海康网络高清监控方案0730.docx
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海康网络高清监控方案0730
第1章系统概述
1.1系统概述
本项目为丰台区检察院办公楼安防监控系统建设项目，为保障办公楼及周边的安全保障，建设本系统。
1.2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130万像素数字高清技术、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范的要求，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。
1.3设计依据
《视音频编解码标准》（ITUH.264）
《安全防范工程技术规范（附条文说明）》（GB50348）
《视频安防监控系统工程设计规范（附条文说明）》（GB50395）
《石油库设计规范》（GB50074－2002）
《汽车加油加气站设计与施工规范》（GB50156-2002）（2006版）
《安全防范工程技术规范》GB50348—2004
《安全防范系统验收规则》GA308—2001
《视频安防监控系统技术要求》GA／T367—2001
《电子计算机场地通用规范》（GB／2887—2000）
《计算机软件需求说明书编制指南》 GB9385—88
《计算机软件开发规范》 GB8566—88
《计算机站场地安全要求》（GB9361—88）
《信息技术互连国际标准》（ISO／IECll8D1-95）
《信息技术、软件包顾量要求和测试》（GB／T175—1998）
《软件维护指南》（GB/T14079-93）
《民用闭路电视监控系统工程技术规范》（GB50198-94）
《音频、视频及类似电子设备安全要求》（GB8898-2001）
第2章系统总体设计
2.1总体设计思路
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1080P（1920*1080），采集的高清图像经网线或者光纤，传输到监控网络，视频信号转发到NVR存储或者输入高清解码器，上电视墙拼接屏显示；
主控中心机房部部署管理服务器，对监控专网内的高清摄像机、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，在监控中心部多台NVR，为高清摄像机提供存储服务。
处于成本考虑，部署多台NVR要比磁盘阵列价格低。
视频信息用高清1080P格式存储，存储录像时间为30天；
主控中心采用多台高清解码器把视频信号输出到监视器上。
电视墙通过6块46寸拼接屏组成；
2.2系统拓扑结构
系统拓扑结构图
2.3系统功能特点
高清图像采集
高清网络摄像机实现高清视频图像采集功能，支持1920*1080分辨率，支持网络输出，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。
视频信号在摄像机内实现编码压缩，可以直接通过摄像机的网络接口输出数字视频信号。
夜间照度较差又无补光措施的位置选用红外摄像机，复杂环境选用高速球供机动监控使用。
所有摄像机都采用网线接入网络光端机。
网络光端机将数字视频信号转换为光信号，通过光纤，将视频数据传输到监控中心，该数据流既可用于网络存储，又可用于远程实时监控。
低延时远程监控
在整个地区范围内，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。
高清网络摄像机内部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。
高清图像显示
高清网络视频信号通过解码设备，可以按一定的分割和轮循规则显示在电视墙上。
电视墙通过16块监视器组成，可以把所有视频图像显示在监视器上。
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磁盘阵列上远程调看、下载视频资料。
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。
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。
第3章前端子系统
此次高清视频监控系统主要在整个监控区域内部重点位置部署监控点位，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
前端摄像机是整个安全防范系统的原始信号源，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网络摄像机，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或者CMOS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、CMOS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甚至更高，高清视频监控系统提供的高质量视频图像，将视频监控效果带来显著的提升。
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
监控目标覆盖范围更广、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。
高清视频监控的大范围覆盖效果图示
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。
而且这种大范围整幅图像监控拍摄，不会错过监控范围内的任何情况，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。
第4章存储子系统
本项目设计的存储系统需满足所有高清监控点按1080P分辨率（4M码率）保存30天的要求。
出于成本考虑，此次设计存储采用NVR作为存储设备。
每台NVR满配8块4T硬盘之后，可以满足20路1080P高清监控点存储30天的需求。
4.1编码压缩能力
海康威视是业界第一家为编码设备引入H.264编码算法的厂家，基于对监控行业逐渐深刻的认识，我们针对监控本身的诸多特点对编码算法进行持续优化。
考究产品的压缩编码能力可以从以下三个方面一窥究竟：
超低压缩码率——可能目前大部分用户都不太在意超低码率下压缩编码，原因是大家在持续提升图像质量而不断增加码率。
但是不可否认手机监控已经走入我们的生活，在手机屏仅支持QCIF画质、无线通信带宽紧缺的现在，能以64Kbps甚至56Kbps作QCIF编码实现手机监控，是一种技术实力的体现。
海康威视任何一部DVR或者NVR的子码流均可通过网络直接送往用户手机，实现手机监控。
主流压缩码率——按照逻辑辨证法看待事物，实现同样画质的图像，谁的消耗少证明谁的技术更胜一筹。
在保证FULLD1图像解析度的条件下，使码流更低是追求的目标，而且还需使得DSP运算能承受代码的复杂度。
对用户而言，呈现的回放分辨率是FULLD1，而需要超过2Mbps甚至8Mbps的码流显然是在浪费网络带宽和存储空间。
海康威视可以利用1.5Mbps码流编码出FULLD1画质，而我们向上支持到8Mbps的码流是为未来高清编码作预留。
高清压缩码率——目前海康威视提供的130万像素网络摄像机就体现了全实时高清压缩编码的实力。
相对于FULLD1画质，图像尺寸和分辨率提升约一倍，码流应该需要4Mbps，经过对MPEG4编码算法的不断优化，目前利用3Mbps码流可完成百万像素全实时编码。
综上所述，评价一种产品的编码能力并不能仅从编码码率、图像分辨率去片面比较，而是需要综合考量的。
4.2压缩编码特点
经典架构
我们选择RISC芯片（ARM）完成主控，DSP芯片完成编码运算。
选用的ARM归属于EMPU（嵌入式微处理器），针对监控系统的专有性对保留其相关功能，裁剪无用功能，大幅减小系统体积和功耗。
相对于某些基于CISC或者通用CPU，在工作温度、抗电磁干扰能力、可靠性等方面都做了增强，具备体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点。
视频流编码要求编码芯片能胜任连续数据流的处理及高精度复杂运算，因此DSP器件是最优的选择。
对系统结构和指令进行特殊设计，编码效率高、执行速度快。
业界首创的双码流技术
针对国内网络建设相对落后的环境，为了在录像数据和网传码流之间取得平衡，我们开发了双码流技术。
DSP对同一路图像进行两次编码，主码流用于录像，选择高分辨率、全帧率、最优图像质量，子码流用于网传，选择普通分辨率、非实时
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