监控系统方案.docx

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监控系统方案

第1章监控中心系统设计

1.1概述

监控中心建设内容具体包括视频存储子系统、视频解码拼控子系统、大屏显示子系统、平台管理软件等，本章主要介绍存储子系统、解码拼控子系统和大屏显示子系统。

1.2系统结构设计

监控中心系统结构图如下所示：

监控中心系统结构图

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，NVR实现视频图像资源的存储及调用，并且通过N+1备份模式，确保录像资源的可靠稳定；视频综合平台完成视频解码上墙和图像的拼接控制，同时其在硬件层面支撑管理平台，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。

1.3存储子系统（NVR）

存储子系统采用NVR的存储模式，通过N+1备份方式，实现对视频的存储，提高了系统的可靠性。

其中NVR为海康威视自主研发，它融合了多项专利技术，采用了多项IT高新技术，如视音频编解码技术、嵌入式系统技术、存储技术、网络技术和智能技术等。

1.3.1NVR存储设计

1.3.2存储结构设计

本方案存储系统采用NVR模式，其中IPC不与平台直接对接，而是先接入NVR，再通过NVR接入平台。

IPC与NVR之间实现了直接对接，而直接对接模式一般采用底层协议而非SDK方式，更有利于提高接入效率。

NVR直接获取IPC的音视频直接存在本机上，实现视频直存。

视频存储系统结构设计及视频流向如下列图所示：

存储子系统结构图

1.3.2.1存储设计原则

对于NVR台数和硬盘数量的设计，需要结合实际情况综合考虑，其中主要可参考“短板优先”的设计原则。

“短板优先”是指在具体项目需求中，在部署NVR数量尽量少的前提下，首先分析接入路数〔接入带宽〕和存储容量哪个是主要限制项。

假设接入路数为“短板”，以接入路数来优先计算，假设接入带宽为短板，应以最大带宽所能容纳的最大接入路数来计算；对于存储需求很大，接入路数要求不高的情况，可先计算总的存储容量，再计算每台NVR最大存储容量，以此计算出需要的NVR台数。

1.3.2.2存储热备设计

“N+1”热备功能是指系统中多台NVR可组成工作集群，通过设置备份主机的方式，保证系统中任意一台NVR网络中断、工作异常的时候，录像数据可靠、完整。

设置一台NVR为热备主机，其他NVR为工作主机。

当任意一台工作主机网络中断或工作异常时，热备主机自动接管工作主机的网络视频，开启录像任务；当工作主机恢复正常后，热备主机放弃接管，并将异常期间的录像数据自动回传到工作主机中，保证录像完整、可靠。

目前在N+1的配置中，1台备机支持32台工作主机。

1.3.2.3存储空间计算

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。

下表为分别按照1路每天存储24小时、摄像机按照D1、720P、1080P的分辨率存储不同天数所需的存储空间表，如下表：

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

D1

1.5Mbps

0.0154

0.1081

0.2317

0.4635

2

720P

2Mbps

0.0206

0.1442

0.3090

0.6180

3

1080P

4Mbps

0.0412

0.2884

0.6180

1.2360

1.3.3NVR存储功能

1.3.3.1网络视频接入

●多元化接入：

可接入海康私有协议或ONVIF协议接入海康网络摄像机、网络快球和网络视频服务器。

●第三方接入：

可通过ONVIF、PSIA标准协议、部分厂家私有协议和自定义RTSP取流协议等方式接入第三方网络摄像机和网络快球。

●接入能力：

不同的型号支持不同的接入带宽，目前产品的可接入带宽分别为40/80/160Mbps。

●支持人脸检测、区域入侵、越界侦测、虚焦侦测、场景侦测、音频侦测等智能分析功能接入；

1.3.3.2本地监控管理

●本地显示输出：

设备支持HDMI、VGA、CVBS同时输出，各输出口支持预览不同通道的图像；HDMI与VGA支持1920×1080p高清输出，通过主/辅输出口切换可实现双操作，分别进行预览或回放。

●多画面显示：

设备支持单画面、四画面、六画面、八画面、九画面和十六画面多种预览分割方式，各画面预览通道顺序可调。

设备支持分组切换、手动切换或自动轮巡预览，自动轮巡周期可设置。

●隐私遮蔽：

设备支持预览屏蔽和隐私遮盖两种隐私处理方式，预览屏蔽方式仅对预览画面作屏蔽处理，录像仍正常显示整个场景；隐私遮盖方式对预览和录像都进行遮盖。

●云台控制：

设备支持云台控制功能，云台控制时支持鼠标点击放大、鼠标拖动跟踪等功能。

●本地管理：

设备支持鼠标、遥控器和键盘进行本地操作和管理。

1.3.3.3硬盘管理

●录像空间：

设备支持多个SATA接口，每个SATA硬盘最大支持4TB，提供大容量的本地存储空间，同时根据不同型号支持1到几个不等的eSATA接口进行扩容。

●存储模式：

设备支持硬盘配额管理和硬盘盘组管理两种模式，硬盘配额可针对不同通道分配不同的录像保存容量，按需分配；硬盘盘组可针对不同通道设置不同的录像保存周期，保证足够的存储周期。

●硬盘保护：

设备支持磁盘预分配技术和硬盘休眠技术，保证硬盘空间的高利用率，延迟硬盘使用寿命并降低功耗。

●录像保护：

设备支持硬盘属性〔冗余、只读和可读写〕设置，设置“只读盘”可保护整个硬盘的重要文件不被覆盖；录像锁定技术可保护硬盘中单个重要文件不被覆盖。

同时，设备还支持硬盘SMART预警技术，实时监控硬盘状态，在硬盘彻底损坏前提醒用户对坏盘中的录像文件进行备份。

1.3.3.4用户管理

●权限管理：

设备支持管理员、操作员和普通用户三级权限管理，管理员具备所有权限。

●权限分配：

操作员和普通用户默认权限不同，操作员默认具有所有通道相关的权限和语音对讲权限，而普通用户默认对通道仅具备本地和远程回放权限。

仅管理员用户支持默认参数恢复，确保设备的安全性。

1.3.3.5网络功能

●网络应用：

设备支持双千兆网卡，支持网络容错、负载均衡和多址设定三种工作模式，两张网卡可配置不同网段IP地址，实现双网隔离，节约专网IP地址。

●网络检测：

设备支持网络流量监控、网络抓包和网络资源统计能等功能，实时监控当前网络输入和输出的使用情况。

●网络协议：

设备除支持TCP/IP协议簇，实现远程访问外，还支持IPv6、UPnP〔即插即用〕、SNMP〔简单网络管理〕、S〔安全版〕、NTP〔网络校时〕、SADP〔自动搜索IP地址〕、SMTP〔邮件服务〕、NFS〔NAS网盘〕、iSCSI〔IPSAN网盘〕、PPPoE〔拨号上网〕等多种协议。

1.3.3.6录像/抓图和回放

●编码参数配置：

设备支持前端网络设备的管理，可配置相机分辨率、码率、帧率等编码参数，且支持主码流〔定时〕和主码流〔事件〕两套编码参数参数录像。

●录像/抓图类型：

设备支持手动录像/抓图、定时录像/抓图、移动侦测录像/抓图、报警录像/抓图、动测和报警录像/抓图、动测或报警录像/抓图、假日录像/抓图等多种录像/抓图方式，每天可设定8个录像时间段，不同时间段的录像触发模式可独立设置，抓图时间间隔可选。

●录像搜索：

设备支持按通道号、录像类型、文件类型、起止时间、标签等条件进行录像资料的检索；支持按照人脸检测、区域入侵、越界侦测、虚焦侦测、场景侦测、音频侦测等智能侦测类型进行录像检索；支持智能码流存储和智能事件后检索，用户可自定义区域入侵、穿越警戒面等智能规则进行录像的后检索。

●录像/图片回放：

设备支持快速回放、常规回放、事件回放、标签回放、日志回放、图片回放等多种回放方式；支持智能浓缩播放，有事件发生的关键视频以1X速度播放；没有事件发生的视频则快速播放回放时可进行快放、慢放、倒放、单帧播放、前跳30s、后跳30s、上一文件、下一文件、电子放大等操作。

●同步回放：

设备支持同步回放，最多支持16路720p同步回放。

●录像/图片备份：

设备支持本地录像/图片备份，可通过USB接口外接U盘、移动硬盘和USB刻录机等进行备份，也可通过eSATA接口外接硬盘进行备份。

1.3.3.7远程视频监控

●远程预览：

设备支持IE或4200客户端远程登录设备进行预览，最大支持128路网络视频同时访问。

●双码流：

设备支持远程主码流和子码流双码流访问，在网络带宽不足的情况下，可用主码流存储高清录像，子码流实时预览监控。

●远程回放：

设备支持远程搜索、回放、下载、锁定及解锁录像文件。

●远程操作：

设备支持远程获取和配置参数、配置录像/抓图计划、远程PTZ控制、远程JPEG抓图；支持远程格式化硬盘、升级程序、重启、关机等系统维护操作；支持获取设备运行状态、系统日志及报警状态等信息。

●语音对讲：

设备支持语音对讲功能，可实现客户端与设备之间的语音通信。

1.3.4NVR存储亮点

海康威视是国内领先的嵌入式硬盘录像机设备生产厂家，针对安防市场的沉淀和理解，推出了多项符合视频流转发和存储的技术，利用专业性产品和配套系统，提供了高稳定性、高安全性、高可靠性的转发存储系统，在系统灵活性、兼容性、安全性、稳定性、可靠性、冗余性以及设备磁盘利用率、功耗、重量、体积和性价比上，都有非常大的优势。

1）可靠性高

设备采用嵌入式操作系统，不会因病毒等原因导致无法使用或者异常关机重启，确保系统高可靠性。

嵌入式NVR专用软硬件的特性，决定了其针对应用环境的“量身打造”，环境适应能力更强，更切合于监控行业当前的实际情况〔介于民用与工业之间〕。

嵌入式NVR采用分布式存储方案，采用就近存储、快速存储、分散存储的策略，保证数据尽可能早的存储，有效躲避网络异常等问题，把单点故障的风险降到最低。

该设备支持主辅双操作系统，主系统异常后辅系统立即顶上，保证设备稳定运行。

同步降低功耗的同时，提高了运行寿命和稳定性，也增加了环境的适应性。

具备N+1热备功能，通过设置备份主机的方式，保证系统中任意一台NVR网络中断、工作异常的时候，录像数据可靠、完整。

具备ANR断网补录功能，ANR（AutomaticNetworkReplenishmentTechnology）即自动网络补偿技术，在NVR与网络摄像机之间的网络出现异常的时候，自动启用前端SD卡缓存，将录像保存在网络摄像机SD卡中，网络恢复正常后自动将前端数据同步到NVR中。

2）性价比高

嵌入式NVR采用分布式存储的模式，图像资源都分布存储在前端，汇聚网络投资成本低，同时数据可靠性得到有效保证。

嵌入式NVR多读少些的特性，监控级硬盘即可满足存储需求，同时其硬盘利用率上可以高达98%以上，大大降低存储成本。

嵌入式NVR低功耗的特点，可大大节省UPS投资成本和运营维护成本。

3）灵活性高

海康威视新一代NVR产品灵活性高，在智能搜索、浓缩播放等智能化功能的基础上可根据不同情况进行灵活运用。

4）兼容性高

作为专业视频转发存储设备，嵌入式NVR能够兼容大多数网络高清摄像机的接入。

5）利用率高

嵌入式NVR采用磁盘空间预分配技术、整个系统仅损耗格式化空间，硬盘空间利用率在98%以上。

6）数据安全性高

通过磁盘预分配技术、文件保护技术、硬盘SMART预警技术和硬盘休眠技术等多种安全技术手段，确保存储数据高安全性。

该设备还支持硬盘分组管理、通道配额设置、冗余录像、重要录像文件保护等机制，在提高数据安全性的同时，可针对实际应用提供更加灵活的配置和管理机制。

7）适应性高

NVR存储部署方式较为灵活，即可采用分布式存储，又可进行集中存储部署，可以适应不同场景的应用需求。

8）能耗低

设备采用Ti嵌入式专用视频处理芯片，打造专业的嵌入式NVR，设备运行功耗低；同时，配合硬盘休眠技术，有效降低设备整机功耗。

1.3.5设备选型说明

1.3.5.1网络视频接入

NVR设备选型的一个主要依据是NVR的网络视频接入能力，要以不超过它的接入能力为前提。

通常从2个方面来衡量网络视频接入能力，分别为最大接入路数和最大计入带宽，两个不同角度得出的接入路数要以其中小的数据为准。

海康威视NVR设备包含8路、16路、32路、64路设备，接入带宽分别为40Mbps、80Mbps、160Mbps和160Mbps，最大支持8路、16路、32路和64路IP通道接入，按照“〔主码流+子码流〕×路数<接入带宽”的计算公式，根据不同的接入需求，选择相应路数的设备型号。

1.3.5.2存储周期

NVR设备选型的另外一个主要依据是视频存储周期，即在最大接入路数时采用一定规格和一定数量的存储硬盘所能存储的时间。

在实际情况下，存储的时间不能大于这个值。

1.4存储子系统〔CVR、IPSAN〕

海康威视结合在安防行业领先的技术优势和存储方面的专业研究，基于通用的存储产品和技术的基础上推出了更贴近安防应用的基于流媒体传输协议的存储技术和产品。

1.4.1流媒体直写技术概述

流媒体是指以流的方式在网络中传输音频、视频和多媒体文件的形式，常见的流媒体协议有RTSP/SIP〔GB/T28181〕/ONVIF/PSIA等标准流媒体协议或私有SDK流媒体协议。

海康威视在业内率先提出的中心流媒体直写，是基于TCP/IP或UDP网络传输协议，前端IPC/DVR/DVS/NVR等编码设备以流媒体协议，通过网络直接写入存储设备的技术。

存储设备集成前端设备管理，视频存储，实时流转发、预览，历史视频查询、检索、回放、下载等功能，可独立构建小规模视频管理平台，亦可结合视频管理服务平台〔海康iVMS或第三方管理平台〕组建大中型视频综合管理系统。

海康威视支持流媒体直写的存储产品统称为CVR〔CenterVideoRecord〕。

1.4.1.1视频存储流程

视频流直写存储系统可通过直连前端编码设备或流媒体〔VTDU〕方式实现前端设备视频数据的存储。

视频流直写存储分析各通道的码流的信息，建立索引信息，同时将码流数据及索引信息写入存储设备内。

1.4.1.2实时流转发流程

视频流直写存储系统内部嵌入了一个流媒体服务器〔VTDU〕，从前端设备获取码流数据，转发给远程实时监控客户端。

1.4.1.3实时流预览流程

远程实时监控客户端可通过VTDU转发，直连前端设备，登录CVR存储系统三种方式实现实时视频预览。

1.4.2流媒体直写技术优势

1.4.2.1低成本

●省去视频存储服务器〔PCNVR〕、流媒体转发服务器〔只支持海康流媒体〕；

●支持低价的监控级硬盘作单盘模式或组建RAID；

●支持视频抽帧存储，可节省存储空间

1.4.2.2高性能

●支持高达350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，躲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

●对外提供大容量录像卷

1.4.2.3高稳定

●躲避断网断电情况下，出现文件不可读或丧失的问题

●由于省去了存储服务器，简化了系统架构，降低了系统单点故障

1.4.2.4高可靠

●设备级保护，支持N+1备机冗余，当在线设备故障时，备机自动接管其业务

●断网补录〔ANR〕，当前端设备与CVR设备之间的网络中断时，录像可自动保存在前端，待网络恢复后再回传到CVR设备

●数据备份，可支持前端设备录像备份，录像数据本地备份和异地备份

●录像丧失检测报警，支持实时数据的丢帧报警〔取流失败持续15秒报警〕和历史数据丧失报警〔每小时定时检测〕

1.4.2.5架构开放

前端IPC/DVR/DVS/NVR等编码设备以RTSP/SIP〔GB/T28181〕/ONVIF/PSIA等标准流媒体协议或SDK私有流媒体协议，直接通过网络写入存储设备

1.4.3关键技术和重点功能

1.4.3.1流数据管理结构

视频流直写存储采用流数据结构进行底层数据管理，实现基于裸空间的预分配策略，躲避文件系统损坏引起的文件不可读或丧失的问题，同时防止因文件碎片累积造成的覆盖写入性能衰减，保证性能稳定。

●“合流”技术：

无论多少个视频流进入存储后结合海康SmartSequenceinCache技术完全汇聚成一个写入磁盘的顺序数据流，实现并发随机转化为顺序录像，优化录像性能。

为了实现合流技术，CVR内部维护了一个全局虚拟化的映射表完成随机到顺序的数据映射。

●“流存”技术裸空间直接存储视频流，循环写入时视频流不断从头到尾覆盖整个存储空间，消除文件系统损坏问题带来的隐患，同时完全消除循环覆盖带来的文件碎片问题，彻底解决因文件碎片导致的写入性能下降问题。

1.4.3.2丰富的部署方式和录像方式

●支持从IPC/DVS/DVR/NVR直接取流录像；

●支持从流媒体服务器取流录像和在存储中进行流媒体转发；

●支持主子码流录像，并可自动或手动切换

●报警录像、定时录像、手动录像、移动侦测录像、信号量报警录像、视频丧失报警录像等多种录像方式

1.4.3.3抽帧存储

针对安防应用的特性，对过去一定时间的数据可进行抽帧存储，减少存储容量需求，抽帧后的录像数据仍然可以播放，录像质量不会降低。

支持按1/2、1/4、1/8的剩余容量比例和抽I帧的不同策略抽帧方式。

1.4.3.4N+1模式

系统运行时间较长时，难免不出现设备级故障。

N+1备机冗余功能保证工作机故障时，录像业务不中断，数据不丧失，提供设备级保护，提升系统可靠性。

其工作原理如下：

指定一台存储设备作为监控主机，对网域内其他存储设备〔工作主机〕启动监控功能，当发现被监控的工作主机出现异常成为故障主机时，此台监控主机主动接管故障主机的工作，可以实现取流，存储，下载，回放等功能，同时继续监控故障主机，当发现故障主机恢复正常成为工作主机时，则停止所有的接管工作，并将接管期间的录像数据回迁到工作主机中。

1.4.3.5数据完整性

智能补录

前端与数据中心网络异常时，前端设备启动录像并保存在本地存储设备上〔SD卡，硬盘等〕；网络恢复后，录像自动回传到中心CVR存储，保证数据的完整性。

同时，CVR设备支持回传策略设定，可选择在业务空闲时〔例如下班时间〕进行回传，解决业务繁忙时录像数据与业务数据的带宽竞争问题。

录像丧失检测报警

针对恶劣的网络环境，经常出现网络中断导致视频数据丢帧或整段录像丧失的问题，为提升系统的可靠性和安全性，方便客户即时发现数据的不完整性，海康威视提出录像丧失检测及报警技术，该技术支持实时流检测机制和历史数据定时检测两种机制。

实时流即时检测，当录像取流失败持续15秒以上则触发报警机制；历史数据固定每小时检测一次，当发现在策略调度时间段内或者手动录像时间段内存在录像丧失，则报警，同时恢复策略录像。

1.4.3.6数据可靠性

数据备份

●多种数据备份模式：

与前端共同实现双重备份、存储本地备份以及存储间的异地备份。

●双重备份：

带存储功能的前端设备实现本地录像存储，可同时吐流存入存储设备，实现数据前端和存储双重备份；

●存储本地备份：

存储设备从前端设备取流后，将流数据写到录像卷的同时，自动将流数据备份到存档卷，不占用外部数据带宽，也无需平台干预。

由于存档卷不会被循环覆盖，这增加了重要通道数据的安全性。

●存储间异地备份：

是指将存储A机器上的录像数据备份到B机器的存档卷中，防止A机器因为异常或录像卷循环覆盖而造成重要录像数据的丧失，可实现跨局域网备份，无需平台干预。

录像锁定

针对关键视频，需要超过录像周期时也不被循环覆盖。

海康威视CVR存储设备可自动或按照策略对视频进行锁定。

锁定方式：

根据锁定策略,录像的同时实现加锁；手动执行锁定录像段。

锁定周期过后，自动解锁，同时支持随时手动解锁。

1.4.4解决方案

海康威视根据安防行业的发展趋势和当前面临的问题与挑战，深入研究行业和客户的真实需求，针对不同的应用环境推出了不同的组网方案。

1.4.4.1SAN组网

组网架构

该组网模式下，海康威视存储系统通过标准的iSCSI协议〔FCP协议〕或NAS功能对外提供存储服务。

存储空间直接挂载在存储服务器或应用服务器上，上层应用和原来一样直接访问存储服务器或者应用服务器。

该模式适用于视频数据存储系统和业务数据存储系统。

基本组成单元

存储系统、存储〔应用〕服务器、千兆交换机〔或光纤交换机〕

主要特点

●集中存储，统一管理：

采用中心集中存储模式，前端视频资源集中存储，系统资源统一管理；

●同时提供SAN和NAS：

SAN提供高性能块级数据访问，NAS兼容多种文件存储协议，满足异构环境下文件共享需求；

●兼容性好：

存储设备通过标准的存储协议与第三方服务器、平台实现连接；

●扩展便利：

可实现LUN卷、RAID空间和整机设备的在线扩容，扩容过程不影响原系统应用；

●带宽预留功能：

实现任一个客户端到存储的带宽预留，优化带宽竞争时的系统性能；

●多设备统一管理：

提供集中管理监控软件，可以统一管理和监测多台设备。

1.4.4.2流媒体直写组网

组网架构

海康威视CVR存储系统作为视频录像和回放的中心节点，前端编码器以视频流的方式直接写入CVR存储系统，录像回放由CVR存储系统直接回放至客户端和解码器，录像和回放不通过中转环节。

同时CVR存储系统可内嵌流媒体，集成转发功能。

基本组成单元

CVR存储系统、视频前端、管理服务器、千兆交换机。

主要特点

●流媒体直写：

前端、平台采用流媒体协议与存储直接交互，提高系统性能，精简存储服务器，消除服务器单点故障和性能瓶颈；

●集成视频转发功能：

视频流可通过存储系统转发，进一步精简流媒体服务器；

●流媒体存储技术：

底层采用流媒体管理结构，可保证断电断网等情况下系统的稳定性，并基本完全消除覆盖读写情况下的文件碎片；

●秒级检索、快速回放、批量下载；

●数据归档：

提供录像锁定、录像数据本地备份和异地备份等多种数据归档功能；

●N+1备机冗余：

工作机故障时，备机即时接管录像服务；故障机恢复后，服务和数据自动回迁；

●智能补录：

断网期间，前端在内置存储介质上录像，网络恢复后，录像上传存储设备；

●双码流录像：

支持主子码流录像，并可通过策略灵活切换。

1.4.5存储容量计算

单个通道24小时存储1天的计算公式∑（GB）＝码流大小〔Mbps〕÷8×3600秒×24小时×1天÷1024。

1.4.5.1标清D1格式

按1.5Mbps码流计算，存放1天的数据总容量1.5Mbps÷8×3600秒×24小时×〔1天〕÷1024＝15.8GB。

30天需要的容量∑（GB）＝15.8GB×30天＝474GB

以20个标清通道为例：

20个通道的容量∑（TB）＝474×20÷1000＝9.48TB

1.4.5.2高清130万格式

按4Mbps码流计算，存放1天的数据总容量4Mbps÷8×3600秒×24小时×〔1天〕÷1024＝42.2GB。

30天需要的容量∑（GB）＝42.2GB×30天＝1266GB

以20个高清130万通道为例：

20个通道的容量∑（TB）＝1266×20÷1000＝25.32TB

1.4.5.3高清200万格式

按8Mbps码流计算，存放1天的数据总容量8Mbps÷8×3600秒×24小时×〔1天〕÷1024＝84.37GB。

30天需要的容量∑（GB）＝84.37GB×30天＝2531GB

以20个200万高清通道为例：

20个通道的容量∑（TB）＝2531×20÷1000＝50.6TB