海康高清数字视频监控方案新.docx
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海康高清数字视频监控方案新
第1章系统概述
1.1系统概述
随着视频监控技术的高速发展，城市视频监控中对产品的要求也在不断提高，功能要求更加完善、稳定，性能要求更加清晰、准确。
传统监控系统大部分都只能到达CIF（352×288）或者4CIF（704×576）的分辨率，存在图像清晰度低、可看围小等缺点，在城市道路、广场、展馆、车站等大围监控场合，都迫切需要清晰度更高、可看围更大的监控手段，以满足迅速准确的找到监控目标、看清面部特征和车牌照的监控效果。
2008年举世瞩目的北京奥运会取得了圆满的成功，其中安防监控系统采用了很多新产品、新技术，为奥运会的顺利举办提供了坚实可靠的安全保障，其中一项就是高清视频监控显示及图像智能分析的应用，新建了不少高清视频监控点，高清视频监控的应用经过了实战的检验。
1.2高清特点
由于受到成本的限制，高清在视频监控行业一直未得到有效地应用。
而现在芯片技术及压缩算法的发展，高清的视频监控产品逐渐兴起。
现在D1标清视频压缩格式业已正式写入数字硬盘录像系统（DVR）国家标准。
高清摄像机和高清视频编解码器也逐步得到应用和推广，其清晰度可以达到1920*1080或1600*1200，高清视频监控系统提供的高质量视频图像，将为城市社会治安监控效果带来显著的提升。
1）图像清晰度更高、细节更加清楚
传统的标清分辨率的图像对于多数的监控场景，基本上无法对细节进行分辨。
而当发生案件时，从录像资料中很难对监控现场涉案的人员、物品准确认定，不具备很好的对侦破工作的指导性和法律质证能力。
在一些重要的监控场所，应采用高清摄像机获取高清晰度的监控画面，更能清楚地呈现监控原貌。
高清视频监控图像与标清视频图像清晰度的直观比较如下图所示：
高清和标清图像效果比对
2）监控目标覆盖围更广、提高监控效能
在传统的标清监控技术构架下，为了保证监控的覆盖率，尽可能的减少监控死角，需要安装部署相当规模数量的监控摄像机，监控系统规模不断扩大，从几百路向成千上万路甚至数十万路的规模发展。
如此规模庞大的监控资源，在同一时间里却只有极少部分能够得到实时的监控，而绝大多数监控图像被无差别的记录保存下来，从而形成了海量级的视频录像数据资料。
而这些规模庞大的录像资料中也仅有极少部分因可能与某些已知的事件相关联而被备份以外，其他的录像信息则不断的被新的录像数据所覆盖。
这就是典型的传统监控系统大规模、高成本、低效率的建设应用现状。
在高清监控技术构架下，单台高清摄像机能够相当于几台普通摄像机的监控覆盖面，且图像分辨率更高、信息量更丰富，因此采用高清监控可以非常有效的缩减系统规模，节省传输链路和设备，从而减少总体建设成本，高清监控技术将推动视频监控系统建设应用向着集约化、效能化转变。
如图下图所示：
一台高清摄像机即可覆盖整个十字路口，实现原先需要多个摄像机才能达到的功能。
高清视频监控的大围覆盖效果图示
3）高清摄像机能实现数字PTZ功能
高清摄像机不仅提升了图像清晰度，使得数字PTZ功能得以体现，也就是在整幅大图像中对某个局部细节进行放大或移动。
而且这种大围整幅图像监控拍摄，不会错过监控围的任何情况，给日后的调阅查证提供了有效手段。
同时由于数字PTZ方式没有机械移动部件，设备也更经久耐用。
4）有利于图像识别和智能视频分析的应用
图像识别和智能分析技术一直未能得到业界普遍期待的大规模应用，主要原因是识别的精确度离用户的期待还有不小的差距，而图像的分辨率则是影响识别精确度的主要因素。
高清摄像机图像信息高清摄像机采用先进的感光器使图像细节更加清晰、更加细腻，逐行扫描方式可以给我们提供更好的图像质量，有效解决了隔行扫描带来的梳状模糊现象，给智能分析等应用提供了有利的前提条件，这对于车牌、人脸识别等智能分析应用具有重要意义。
如下图所示，高清摄像机在城市道路监控中使用是，监控区域能覆盖多个车道，同时清晰地记录车牌、前排司乘人员特征、车辆颜色、外形等特征，这是一个普通标清摄像机所不能同时实现的。
高清视频图像道路监控中的效果
1.3设计原则
1.先进性
本系统采用先进的、具有前瞻性的视频监控技术，包括200万像素数字高清技术、高清视频编解码技术、视频海量存储和高效检索技术和视频智能分析技术等。
同时采用先进的综合视频管理平台，借鉴海量多媒体资料管理系统的经验和技术，不仅实现对高清、标清视频的统一管理，还应实现整个系统设备的运维管理，以及各类视频综合智能化应用。
2.可靠性
系统设计、设备选型、调试、安装等环节都严格执行国家、行业的有关标准及公安部门有关安全技术防的要求，贯彻质量条例，采用稳定、可靠的技术设备，确保系统级别的高稳定性和可靠性，满足7×24小时、全年365天的全天候长期稳定运行。
系统中核心的数字高清编码阵列、存储设备、重要的服务器及后台服务软件等，支持掉电恢复后设备及软件自动恢复正常连接、断网或网络风暴恢复后设备及软件自动恢复正常连接，启动过程无需过多人工干预。
3、安全性
系统传输采用专网，充分利用光纤资源，保证视频信息、控制信息网络传输的安全和畅通，避免采用互联网和VPN进行传输。
同时设备接入、传输采用加密技术，提供网络非法入侵保护和避免信息非法被窃取。
4.开放性
高清数字摄像机、高清编解码器、网络设备、存储设备及软件平台等均应采用开放式的产品或架构，能够提供完整的SDK、API等二次开发环境，并须提供SDK、API等的源代码及数据结构、开发文档，并交由独立第三方进行验证，满足构建统一的视频管理及应用平台的需要。
5.易管理性、易维护性
前端设备支持远程升级和远程故障排除功能，维护便捷，降低系统运维管理成本。
同时可自动检测系统中任何一台设备的运行状态，并示出详细参数，以辅佐管理人员及时准确地判断和解决问题。
采用稳定易用的硬件和软件，完全不需借助任何专用维护工具，既降低了对管理人员进行专业知识的培训费用，又节省了日常频繁地维护费用。
第2章系统总体设计
2.1总体设计思路
1）前端采用高清数字摄像机采集高清视频图像，最大分辨率可达到UXGA（1600*1200），采集的高清图像经光纤输入高清编码阵列；
2）高清编码阵列对高清图像集中编码，并输出两个码流，一个采用H.264压缩编码，用于实时显示；另一个采用M-JPEG压缩编码，用于存储；
3）主控中心机房部部署管理服务器，对监控专网的高清摄像机、存储设备、解码设备、流媒体转发服务器实行集中管理，监测设备的运行状态；对客户端进行帐户、密码、使用权限的集中分配和管理，对客户端登陆监控系统进行验证；方案实施集中式存储，采用IPSAN+存储服务器，为高清摄像机提供存储服务，录像时间为X天；
4）主控中心采用高清解码阵列和支持高清视频图像控制的大屏幕控制器，通过LCD液晶监视器或DLP显示监控图像，整合现有视频资源，并为其他单位或应用系统提供视频资源；
2.2系统拓扑结构
系统拓扑结构图
2.3系统功能特点
1）高清图像采集
高清数字摄像机实现高清视频图像采集功能，支持1600*1200或1920*1080分辨率，支持光纤输出，具有最佳的图像抗干扰性和高清视频图像远距离传输能力。
高清数字摄像机夜间能获得高质量的视频监控效果，确保录像资料能有效记录行人、车辆特征、环境等图像信息，提供有效的刑侦分析素材，对系统的建设意义极为重要。
本方案采用LED补光方式来满足全天候图像监控的要求。
在LED频闪工作模式下，摄像机与LED同步精确，在夜间低照度环境下能有效获取高质量的图像，以下是夜间高清监控效果图。
车辆特写部分效果图：
2）高清图像编码
高清编码器和高清编码阵列实现对高清数字视频图像的编码，支持1600*1200或1920*1080分辨率，利用高效的编码效率，使所需要的码率更低，设置变码率可进一步降低总体传输码率，以降低网络承载的压力和总体存储容量。
高清编码阵列除具备HD-SDI高清接入接口外，嵌光模块插槽，支持光纤传输模式，高清编码阵列芯片采用“DSP+自主算法”这种产品特征，且具备强大的处理能力和业界领先的自主知识产权编解码算法，为将来视频业务功能扩展创造了必要条件。
3）低延时远程监控
在整个地区围，通过视频监控专网，授权用户能远程监控任意可控监控点的图像，远程操作摄像机进行变焦和转动，可以清晰地查看现场图像。
高清编码阵列采用高性能处理芯片和优化算法，编码效率高，编码延迟小，可确保端到端控制延迟小于260ms。
低延迟体现控制灵敏度高、响应迅速、聚焦准确等优势。
4）高清图像显示
高清网络视频信号通过解码设备，按一定的分割和轮循规则显示在电视墙上。
高清解码设备支持高清视频图像和标清视频图像输出，可兼容现有的标清显示系统。
5）图像存储与共享
系统具备高清视频流的存储功能，授权网络用户可以从存储服务器或NVR上远程调看、下载视频资料。
6）管理服务功能
通过管理服务器，统一管理存储设备的音视频资料的访问，并为客户端提供流畅的视频流服务，实现全网系统管理和流媒体转发。
7）权限管理功能
可以添加和删除用户，并可对各级用户的控制权优先级进行管理。
8）视频资源共享
通过视频资源共享专网和软件管理平台其他单位提供图像资源。
9）系统日志功能
系统自动记录系统的操作日志和运行日志。
第3章高清视频监控前端
高清视频监控系统主要在重点关注场所和核心重要部门部署监控点位，实现高清视频采集、控制、传输和显示功能。
3.1高清监控点组成
前端设备以高清摄像机为主，附带镜头、护罩、云台、立杆、防雷、网络等部件。
3.2前端高清摄像机
前端摄像机是整个安全防系统的原始信号源，摄像部分的好坏及它产生图像信号的质量将影响整个系统的质量。
本系统前端采用高清数字摄像机，相比普通摄像机具有明显的技术优势：
1）高清数字摄像机采用百万像素级别CCD传感器，能获得更多的视频信息，实现1280×720、1920×1080、1600×1200甚至更高的视频图像分辨率；
2）监控图象显示质量更高，能够更好地捕捉细节；
3）逐行扫描CCD动态画面表现更流畅；
4）支持HDTV的宽屏输出模式（16:
9）；
5）监控画面覆盖面更广，相同监视区域可以替代原有的多个固定点摄像机和一个全方位摄像机。
3.2.1摄像机选型原则
根据高清视频监控的需要，我们在选择摄像机时按照以下原则：
1）采用SONYCCD传感器
CCD与CMOS两种感光芯片相比，CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制、高质量图像输出、动态影像表现方面都要优于COMS，所以本项目高清摄像机建议采用CCD作为感光芯片。
2）支持日夜功能，实现昼夜监控，低照度：
≤0.5lux/F1.2（彩色），≤0.1lux/F1.2（黑白）
为满足全天候治安监控的需要，摄像机应具备日夜彩转黑和低照度功能，在黄昏和夜间照度较低的情况下也能获得较为清晰的视频图像。
3）视频分辨率≥UXGA（1600*1200），帧率最高25帧/秒
高清视频监控需要达到1600*1200或1920*1080P分辨率，逐行扫描，最高帧率应达到25帧/秒。
4）支持光模块（SC）接口
高清图像传输接口采用光纤接口（SC），高清数字摄像机与高清编码阵列之间通过光纤传输无压缩的视频图像，保证了图像的清晰度，信号传输无衰减和干扰，也避免了室外监控视频图像受雷击的影响。
5）信噪比≥52dB
高清数字摄像机应具备高的信噪比，保证图像信号质量。
6）具有曝光速度、AGC控制、白平衡控制等功能。
3.2.2高清摄像机选型
本项目前高清摄像机推荐采用海康威视DS-2CD886MF-E/SC高清数字摄像机：
一、产品特点：
1）采用SONYCCD，1/1.8〞，支持日夜功能，实现昼夜监控。
2）最高分辨率：
UXGA（1600*1200）。
3）帧率：
最高25帧/秒。
4）灵敏度：
低照度设计，可达1.2lux/F1.2（彩色）
5）支持光模块（SC）接口。
6）摄像机参数配置功能：
曝光速度、AGC控制、白平衡控制等。
7）具备色彩还原度极佳的自动白平衡功能，在不同的灯光环境下，摄像机根据色温的变化，自动调整白平衡，色彩逼真亮丽，达到最佳的还原度。
二、技术规格
序号
指标名称
技术指标
1
传感器
逐行扫描SONYCCD传感器，1/1.8〞
2
最低照度
彩色：
0.5Lux/F1.2
黑白：
0.1Lux/F1.2
3
自动光圈
DC驱动
4
镜头
C/CS
5
快门速度
自动电子快门/手动，1/25秒至1/100,000秒可调
6
自动增益
关/高/中/低
7
日夜
自动/白天/晚上
8
白平衡
自动/手动
9
亮度
0-F可调
10
饱和度
0-F可调
11
对比度
0-F可调
12
锐度
0-F可调
13
Gamma
0.45
14
镜像
水平/垂直
15
视频输出接口
GBIC/SC
16
触发输入
4路开关量
17
触发输出
2路信号量，1路开关量
18
工作温度
-10℃~60℃
19
电源
DC12V±10%
第4章图像传输与存储
4.1高清图像编码
高清数字摄像机采用光纤接口，通过光缆接入监控中心,中心通过海康威视DS-6416HFH/B高清视频编码阵列对前端接入HD-SDI非压缩高清图像进行集中编码。
高清视频编码阵列由DS-6416HFH/B由JXHK-6017/TJ阵列机箱和DS-4401HFH/B高清编码卡构成，每台高清视频编码阵列支持16路HD-SDI视频图像编码。
DS-4401HFH/B高清编码卡采用独立双码流技术，码流A采用H.264压缩算法进行编码，主要用于视频网传，供客户端网络点播使用，实时码流为25fps，码流B采用MJPEG压缩算法编码，主要用于录像存储，存储码流为5fps。
码流A也可作录像存储。
4.1.1高清视频编码阵列
DS-6416HFH/B高清网络编码阵列
前面板后面板
高清网络编码阵列支持1080p等高清图像压缩码流的集中编码，可应用于高清视频监控系统。
高清网络编码阵列由高清编码卡、阵列机箱和冗余电源组成，支持热插拔，系统具有高可靠性和可维护性。
单台设备最大支持16路非压缩高清视频接入。
4.1.2高清网络编码卡
型号：
DS-4401HFH/B
1）采用嵌入式处理器、DSP及嵌入式Linux架构。
2）支持H.264和MotionJPEG双码流，且编码参数独立可调。
3）H.264编码指标：
压缩标准：
H.264/AVCBaseline/Main/HighProfile可配置；
分辨率/帧率：
1920×1080@50i，1920×1080@60i，1920×1080@25p，
1920×1080@30p，1600×1200@25fps；
码流大小：
2-16Mbps可调。
4）MotionJPEG编码指标：
压缩标准：
MotionJPEG;
分辨率/帧率：
1920×1080@5fps；
码流大小：
10Mbps；
5）支持OSD叠加，OSD大小可调，支持字符叠加。
6）流数据中嵌入时间戳，支持后端按时间快速检索和定位。
7）支持TCP/UDP、RTP/RTCP协议。
8）支持标准PS流或RTP流，支持单播、组播。
9）支持远程的PTZ控制，置Pelco-P、Pelco-D等多种主流编码器协议。
10）支持双向语音对讲。
11）支持串口控制与透明通道传输。
12）置WebServer服务模块。
13）可通过网络或串口进行参数配置或固件升级。
14）提供SDK软件开发包，支持Windows、Linux。
4.1.3高清编码特点
1）高清图像编解码延时≤250ms，无论对于桌面控制应用，还是上墙控制应用，均可满足实战需求。
2）可根据不同刷新率的高清显示设备，进行参数适配，以保证流畅的显示图像。
3）单个编码器/编码卡至少支持6个并发连接，满足多业务图像数据的应用要求，如流媒体服务、IPSAN存储服务、NVR应急缓存服务等等。
4）机架式安装的高清编码卡，预留了HD-SDI环通输出，编码、分配二合一。
4.2集中存储
监控中心配置视频存储系统，将前端重要监控图像经后台编目发布服务器（录像发布平台）编目后保存到存储服务器。
存储服务器建议采用监控专用存储系统，高清监控系统的存储系统需适应大码流并发写操作，而且是以写为主、以读为辅的应用，应优化资源分配，保障高清监控存储系统能长时间运行在大并发量、大码流的工作环境下。
存储系统建议支持IPSAN工作模式：
IPSAN多工作于集中存储或者用于中心备份存储，集中存储是利用iSCSI协议透过IP网络将视频数据全部集中保存在数据中心，中心备份存储是在NVR定时录像的基础上，经编目服务器编目后发布并备份保存在中心的IPSAN。
4.3传输带宽分析
4.3.1预览高清图像码流
监控中心大屏幕实时预览图像存储采用高清1080P（1920*1080逐行扫描）格式，码流需求为每路8M。
4.3.2存储高清图像码流
监控图像存储采用高清1080P（1920*1080）格式
按8Mbps码流计算，存放1天的数据总量8Mbps÷8X3600秒X24小时X（1天）÷1024＝84GB
第5章中心图像显示系统
5.1图像显示系统组成
监控中心显示系统主要有高清解码器、高清大屏幕控制器、大屏幕显示器、服务器和应用软件平台组成。
实现高清视频监控系统的切换、显示和控制。
其中高清解码器的解码、轮询和输出策略以及大屏幕控制器的切换显示方式通过电视墙服务器统一管理。
监控中心显示系统的组成如下图所示：
监控中心大屏幕显示系统图示
5.2高清视频解码阵列
前端监控图像主码流作为监控中心大屏幕实时预览码流，由高清解码阵列解码上墙显示。
采用海康威视DS-6416HD/B解码阵列。
5.2.1高清解码阵列
高清网络解码阵列支持1080p等高清图像压缩码流的集中解码，可应用于高清视频监控系统。
高清网络解码阵列由高清网络解码卡、阵列机箱和冗余电源组成，支持热插拔，系统具有高可靠性和可维护性。
1）采用嵌入式处理器、DSP及嵌入式Linux架构。
2）支持H.264和MotionJPEG码流的解码输出。
3）H.264解码指标：
⏹视频标准：
H.264/AVCBaseline/Main/HighProfile；
⏹分辨率/帧率：
1920×1080@50i，1920×1080@60i，1920×1080@25p，
1920×1080@30p，1600×1200@25fps；
⏹码流大小：
2-16Mbps。
4）MotionJPEG解码指标：
⏹视频标准：
MotionJPEG；
⏹分辨率/帧率：
1920×1080@5fps；
⏹码流大小：
10Mbps。
5）支持TCP/UDP、RTP/RTCP等协议。
6）支持标准PS流或RTP流，支持单播、组播。
7）置多种主流解码器协议。
8）双向语音对讲。
9）置WebServer服务。
10）可通过网络或串口进行参数配置或固件升级。
11）提供SDK软件开发包，支持Windows、Linux。
5.2.2高清网络解码卡
视频输出路数
1路
视频输出接口
HDMI、DVI、CVBS可选
视频解码标准
H.264/AVCBaseline/Main/HighProfile&
MotionJPEG
H.264分辨率/帧率
1920×1080@50i，1920×1080@60i，1920×1080@25p，
1920×1080@30p，1600×1200@25fps；
MJPEG分辨率/帧率
1920×1080@5fps
码流类型
视频流、复合流
码流大小围
2M-12M（单位：
bps）
音频输出路数
1路
音频输出接口
RCA（电平：
2.0－2.4Vp-p，阻抗：
600Ω）
语音对讲输入
1路RCA（电平：
2.0－2.4Vp-p，阻抗：
1000Ω）
音频解码标准
G.711/MPEG-ILayer2
网络接口
1个RJ4510M/100M自适应以太网口
串行接口
RS-232
电源
DC12V
功耗
≤12W
工作温度
-10℃--＋55℃
工作湿度
10％～90％，无冷凝
5.2.3阵列机箱和电源
机箱形态
19英寸标准机柜，7U高度
功能卡插槽数量
16个
电源设计
1+1双电源冗余热备份
输入电压
90～264VAC，47～63Hz
电源最大功率
400W
工作温度
-10～55℃
工作湿度
10～95%，无冷凝
第6章视频信息综合管理平台
视频信息综合管理平台的核心是一个统一的监控管理平台软件，通过这个统一的监控管理平台软件，实现对所有视频图像集中管理，实现各个厂商的设备的联网，保证联网的视频传输的质量，提供视频资源的统一监控检索系统，实现信息共享。
视频信息综合管理平台应能实现网络各种信号的传输和管理；支持分散与集中存储相结合的模式，保证重要监控录像的检索、比对、管理和备份；实现统一的身份认证和权限管理，保证信息和数据的安全；实现实时视频监控、巡视、视频信息与数据上传和下调（检索）。
视频信息综合管理平台采用成熟、主流的技术构建系统平台，充分兼顾应用业务需求和技术的发展，充分考虑与其他信息系统的连接，建设可扩展的开放平台。
6.1管理平台构架
视频信息综合管理平台体系结构设计从根本上决定了系统所能提供的业务服务的规模和水平。
基于事实上的工业标准的J2EE平台和SOA面向服务的架构，是当前几乎所有的企业级业务平台所普遍采用的，被反复证明是目前最强壮、最博大、最高效、最具伸缩性和业务扩展能力的平台架构之一。
如下图所示：
平安城市综合应用管理平台结构图
平台软件遵循多层体系结构模型，包括客户端表现层、业务层和中间服务层。
对于数据库的访问必须通过中间应用服务器完成而不能直接访问数据库，保证数据库访问的安全性和方式Dos攻击。
6.2管理平台功能
软件平台实现对系统的集中管理和授权分控，主要功能如下：
1）系统管理功能：
实现对系统所有设备、人员、资源的统一管理；
2）实时图像浏览功能：
实现多画面视频浏览功能，图像浏览同时实现对前端设备云台、镜头的控制；
3）录像及回放功能：
实现从存储系统、前端数字硬盘录像机的视频回放，支持多画面同时回放和图像抓拍等功能；
4）视频转发功能：
借助流媒体转发服务器可实现对视频的实时转发，以满足大量用户同时访问同一视频源的需求。
并有效地隔离了用户和前端设备，保证了设备的安全性；
5）大屏幕联动控制功能：
根据监控中心平台的管理和预案决策，能自动手段将视频图像切换到大屏幕显示，实现和大屏幕控制器的联动；
6）可视化操作功能：
为各级权限终端用户提供摄像机点位的电子地图服务（GIS），用户可及时获取并更新地图信息，方便直观地定位和查看前端监控点图像；
7）预案管理功能：
系统能接入各种标准的报警探测器；支持多种型号报警主机的连接；当发生报警时，自动启动各种对应的联动设备，将视频切换到相对应的摄像机，触发自动录像；
8）GIS系统集成：
通过对GIS系统摄像头图层的点击操作，实现视频图像在电子地图界面上的灵活调取与PTZ控制；
9）Web服务和语音功能：
在Web浏览方式下，支持客户端软件的所有常见功能，包括摄像机参数设置、云镜控制、本地录像、录像回放和检索等；系统支持实时语音双向对讲和单向广
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