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云端视频监控
DJ Neal1和Syed（Shawon）Rahman，博士2
摘要
高分辨率视频监控管理系统需要大量的存储和网络带宽。目前支持高分辨率视频监视管理系统(VMS)所需的基础设施在计划、实现和维护方面既昂贵又耗时。随着云技术的不断进步，在寻找虚拟化的应用机会和云存储分布式计算技术机会的基础上，查明各种可用的云计算服务是否能够支持当前需求高分辨率视频监控管理系统。研究得出结论，在调查和比较各种软件即服务，平台即服务和基础架构即服务之后，云计算为使用云技术构建VMS提供了可能；但是它更昂贵，需要对其法律含义进行额外的审查，以及使用云技术构建视频监控管理系统时出现的威胁和对策。
关键字
视频监控，云计算，IP摄像头，SPI模型，云存储，虚拟化
1、介绍
在当今的企业环境中，监控系统包含大量摄像头。视频监控系统已经从原来的闭路视频传输环境发展到独立的数字录像机环境，现在已发展为集中管理的互联网协议摄像机，它可以将视频发送到互联网上的任何地方，包括移动设备和电话。通常使用IP摄像机，摄像机指向一个集中的视频管理系统，用于查看、回放和录制视频。研究表明，支持高分辨率视频监控管理系统需要多少数据，以及如何直接使用各种云计算供应商来规划、部署和维护如此高资源的应用系统。尽管可以使用当前的云计算资源，但有时对存储和带宽要求如此之高的应用程序这样做并不经济。
全世界的企业都在视频监控系统上投入了大量资金和资源，包括后台网络系统、存储系统和计算基础设施系统，从而来支持整个系统。随着云技术越来越受欢迎，在何种程度上使用云技术才是合理的。我们进行了评估，以确定视频监控系统是否可以使用各种云技术，并回答以下问题：
bull; 我们能把视频放到云端吗？
bull; 云计算能省钱吗？
bull; 通过使用新的云技术，它是否只是为了以后获得不同的风险而消除了一些风险？
2、假设和限制
管理一个利用云技术的VMS有一种继承的可用性风险，并假设始终需要网络连接。这可能会使VMS系统容易受到拒绝服务攻击的攻击，从而导致另一层防御来处理此类事件。此外，对于任何VMS，都可能出现管理人员和技术资源的问题。通过在VMS中使用云技术，它将需要另一层管理来控制VMS中的用户和管理员的各种访问要求。因此，需要记录和实施信息安全控制机制，以防止和检测正确形式的访问控制，并具有足够的灵活性。由于无线摄像机的可用性有限，因此只能使用以太网摄像机。互联网服务提供商的成本和费用不包括在任何计算中，并且企业内的每个位置都将提供互联网服务。最后，假设过去已经购买了所有相机，因此除非另有说明，否则相机的成本将不包括在任何计算中。
3、道德和法律影响
将视频监控录像存储到站点外并存储到云基础架构中，可能存在各种道德和法律问题。云服务提供商将被要求遵守各种法律和条例。如果视频监控录像没有遵循合理的工作流程并实施可能改变任何基础设施的常识，则可能存在个人隐私信息的风险。此外，任何VMS的一个主要目的是提取要在法庭上使用的视频片段。若VMS系统使用的云技术不能正确地扣留证据或保存任何视频证据的监管链，可能会带来法律后果。法院在处理作为证据的视频时，必须解决许多法律问题，特别是现在，随着易于隐藏的视频监控系统的有效性，以及包括高分辨率在内的新技术的进步。包括佛罗里达州在内的大多数州都制定了“民事诉讼规则”，旨在防止在使用视频作为证据时使用使用出其不意、欺骗、虚张声势和法律手段。因此，尽早确定作为证据收集的视频监控是非工作产品还是基于调查的工作产品是非常重要的。证据在法庭案件中可能有显著不同的价值，这取决于它是被视为非工作产品还是工作产品。非工作产品包括安装在房屋内的静态或永久性视频监控系统的视频片段，而不是包含私人侦探或其他监控系统的来源的视频片段的工作产品。法庭对监控录像证据的另一个挑战是，它不被认为是道听途说，因此必须像照片一样经过认证。视频验证可以通过让摄像师证实视频中的内容，视频中的人确认他们是视频中的人，或者视频中的目击者确认视频中的个人。此外，如果没有证人能够对监控视频进行认证，法官可以根据“沉默证人”理论来判断该视频是否能够通过认证，前提是满足以下条件：
bull; 有证据确定视频的时间和日期；
bull; 没有篡改视频；
bull; 所使用的录像设备是健全的;
bull; 有证据表明视频中描述的参与者。
法官也有可能认为，监控录像给案件增加了更多的混乱，可能只是要求从监控录像中提取一张静态照片，以防止不公平的偏见或误导陪审团。因此，任何使用云技术的视频管理系统都必须能够从相同的视频监控画面中导出视频监控画面或静止帧照片。
4、风险评估
作为一项快速发展的技术，行业中的云技术并不总是遵循标准矩阵、术语和服务。与任何人造设备技术一样，计算系统可以接受故障和安全性损害。它是云计算服务的一个范例，提供大规模计算、动态配置、测量服务和随需应变的自服务适应，从而向订阅者隐藏内部工作原理和复杂性。但是，当存在隐藏的工作和复杂性时，必须建立一定程度的信任，以确保与使用云技术相关的风险最小。在使用云技术时，如何验证所有风险都是最小的呢？对于使用云技术的用户来说，这是一个悬而未决的问题。与任何移动目标一样，今天的风险评估不一定与明天的风险评估相同。因此，对于基线风险评估，使用云计算技术有以下类别：
bull; 计算性能
bull; 云计算的可靠性
bull; 经济目标
bull; 合规
bull; 数据和应用程序的安全性
5、总结新出现的威胁和对策
扩展到云计算环境的新威胁包括系统复杂性、共享多租户环境、面向互联网的服务和失控。随着云计算技术的发展，组件之间的交互次数充分增加，从而产生更多的攻击向量的概率，这可能导致漏洞的机会增加。此外，在同一硬件上与外部第三方共享资源需要云计算提供商在其基础架构中创建逻辑分离，这可能会导致通过从云环境中利用漏洞对所有共享多租户进行未经授权的访问。当安全层扩展到面向互联网的云计算服务时，以前保护的内部网范围的效率就会降低。由于将现有服务移出组织的受保护内部网，网络威胁的风险可能会增加。最后，当云技术需要转移或完全释放对组织数据的控制时，还存在额外的安全和隐私问题。这种失控可能会降低组织保持有效的态势感知的能力，这种感知包括使用云计算技术存储或处理数据。
6、巨大的发展
在安装或升级视频监控系统时，有两个展望。对于计划安装视频监控系统的企业，通常直接使用IP摄像机并跳过整个闭路视频传输和数字视频录像机时代。CCVT和DVR系统安装同时支持电力和视频的电缆的成本更高的最大原因是它们都缺乏向上扩展的能力，也缺乏互操作性。因此，如果不是最佳实践，那么为视频监控系统安装网络协议摄像机是非常常见的，因为电源和视频可以通过以太网发送和接收，大多数企业公司已经安装了这些。将本地网络上的IP摄像机与集中式视频管理软件包相结合，您就拥有了一个企业视频监控系统，该系统支持供应商之间的互操作性，并能够向上扩展以适应未来的发展。就像IP摄像系统的声音一样好；任何IP摄像系统都需要检查两个关键资源：带宽和存储。据业界领先的基于ip的百万像素相机制造商之一称，一个200万像素的摄像头可以消耗高达3.1 Mbps的企业网络。因此，使用H.264编解码器时，拥有10个200万像素摄像头的建筑物可能会消耗高达31 Mbps的速度，这在当今的本地千兆网络上可能不一定是个问题，但在带宽容量较低的网络上，它可能是实质性的问题，它无法取得任何成功。因此，当使用具有高分辨率的IP摄像机时，使用高带宽需要高存储空间。继续使用10个200万像素摄像头的例子，它需要335GB的空间才能以每个摄像头31 Mbps的速度存储24小时的视频素材。因此，很容易说明，一个拥有1000多台摄像机的公司需要超过3.35TB的存储空间，才能在24小时内保存视频监控系统中的所有镜头。因此，在实际考虑以下参数的基础上，为视频监控系统分配存储需求是非常重要的:：
- 摄像机数量
- 录制是连续录制还是基于事件录制
- 摄像机每天要录制的小时数
- 每秒帧数
- 图像分辨率
- 视频压缩类型：运动 JPEG，MPEG-4，H.264
- 场景：图像复杂性（例如灰墙或森林），照明条件和运动量（办公环境或拥挤的火车站）
- 必须存储多长时间的数据
从上面的列表中，运动检测是本质上可变的参数。所有其他参数都由策略、标准和准则定义，将它们作为静态值。通常，在安装或升级视频监控系统时，确定诸如每秒帧数、图像分辨率、视频压缩、存储保留和摄像机数量的配置，并且成为整个企业的标准。因此，为了帮助解决这一巨大的存储负担，大多数视频监控系统都提供了运动检测功能，只有在检测到运动时才存储视频素材，因此可以更好地利用基于运动的视频素材存储，而不是在24小时显示相同走廊的镜头上浪费存储，因为这可以显着减少所需的存储量。当然，这里的诀窍是能够准确预测每个摄像机的运动百分比。利用该信息以及所有其他参数，可以更容易地估计视频监控系统的存储要求。
6.1云技术的研究参数
为了本研究的目的，将当前视频监控系统中影响存储和带宽的参数设置为：
- 将有278个摄像头
- 使用运动检测进行连续记录
- 将每天24小时录制
- 每秒帧数将设置为15 fps
- 图像分辨率将设置为1600像素times;1200像素
- 使用的视频压缩类型将设置为H.264中等质量
- 数据必须存储14天。
重要的是要注意，每秒帧数的设置是一个重要的设置，因为这是用来确定IP相机质量和带宽消耗的基线。在企业中使用Arecont AV2105作为标准的IP摄像机，在24 fps下，可能有1600像素times;1200像素的视频；然而，它将消耗更多的功率和带宽来维持这种更高质量的视频图像。因此，在15fps下，1600像素times;1200像素的视频是视频质量和相机资源之间的一个很好的折衷。另外，使用H.264编解码器将视频流提供给视频管理系统也具有巨大的优势。要以1600times;200分辨率录制视频，需要以下基于原始素材的带宽：
- 1600像素times;1200像素=每个图像1,920,000像素
- 每个图像为1,920,000像素times;24位/像素=每个图像46080000位
- 每个图像46080000位/1000/1000=每个图像46.08 Mb
- 每个图像46.08Mbtimes;每秒15个图像=691.2 Mbps
因此，需要691.2 Mbps来传输分辨率为1600times;1200像素的原始视频数据。在中等质量的环境下使用H.264 (MPEG4 Part 10)压缩标准可以将每张图像的原始数据大小从46.08 Mb降低到0.0267 Mb，从而将使用H.264时的带宽利用率降低到3.1 Mbps。
6.2云服务模型
云计算技术是计算世界的发展方向，它提供了可访问的、方便的、无处不在的、按需可配置的计算资源，可以通过管理和服务以最小的努力快速提供这些资源。国家标准与技术研究院为云计算提供了五个基本特性：
- 按需自助服务：无需人工干预即可自动单方面提供服务。
- 广泛的网络访问：通过网络提供功能。
- 资源池：用户通常不知道所提供资源的确切位置，从而产生位置独立性。
- 快速弹性：随着资源需求的增加或减少，可以弹性地提供和释放资源。
5、可测量的服务：可以监视、控制和报告资源，为用户和提供者消耗的计量功能创建透明的抽象级别。
云计算模型跨越三种不同类型的服务模型，用于提供云计算的五个基本特征：软件即服务、平台即服务、基础设施即服务。软件即服务提供在云基础架构上运行的应用程序，可由各种客户端设备访问。使用SaaS服务模型，底层云基础设施完全超出了用户的能力范围，他们只能访问云基础架构上的应用程序。SaaS可以被认为等同于商业现货软件，但运行在云计算模型上。现在采用SaaS服务模型来包含高度可定制的软件将导致平台即服务服务模型。PaaS服务模型提供了一个平台，使用PaaS提供的特定于该PaaS提供商的编程语言、服务、库和工具，从头开始创建自定义应用程序。使用PaaS服务模型，底层云基础架构完全无法覆盖用户；然而，PaaS提供程序将允许用户能够控制他们的应用程序在云基础设施上的部署方式。如果需要对应用程序进行更多控制，例如配置处理、存储和网络资源，则基础架构即服务服务模型为消费者提供了额外的选项。使用IaaS服务模型，底层云基础设施完全超出了用户的能力范围；然而，IaaS将允许用户能够粒度部署操作系统、网络组件、存储和可部署应用程序，以创建云计算解决方案。图2从消费者和提供者的角度概述了跨不同SaaS、PaaS和IaaS 模型的各种控件。
6.2.1软件即服务
对于上述配置使用软件即服务解决方案将会改变需求。大多数视频监控即服务提供商使用essAxis视频托管系统，并由各种安全集成商和报警监控中心配置提供服务。使用SaaS解决方案无法满足使用200万像素摄像头的要求；事实上，通过使用视频监控即服务系统，选择将仅限于与VSaaS系统兼容的硬件。在大多数情况下，VSaaS提供商兼容支持640times;480分
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