华为智能视频监控系统白皮书

2024年2月5日发(作者：)

华为智能安防监控产品白皮书

选对产品实现真正的“泛在”智能监控

【前言】

“高效预警”、“降低安全威胁”是智能监控系统理应为用户提供的特性。要实现这些特性，就需要建设完整的“泛在”智能监控系统。然而，尽管智能化一直是现代监控系统的大趋势，但在真正部署系统之际，仍然有许多调试工作占用大量时间。因而在系统建置之初就选对产品，对于成功部署、方便操作以及后续的维护都至关重要。

本文以华为的一体化智能视频监控平台VCN3000和IPC6000系列高清网络摄像机为例，详细说明部署一个完整智能监控系统所需的关键技术知识。

【内文】

视频监控正被广泛应用于平安城市、应急指挥、交通监控、园区安防等领域。VCN3000集实时监控、录像检索、录像回放、云镜控制、告警联动、语音对讲、电子地图等多种视频监控业务于一身。这也意味着系统功能趋于复杂。在一个先进的监控系统建设之初，用户会考虑几个重点：采购及建设成本、性能、稳定性、灵活性、易用性、兼容性，以及总体拥有成本。要能够同时满足这些需求，对用户和设备供应商都是全新的挑战。

高度集成的智能平台

为了满足不同行业的视频监控业务挑战，华为开发了结合其IVS智能视频监控平台和专业存储产品的一体化智能视频监控平台产品VCN3000。和传统监控产品最大差别在于VCN3000非常容易维护、管理和部署。

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图1：VCN3000的系统逻辑架构。

VCN3000包含客户端、平台互联网关 (Platform Connection Gateway, PCG)、业务控制单元(Service Control Unit, SCU)、设备互联网关(Device Connection

Gateway, DCG)、媒体转发存储单元(Media Unit, MU)、业务管理单元(Service

Management Unit, SMU)、运营管理单元(Operation Management Unit, OMU)。兼容性和可扩展性良好，能够方便地接入各种不同的设备和系统。

客户端提供直观的业务操作和配置界面。平台互联网关负责与第三方视频监控平台对接，支持GA/T669平台接入协议以及GB/T28181平台接入协议，幷支持根据不同平台的接入协议进行定制。业务控制单元负责设备的配置管理和业务控制，包括设备管理、告警管理、录像管理、登录鉴权、告警处理、云镜控制和前端接入等功能。

设备互联网关则负责前端设备对接，包括编码器、摄像机、DVR以及安防告警设备等。可支持Onvif1.02、Onvif2.0以及Onvif Profile S协议前端设备；支持中国移动千里眼协议前端设备、GB/T28181协议前端设备、私有SDK前端设备；同时支持丛文告警系统、Honeywell告警主机、西门子门禁接入，后续可根据不同厂商设备的接口进行定制。

高度一体化的硬件可靠性设计

考虑到视频监控系统的复杂性，VCN3000在设备硬件层和系统层采用一系列的技术和手段，包括设备硬件层可靠性设计；系统业务多层次数据保护设计，以确保监控业务的连续性，以及业务数据的完整性。

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一体化设计 VCN3000采用集成一体化设计，在单设备中集成：前端接入、实时转发(防)、前端控制(控)、设备管理、存储管理、策略管理(管)、录像存储、录像搜索、录像点播、录像下载(查) 功能。在新建及改造视频监控项目中，可以极大减少外置服务器的数量，故障节点数量因此减少，整个视频监控系统的可靠性得以提升。同时还可以有效降低项目的实施与运维成本。

冗余BIOS 支持同BIOS配置主备模式，出现BIOS等底层硬件故障时，提供冗余切换，有效保证系统可靠性，并满足客户任意指定BIOS启动功能，让不同的用户使用不同的配置，进行合理的权限控制。

冗余部件 支持CPU、网口、内存、冗余模式，当出现底层硬件故障时，提供冗余切换，有效保证系统可靠性；电源采用1+1冗余，支持负载均分。

硬盘优化 数据盘、系统盘隔离，提高数据安全性；支持VDL，降低硬盘故障率，提高硬盘可靠性，硬盘IO错误处理优化，提供硬盘写错误后的智能修复；

智能化硬盘加电技术 存储系统的硬盘数量一般都比较多，在上电时如果硬盘同时上电，会对供电产生极大的影响，甚至会引起电流过载，跳闸等严重的事故。VCN3000在设计时充分考虑到这一点，采用了智能化硬盘加电技术，即硬盘缓上电技术，控制启动电流，降低了系统整体功耗需求，节约运营成本。当设备上电启动时，所有硬盘进入缓启动模式，即系统采用循环扫描的专有算法控制每个硬盘的上电顺序，以减缓电源的压力。在系统正常运行过程中，单个硬盘的上电恢复为快速启动方式，以确保热插拔的硬盘的及时上电。

SafeVideo技术 － 保障超大系统数据完整性

随着视频监控系统的规模越来越大，高清化、网络化视频监控逐渐开始成为视频监控的潮流和趋势，视频监控系统需要应对海量数据的存储，视频片段丢失的风险变得越来越突出。对于很多视频监控的应用，往往需要满足严格的规范要求，以保证视频数据的完好无损。由于内容一旦丢失即难以复制，因此保护硬盘数据对于视频监控系统来说至关重要。如何对这些海量数据进行有效存储和数据保护成为了客户关注的焦点。同样的原因，由于视频信息量的大幅增加，也使得用户对视频监控系统的海量数据读写能力有了更高的要求。

通过对流媒体业务的深入研究，华为研发出SafeVideo技术，有效应用于视频监控等流媒体存储领域。SafeVideo 是一种基于磁盘块的流媒体优化的存储和 3 / 9

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数据保护技术，能够最大限度的发挥视频监控系统的存储设备的作用。

块存储技术 传统方案中，视频录像采用文件方式存储，视频流数据被切成一个个文件进行存储，历史图像回放都是通过调用播放存储下来的视频文件实现。在大规模监控系统中，采用文件存储方案，存在两个严重技术缺陷，一方面是大量百万数量级的录像文件，系统处理不堪重负；另一方面，随着时间的累积，文件系统固有的缺陷，大量的磁盘碎片，将导致系统性能极度恶化。而SafeVideo将基于磁盘数据块的存储方式引入监控中，从而有效的解决了大规模数字监控方案中的文件存储的固有问题，视频数据采用顺序读写方式的，当存储时间到期后可对原有视频数据进行依次覆盖。利用这点，采用块存储方式可以很好的规避文件系统工作机制的问题。

坏道修复技术 Safevideo提供的媒体存储方案，采用了磁盘虚拟化的技术，将磁盘的物理空间，划分为逻辑空间和保留区。保留空间约5‰，用于磁盘坏道替换修复。在传统RAID 系统中，当硬盘的坏道数超过一定阀值时，即认为硬盘故障，SafeVideo存储技术中，系统自动检测磁盘坏道并即时用保留区空间替换修复处理；另外，SafeVideo提供坏道修复功能，可以对磁盘逻辑坏道尝试恢复，提高磁盘可用性，降低故障率。

图2：单盘虚拟化，磁盘的物理空间划分。逻辑区用来存储用户数据；保留区用于逻辑区发生坏道时进行替换。

高效数据存取技术 华为采用视频监控专用的SafeVideo存储技术，结合视频监控应用场景实现了数据直写磁盘，避免了文件系统和RAID的层层缓冲和切割造成的性能损坏。并且可以直接对单个硬盘进行直接访问，从而避免了视频的IO请求被分割成多个子IO，极大的增强了视频数据的读写性能。在设计存储软件模块时针对视频监控的特点优化了数据流的IO特性，提高了单次IO的吞吐量，提高系统性能，降低了IO频率。优化的算法提升了系统可靠性。同时降低磁盘占空比，带来额外的好处，延长磁盘服务周期。

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图3：SafeVideo系统。

在传统视频监控存储设备中，RAID组成员盘损坏后，全域热备盘会加入RAID组进行重构，当损坏的成员盘更换后，会进行数据的回拷，即从全域热备盘把数据拷贝到新成员盘上。这个动作往往会持续几个小时，不仅给磁盘带来压力，而且在回拷的过程中，如果又坏了一块磁盘，将会导致RAID组失效。回拷完成后，全域热备盘重新迁回热备状态。重构和回拷都会造成设备性能的下降。而SafeVideo对此做了改进优化，采用动态热备盘的技术方案，原来的热备盘将自动变为成员磁盘。，新的磁盘将变为新的热备盘，数据无需回拷，有效避免了传统RAID中回拷带来的风险和性能恶化，使得设备大部分时间保持高性能工作状态。提升了设备的工作效率。

媒体专用RAID 技术 传统RAID的应用中，如RAID5数据和校验是均匀分布在所有磁盘中的，因此当两块(RAID5)或两块以上，RAID组的所有数据都将全部丢失，无法恢复，一旦发生带来的后果将是极其严重的。SafeVideo存储技术采用对大块视频数据连续写入磁盘的方式，在确保两块以下磁盘故障时，系统能够恢复的同时(类似于RAID5)，还保证了当两块(或两块以上)磁盘故障时，即使故障盘的数据丢失，但是其它磁盘的数据仍然可以读出，虽然故障盘的数据空洞会造成部分录像的丢失，但是却使其它磁盘的录像得以保留，并能够播放，虽然SafeVideo不能完全避免数据丢失(业界也做不到)，但它将损失降低到了最小，在典型11盘组RAID中，双盘失效后，数据损失了10%而不是传统RAID5的100%。

RAID组间负载均衡技术 VCN3000采用36盘位高密度设计，单框硬盘可划分为多个RAID组。多个RAID组之间采用负荷分担的方式来保存流媒体数据。为保证 5 / 9

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RAID组之间同步写入数据，华为设计了智能负载均衡算法，综合考虑RAID组容量、媒体流量等因素，实现RAID组之间的自动负荷分担。当一个RAID组出现问题，该RAID组上的实时流媒体数据自动切换到其它RAID组上进行保存。

图4：RAID组智能负载均衡设计，进一步提升了单个网络视频存储节点的数据可靠性。

即插即用存储技术 随着高清摄像机的广泛使用，视频数据涉及到巨量数据的采集、存储和使用，因此一个高效能的视频存储系统成为必备的基础。另外，磁盘技术的演进，硬盘的容量越来越大，成本不断降低，预计2014年4TB磁盘将成为视频监控的主选存储介质，如何解决大容量磁盘下的RAID系统的使用效率及数据可靠性，是传统存储技术面临的一大挑战。

SafeVideo的存储即插即用技术解决了这两大难题。首先，SafeVideo提供了易捷的web化配置，内置了几种常用的典型优化配置，屏蔽了复杂的专业技术背景，一个普通的非存储技术专家即可完成系统配置；其次，磁盘为机械部件，使用一段时间后会发生故障，在极端条件下，如果RAID组中有多盘故障失效，传统RAID系统中，数据全部丢失，业务恢复需要经专业技术人员完成存储配置及漫长的初始化时间，SafeVideo将故障RAID组调整为降级可读状态，继续提供数据读取服务，待系统侦测到故障硬盘更换后，SafeVideo的创新算法，自动重建RAID组，并保持业务数据不丢失，整个过程1分钟内完成，即插即用。

数据保险和传输安全 可运行在主机器机上的软件系统“数据保险箱”能定时备份运行期可能被修改的存放在系统盘上与VCN3000有关的配置、环境和应用数据，如果发生比较重大的数据故障(譬如系统盘损坏不可用)，用户可以在重新安装系统及应用软件，或者通过恢复盘进行恢复后，再使用数据保险箱，利用最近一次的备份数据进行全系统整体恢复。

媒体传输安全功能保障视频在传输过程中的安全，特别是在无线网络的传输过程 6 / 9

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中保证视频的保密性。系统对编码后的视频网络数据进行加密后进行传输，服务器端对加密视频进行解密后存储；服务器端对用户请求的视频进行加密传输，客户端对加密视频进行解密播放。通过媒体传输加密技术，华为视频监控平台生成初始加密信息传送到网络摄像机端，网络摄像机通过约定的加密规则获取最终密钥，将采集到的视频数据流与最终密钥进行组合加密，并将加密后的视频数据一起传输至中心。平台收到加密后的码流进行密钥解密(如下图)，有效杜绝网络窃取媒体信息，提高媒体传输安全性。

图5：在线媒体流安全解密示意。

当网络临时中断时，VCN3000可通过缓存补录技术将视频数据临时存储在IPC或编码器内置存储介质中，有效避免了网络中断造成的视频数据丢失，保障视频数据的完整性(前端摄像机也必须支援此力能)。

当网络摄像机与VCN3000之间出现网络故障时，平台通过心跳线检测判断断网状态并记录断网信息。当网络摄像机自动侦测到网络故障，立即启动录像补录功能，将视频数据的传输从通过网络传输切换为本地存储，把视音频数据存储在设备的永久存储介质SD卡中。若网络断开时间较长时，SD卡数据进行循环覆盖。考虑到网络摄像机“检测到网络断”相对“网络实际断”有一个延时，利用IPC支持本地缓存预录方式，将缓存视频数据一起追加打包至网络摄像机的永久性存储介(SD卡)将期间视频数据临时保存在本地。

选择合适的前端摄像机至关重要

IPC6000 系列高清网络摄像机是华为以多年图像和音频技术积累为基础，基于多年视频监控系统集成应用经验，幷结合安防行业网络摄像机的技术特点所开发的一款视频监控解决方案的核心产品。它集成了视频压缩、网络传输、智能算法、告警处理等功能模块，基于嵌入式Linux操作系统，内嵌Web 通讯模块， 7 / 9

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通过网络(局域网、Internet)提供实况浏览目标现场的情况、控制摄像机的云台和镜头，实现全方位监控。除此之外，IPC6000 系列还具备多种功能：前端智能分析、语音对讲、报警输入、继电器输出、移动侦测、模拟视频输出、支持SFP 接口和存储卡本地存储录像资料等功能，结合网络视频存储录像系统及管理平台软件，即可以构建成大规模、分布式的智能网络视频监控系统。

IPC6000由镜头、滤光片切换模块、图像传感器、图像数字编码器、压缩算法模块、中央处理器、网络单元、本地存储单元等组成。由于采用高度集成的一体化设计，IPC6000 系列集成了智能分析(智)、实时编码传输(传)、网络控制(控)、存储管理、策略管理(管)、告警管理、SFP 模块等功能，同时可支持ONVIF 等多种主流网络通讯协议，最大程度地提高了兼容性，方便技术人员立即部署。同时，由于IPC6000 系列采用嵌入式系统，无需计算机的协助便可独立工作。因此，网络摄像机具有高度的集成性，在新建及改造视频监控项目中，可以极大提升监控点部署的灵活性和系统对接集成的能力，支持远程维护及故障报警，提升整个视频监控系统的可靠性，有效降低项目的实施与运维成本。

无缝衔接前后端

在视频监控系统的实际部署应用过程中，随着视频监控系统的规模越来越大，网络摄像机的配置、安装、调试、维护成本也随之增加。在网络摄像机部署安装上，既要配置网络摄像机的网络参数，又需要配置对应视频监控平台参数，在很多情况下还需要兼顾网络摄像机和平台两者的关系。完成以上这些配置需要安装使用者对网络摄像机和视频监控的专业知识非常了解，而现实应用中，往往视频监控系统的使用者幷不具备很强的专业知识和IT技能。

为解决以上问题，在华为视频监控解决方案中采用自适应快速部署技术，实现前端网络摄像机自动注册，即插即用，有效降低安装部署成本，提高前端安装维护效率

视频监控系统不仅仅只是视频实况浏览、视频存储等业务的正常作业。当网络摄像机发生故障后，经常因为前期没有办法发现故障隐患而导致网路摄像机最终罢工，而且维护检查等工作需要检修工来完成，在检索和判定故障点上浪费了大量的时间和精力，增加了系统的运维成本。因此，如何从庞大的前端摄像机中及时、准确而快速地找到对应故障设备，在日常视频监控系统维护中是必不可少的。作为整个系统前端的核心成员，华为网络摄像机采用自动巡检报障设计方式，实时对设备系统运行情况(温度异常、SD卡读写异常等)进行轮巡检测，提高维护效率，降低设备维护成本(如下图)。

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图6：可实时针对设备系统的运行情况做即时监测，包含温度异常、SD卡异常等。

易用、开放 – 打造未来的智能化平安城市

在视频监控行业应用中，为了达到系统与系统间对于前端资源的互联互通，会采用集成或对接的方式，对前端网络摄像机进行控制和调用。因此，作为与系统平台对接的基础，往往需要提供多种接口协议来适应不同的系统环境。对于大规模的部署项目，这意味着需要很多调试时间。而华为IPC6000 系列高清网络摄像机为网络视频设备之间的信息交换提供多种标准通用协议，在兼顾与华为监控平台互通的同时，也为兼容其他品牌的平台提供接口，提升前端网络摄像机的开放性和易用性。

藉由提供软件开发工具包(Software Development Kit, SDK)，华为IPC6000 系列高清网络摄像机为开放型的平台提供友好的二次开发接口，接口定义既符合用户习惯，又实现网络摄像机的平滑接入，有效提升华为网络摄像机的开放能力和通用性。华为网络摄像机支持Window 及Linux 版本的SDK 包，支持实现的功能有：参数配置、用户登陆(包括注册保活)、PTZ 控制、实时引流(包括音视频流)、语音对讲引流、告警上报等。

IPC6000同时支持ONVIF(ONVIF 2.1、ONVIF 2.2 或ONVIFprofile S)协议，支持不同厂商生产的网络视频产品进行互通，最大限度地保护用户投资。华为网络摄像机通过该协议支持实现的功能有：设备管理、设备发现、图像配置、设备输入输出服务、媒体配置、PTZ 控制、实时流媒体及事件处理等。另外，IPC6000也支持国标GB/T 28181 协议，用户可以通过启用GB/T 28181 协议使摄像机通过GB/T 28181 协议接入到华为IVS 平台软件或者第三方视频监控平台管理软件，在视频监控平台进行摄像机实时浏览、云镜控制、告警上报等业务。

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