视频监控系统设计方案.docx

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视频监控系统设计方案

视频监控系统设计方案

1.视频监控系统

1.1.设计思路

视频监控系统的设计思路如下：

1、前端设备均采用高清IPC，从而实现高清视频采集，同时为满足前端多种应用场景的不同需求，推荐不同类型、不同功能的IPC。

2、采用具备流直存技术的专业存储设备对视频、图像进行存储，并采用多种技术手段提升存储系统的可靠性和可用性。

3、部署模块化、集成化的视频综合平台，结合高清显示大屏实现视频图像、电子地图、电脑信号的上墙显示、拼接控制等功能。

4、建立统一的综合管理平台，实现对系统的统一管理；同时引入视频质量诊断技术，保障系统稳定运行。

系统采用高清视频监控技术，实现视频图像信息的高清采集、高清编码、高清传输、高清存储、高清显示；系统基于IP网络传输技术，提供视频质量诊断等智能分析技术，实现全网调度、管理及智能化应用，为用户提供一套“高清化、网络化、智能化”的视频图像监控系统，满足用户在视频图像业务应用中日益迫切的需求。

1.2.系统架构

IPC+CVR集中式存储架构

图2.视频监控子系统架构示意图（IPC+CVR）

1）前端部分

前端支持多种类型的摄像机接入，系统可配置高清网络枪机、球机等，前端网络摄像机将采集的模拟信号转换成网络数字信号，按照标准的音视频编码格式及标准的通信协议，可直接接入网络并进行视频图像的传输。

2）传输网络部分

前端与接入交换机之间可通过3种方式连接：

光纤收发器的点对点光纤接入方式，直接接入交换机方式（距离100米以内），点对多点光纤PON接入方式，将前端信号汇聚至中心的核心交换机。

3）监控中心部分

监控中心采用CVR对高清视频图像进行存储，解决数据落地问题。

另外，监控中心配置视频综合平台，完成视频的解码、拼接，通过部署LCD大屏用来将视频进行上墙显示等。

系统可将模拟摄像机、网络摄像机和数字摄像机都接入到视频综合平台，实现统一的管理平台、统一的切换控制系统和统一的显示系统，实现对整个系统的统一配置和管理。

4）平台部分

应用管理平台部署在通用服务器上，可以对视频监控设备和用户进行统一管控，并实现浏览、回放、下载等视频应用。

1.3.前端设计

●前端结构设计

系统网络高清摄像机，通过其全新的硬件平台和最优的编码算法，提供高效的处理能力和丰富的功能应用，旨在给用户提供更优质的图像效果、更丰富的监控价值、更便捷的操作管理和更完善的维护体系。

前端摄像机选型应根据不同应用场景的不同监控需求，选择不同类型或者不同组合的摄像机，室内可以选择半球型摄像机，美观大方，室外可以依据固定枪机与球机搭配使用、交叉互动原则，以保证监控空间内的全覆盖、无盲区，同时根据实际需要配置前端基础配套设备如防雷器、设备箱等以及视频传输设备。

●企业适用场景设计

以市公安局为例，应用场景分为大厅出入口、大厅/食堂、电梯、走廊/前台/电梯口/办公区/食堂收银、楼梯/扶梯/地下车库、市公安局开阔地带等。

1、大厅出入口

该场景中环境亮度变化较大，白天存在逆光环境，夜间环境较暗，需要全天候看清进出人员的脸部特征；推荐使用200万像素H.265宽动态红外日夜型筒型网络摄像机，产品防水防尘，安装方便，建议安装方式为壁装和吊顶装。

2、大厅/食堂

该场景人流量较大，情况复杂，而且夜间环境光照条件较差，需要监控是否有破坏性事件发生，看清可疑人员面部特征；推荐使用200万像素H.265红外球型网络高清摄像机，安装方式为壁装。

3、电梯

该场景要求监控人员进出的情况，看清人员的面部特征及细节，需要注意隐蔽性或美观度；推荐使用200万像素日夜型防水迷你半球型网络摄像机，美观小巧，安装方便，建议安装方式为吸顶装。

4、走廊/前台/电梯口/办公区/食堂收银

该场景属于典型室内场景，需要考虑美观度及隐蔽性，在有灯光环境下光线较好，但夜晚无灯光环境下光线较暗，需要监控是否有破坏性事件发生，看清可疑人员面部特征；推荐使用200万像素H.265日夜型半球型网络摄像机，安装方式为吸顶装。

5、楼梯/扶梯/地下车库

该场景属于普通室内场景，夜间光线较差，需要监控是否有破坏性事件发生，推荐使用200万像素H.265红外阵列筒型网络摄像机，产品防水防尘，安装方便，建议安装方式为壁装。

6、市公安局开阔地带

该场景属于典型室外场景，夜间光线较差，需要监控是否有破坏性事件发生，推荐使用200万像素H.265红外/星光级筒型网络摄像机、红外/星光级球型网络摄像机，产品防水防尘，安装方便，建议安装方式为壁装。

●前端配套设施

1、支架及立杆

监控点根据现场实际情况，可采用立杆安装、抱箍安装、壁挂安装以及吊杆安装等方式。

其中抱箍、壁挂支架以及吊杆支架有成套产品，根据现场选择符合要求的产品即可。

室内摄像机的安装固定，根据摄像机型号和现场情况可采用壁装、吊装及角装等多种形式的安装支架，安装高度不低于2.5m。

安装在室外的摄像机，当可借助建筑物附着安装时，选用相应的安装支架来安装；若无合适的建筑物供附着安装，则需要选用视频监控专用立杆，安装高度应不低于3.5m。

2、室外机箱

室外摄像机的供电、信号等需要在室外进行汇集，需用专用的防水箱进行端接。

端接箱内部安装架的设计充分考虑设备的安装位置，同时具有防雨、防尘、防高温、防盗等功能。

不便于在立杆上部安装设备箱的，在地面设置设备机柜，其设计按照相关的规范标准执行，同时应具有防尘、防雨、防破坏等功能。

3、补光设备

在摄像监控中，为了使夜间得到正常的监控图像，可选择采用一定的补光措施。

补光灯的光源通常有LED、金卤灯、高压钠、白炽灯、氙气灯（HID）等。

4、防雷接地

对前端供电和控制部分，需要采取有效的避雷接地措施，充分保障前端的稳定性和可靠性，前端监控的防雷接地主要从以下三个方面进行。

击雷防护：

在直击雷非防护区的每个视频监控点均配置预放电避雷针，安装于监控点立杆顶部。

供电设施的雷击电磁脉冲防护：

电源防雷系统主要是防止雷电波通过电源对前端设备造成危害。

均压等电位连接：

等电位连接是将正常不带电（或不带信息）的、未接地或未良好接地的设备金属外壳、电缆的金属外皮、金属构架、金属管线与接地系统作电气连接，防止在这此物件上由于感应雷电高压或接地装置上雷电入地高电位的传递造成对设备内部绝缘、电缆芯线的反击。

5、线缆

前端网络摄像机采用网线的方式接入，对于近距离传输（100米以内），直接通过网线连接到接入交换机；对于远距离传输，通过网线先接入光纤收发器或者ONU设备。

当使用防雷设备时，需要先接入防雷设备，再接入传输或交换设备。

1.4.IPC功能亮点

1、超低照度

摄像机采用业界高端传感器和DSP，具备很高的感光度，在光照条件极差的条件下也可获得色彩还原度较高的画面。

图3.超低照度摄像机对比效果示例图

2、强光抑制

在夜间监控车辆道路、出入口等情况下，往往因为车光线太强严重影响视频图像质量，产品中广泛采用强光抑制技术来解决此种困扰，有效抑制强光点直接照射造成的视频图像模糊，能自动分辨强光点，并对强光点附近区域进行补偿以获得更清晰的图像。

图4.强光抑制开启与关闭效果示例图

3、红外增强

针对夜间或光线不好的场景下图像质量差的问题，推出红外摄像机和红外球机，采用阵列红外灯使红外距离最远可达150米，并结合3D降噪技术可以获得清晰的夜间图像。

图5.红外监控效果示例图

4、3D数字降噪

3D数字降噪功能能够降低弱信号图像的噪波干扰。

由于图像噪波的出现是随机的，因此每一帧图像出现的噪波是不相同的。

3D数字降噪通过对比相邻的几帧图像，将不重叠的信息（即噪波）自动滤出，从而显示出比较纯净细腻的画面。

产品中广泛采用3D时空域联合降噪处理，结合准确的噪声强度估计算法，在光照理想、噪声较低时图像清晰细节没有损伤，光照不足时噪声明显抑制，图像细节大量保留，有效提升视频监控图像质量。

图6.降噪前图片示例

图7.降噪后图片示例

5、新一代宽动态

监控环境中常会遇到光线明暗反差过大的场景，利用宽动态技术，场景中特别亮的部位和特别暗的部位同时都能看得特别清楚。

普通摄像机获取的是背景清晰但是前景较暗的图像，宽动态摄像机能获取前景和背景都清晰的图像。

采用业界高端传感器并结合自主研发算法，新一代宽动态基于动态范围达120db的多重曝光Sensor，采用局部亮度映射与图像增强相结合的处理算法，在逆光环境下能够清晰地保留暗处细节并抑制亮处过曝，大幅提升宽动态场景的图像质量。

图8.宽动态摄像机图片效果示例图

1.5.传输网络设计

●设计思路

视频监控子系统网络的建网思路需要做一个整体规划，应考虑如下几个方面：

1、采用新一代、主流网络技术来设计监控网络，新一代网络技术往往能提供更高的性能，而且有更长的产品生命周期，便于维护。

传统的设计方法是按核心层、汇聚层、接入层分级设计，但是随着网络管理技术的进步和发展，网络设计向扁平型方向发展，采用核心、接入层设计。

2、监控网络需要按照模块化、结构化的原则设计，便于今后扩容和升级。

3、针对网络的安全隐患，系统应通过多种安全措施保障系统的安全。

●设计要求

1、网络传输协议要求

系统网络层应支持IP协议，传输层应支持TCP和UDP协议。

2、媒体传输协议要求

视音频流在基于IP的网络上传输时应支持RTP/RTCP协议；视音频流的数据封装格式应符合标准要求。

3、信息传输延迟时间

当信息（包括视音频信息、控制信息及报警信息等）经由IP网络传输时，端到端的信息延迟时间（包括发送端信息采集、编码、网络传输、信息接收端解码、显示等过程所经历的时间）应满足要求：

前端设备与信号直接接入的监控中心相应设备间端到端的信息延迟时间应不大于2s；前端设备与用户终端设备间端到端的信息延迟时间应不大于4s。

4、网络传输带宽

联网系统网络带宽设计应能满足前端设备接入监控中心、监控中心互联、用户终端接入监控中心的带宽要求，并留有余量。

5、网络传输质量

联网系统IP网络的传输质量（如传输时延、包丢失率、包误差率、虚假包率等）应符合如下要求：

网络时延上限值为400ms；

时延抖动上限值为50ms；

丢包率上限值为1×10-3；

包误差率上限值为1×10-4。

●路由总体规划

路由分为静态路由和动态路由，根据项目实际情况进行选择。

静态路由是在路由器中设置的固定的路由表。

除非网络管理员干预，否则静态路由不会发生变化。

由于静态路由不能对网络的改变作出反映，一般用于网络规模不大、拓扑结构固定的网络中。

静态路由的优点是简单、高效、可靠。

在所有的路由中，静态路由优先级最高。

当动态路由与静态路由发生冲突时，以静态路由为准。

动态路由是网络中的路由器之间相互通信，传递路由信息，利用收到的路由信息更新路由器表的过程。

它能实时地适应网络结构的变化。

动态路由适用于网络规模大、网络拓扑复杂的网络，其中最常用的动态路由是OSPF（OpenShortestPathFirst开放式最短路径优先）协议。

●网络传输带宽要求

考虑到网络传输过程及其它应用的开销，链路的可用带宽理论值为链路带宽的80%左右，为保障视频图像的高质量传输，带宽使用时建议采用轻载设计，轻载带宽上限控制在链路带宽的50%以内。

1、核心层交换机到接入交换机的网络采用光模块来传输，带宽需达到千兆以上，原有带宽未达到要求的，增加带宽；

2、传输设备如光纤收发器到接入交换机之间的带宽建议达到百兆；

3、传输设备如光纤收发器之间的传输带宽建议达到百兆；

4、结合项目实际需求，网络带宽规划可做相应调整。

●网络可靠性设计

网络的可靠性是为了保证视频在传输过程中，重要环节在出现设备损坏或失败时，还能够保证正常传输。

网络可靠性主要可从传输链路可靠性、网络设备可靠性两个方面进行设计。

1、传输链路可靠性

传输链路的可靠性一般通过链路聚合技术来进行保障。

链路聚合设计增加了网络的复杂性，但是提高了网络的可靠性，使关键线路上实现了冗余功能。

除此之外，链路聚合还可以实现负载均衡。

2、网络设备可靠性

网络设备的可靠性主要通过关键部件冗余备份、设备冗余备份、传输告警抑制和快速链路故障检测来进行保障。

关键部件冗余备份是指网络设备提供主控、电源等关键部件的1+1冗余备份；另外系统各单板及电源、风扇模块均具有热插拔功能。

这些设计使得设备或网络出现严重异常时，系统能够快速地恢复和作出反应，从而提高系统的平均无故障运行时间，尽可能地降低不可靠因素对正常业务的影响。

设备冗余备份是指通过双机虚拟化或虚拟路由器冗余协议等方式实现网络设备的冗余备份。

一旦出现设备不可用的情况，可提供动态的故障转移机制，允许网络系统继续正常工作。

传输告警抑制是指对告警进行过滤和抑制，避免网络频繁振荡，因为当接口启动快速检测功能后，告警信息上报速度加快，会引起接口的物理层状态频繁在Up和Down之间切换。

快速链路故障检测是一套全网统一的检测机制，用于快速检测、监控网络中链路或者IP路由的转发连通状况。

●网络安全性设计

网络安全性方面是保护网络系统中的软件、硬件及数据信息资源，使之免受偶然或恶意的破坏、篡改和泄露，保证网络系统的正常运行、网络服务的不中断。

网络安全性设计主要有结构安全、访问控制、安全审计、边界完整性检查、入侵防范和网络设备防护这几方面的内容。

●网络管理规划

网络管理主要是从网络监控管理、应急操作管理和日常维护管理三个方面对网络管理规划进行简要说明：

1、网络监控管理

网络系统监控主要是通过网管系统统一进行信息采集和事件呈现，配合网络系统进行实施。

2、应急操作管理

应急操作管理主要是通过固定的操作流程，通过对故障设备进行主备切换、脱网隔离和旁路等方式快速恢复网络系统的连通性。

3、日常维护管理

日常维护管理主要包括故障诊断、配置和设备操作等内容，指导网络运维人员的日常维护管理工作。

●网络安全建议

网络安全是为了保护整个系统的硬件、软件、信息的安全，网络安全不仅仅与网络设备相关，还涉及到主机、操作系统、以及日常管理维护，只有将每个细节都落实到位，才能保障系统安全稳定地运行，保障系统的信息不被不法分子所窃取。

本建议是一个框架性建议，具体是的实施手段，由具体的项目实施方案来制定，由安装调试人员、维护人员共同落实完成。

1、网络：

a）网络对外接口增加防火墙，进行安全防护；独立的封闭式网络则可不加防火墙。

b）防火墙针对需要与外部交互的应用，开放对应的地址、端口、协议，其余均禁止。

即以白名单的策略实施，而不是以屏蔽一些常用攻击端口协议的黑名单方式实施。

c）三层交换机可配置ACL防护。

所有对外接口加ACL防护，内部网络可在中心平台的出口处添加。

可以采用屏蔽一些常用攻击端口协议的黑名单方式制作ACL。

d）关键网络设备采用冗余架构，设备有冗余、链路有冗余

2、主机：

a）主机加固操作，补丁打到最新；

b）配置备用服务器，应急使用；

c）服务器不需要对公网暴露的端口，修改成127.0.0.1，不要写成0.0.0.0。

d）不需要对外开放的端口，需要屏蔽。

e）不能有弱口令。

3、系统：

a）应用部署后，使用公司安全部门的软件进行安全扫描；

b）平台应用备份，定期备份或者制定制度，当修改配置后一定要做备份。

c）数据库，定时备份。

做好备份恢复的演练。

4、用户日常管理：

a）做好日常备份；

b）系统补丁及时更新；

c）账号、密码的严格管理；

d）其他的日常检查工作：

安全日志（防火墙、路由器）、主机性能（CPU/内存/硬盘占用率）、网络流量异常等。

注：

此表根据项目实际情况进行统计填写。

1.6.监控中心设计

监控中心建设内容具体包括视频存储部分、视频解码拼控部分、大屏显示部分、平台管理软件、设备机柜、服务器等。

●系统结构设计

监控中心系统架构图如下所示：

图10.监控中心系统架构图

监控中心是整个视频监控系统的核心，实现视频图像资源的汇聚，并对视频图像资源进行统一管理和调度。

其中，存储设备实现视频图像资源的存储及调用；视频综合平台完成视频解码上墙和图像的拼接控制，服务器支撑综合管理平台，并通过网络键盘进行视频切换和控制，通过高清大屏对高清视频进行精彩展现。

●存储部分

CVR存储设计

网络高清视频监控系统的存储设计采用CVR视频监控专用存储设备，通过集中式的存储方式部署在中心机房，用于存储管理所有前端监控摄像头的实时监控视频。

采用集中式存储方案，物理介质集中布放，更方便管理，数据更可靠、更安全，更容易实现数据的大规模共享和应用。

CVR采用了先进的视频流直存技术，可以提高系统性能和可靠性，同时降低使用成本，并具备高性能、高可靠、高密度、大容量、易扩展的特点。

此外，CVR设备内嵌了流媒体模块，是集编码设备管理、录像管理、存储和转发功能为一体的视频专用存储设备，支持编码器数据流直接写入存储，或通过流媒体转发写入存储，平台和客户端可以直接从存储中点播、下载，节省大量存储服务器。

在计算存储空间时需先计算出所有路数存储一定的时间所需的存储总空间，用总路数乘以每路码流大小，再乘以总的存储时间即可算出总的存储空间，在计算过程中保持单位的一致性。

存储空间计算公式：

单路实时视频的存储容量（GB）＝【视频码流大小（Mb）×60秒×60分×24小时×存储天数/8】/1024

下表为分别按照1路每天存储24小时、采用H.264算法进行编码，按照D1、720P、1080P的分辨率存储不同天数所需的存储空间表，如下表。

（H.265编码设备的码率为H.264设备的1/2，故存储空间也仅需1/2）

表2存储空间需求表

序号分辨率码流大小1天存储空间（TB）7天存储空间（TB）15天存储空间（TB）30天存储空间（TB）

1D11.5Mbps0.01540.10810.23170.4635

2720P2Mbps0.02060.14420.30900.6180

31080P4Mbps0.04120.28840.61801.2360

●CVR存储优势

1、低成本

省硬件

CVR流媒体直存模式，支持前端视频流和图片直接写入，可节省大量存储服务器或图片服务器成本，项目越大，优势越明显；CVR存储可内嵌流媒体转发模块，可节省流媒体转发服务器成本。

省空间

在对录像质量要求不高的环境下，可通过子码流录像和抽帧存储的方式进行录像，存储容量空间最高可节省70%。

高密度机箱设计

提供高密度存储设备，以更少的结构空间提供更大的存储容量，可节省机房空间等其他资源，降低系统建设成本。

绿色节能

支持磁盘休眠，CVR设备无业务访问时磁盘可休眠，大大节省电能消耗成本。

监控级硬盘RAID

CVR存储支持低成本的监控级硬盘组建RAID，既保留了RAID数据保护的特性，又降低了系统建设成本。

2、高性能

支持高达768路2M码流并发写入。

视频流无需打包成文件，可即时回放查看、快速定位，检索效率高。

采用专用数据管理结构，无文件系统，规避长期循环覆盖写产生的文件碎片而引起的系统性能下降的问题。

提供高性能并发点播下载能力，满足智能后分析高速提取、突发事件高并发点播和下载的应用需求。

3、高可靠

N+0设备集群

系统运行时间较长时，难免会出现设备级故障。

N+0设备集群功能保证任意一台或多台工作机故障时，其他工作机可自动接管故障设备的业务，确保系统业务不中断，提升系统可靠性。

当发现故障设备恢复正常时，则停止所有的接管工作，并将接管期间的录像数据回迁到已恢复的工作中。

●解码拼控部分

解码拼控部分采用系统级的以解码、控制、拼控等功能集于一体的视频综合平台，该设备集所有控制解码设备于一体，参考ATCA（AdvancedTelecommunicationsComputingArchitecture高级电信计算架构）标准设计，支持模拟及数字视频的矩阵切换、视频图像行为分析、视音频编解码、集中存储管理、网络实时预览、视频拼接上墙等功能，是一款集图像处理、网络功能、日志管理、用户和权限管理、设备维护于一体的电信级视频综合处理交换平台，解码拼控子系统采用视频综合各平台，性能强大，集成度高。

●视频综合平台设计

视频综合平台采用一体化设计，可插入各类输出接口类型的增强型解码板，进行上墙显示，并可进行拼接、开窗、漫游等各类功能。

也可插入各类信号输入板，可将电脑信号输入并切换上墙；除此之外，还也可接入模拟、数字（HD-SDI）或光信号的信源接入。

视频综合平台可将平台软件模块以X86板插入的形式全部部署在视频综合平台内，无需购置各类服务器，平台各模块借助综合平台高性能的双交换总线技术，高效平稳的运行，无需考虑原先网络压力问题。

●视频综合平台功能

视频综合平台支持网络编码视频输入、VGA信号输入，支持DVI/HDMI/VGA接口输出，可进行实时视频、历史录像回放视频解码上墙和报警联动上墙，并支持动态解码上墙云台控制功能。

视频综合平台支持画面风割、开窗漫游等拼控功能，还集成了视频输入、输出，视频编码、解码，大屏拼接控制、视频开窗、漫游等其他功能。

●主要功能效果展示

1、单屏显示

组合大屏的每个单元单独显示一路视频画面，每个单元的视频信号可以任意切换。

2、整屏显示

整个大屏显示一路完整的视频图像，显示的图像可以是复合视频（PAL或NTSC）、VGA、S-Video、Ypbpr/YCbCr、DVI。

3、任意分割组合显示

以一个屏为单元可任意1、4、9、16路画面分割显示；可以任意几个大屏组合显示一路画面。

4、图像叠加漫游

可以将任意一个或者多个信号叠加到其他信号之上显示，并且可以随意移动，进行漫游。

5、图像半透明混合处理

可将任意一个信号叠加到其他信号（地图）之上，图像透明度可调，即可以看到实图像又不覆盖其他信号。

6、图像拉伸

可将一个信号在整个屏幕墙上随意缩放。

7、LOGO/OSD显示

在不占用视频输入的情况下，可通过网络在任意单元上以任意大小显示任意多幅静止图像，也可以是LOGO信息或地图。

可在任意单元任意位置显示适量字库文本信息，文字透明度可调。

8、网络抓屏

可通过网络将远端电脑的操作界面投射到电视墙上（例如将客户端操作投像到大屏显示）。

●视频综合平台优势

1、高性能解码拼控

视频综合平台在规划时采用高性能DSP芯片，具备强大的解码能力，单板8个输出接口，具备128路D1或32路1080P的解码资源，只要使用一张板卡就可实现8个屏幕的4画面显示1080P的要求，并可满足16分割显示D1的资源要求，在这点上是同类任何产品单独使用或组合都无法实现的，同时能很好的解决多解码器多分割时出现的问题。

具体优势如下：

解码、拼接一体化

单块板卡支持32路1080P高清前端解码上墙，并可实现8块大屏的拼接，同时支持32个1080P全高清窗口的漫游漂移等功能。

解码板的解码拼接一体化设计也避免了传统解码加拼控结构中解码器输出到拼控器输入的瓶颈。

节约成本

解码拼控能力强，并根据实际需要配置板卡即可，无需采购多台解码、拼控设备监控中心部署接入交换机。

主码流解码

无需切换到子码流方式进行解码，图像切换时间短，基本无黑屏现象。

多种花式视频显示

如开窗、漫游、组合等任意形式的显示模式。

2、全高清电脑信号实时上墙

视频综合平台全新VGA输入板采用最先进芯片，支持1080P、1600×1200、1920×120