解决执法突出问题、提高执法质量和执法履职能力,执法记录仪作为执法取证工作的配套装备,发挥着重要作用。
执法记录仪充分利用信息化手段,将提高执法科技化水平作为加强执法规范化建设的切入点,通过把先进的科学技术引入到公安机关的执法工作中来,有利于促进执法行为规范化,提高公安执法的效率和水平,减少执法中不作为和乱作为。
主要功能:
将记录仪摄录的执法资料自动拷贝,并将资料信息自动上传至指定服务器,上传完毕后自动将记录仪中资料删除,对已拷贝执法资料做整理,并上传至后台电子证据管理系统,全过程中可对已接入执法记录仪进行充电。
3.1.2系统功能描述
3.1.2.1执法记录仪
图3执法记录仪
执法记录仪如上图所示,其性能特点如下:
Ø1600万像素:
4608*3456分辨率,画质可与单反媲美;
Ø145度超大视角:
超大广角镜头设计,镜头上下左右均可达到145度,带来前所未有的广阔视野,突破佩戴方式的局限,拒绝死角,执法场景一览无遗;
Ø超强夜视效果:
黑暗环境20米内任务面孔清晰可辨,全天候使用,清晰记录执法全过程;
ØIP67设计:
6级防尘,7级防水,恶劣的户外环境下也能做到全面保护;
Ø红外取景:
数码激光取景器,辅助校对拍摄目标,能使您轻松确认拍摄对象是否准确。
3.1.2.2采集工作站
图4采集工作站
采集工作站如上图所示,其特点如下:
Ø自动采集功能:
当设备接入后,后端采集存储设备自动检测并采集
Ø自动存储功能:
可支持16台执法记录仪同时采集,采集完成后,自动分类存储
Ø授权设备识别:
可自动识别接入设备,非授权设备无法接入
Ø自动上传功能:
采集完成后,可将数据自动上传至服务器
Ø断点续传:
文件上传使用断点续传方式,提高上传速度
Ø数据安全:
自动识别上传文件类型,确保非法文件不上传
Ø数据完成性管理:
上传过程中断电及拔出设备文件不丢失,确保数据完整
Ø自动清空功能:
采集完成后自动清空执法记录仪内数据
Ø充电功能:
采集完成后,自动完成对执法记录仪的充电
Ø定期更新:
后端采集存储设备可按照设定,自动定期清理硬盘上无需保留的文件
Ø时钟同步功能:
可校正接入设备时间实现时钟同步
以上功能全部自动完成,无须专人操作,完全替代了数据管理员的所有工作,解放了人力,提高了工作效率与安全系数。
3.1.2.3管理平台系统
管理平台系统采用B/S架构(Browser/Server,浏览器/服务器模式),操作简单,普通电脑即可完成日常工作
通过该系统可实现全局的“执法记录仪数据”共享,并对电子证据进行集中化管理,系统提供查询统计及用户管理功能,可通过流媒体形式将查询的媒体文件向授权用户播放或提供下载。
各使用单位能根据不同权限进行有效的网察和调阅,从而对电子化证据进行有效的共享、管理、监督,并帮助管理者的管理提供支持及数据化管理。
其主要功能:
管理平台系统能够汇总基层单位采集工作站收集的执法资料信息,在公安网上供授权用户查询与调用,用户可通过姓名、警号、单位、时间、类型等各种信息定位要寻找的资料,并能对下级单位或具体民警在指定时间内的工作量做统计,能有效掌握民警执法情况。
针对不同级别的用户,可以分配不同的权限,实现有序管理同时保障了资料的安全。
主要特点如下:
Ø功能全面,使用简单:
历经2年研发,通过一线单位的使用及调研,不断丰富,在保证功能性的前提下,努力提升用户体验,操作简便直观
Ø性能卓越,易于扩展:
整个系统采用国际标准规范,采用系统化、层次化构建方式,利用十分成熟的系统架构,具有良好的可扩展性,支持主流数据库(Oracle、MySQL、SQLSever)
Ø安全性与规范性:
在系统设计的技术框架中,保证系统安全、数据安全、应用安全和网络通信安全。
全面考虑系统管理与运行体系的安全性和可靠性。
Ø先进性与开放性:
基于当前最先进的企业应用开发平台,同时采用很多国际上先进、成熟、实用的技术标准,结合SOA架构,支持异构系统的接入与整合
Ø灵活性及高可靠性:
系统支持水平扩展,使用分布式架构,根据当前业务需要按需投入,业务提升后简单扩容。
提供7*24小时服务能力。
Ø个性化定制:
可根据使用单位需求,进行界面定制及业务需求的深入定制。
3.2云存储方案
3.2.1cStor简介
采用业界已经成熟的cStor云存储资源管理系统,在多台普通商用服务器上构建高性能高可靠云存储系统,作为本次系统云数据中心存储平台,其应用部署示意图如下图所示。
图5cStor云存储资源管理系统部署示意图
在执法记录仪系统建设中,云存储系统属于基础平台支撑层,用于视频集中存储和共享,实现对视频的统一管理和高效应用。
将数据逻辑集中物理分散,以提供多并发高吞吐带宽,最大程度降低系统访问瓶颈。
下面具体说明cStor云存储系统的基本组成和主要功能。
3.2.2系统基本组成
cStor云存储系统采用分布式的存储机制,将数据分散存储在多台独立的存储服务器上。
它采用包括卷管理服务器、元数据管理服务器(MasterServer)、数据存储节点服务器(ChunkServer)和挂接访问客户端以及管理监控中心服务器的结构构成虚拟统一的海量存储空间。
在每个服务器节点上运行cStor云存储系统的相应的软件服务程序模块。
系统架构框图如下图所示。
图6cStor云存储资源管理系统架构
其中,MasterServer保存系统的元数据,负责对整个文件系统的管理,MasterServer在逻辑上只有一个,但采用主备双机镜像的方式,保证系统的不间断服务;ChunkServer负责具体的数据存储工作,数据以文件的形式存储在ChunkServer上,ChunkServer的个数可以有多个,它的数目直接决定了cStor云存储系统的规模;挂接访问客户端即为服务器对外提供数据存储和访问服务的窗口,通常情况下,客户端可以部署在ChunkServer上,每一个块数据服务器,既可以作为存储服务器同时也可以作为客户端服务器。
由一对元数据服务器及其管理的存储服务器节点所提供的存储空间称为一个卷空间,不同的卷空间由卷管理服务器虚拟化统一管理,对外可提供统一的海量存储空间。
管理监控中心提供统一易用的WEB配置管理监控平台,提供设备监控、空间监控、文件监控、服务监控、用户认证管理、配额管理、故障告警及预警等功能,实现智能化管理。
这种分布式系统最大的好处是有利于存储系统的扩展和实现,在小规模的数据扩展时,只需要添加具体的ChunkServer即可,而不需要添加整套设备。
在实现大规模扩展时也可方便地添加整个卷设备。
cStor采用中心服务器模式来管理整个文件系统,可以大大简化设计,从而降低实现难度。
中心管理服务器模式如下图:
图7中心管理服务器模式图
3.2.3系统功能描述
cStor云存储资源管理系统从功能上划份为三大部分:
1)cStor分布式文件系统
分布式文件系统实现文件数据存储、可靠性容错、可伸缩性保证、高可用保证、负载均衡和流量分担等功能。
2)存储访问接口
cStor提供符合POSIX规范的文件系统访问接口,通过cStor访问挂接程序可将云存储空间挂接为本地目录或磁盘。
同时可提供专用的API接口,支持业务应用层程序对云存储系统的直接访问。
3)管理监控中心
管理监控中心提供帐户管理、设备管理、系统监控、卷管理、告警管理、故障管理等功能。
下面逐一详细介绍各部分系统功能。
3.2.3.1cStor分布式文件系统
cStor分布式文件系统包括卷管理、元数据管理、块数据管理服务。
参考上面系统架构框图左侧部分。
元数据是指文件的名称、属性、数据块位置信息等,元数据管理通过元数据服务程序完成。
因元数据访问频繁,故系统将元数据加载缓存至内存中管理,提高访问效率。
由于元数据的重要性,元数据损坏或丢失则相当于文件数据丢失,因此实现了元数据服务器主备双机高可用,确保7×24小时不间断服务。
通过元数据远程多机冗余备份功能,实现在多台其它机器上备份元数据,当元数据服务器损坏,可以通过备份的元数据重新恢复服务,切保数据可以完整找回。
块数据是指文件数据被按照一定大小(默认64MB)分割而成的多个数据块,分布存储到不同的存储节点服务器上,并通过编解码容错算法产生相应的冗余块。
块数据服务是运行在每个存储节点服务器上的块数据管理程序,负责使用存储服务器上的磁盘空间存储文件数据块,并实现相应的编解码功能。
相比较传统业界的云存储采用块数据简单备份冗余容错机制,编解码容错方式大大降低了硬件资源冗余度,提高了磁盘利用率。
由一对主备元数据服务器及其所管理的块数据服务器管理节点设备及其所提供的存储空间称为一个卷。
卷管理服务器负责将多个卷虚拟化整合,对外提供统一的整体访问云存储空间。
文件系统采用中心服务器模式分布式存储架构,控制流与数据流分离,通过增加存储节点
系统采用自动注册机制,实现系统高可伸缩性,增加或减少存储节点规模,不影响系统正常提供存储访问服务。
该系统架构实现了统一调度,负载均衡和流量自动分担功能,多个存储节点同时对外提供数据流服务,系统根据磁盘空间使用比例进行资源优化配置。
同时在多个不同的存储节点之间实现根据空间比例进行优化配置,数据优先存储的空间利用比例相对较低的磁盘或存储服务器上。
cStor分布式文件系统具有自动冗余重建功能,确保损坏的数据块能够被解码或编码后存储到在线的正常的存储服务器节点上。
3.2.3.2存储访问接口
cStor客户端挂接程序支持Linux/Unix/Windows/MacOS等操作系统,并且支持POSIX接口规范,通过客户端将云存储系统挂载成本地目录或磁盘后,用户可以如同操作本地目录或磁盘一样使用云存储空间。
同时,对于基于本地文件系统的应用程序,可以不加修改,直接应用在云存储系统上。
通常情况下,可以通过在客户端的基础上部署FTP、NFS等服务器的方式,对外提供基于FTP和NFS的数据存储访问。
3.2.3.3管理监控中心
管理监控中心为系统管理员配置和维护cStor云存储资源管理系统的有效工具,充分体现了系统的可维护性。
管理监控中心提供帐户管理、设备管理、系统监控、卷管理、告警管理、故障管理等功能。
以下为部分系统管理界面。
●设备管理
●系统监控
●告警信息
●卷管理
●帐户管理
3.2.4cStor主要优势
Ø高可靠性
系统中采用廉价的大容量存储服务节点,通过cStor系统软件实现统一管理和容错,提供高效、稳定服务。
与使用专用服务器相比,可以将系统构建成本节省5-10倍以上,且规模越大,优势越明显。
在降低系统的构建成本的同时,系统的可靠性不仅没有收到影响,相反,通过一系列的可靠性保障机制,使得cStor系统具有高可靠性的特性。
在cStor云存储系统中,数据具有多个副本(默认情况下是2份,可以根据需要设置),任意节点出现故障,系统将会自动复制数据副本到新的节点上,不会丢失数据。
这样,在节点发生故障的情况下,也可以实现数据的无间断服务。
同时,元数据管理节点采用双机镜像模式容错,如果有一节点出现故障,另一节点自动接替。
Ø高性能
cStor采用控制流与数据流分离的技术,数据的存储或读取实际上是与各个存储节点上并行读写;这样随着存储节点数目的增多,整个系统的吞吐量和IO性能将呈线性增长。
同时,cStor采用负载均衡技术,自动均衡各服务器负载,使得各存储节点的性能调节到最高。
Ø在线伸缩
cStor云存储系统扩容非常方便,支持不停止服务的情况下,动态加入新的存储节点,无需任何操作,即实现扩容;同时,无需人为干预,也可以摘下任意节点,系统自动缩小规模而不丢失数据,存储在此节点上的数据将会重新备份到其他节点上。
Ø通用易用
cStor云存储系统提供标准POSIX接口,无论是哪种操作系统下的应用程序,都可以不经修改将云存储当成自己的海量磁盘来使用。
如:
同时,cStor也提供专用的API接口,供开发人员调用。
Ø智能管理
提供基于WEB的管理平台,所有的管理工作均由cStor管理模块自动完成,使用人员无需任何专业知识便可以轻松管理整个系统。
通过管理平台,可以对cStor中的所有节点实行无间断监控,用户通过监控界面可以清楚地了解到每一个节点和磁盘的运行情况。
3.2.5关键技术
3.2.5.1负载自动均衡技术
采用中心服务器模式来管理整个云存储文件系统,所有元数据均保存在主管理服务器上,文件则划分为多个节点存储在不同的节点服务器上。
主卷管理服务器维护了一个统一的命名空间,同时掌握整个系统内节点服务器的使用情况,当客户端向元数据服务器发送数据读写的请求时,元数据服务器根据节点服务器的磁盘使用情况、网络负担等情况,选择负担最轻的节点服务器对外提供服务,自动均衡负载负担。
另外,当某有一个节点服务器因为机器故障或者其他原因造成离线时,主卷管理服务器会将此机器自动屏蔽掉,不再将此节点服务器提供给客户端使用,同时存储在此节点服务器上的数据也会自动的编码冗余到其他可用的节点服务器上,自动屏蔽节点服务器故障对系统的影响。
3.2.5.2高速并发访问技术
客户端在访问云存储时,首先访问主卷管理服务器节点,获取将要与之进行交互的节点服务器信息,然后直接访问这些节点服务器完成数据存取。
客户端与主卷管理服务器之间只有控制流,而无数据流,这样就极大地降低了主卷管理服务器的负载,使之不成为系统性能的一个瓶颈。
客户端与节点服务器之间直接传输数据流,同时由于文件被分成多个节点进行分布式存储,客户端可以同时访问多个节点服务器,从而使得整个系统的I/O高
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