网络高清视频监控系统标准化解决实施方案.docx
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网络高清视频监控系统标准化解决实施方案
网络高清视频监控系统标准化解决方案
杭州海康威视系统技术有限公司
第一章概述
一.1设计背景
从模拟到网络，从标清到高清，随着安防监控技术的不断发展，用户对监控系统的要求越来越高。
为了解决监控系统的视频图像分辨率低、存储可靠性差、视频上墙显示复杂及系统管理性能差等方面的问题，海康威视从系统的先进性、可靠性、实用性、经济性、扩展性等方面出发，推出了一套集前端采集、后端存储、上墙显示及应用管理于一体的网络高清视频监控系统标准化解决方案。
一.2需求分析
经过近几年的努力，以视频监控为核心的安防体系建设取得了显著的成绩，在提高防控管理方面发挥了积极作用。
但同时我们也应该清晰地认识到前期视频监控产品普遍存在一些不足，制约了视频资源的共享和应用业务的整合，限制了防控体系技术的发展，主要表现在以下几个方面：
系统结构复杂：
系统管理、解码、拼控、上墙等功能实现非常复杂，涉及多个设备，占用较多空间，不便于部署和维护。
系统运行维护：
系统设备数量和种类繁多，不利于快速部署，增加了故障几率；缺乏对前端设备故障的自动侦测与预警，无法及时掌握前端摄像机损坏情况。
系统组网性能：
模拟监控系统的组网和应用受地域限制的影响较大，管理性和资源共享性较差；另外系统的扩展性和灵活性较差，不利于远距离传输。
系统智能化：
传统视频监控系统难以对事件提前防控和及时响应，事后对海量存储信息的检索采用纯人工方式，效率低下。
视频成像质量：
由于缺乏系统性考虑，现有的视频监控系统在采集、传输、存储及显示中的某些环节容易出现高清化瓶颈，导致最终显示质量不高，只能解决“看得见”，无法实现“看得清”，降低了视频资源的使用价值。
视频码流：
视频码流高，占用较大网络带宽和存储空间，预览时容易出现卡、顿等现象，存储成本较高。
针对当前监控系统存在的问题，归纳出以下需求：
1）系统需要有中心平台进行统一管理，涵盖全方位的系统管理功能；
2）实现高清视频解码、拼接控制、大屏显示、平台管理等功能的一体化，监控中心设备组网结构清晰简单，便于维护；
3）系统需全IP网络化，从而实现灵活组网，便捷管理；
4）系统具备智能化属性，能对事件作出及时响应，事后检索效率高。
5）系统应满足高清视频的采集、传输、存储及显示，实现端到端的高清；
6）降低视频码率，提高视频预览的效果，降低存储成本。
一.3设计原则
本系统以先进性、可靠性、实用性、经济性、扩展性为基本原则，具体如下：
先进性：
采用成熟、主流的设备构建系统，系统建设充分利用当前最新的视音频、数据、网络等技术，充分兼顾需求和技术的不断变化，建设业内领先的高清视频监控系统。
可靠性：
系统硬件采用电信级专业设备，对关键设备采取冗余备份措施，软件采用模块化、分层隔离的设计思想，确保整个系统长期稳定运行。
实用性：
系统的设计突出应用，以现实需求为导向，以有效应用为核心，以技术建设与工作机制的同步协调为保障，确保系统能有效服务于用户的工作需要。
经济性：
系统整体配置性能高，价格合理，建设成本和投入较低，同时方案考虑原有监控系统的利旧。
扩展性：
系统采用业界主流的硬件设备，提供标准协议，具有良好的兼容性和通用的软硬件接口，可以全面兼容主流厂商的设备，并能为其他系统提供接口。
一.4设计依据
1）《以太网100BASE-T/1000BASE-T标准》IEEE802.3
2）《GB/T13993.2-2002通信光缆系统》
3）《安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》（GB/T28181-2011）
4）《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004）
5）《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）
6）《安全防范系统验收规则》（GA308/2001）
7）《安全防范系统通用图形符号》（GA/T75-2000）
8）《视频安防监控系统技术要求》（GA/T367-2001）
9）《工业电视系统工程设计规范》（GB50115-2009）
第二章系统设计
二.1总体结构设计
网络高清方案由前端子系统和监控中心两大部分组成，其中前端子系统在各个点位部署高清网络摄像机及相应配套设备，监控中心主要部署存储设备、显示大屏、视频综合管理一体机、核心交换机、客户端PC等设备。
此外，传输网络为前端子系统与监控中心的信息传输提供通道，主要包括光纤收发器、EPON设备和接入交换机等。
监控中心网络高清方案物理拓扑如下图所示：
图1.网络高清方案物理拓扑图
二.2前端子系统设计
前端子系统可根据不同场景的不同需求，灵活选择具备一定功能的IPC，以实现最优的视频监控效果。
海康威视IPC系列产品可实现超低照度、强光抑制、高清透雾、防红外过曝、3D数字降噪、超宽动态等功能，能在各种特定场景及环境下采集清晰的图像。
此外，海康威视SMARTIPC系列产品在传统IPC产品基础上，具备智能编码、智能侦测、智能控制功能，通过先进的编码技术、图像感知与处理技术等在保障甚至提高监控图像质量的前提下，大幅度降低视频码流，使得在有限的网络带宽条件下传输高质量视频图像数据，并且通过丰富实用的智能功通满足不同的监控要求，提升视频监控系统的智能化水平。
不同场景下IPC推荐选型：
1）室内场景
Ø楼梯/走廊/电梯/出入口等室内通道：
推荐采用高清红外半球或筒机。
Ø地下停车库/篮球场/办公区域/仓库等室内大型区域：
推荐采用高清红外球机/半球或筒机。
Ø会议室/独立办公室/资料室等室内小型区域：
推荐采用高清红外半球。
2）室外场景
Ø广场/码头/机场等室外大场景：
推荐采用高清红外球机或高清全景鱼眼摄像机。
Ø路面监控：
推荐采用超低照度或红外高清枪机或球机。
Ø楼顶/塔顶/山顶等制高点监控：
推荐采用具有透雾功能的一体化云台或红外高清球机。
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采集，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
在视频监控中，为了使夜间得到清晰的监控图像，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，疝气灯等。
二.3传输网络设计
传输网络主要作用是接入各类监控资源，为中心管理平台的各项应用提供基础保障，更好地服务客户。
传输网络结构如下图所示：
图2.传输网络结构示意图
1）网线直接接入：
当前端IPC距离交换机小于100m时，可采用以太网线直接将前端IPC接入交换机。
2）光纤接入：
当前端IPC距离交换机大于100m时，可采用一对光纤收发器实现点对点接入或者采用EPON实现点对多点接入。
考虑到网络传输过程及其他应用的开销，链路的可用带宽理论上为链路带宽的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）核心交换机到接入交换机的网络采用光纤传输，带宽建议达到千兆；
2）OLT到交核心换机之间的带宽需达到千兆；
3）一对光纤收发器之间，光纤收发器到接入交换机之间的带宽建议达到百兆。
二.4监控中心设计
监控中心是整个视频监控系统的核心，部署存储设备、显示大屏、视频综合管理一体机、核心交换机、客户端等设备，可以实现视频存储、解码拼控、大屏显示、平台管理等功能。
二.4.1存储设备
存储设备主要用于视频数据的存储，本方案视频存储子系统结构设计及视频流向如下图所示：
图3.视频存储子系统结构图
存储子系统采取的存储策略为：
在监控中心部署存储设备进行集中存储，实时存储前端采集的信息，存储周期为30天。
综合考虑系统建设需求及成本，本方案存储设备推荐采用CVR或者支持128/256路的大路数NVR设备。
本系统存储设备集录像管理、存储和转发功能于一体，并支持N+1整机热备、ANR断网补录、RAID扇区冗余等功能，整体建设成本低、系统可靠性高、数据可靠性高。
此外，存储设备集成了流媒体转发功能，支持从前端IPC直接取流录像，平台和客户端可以直接从存储设备中取流实现预览和回看，在中小型项目中客户并发数不大时无需单独配置存储服务器和流媒体服务器，降低了系统建设成本，也节省了前端子系统与监控中心之间的主干带宽需求。
本系统前端均采用高清网络摄像机，支持H.264HighProfile编码，采用ROI等高性能的视频压缩技术，压缩比更高，且处理非常灵活，在低码流下可以保持较高的图像质量，并极大节省视频存储空间，相同画质下的存储空间可节省一半以上。
1080p清晰度的视频码流可以降到3~4M；720p清晰度的视频码流可以降到1~2M。
1路720P、1080P分辨率摄像机每天存储24小时，存储不同天数所需的存储空间计算如下表所示：
表1摄像机存储空间计算表格
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）
1
720P
2Mbps
0.0206
0.1442
0.3090
0.6180
2
1080P
4Mbps
0.0412
0.2884
0.6180
1.2360
二.4.2显示大屏
监控中心可采用46或55英寸LCD拼接屏组成M（行）×N（列）的拼接大屏作为显示幕墙，不仅可以显示前端设备采集的画面、GIS系统图形、报警信息，其他应用软件界面等，还能接入本地的VGA信号、DVD信号以及有线电视信号，满足用户各种信号类型的接入需求。
图4.大屏显示结构示意图
显示大屏支持BNC、VGA、DVI、HDMI等多种接口，通过控制软件对需要上墙显示的信号进行显示，通过视频综合管理一体机可实现信号的实时预览、视频拼接显示、任意分割、开窗漫游、图像叠加、图像拉伸缩放等一系列功能。
1）单屏实时预览
通过先进的硬件技术和海康威视自主图像处理算法，使画面有更好的色彩表现力。
同时，严格控制不同屏的机芯部件性能，确保不同屏幕亮度、色彩的一致性，使得输入视频信号可以真实、高质量的显示。
图5.单屏实时预览
2）视频拼接显示
将系统中多个或者全部屏幕作为一个整体进行画面显示。
图6.视频拼接显示
3）画面分割显示
在大屏系统中选择任意选择一个屏幕单元进行4、9、16分割窗口，分别显示视频图像。
图7.画面分割显示
4）开窗漫游叠加显示
在系统中任意选择一个区域作为一个新的窗口，显示视频图像，可以任意拖动变换该窗口位置，并可以拉伸该窗口缩放图像大小。
图8.开窗漫游叠加显示
二.4.3解码拼控管理
本系统采用海康威视视频综合管理一体机实现解码拼控及平台管理功能，视频综合管理一体机为软硬件一体化设计，在硬件层面上包含解码、大屏拼接控制功能，在软件层面上可实现一步到位的全方位系统管理功能，具体包括设备接入管理、报警处理、存储管理、流媒体转发、电视墙管理、用户接入、用户管理等功能模块。
Ø视频综合管理一体机硬件组成
视频综合管理一体机采用标准机架式设计和运营级ATCA（AdvancedTelecommunicationsComputingArchitecture高级电信计算架构）机箱系统，主机箱采用智能风扇自动调温，确保系统稳定可靠，总线背板采用双高速无阻塞设计，可满足大容量视频数据高速交换的需求。
另外，视频综合管理一体机内置千兆交换机，具备多个10M/100M/1000M自适应以太网口，用于网络视频的实时预览、解码上墙及网络集中存储等。
视频综合管理一体机配有4U和7U两种尺寸机型。
4U尺寸机型只需配置两种板卡：
增强型解码板、系统管理板，即可实现前端接入管理、解码拼控、存储管理、流媒体转发、平台软件管理等功能；7U尺寸机型不仅部署了增强型解码板和系统管理板，还另外部署了VGA输入板，可以实现高清电脑信号实时上墙显示。
其中系统管理板为X86刀片式服务器板卡，在出厂时预装平台管理软件。
图9.视频综合管理一体机设备外形（4U、7U）
Ø视频综合管理一体机软件架构
软件架构如下图所示：
图10.视频综合管理一体机软件架构示意图
基础平台：
对操作系统、数据库、安全加密、多媒体协议的封装，屏蔽差异，实现上层应用的平台无关性，提高运行效率和系统兼容性。
平台服务：
在平台服务层提供认证管理服务、流媒体转发服务、存储服务、报警管理等通用服务，可以兼容多厂商、多种类、多协议的各种异构硬件；提供第三方系统接入服务。
业务逻辑模块：
通过常用业务的归纳、封装，提供了视频、智能、报警、门禁等监控安防业务接口，方便应用层调用。
应用子系统：
通过WebService接口使用平台提供的各种服务，将具体的业务展现给最终的用户。
目前，管理平台支持C/S客户端、B/S客户端以及手机客户端，最大化满足用户的体验。
Ø视频综合管理一体机主要功能
解码拼控显示：
单台最高支持256路D1/128路720P/64路1080P码流的解码；支持拼接、开窗、漫游、场景等功能，最多可以开255个窗口，单屏可支持16个D1或8个1080P窗口，并支持半透明功能，拼接后开窗性能无限制。
电脑信号上墙：
显示主机可通过接入视频综合管理一体机VGA输入板实现上墙显示，VGA输入板支持1080P、1600*1200、1920*1200等多种全高清分辨率输入，上墙时采用非压缩方式，在保证视频上墙显示质量的同时，满足客户实时性的要求，完美解决客户的高清电脑视频上墙需求。
中心管理服务：
实现前后端设备管理、各单元的信令转发控制处理、接收和处理报警信息、业务支撑信息管理等，同时提供用户的认证、授权业务以及提供网络设备管理的应用支持，包括配置管理、安全管理、故障管理、性能管理等。
流媒体转发服务：
能接收并缓存媒体流，进行媒体流分发，将一路音视频流复制成多路，实现客户端对音视频流的请求、接收、分发。
单台视频综合管理一体机支持200路D1流媒体转发（进出共200路）。
存储服务：
集中配置录像计划，并按计划执行录像任务。
支持集中存储管理模式和分布式存储方式；支持海量音视频数据存储、快速检索；支持灵活的备份策略；支持数据自动修复技术（数据补录），支持报警集中存储和重要事件集中备份管理。
Ø面向行业应用的视频综合管理一体机
海康威视从满足行业客户个性需求的角度出发，开发了多个面向特定行业的平台管理软件。
在保持视频综合管理一体机基本软硬件架构的基础上，通过配置不同数量的板卡，出厂时在系统管理板上预装相应的行业平台管理软件，就可以打造成面向特定行业的视频综合管理一体机。
目前海康威视推出的行业应用视频综合管理一体机包括：
序号
面向行业
型号
1
智能楼宇
iVMS-8700K
2
文教卫
iVMS-7000W
3
金融
iVMS-8100B
……
……
……
第三章系统功能介绍
本系统总体结构简单清晰，依托于海康威视系列产品的强大功能，完全可以满足中小型视频监控项目的管理及业务功能需求。
三.1系统管理功能
本系统可实现的管理功能主要包括：
1）设备资源管理
组织机构的管理，包括组织机构的添加，删除，修改，为本组织的通道分组，根据本组织的所有通道的不同监控职能，进行分组管理。
为保证所添加的服务器已经正确安装，可以在海康威视看门狗程序中查看服务器的运行状态，以确保设备的正常运行。
图11.设备资源管理界面图
2）用户权限管理
Ø用户管理
管理系统所有用户的添加删除，权限分配等操作，具体分为用户、部门、角色管理。
可详细登记用户信息：
用户名、所属机构、用户级别、联系电话、手机、mail等。
Ø权限管理
用户权限配置分为三部分：
用户、部门、角色，不同用户可以设置所属部门和隶属角色，相关操作时根据优先级提供优先级高的用户优先使用权利，用户权限可以进行授权、转移和取消；
3）报警接收与联动管理
报警管理分为设备掉线报警、服务器异常报警、监控点报警、报警器报警。
监控点报警为监控点的视频类报警，包括移动侦测，视频丢失，遮挡报警等。
4）录像配置与管理
录像管理，用来管理录像的存储，包括对前端设备的录像计划配置，集中存储的录像计划配置。
5）网络管理
网管模块对系统内的网络运行状况，设备运行状况、服务器运行状况进行监视和管理，并能以各种图表的形式进行实时显示。
主要提供资源清单管理、远程维护管理、性能管理、故障管理、日志管理。
对各种维护数据可以进行查询、统计，并生成相关报表。
图12.网络管理界面图
6）地图管理
可以配置电子地图，用于快速定位到监控点的具体物理地置。
当监控点有报警发生时，电子地图会出现报警图标。
支持添加、修改、删除地图，地图与组织机构关联，允许地图分层、分级管理，一张电子地图下可嵌套多张子地图。
支持地图元素的添加、修改、删除，包括监控点、报警输出、报警输入点、地图链接、标记。
图13.地图管理界面图
7）设备校时
管理平台支持设备校时功能，提高视频录像时间记录的正确性。
支持自动校时与手动校时功能，可固定设置好每天的设备校时时间，系统按照事先设置自动执行校时功能，或采用手动校时方式执行。
8）授权管理
管理平台采用license写入加密狗的授权方式，在安装完平台后，只需插入加密狗即可完成授权；后继用户若需要平台扩容，再导入扩容license即可。
9）入侵报警系统接入
管理平台通过海康报警模块可以实现接收BOSCH、HONEYWELL等报警系统的报警，实现报警执行客户端联动、联动录像、联动球机跳转到指定预置点、联动发邮件、联动发短信等功能；也可以实现通过报警模块对报警主机布撤防与防区旁路等功能。
实现监控人员第一时间检测到报警信息，并做相关处理，对于案件发现与处理的及时性有了提升。
10）数据库备份与恢复
管理平台支持数据库的备份和恢复。
备份平台数据后，备份文件保存在安装平台的C盘中，也可通过修改平台的配置文件，自定义备份文件的保存路径；当系统损坏导致数据丢失时，可方便快捷地完成数据的恢复。
三.2系统业务功能
本系统可实现的业务功能主要包括：
1）图像实时预览
通过C/S客户端和WEB浏览器，可以单画面或多画面显示实时视频图像；支持不同画面的显示方式：
1、4、6、9、16画面等方式；能够实现对前端云台镜头的全功能远程控制；具备图像自动轮巡功能，可以用事先设定的触发序列和时间间隔对监控图像进行轮流显示等。
图14.实时图像预览界面图
2）录像下载与回放
支持录像的批量下载；支持多种备份方式，选择本地备份则保存在本地文件，选择刻盘备份则保存在刻录的光盘里，选择ftp上传备份则会上传到指定ftp服务器的指定目录里；备份速度与同时开启备份通道数可以根据用户不同的需求自主配置；支持动态加载刻录机。
支持单画面、4画面、单进、单退、快进（1/2/4/8倍数）、剪辑、抓帧、下载等；在回放的过程中可以图像的电子放大功能，支持常规回放、分段回放、事件回放、即时回放等多种回放方式，支持录像回放电子放大，可以对指定区域的图像画面进行放大，放大到整个窗口，支持单通道剪辑和多通道一键剪辑，并将剪辑文件保存在本地。
图15.录像下载界面图
3）解码拼控显示
支持网络取流方式的解码输出，支持解码200万/130万/标清的网络视频，支持DVI/HDMI/VGA高清接口输出，支持1/4/9/16画面分割显示。
支持大屏拼接，最大支持16块屏拼接成一整副大画面，支持视频缩放、开窗、漫游功能，支持窗口透明度设置。
通过大屏客户端将指定的视频通道投放到指定监视器/大屏，可以实现图像上墙、回放上墙、报警联动上墙、常规轮巡、计划轮巡、预案轮巡等功能。
此外，电脑高清显示信号可以通过视频综合管理一体机的VGA接口实现实时上墙显示。
图16.拼控上墙界面图
4）视频质量诊断
系统可提供视频质量诊断功能，通过对前端设备传回的码流进行图像质量评估，对视频图像中存在的质量问题进行智能分析、判断和预警。
能在短时间内对大量的前端设备进行检测，检测内容包括多种视频故障，如清晰度异常，亮度异常、偏色、噪声干扰、画面冻结以及信号丢失等；同时支持模拟和数字视频接入，对于第三方私有码流，需要提供其SDK。
5）语音对讲
语音对讲功能包括用户与用户的语音对讲功能，用户与设备的对讲广播功能，可实现监控中心之间的语音对讲，实现监控中心和前端单一设备或多台设备进行语音对讲或语音广播。
6）报警接收
接收到报警后可以自动联动预先定义的关联监控点视频在客户端与大屏上显示；可同时收到多个报警信息时，能够按照警情级别优先显示，同级别报警排队显示，值班人员可以输入处警信息、警情确认人信息并保存；所有报警信息自动保存到数据库，可以统计、查询和打印，可以通过报警事件来检索录像资料。
7）Logo自定义
管理平台支持用户自定义公司名称和Logo图标。
用户只需上传符合规格的图片，即可完成登录页面、首页和下标的图片更换。
操作方便快捷，更方便了用户无需定制软件即可实现Logo自定义，节省了软件成本。
8）日志查询
日志查询功能包括配置日志、操作日志、报警日志、设备日志以及工作记录查询等，可以对各业务在统一界面进行查询统计。
第四章系统优势分析
该方案对高清网络摄像机、存储设备、视频综合管理一体机和显示大屏等进行有机组合，实现整个系统的高清智能、可靠易用、兼容性强、高度集成等优势，具体表现如下：
1）高清智能
系统从视频的采集、编解码、传输、浏览、录像回放实现端到端的高清，具体优势为：
高清IPC配合超低照度、实时透雾、3D数字降噪、SmartIR、宽动态等多种视频图像处理技术保障高清体验；存储设备为高清视频提供存储与转发服务，确保存储与转发环节达到高清效果；视频综合管理一体机支持多种高清视频信号的输入与输出，并能够在一体机内部实现高清视频的转换与交换；拼接大屏支持1080P及以上更高物理分辨率，可把前端大视场、远距离的监控画面进行拼接显示，体验更好的高清显示效果。
系统具备众多智能化优势，变被动式监控为主动型防范，大幅提高视频资源使用效率。
Ø系统采用智能侦测技术，对越界入侵、区域入侵行为自动检测、分别布防，联动报警；能精准识别画面中人脸的数量、位置，并可实现人脸的智能侦测；还可检测出无音源输入、突发尖叫事件等，提高了系统的智能化水平；
Ø系统支持基于智能侦测事件的快速检录，录像回放中，有智能侦测等事件发生的录像以正常速度播放，无事件发生的录像自动以16X倍速播放，有效提升事后视频信息调查取证工作效率；支持IP通道配置信息的导入、导出、升级等功能；
Ø系统可配置视频质量诊断功能模块，利用该智能化视频故障分析与预警工具可有效预防因视频采集设备、视频传输等环节导致的图像质量问题及其所带来的损失，并及时发现破坏监控系统的不法行为。
该模块主要对视频图像出现的雪花、滚
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