网络方案高清百万像素.docx

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网络方案高清百万像素

第一章概述

1.1项目概况

本项目为XXXXXXXX视频监控系统，旨在实现对XXXXXX区域的全天候视频监控。

为达到较好效果，以及为以后系统扩展提供可能，本项目将设计为全数字视频监控系统。

1.2设计原则

根据客户要求及行业通用经验，在本方案设计时，将秉承以下设计原则：

1.实用性

依照用户要求，坚持实用性为主的原则，本系统将完全满足本项目各项安防需求，同时考虑未来发展需求，避免追求系统的超前性，以减少不必要的投资。

2.可靠性、安全性

参照大量已建成的安防监控系统，借鉴其中的精华部分，为系统高可靠性的总体设计提供现实依据，选用的设备自身将具备高可靠性、高安全性，高达数万小时的平均无故障时间，并为关键设备、关键部件设计冗余备份。

同时，选用安全机制健全、安全级别高的平台辅佐系统搭建。

3.先进性

本系统设计遵循系统工程的设计准则，通过科学合理地设计，既防止片面追求某一高指标，又充分体现系统的先进性，最大程度地采用成熟、可继承、具备广阔发展前景的先进技术，使系统能在未来数年内不落后，并通过软件升级即可实现更多新功能，充分保护用户的投资。

4.开放性

本系统设计将采用标准化设计，严格遵循相关技术的国际、国内和行业标准，确保系统之间的透明性和互通互联，并充分考虑与其它监控系统的连接。

在设计和设备选型时，将科学预测未来扩容需求，进行余量设计。

5.易管理性、易维护性

本系统将采用全中文、图形化软件平台实现整个监控系统管理与维护。

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总体目标

基于招标文件技术要求和设计原则，“视频监控子系统”设计提出以下总体目标：

1.图像监控（后端主要为电视墙）

2.全网内设备的远程状态监控及集中管理功能

3.授权与安全认证

4.海量资料存储及检索

5.全网内报警信息管理

1.4设计依据

⏹《智能建筑设计标准》GB/T50314-2000

⏹《智能建筑工程质量验收规范》GB50339-2003

⏹《建筑智能化系统工程实施及验收规范》DB32/366-99

⏹《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92

⏹《中国人民共和国公共安全行业标准》GA/T70-94

⏹《中国人民共和国公共安全行业标准》GA/T75-94

⏹《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB50198-94

⏹《安全防范系统验收细则》GA308-2001

⏹《安全防范系统通用图形符号》GA/T74-2000

⏹《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94

⏹《安全防范工程技术规范》GB50348-2004

⏹《电子计算机机房设计规范》GB50174-93

⏹《电子计算机场地通用规范》GB/T2887-2000

⏹《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92

⏹《工业电视系统工程设计规范》GBJ115-87

⏹《电视监控工程程序与要求》GA/T75-94

⏹《电视监控工程费用概预算编制办法》GA/T70-94

⏹《防盗报警控制器通用技术条件》GB12663-90

⏹《民用闭路电视监控系统工程技术规范》GB50198-94

⏹《中华人民共和国公安部行业标准》GA27-92

第二章系统总体设计

2.1产品总体需求

本系统设计方案的技术要点、功能和产品选型均满足《XX建设项目技术规范书》，并依照系统建设的相关标准进行设计。

硬件部分

本系统采用监控中心总控模式进行视频系统的集中管理，并将各设备并入局域网，使各办公室在得到授权的情况下可实现分控。

本系统由前端摄像机、解码器、流媒体服务器、客户端组成。

⏹摄像机

针对监控场所的不同，选择选择网络枪式摄像机和网络智能球机。

⏹流媒体服务器

为了减小网络访问对解码器的压力，解除解码器网口的访问限制，于监控中心部署1台流媒体服务器。

⏹解码器

以硬解码方式将从前端获取的视频码流解码输出至电视墙。

于监控中心部署1台解码器。

⏹客户端

用于对监控系统的日常操作端，完成预览、控制、回放、接警、处警等操作。

于监控中心部署1台客户端。

软件部分

软件对应于硬件能完成的相关监控操作功能。

包含实时预览、远程控制、录像存储、录像回放、设备管理、用户管理等等。

⏹设备管理模块负责对IP前端进行统一配置、管理；

⏹预览回放模块负责实时视频监控（含云镜控制）与录像文件检索回放；

⏹录像管理模块负责对IP前端录像计划进行统一部署，启停录像；

⏹用户管理模块负责对登陆系统的用户权限进行分配。

与其它系统融合（扩展功能，可选）

该系统支持开关量报警信号接入IP前端，完成相关联动功能。

该系统支持语音对讲功能。

若用户还希望将门禁巡更等子系统与视频监控相互融合，需要进行二次开发。

海康威视根据用户需要提供相应API函数接口或SDK开发包，以方便二次开发商进行系统间互联互通的开发工作。

第三章系统详细设计

3.1网络拓扑图

3.2图像采集

作为监控系统的视频源头，摄像机对整套监控系统起着至关重要的作用。

对摄像机的基本要求是：

图像清晰真实、适应复杂环境、安装调试简便。

1.图像真实清晰——摄像机种类很多，其本源是内部核心部件“图像传感器+数字处理芯片”，针对不同的行业有完全不同的优化方案。

比如：

广播电视系统的图像处理偏艳丽，这是符合观众的视觉需求。

相对而言，视频监控系统对图像的要求是真实还原，尤其是图像的色彩应与现场一致，比如：

人的肤色、衣着颜色、车辆颜色等。

其次，图像清晰度主要取决于图像传感器线数，线数越高，图像解析力越高，能获取更多的图像细节。

此外镜头倍数也将影响用户捕获图像的景深，广角取景能获取全景概况，长焦取景能获取人脸面部特征，因此，用户对图像要求与使用场景密切相关。

当然，在特殊场景下还需要特殊功能进行匹配，比如：

超低照度、逆光等等。

2.适应复杂环境——与硬盘录像机、交换机所处环境不同，摄像机一般都置于风吹日晒的环境下，天气变化都会影响摄像机的工作。

耐高温、抗雷击、防水防尘等应达到相关指标，摄像机应该能在恶劣环境下正常工作。

室外摄像机护罩内应该有加热、除湿等装置，防水防尘级别应该达到IP66，内部电路应该具备防浪涌保护设计，抗3000V雷击。

3.安装调试简便——摄像机多安装于难以摘取的位置，因此使用过程中的再度调试是较麻烦的，增加维护成本。

比如：

摄像机安装倒像。

摄像机应该提供OSD操作菜单供用户远程调试及参数修改。

此外，建议为摄像机由UPS集中供电以保证电源洁净，防止串扰。

3.2.1网络智能高速球机

IP快球摄像机主要特性与功能如下：

⏹采用高性能SONYCCD；

⏹最高支持36倍光学变焦；

⏹采用精密机芯，反应灵敏，运转平稳，图像无抖动；

⏹内置多种协议，支持HIKVISION、PELCO-P、PELCO-D自动识别；

⏹支持点击跟踪和放大；

⏹转速根据镜头当前倍数自动调整；

⏹水平转速最高可达300度/秒，实现快速跟踪；

⏹支持超宽动态范围功能；

⏹支持水平360度自动扫描，垂直方向自动翻转，确保无监控盲区，跟踪连续性；

⏹全面支持自动光圈、自动聚焦、自动白平衡、自动彩转黑、背光补偿；

⏹支持200个预置点，支持预置画面冻结功能，支持限位功能；

⏹支持12个隐私隐私遮盖块，位置、大小可调整；

⏹支持报警联动，调用预置点、巡航、自动扫描等；

⏹搭载TI公司最新DaVinci处理芯片和H.264视频压缩算法；

⏹支持心跳保活、密码保护、移动侦测；

⏹支持业界首创的双码流技术；

⏹支持TCP/IP协议族，各种网络协议；

⏹提供10M/100M自适应网口；

⏹支持PoE网线供电（可选）；

3.2.2高清网络摄像机

⏹采用高性能TIDSP芯片

⏹采用先进的视频压缩技术，压缩比高，且处理非常灵活

⏹功能齐全：

心跳，PTZ控制，报警，语音对讲，用户管理

⏹网络功能：

支持完整的TCP/IP协议簇，支持视频、报警、语音数据，内置WEB浏览器，支持IE访问

⏹130万像素逐行扫描CCD，最大可到1280x720输出,支持1280x720、640x480两组分辨率

⏹支持SD卡

3.3数据传输

随着联网监控需求的兴起，模拟系统联网的局限性凸显出来，基于IP网的联网监控成为主流趋势。

与模拟传输系统相比，IP网络受干扰的可能性较小，因此IP网综合布线在此不再累述，请参见工程商的综合布线文档。

下文将描述网络视频监控系统对网络提出的要求，以及部分与用户息息相关的网络技术对网络视频监控的影响。

●带宽和吞吐量

对网络视频监控而言，带宽是最基本的要求，带宽表示运输数据的电路容量，通常以比特/秒来表示。

考虑IP包涉及包头包尾开销，按25%计算，单路CIF画质按512Kbps÷0.75=683Kbps预留带宽，单路D1画质按1.5Mbps÷0.75=2Mbps预留带宽，若用户采用非对称传输方式（如ADSL），带宽指上行带宽。

【例】若用户将建设500路监控系统，每路支持D1画质（2Mbps码流）。

若采用网络集中存储，将至少规划万兆核心交换机，这将会给用户带来巨大的网络投资，因此我们不建议用户采用网络集中存储。

除带宽量化要求以外，IP网采用包交换的固有缺陷是逻辑链路、带宽争用，网络下载等业务占据大量网络带宽，网络流量突然增大导致关键数据无法及时传输，交换机的交换能力不能保障正常通讯，视频监控数据包大量丢失，视频图像出现马赛克、画面停顿。

我们建议用户将监控系统与业务系统物理隔离或者逻辑隔离，交换设备应具备带宽管理等QoS策略，确保为监控系统提供可靠的网络链路和带宽。

可避免突发流量导致的监控画面失真、设备掉线、马赛克画面、响应迟缓、帧丢失等等。

但是用户似乎忽视了一个问题，在带宽保证的前提下，传输质量不一定就高，根源就是交换设备的吞吐量，指单位时间内无错误传送的数据量，单位是分组/秒（pps）。

典型模型如下：

实际测试环境下，当负载超过容量（带宽）时，吞吐量下降，TCP包重传次数加大，网络节点出现拥塞，丢包率上升，恶性循环，因此在选择交换设备时，吞吐量依旧是一个需要注意的参数。

●网络延迟和时间抖动

数据包延迟不一致，将导致图像与声音不同步。

而数据流的包丢失和包失序将导致图像与声音抖动。

当丢包率为1%时，图像可能出现“发虚”现象，声音开始出现停顿；当达到2%~3%丢包率时或200ms的时间抖动将导致视频信号无法传输。

上述问题是用户在使用过程经常受困的，造成“延迟”的因素有：

设备延迟：

编码设备的编码延迟、交换设备的交换延迟、解码设备的解码延迟。

发送延迟：

编码设备将数字数据放到传输线上的所需时间。

传播延迟：

信号在电缆或光纤中传输延迟，其传输速度约为真空中传播速度的2/3。

可以看出，仅仅标称某一部分的延迟很小并不能完全决定整体延迟，因此，我们愿意配合用户调节编码延迟、解码延迟，而用户自身应注意交换设备及交换链路的延迟。

但减小延迟在网络拥塞时将损失视频流畅性，因而建议用户根据自身具体使用要求进行多方面同步调节，以达到理想要求，迷信“优秀的网络设备无所不能”并非可选之举，实事求是的态度和为用户着想的理念更容易赢得尊重。

●网络设计及规划

一个良好的网络设计和长期规划将对持续的视频监控系统产生深远影响。

网络至下而上建设应该是具备层次化的，能清晰明了地辨别接入层设备、会聚层设备、核心层设备。

网络平面应该是折叠式的，分支与分支之间的建设是相同的，以便维护人员到任何一个点都能迅速开展配置维护工作。

网络核心层部分应该是具备冗余的，以防止断链后服务器停止响应。

出于安全考虑，网络设计是应该没有后门的，以防止恶意侵袭。

网络规模是可扩展的，新入设备只影响与其挂接的交换设备，规模扩展至2~3倍，核心设备是无需变更的。

●网传性能

海康威视是业界第一家为DVR加载网络功能的厂商，即NetDVR是DVR和DVS的复合体。

每台NetDVR提供一个10M/100M半双工/全双工自适应以太电口（RJ45），我们建议用户选用STP屏蔽双绞线连接交换设备。

随着视频监控网络化的日益广泛，我们在不断革新网络传输性能，目前更新的V2.1软件将网口吞吐量从16Mbps提升到24Mbps，并且研发工程师还在不断优化。

如同交换设备一样，从上图可知，过量突发访问将导致设备压力，我们的应对策略是：

系统资源优先保证NetDVR的本地录像，如果系统资源不足，会降低网传性能。

选择这样的策略是出于现阶段录像对监控系统重要性是首要的，而且我们相信用户能很好的接受这样的策略。

●组播技术

为了解决突发访问量与设备压力之间的矛盾，我们提供两种解决办法：

组播和流媒体传输，二者均有各自优缺点。

单播传输方式典型示意图如下所示：

网络压力集中在数据源段，提供服务的设备承受最大负荷，因此若并发请求激增（触发条件），将导致NetDVR的响应能力降低，用户直观感受是图像质量不

能满足要求。

组播技术的出现很好地解决了这个问题。

组播传输方式典型示意图如下所示：

对比单播示意图，我们清晰地看到每条传输链路上同样的数据流只传输一路。

它控制网络流量，充分减轻服务器的负荷，减少网络中的冗余流量。

从某种角度来讲，组播技术是最优的传输方式，但是深入其实质不难发现在目前的网络环境中，组播只是一个“看上去很美”的技术。

因为：

1.组播采用“尽力投递”的方式，基于UDP传输，报文丢失是不可避免的，组播应用程序不能依赖组播网络进行可靠性保证。

表现形式为视频图像出现马赛克。

2.不具备拥塞避免机制，缺少TCP窗口机制和慢启动机制。

表现形式为控制球机延迟很大。

3.类似Assert机制和SPT切换机制可能会造成数据包的重复。

表现形式为同一幅图像出现两次。

4.组播协议某时会造成报文到达的次序错乱。

表现形式为后一幅图像先呈现。

为了防止组播流全网泛滥及平均三分钟一次的剪枝过程（PIM-DM协议自身固有缺陷），大部分厂家都选择了PIM-SM组播协议。

PIM-SM工作原理示意图如下所示：

从上图不难看出客户端的请求经过RP转向数据源，而数据流也必须从数据源流经RP点再发送给客户端，因此PIM-SM中一个重要点在于“会聚点（RP）”的选举，RP点的可靠性更成为隐患，一旦RP宕机，所有访问将失效。

为了提高RP点可靠性，大部分厂家在网络中选取若干RP点，再配合AnycastRP对RP点实现备份和负载分担。

如下图所示：

但是该方式只适合单域组播，而监控系统往往是多域的，还伴随用户目前的网络设备并不完全支持组播技术。

为了解决该问题，往往需要配合隧道（MBGP&MSDP），适用于骨干网不支持组播技术的环境，促使组播流量对骨干网络是透明的，如下图所示：

可是缺点在于RP节点之间既要支持PIM-SM，还要支持MBGP和MSDP隧道，配置和管理繁琐，对设备要求高，需要用户购买昂贵的网络设备！

为了解决这个问题，大部分厂家选择PIM-SM和隧道（PIM-DM）的互作用，它不再要求骨干网络支持PIM-SM、MBGP和MSDP。

如下图所示：

很遗憾，又回到起点问题：

RP节点之间的组播流量以PIM-DM方式传输，将定期扩散，造成骨干网络的带宽浪费。

综上所述，虽然我们的设备能很好的支持组播，但是在用户网络并不能很好地应用组播时，我们建议对组播传输方式的选择是一种谨慎的态度。

●流媒体技术

相比大规模重建网络，购买昂贵的网络设备，我们更推荐用户购买一台或几台性价比高的服务器，搭建流媒体传输网络。

这是一个高弹性的网络架构，它已经广泛应用于网络视频点播、IPTV等民用系统，经过成千上万的用户实验，是一个更加可靠的传输方式。

流媒体传输方式典型示意图如下所示：

将数据源从繁重的访问压力中解脱出来，把数据流复制分发的工作交给流媒体服务器完成，同时降低了数据源端高带宽的要求。

通常用户网络的核心层与会聚层之间的带宽、吞吐量是足有而富裕的，因此流媒体服务器配置千兆或双千兆网卡是能满足并发访问需求的。

关键是它并不需要大规模改建现有网络，节约成本。

关于流媒体位置的部署，建议它更多地靠近用户群。

3.4显示系统

3.4.1监视器

用户容易忽视显示系统的构建，对显示设备的选择显得比较随意，因而影响到整体显示效果。

监视器作为监控系统中必备设施，它的质量和技术指标关系着整个安防系统的质量，所以其选用方法非常重要，建议以下选用原则：

1.必须选用已通过国家质量监督检验部门及有关管理部门认真并允许生产和销售的产品，产品质量与技术指标应符合国家有关规范和标准的要求。

2.严格审核监视器的实际技术指标和说明书一致性，说明书给出的技术指标应该详细具体。

3.黑白摄像机宜用黑白显示器显示，彩色摄像机宜用彩色显示器显示。

4.所选用监视器的技术指标，通常应高于等于整个系统的技术指标。

5.通常情况下建议用作单画面显示的监视器屏幕尺寸≥14英寸，用作多画面显示的监视器，屏幕尺寸≥17英寸。

6.建议选用金属外壳的监视器，外壳接地，抗电磁干扰能力增强。

7.选用数量按摄像机：

监视器≤16：

1。

8.监视器的解析力宜高出摄像机100TVL。

从响应速度、色彩还原度看，彩色监视器都优于液晶监视器，但是缺点是画面整体分辨率最高为704*576，主要受PAL制限制。

高分辨率的液晶显示器在多分屏显示模式下，能提高整体分辨率。

但是液晶监视器明显缺点是视角窄，侧面观看LCD时图像变暗、彩色可能漂移，甚至会反色。

另外，如果用户需要监听，监视器多数情况下是兼具扩音设备的。

用户可根据实际需要进行选择。

3.4.2解码设备

与模拟系统不同，网络监控系统在监控中心还需要部署解码设备，完成解码输出的过程。

解码设备目前主要为解码器。

解码器是嵌入式设备，长期运行稳定性更强。

3.5应用软件

3.5.1软件概述

海康威视长期关注中小视频监控系统，并致力于中小视频监控系统软件平台的开发，和众多合作伙伴一同深入挖掘监控的核心内容，随着IP前端的不断推广，IP监控系统应用逐渐推广，基于这样的背景下，海康威视推出了适用于新一代混合型网络硬盘录像机、网络视频服务器、IPCamera与IPDome等IP前端设备的中小型IP监控系统管理套件:

网络视频监控软件-4000（以下简称客户端）。

它能很好的完成以下功能：

⏹视频、音频实时预览（最多64画面分割）、回放；

⏹远程点播集成远程回放、VOD点播，客户端智能判断；同时也支持多路同步回放；

⏹支持远程点播界面双屏功能；

⏹支持软件推出时记忆播放通道与窗口的对应关系功能；

⏹海量数据分布式存储，集中管理；

⏹最多支持16个集中存储服务器进行集中存储；

⏹集中管理、配置IP前端，可添加、删除IP前端，修改参数等；

⏹远程访问与控制IP前端设备，包括：

云台控制，聚焦，变倍等；

⏹广泛报警接入，联动报警输出，报警信息主动上传，报警输出名称可自定义；

⏹用户权限统一分配，具备登陆、验证；

⏹电子地图热点、热区联动效应；

同时，具备以下优秀的性能：

⏹实用性

――以客户需求为宗旨，摒弃华而不实的功能，

⏹适应性

――对行业用户的特有功能进行定制，以适应用户的特殊需求

⏹可靠性

――选用的硬件、软件均具备数万甚至十万平均无故障时间，并为关键设备、关键部件设计冗余备份

⏹安全性

――鉴于监控系统特殊性，安全保密工作尤为重要，从网络建设、平台验证、设备加密等立体化保障系统安全

⏹先进性

――严格遵循系统工程的设计准则，科学合理地设计，最大程度地采用成熟、可继承、具备广阔发展前景的先进技术，使系统在未来数年内不落后，保护用户投资

⏹开放性、易扩展性

――严格遵循相关技术的国际、国内和行业标准，确保系统之间的透明性和互联互通；在系统设计时，合理预测未来扩容需求，科学设计余量

⏹易管理性、易维护性

――支持Windows操作系统，支持数种国际通用语言，支持全中文管理界面，具有完善的使用手册和帮助文档，自动检测网内设备运行状态，以图文结合方式列出设备异常情况，辅助管理人员排查处理

3.5.2设备管理

客户端能集中管理所有前端设备，一方面能综合管理，及时有效地了解设备状态，另一方面可简化操作，易于维护。

客户端以高效的数据库形式保存：

⏹创建监控区域，添加IPC或IPDome等前端设备；

⏹可添加、更改、删除各种设备的配置信息，最大可管理50台设备；

⏹根据实际物理范围来划分“区域”，前端设备归属在相应区域内，为方便用户未来的管理，支持设备名自定义；

⏹设备状态一览无遗，包括：

监控点编号、录像与否、视频信号丢失与否、硬件状态正常与否、并发连接数、通道当前码率、SD卡状态；

⏹集中管理服务信息（流媒体服务、硬解码服务等）；

3.5.3预览回放

预览、回放功能分为两类：

本地与远程。

⏹本地预览

本地方式多指通过HybridDVR的Vout或VGA口输出模拟视频流，包括预览实时流和本地硬盘存储的压缩视频数据经本地解码输出。

多用于单台设备调试、网络断裂无法访问的时候，实现监控无空白，预览图像质量最高可达720P（如接高清网络摄像机），并且支持16路同步回放功能。

考虑系统的安全性，防止恶意访问、修改，HybridDVR操作实行访问权限验证制。

只有具备本地操作权限的用户才可实现预览，其访问权限细化至通道，例如：

有的用户只能查看其中某几路通道。

权限分配可通过网络远程配置实现。

⏹远程预览

远程可采取直连模式和流媒体转发模式。

是否部署流媒体服务器由管理中心决定，是否启用流媒体服务器由本级控制中心决定。

预览功能

分屏

在预览时提供完善的画面切换机制，包括多分屏、轮巡等。

多分屏支持4、5+1、7+1、9、8+2、12+1、16+1、17+2、21+1、32等等，最大支持64分屏。

一键功能

将预览频率较高的通道加入快捷播放列表，预览状态下直接点“播放”键将快捷表内所有通道打开，若通道数量多于分屏数量，可按轮巡方式显示。

轮巡

丰富的轮巡方式支持单画面轮巡、多画面自动轮巡，轮巡间隔、画面分割方式均可定义，涵盖用户在预览时的所有常用功能。

分组

为了契合用户使用习惯，提供分组功能。

用户可将分类属性相似的通道加入同一个分组内，比如：

财务室组，内含所有财务室的监控通道，与它们所处物理位置无关。

资源调节

主机处理资源不够时，解码时可选择丢弃一个B帧或丢弃两个B帧。

因为B帧不是关键帧，所以丢弃以后不会影响解码。

在解码图像满足用户要求的情况下，可减小主机处理压力。

当网络质量较差时，TCP连接丢包重传不断发生，为了确保图像的流畅性，可适当增大缓存区空间；相反，若网络质量较好，可适当减小缓存空间以提高实时性。

视频参数调节

考虑现场环境光线明暗、色温、色差对画面的影响，除了利用摄像机自身的处理电路还原较为真实的画面以外，监控端还提供亮度、对比度、饱和度、色度的调节，使显示画面色彩明快，符合人眼的感官需求。

抓拍

监控人员发现其关心的事件，还能快速抓图。

将文件保存在客户端电脑上，便于及时查阅。

本地回放

通过客户端的本地回放界面，按通道检索通过客户端软件保存在本地PC机或服务器的录像文件，进行本地回放，同时通过时间轴界面进行时间定位，方便用户使用，支持4路同步回放。

远程点播

客户端软件