高清视频监控管理系统设计方案.docx
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高清视频监控管理系统设计方案
高清视频监控管理系统设计方案
1.1项目概述
1.1.1项目背景
视频管理系统依托通信网络，整合图像信息资源，形成协调有序、反应快速、指挥畅通的应急指挥、通信体系，建设三级图像监控架构。
通过集中管理、分散存储，实现关区图像信息的网络化和一体化，实现图像信息共享和实时查询，充分满足业务需求，如：
音视频监控、调度指挥、信息显示等各个方面。
视频管理系统的建设，通过将业务数据与监控视频相关联，可以强化监控管理，及时掌握监控区域的进出货物、人员、车流等情况，并将监控现场的视频图像和人、车、物流量状况及时传回监控中心，使监控中心可以根据上述数据判断现状，预测发展趋势，制定勤务方案，对现场实时进行引导和控制，从而达到提高能力，减少事故，提高快速反应能力。
此系统还可以通过有效的视频监控，及时发现监控地域发生的突发事件，各级领导可以通过传回的视频图像在监控中心或办公室内及时对上述事件实施调度指挥，并对各单位的执行情况及执行结果进行实时监督，及时调整方案。
另外录像系统可对所监控的区域图像进行实时记录，对事后的事件处理提供必要的证据支持，从而起到有效监管的作用。
1.1.2项目需求
基于现有网络环境以及各隶属单位现有视频平台，统一构建监控指挥中心集成平台。
充分利用现有环境及投资，避免浪费，基础功能需求如下：
1）网络化
Ø实时图像浏览
Ø历史图像回放
Ø摄像机控制（摄像机有云台且开放SDK）
Ø集成原有视频会议系统
Ø集成现有监控系统
2）数字化
Ø视频文件检索
Ø视频选择存储（根据需要有选择性的对视频流进行存储）
Ø标准API接口（供其它程序或系统调用）
Ø视频图像解码输出
3）智能化
Ø视频质量诊断（对视频图像出现的模糊、偏色、增益失衡等摄像头故障进行报警）
Ø业务数据与视频数据相融合
Ø视频云计算
Ø权限智能分配和管理（两级权限管理，和各隶属）
1.1.3系统建设目标
本次视频管理系统建设采用先进的视频采集与传输技术、智能视频分析技术、统一通信技术，配置边缘融合显示系统，建设的视频监控、分析、指挥系统，实现业务监控指挥的集中化、网络化、数字化和智能化。
1.1.4设计原则
视频管理系统总体结构设计和建设遵循“统一规划、统一规范、分布实施、注重实效、安全可靠”的方针。
同时，为了使系统可靠稳定地运行，适应特殊的使用环境的要求，并有效的降低系统造价，本系统设计该坚持以下原则：
1）先进性
采用先进的概念、技术和方法，系统不但应反映当今的先进水平，而且具有发展潜力，保证在未来若干年内占主导地位。
做到系统的总体设计有一定的超前性，系统的体系结构及其软硬件环境应采用国际上先进与主流的技术或产品。
2）实用性
始终贯彻面向应用、注重实效的原则，紧紧围绕的功用特点与实际需要，从实用、经济与安全出发，以满足“管理信息化”这一特定使用功能，最大限度地满足现在规模和未来发展的需求，确保耐久实用。
此外，系统具有良好的人机交互界面，以方便实际操作与使用。
3）开放性
满足国际上对开放式系统具有互操作性、可伸缩性和可移植性的要求，系统还应具备与外部网络互连的能力，以扩大信息源。
4）集成性与可扩展性
充分考虑系统所涉及的各子系统的集成和信息共享，保证系统总体上的先进性与合理性，采用集中管理、分散控制的模式。
总体结构应具有兼容性和可扩展性，既可以包容不同厂家类型的先进产品，又便于升级、换代，使系统可以随着科学技术的发展与进步，不断得到充实、完善、改进和提高。
5）安全性与可靠性
充分保证系统高度的安全性、可靠性和稳定性。
6）标准化与模块化
采用代表当今较新科技水平，具有标准化与模块的技术或产品，来设计系统，以满足系统的总体技术要求。
7）服务性与便利性
适应的需求，具备对各种信息进行收集、处理、存储、传输、检索，为的管理者提供有效的管理手段。
8）经济性
在实现先进性和可靠性的前提下，达到较高的性能价格比以及经济的优化设计。
1.1.5系统设计依据
1）安防视频监控系统设计方面：
Ø《中华人民共和国公安部行业标准》（GA70-94）
Ø《视频安防监控系统技术要求》（GA/T367-2001）
Ø《民用闭路监视电视系统工程技术规范》（GB50198-94）
Ø《工业电视系统工程设计规范》（GBJ115-87）
Ø《安全防范系统通用图形符号》（GA/T75-2000）
Ø《道路交通安全违法行为图像取证技术规范》（GA/T832—2009）
Ø《机动车号牌图像自动识别技术规范》（GA/833-2009）
Ø《闯红灯自动记录系统通用技术条件》GA/T496-2009
Ø《建筑及建筑群综合布线工程设计规范》（GB/T50311-2000）
Ø公安部《警用地理信息系统系列标准规范》
2）视频监控图像质量方面：
Ø《电视视频通道测试方法》（GB3659-83）
Ø《彩色电视图像质量主观评价方法》（GB7401-1987）
3）视频系统网络设计方面：
Ø《信息技术开放系统互连网络层安全协议》（GB/T17963）
Ø《计算机信息系统安全》（GA216.1－1999）
Ø《计算机软件开发规范》（GB8566-88）
4）视频系统工程建设方面
Ø《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）
Ø《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004）
Ø《电子计算机机房设计规范》（GB50174-93）
Ø《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）
Ø《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）
Ø《安全防范系统雷电浪涌防护技术要求》（GA/T670-2006）
Ø《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）
5）视频系统工程验收方面：
Ø《公安交通电视监视系统验收规范》（GA/T509）
Ø《安全防范系统验收规则》（GA308/2001）
Ø《中国电气装置安装工程施工及验收规范》（GBJ232-90.92）
Ø《建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范》（GB/T50312-2000）
1.2系统详细设计方案
1.2.1系统整体功能说明
我司监控集中管理软件，为大型监控项目、项目升级改造等提供一个业界最大兼容性、高稳定性、扩展灵活、操作简单、功能强大、维护简单符合协议规范的管理系统，区别于一般单机软件，首先，在设备的兼容性上，我们做到业界最大兼容性，支持绝大部分主流厂商的硬件。
在集中管理方面，对用户、组、权限进行集中管理，统一认证，将设备进行统一管理、逻辑划分，实现不同用户组使用不同的逻辑树结构视图，同时，将不同用户、组进行地域或逻辑结构划分，配置不同的地图，根据组不同，无须单独配置，直接自动下载地图使用。
在报警及日志管理上，采用前端采集接受，统一上传到管理服务器，由C/S方式实现日志及报警查询，同时实时转发到信息交流/共享平台，从而构成一个有机的，互动的协调的整体。
我们使用流媒体技术，彻底解决两地低带宽的限制，解决前端设备单路并发流的限制。
通过集中存储服务模块，解决前端无盘编码器的统一存储和管理。
1.2.2系统架构
根据实际项目需求，整体的系统架构如下图：
1.2.3视频采集系统
1.2.3.1隶属视频资源
隶属已建有视频管理系统，汇聚辖区内的前端监控视频图像，实现对辖区内的视频图像进行存储、监控、抓拍、紧急情况查看处理等。
可通过对隶属视频管理系统的二次开发或增加流媒体服务器的方式，将之统一接入视频管理系统，实现总控中心与分控中心的协同控制。
1.2.3.2社会视频资源
社会投资建设的视频信息资源经由公网（互联网）传输，如直接接入多媒体专网，势必带来安全隐患。
因此为保证网络安全性及视频质量，做如下方案设计：
1）通过安全设备隔离技术，设备网络边界防护。
2）将社会资源平台转发的视频流通过解码器，解码为模拟信号，此步可丢弃非视频数据，提高网络安全性。
3）生成的模拟信号无法远距离传输，因此再通过一台编码器重新编码为网络数字信号后，接入多媒体专网传输。
1.2.4多媒体专网
1.2.4.1概述
在各种组网方式中，MPLSVPN具有网络部署灵活简便、一次性投资较小、管理和维护成本低的优势。
MPLSVPN组网能以较低的价格充分利用路由器的快速转发能力和巨大的传输带宽，满足用户较高带宽的应用要求，如视频、话音与数据的一体化传输。
因此MPLSVPN特别适合那些对安全和QoS有特殊要求的在中高速率（2M以上）专网组建。
由于MPLSVPN组网可以实现用户专网的物理隔离且QoS保证较好，因此特别适合金融机构、党政机关企事业等对安全性要求较高且有高带宽需求的专网组建。
与其它网络架构相比，MPLSVPN网络具有以下特点：
1）多个业务系统的数据只由一张骨干网络承载，网络结构更加清晰，维护简单。
2）安全措施部署简单，业务系统可以进行更加安全的隔离和可控的互访。
3）网络扩展性好，当增加新业务系统时不需要建设新的网络，只需增加一个VPN即可；不需要针对某个业务系统单独扩容网络带宽，只有当骨干网络平台总带宽不足时才考虑进行扩容。
4）各业务系统统计复用骨干网总带宽，也可以根据各业务系统实际的流量分配带宽，从而合理地使用网络资源，网络资源利用率高。
1.2.4.2网络架构
建立一个统一的MPLS骨干网络来承载所有内部业务，不同的业务系统通过划分VPN来实现互访与隔离。
1.2.5媒体专网安全防护
防火墙技术是重要的网络安全技术，是确保安全的一道坚固的屏障，其主要作用是在网络入口处检查网络通讯数据，根据网络管理员的设定的安全规则，在保护内部网络安全的前提下，保障内外网络的正常通信。
所有来自外部网络的访问请求都有通过防火墙的检查，内部网络的安全有了很大的提高，部署的防火墙功能如下：
1）首先定好各隶属视频系统内的合法主机，通过源地址过滤，拒绝非法IP地址，有效的避免网络上越权访问；
2）通过对各汇聚点防火墙制定访问策略，只允许已经定义的视频流量进入，其他未定的所有流量全部拒绝，从而保证拒绝非法流量于网络之外
3）同时，所有防火墙可以全面监视外部网络对内部网络的访问活动，并进行详细的记录，通过分析可以得出可疑的攻击行为；并形成日志。
4）防火墙可以只保留所需要的服务，将不需要的服务关闭，这样可以将系统受攻击的可能性降低到最低，使攻击者无机可乘；
5）合理优化防火墙上的长连接与半连接时间与数量参数，以降低攻击的可能性。
核心防火墙配置热备策略，以保证核心的高可用性。
在核心防火墙上同时也需要做相应策略，允许合法视频和管理流量通过。
其他所有流量全部拒绝。
1.2.6中心管理系统
视频监控系统的中心管理系统由中心管理服务器、流媒体转发服务器、认证管理服务器、存储服务器、存储设备以及监控客户端组成。
根据摄像机数量以及转发的要求配置中心管理服务器、并支持双机热备，支持以流媒体的方式提供对视频的直播及转分发服务。
对视频检索即时回放提供后台支持，并提供录像的持久化保存及回放支持。
系统架构设计上，具备应对大容量流媒体业务的多种可靠性机制。
兼容及管理主流DVR厂家设备，纳入系统统一管理。
具备对海量存储单元的合理使用机制，减少故障率及能耗。
1.2.6.1中心管理服务器的主要功能
管理服务
管理服务是系统的控制中心，保障系统中所有设备、各种资源安全有效地运行与共享，包括应用管理、设备管理、服务器间连接与切换、用户管理、日志管理、心跳管理、客户端在线管理等。
目录服务
系统支持多目录、多中心服务，轻松实现海量设备的管理、支持多中心数据同步和相互备份，保障了数据的完整性。
相应的实时性和系统的稳定性，避免了信息孤立和垃圾信息产生。
1.2.6.2流媒体服务器
流媒体服务器支持集群工作模式，集群中任何一台故障时，均能够由冗余服务器自动接管，在本次设计中，1台服务器配备1台热备机器。
流媒体存储转发服务器主要功能:
转发服务
系统采用的分布式多转发中心架构，最大限度地分摊网络负担，避免网络瓶颈和拥塞。
配合中继（Relay）转发模式，支持应用层路由优化，限制无效网络流量的产生。
存储服务
支持DAS、NAS、SAN存储设备。
系统采用的分布式存储模式，降低存储成本和存储风险，同时支持音视频数据和行业数据的关联存储和检索。
1.2.6.3服务器的体系架构要求
1.2.6.4客户端的架构要求
1.2.7时钟同步系统
1.2.7.1系统概述
视频监控网络由一级平台、隶属二级平台、业务现场前端采集点等多个单元组成，网络内网络设备和服务器数目众多，无法保证所有设备时间同步，因为这些时钟每天会产生数秒、甚至数分钟的误差。
经过长期运行，时间差会越来越大，这种偏差在普通应用中影响不太大，但对视频监控却可能会引发意想不到的问题。
在视频管理系统中，尤其是分布式的多级架构，OSD信息、历史图像时间索引、回放检索等都要求系统具有准确一致的时钟信息。
因此监控网络中的大量服务器和终端设备都需要进行时钟同步，而手工同步在精度上和工作量上显然不能满足需要，因此一个健壮可靠的监控系统必须配备完善的时钟同步机制，以使网络设备之间传递的信息能够在时间上保持高度一致。
1.2.7.2工作原理
正常工作时，NTP网络时间服务器通过网络接口提供NTP对时信号，所有网内设备可以将校时地址指向母钟，通过网络连接得到精确时间。
可通过网络内任意一台计算机上运行的网管及监控软件完成对时钟系统设备的监测管理。
1.2.7.3NTP的通信模式
NTP（NetworkTimeProtocol）是用来在整个网络内发布精确时间的TCP/IP协议，其本身的传输基于UDP，它可以使计算机对其服务器或时钟源进行同步，提供高精度的时间校正（LAN上与标准间相差1～10毫秒，WAN上几十毫秒）。
时钟同步服务器与其他设备的NTP访问以客户机和服务器方式进行通信。
每次通信共计两个包。
客户机发送一个请求数据包，服务器接收后回送一个应答数据包。
两个数据包都带有时间戳。
NTP根据这两个数据包代的时间戳确定时间误差，并通过一系列算法来消除网络传输的不确定性的影响。
NTP要求的资源开销和通信带宽很小。
NTP采用UDP协议，端口号设定为123。
UDP占用很小的网络带宽，在众多客户机和少许服务器通信时有利于避免拥塞。
NTP数据包的净长度在V3下为64个字节，V4下为72个字节；在IP层分别为76和84个字节。
时钟服务器和其他作为客户机的设备采取点对点的通讯方式，自动通信间隔将在指定的范围内变化（一般是64秒到1024秒），同步情况越好，间隔就越长。
另外，也可以在客户机通过手动随时进行通讯。
1.2.7.4时钟同步系统设计
时钟同步网络以分层主从结构模式运行，本项目中时钟同步服务器在时钟同步网络系统中的最高层，为所有的低层设备提供同步信息。
时钟同步网络理论上根据其精确度和重要性一般分为从0－15的共16个级别。
级别编码越低，精确度和重要性越高。
时间的分配自级别编码小的层次向较大的层次进行，即由第0级向第15级分配渗透。
1.2.7.5时钟同步系统的架构
该系统结构由两台时间服务器、交换机、网络和客户端组成，每台服务器配置4个物理隔离的NTP网口，分别同步多个子网。
两台时间服务器互为热备，时间服务器1作为“主用”时间服务器，时间服务器2作为“备用”时间服务器。
当“主用”时间服务器（时间服务器1）的信号接收单元发生故障时，自动切换至“备用”时间服务器（时间服务器2）的信号接收单元接收到的时间基准信号，从而保证系统的可靠性。
当“主用”时间服务器（时间服务器1）的信号接收单元恢复正常后，该时间服务器自动切换回正常工作状态。
当时间服务器都接收不到两路外部时间基准信号时，切换到内部授时，保持一定的走时准确度；当外部时间基准信号接收恢复时，自动切换回接收外部时间基准信号的工作状态。
1.2.8视频诊断系统
1.2.8.1系统概述
随着视频监控网络的建设，监控系统的规模越来越大。
大量监控摄像头的部署极大提升了业务能力。
但另一方面，面对成千上万摄像头，监控系统也面临着日益增大的运行维护压力。
视频画面携带着监控系统的最核心信息。
无论是现场的实时监看，或者案发后的录像回放，摄像头故障或画面质量下降会对监控系统的正常工作和有效信息利用造成严重影响。
面对大量的摄像头，如何及时而有效的发现故障、找到故障的原因，快速处理、对故障进行分析总结，是目前已有监控系统亟需解决的问题。
目前已有质量检测与保障系统功能不完善。
系统具备了基本的网络检测与视频丢失等检测功能，但检测项目不充分。
为了保证画面质量，多数采用人工巡查的方式检测摄像头画面质量，工作量大，工作效率低。
投入人力、时间、成本高，维护效率低。
另一方面，系统管理功能不完善，提供信息不充分。
视频质量诊断系统是一种智能化视频故障分析与预警系统，对视频图像出现的雪花、滚屏、模糊、偏色、画面冻结、增益失衡、云台失控、视频信号丢失等等多种摄像头故障、视频信号干扰、视频质量下降进行准确分析、判断和报警。
系统按照诊断预案自动对摄像头进行检测，并记录所有的检测结果。
用户通过Web网页对系统运行情况进行监控，接收、处理报警，查询历史信息，并可根据摄像头所在区域、品牌、故障类型、故障严重程度等不同属性进行多种统计分析。
利用视频质量诊断系统，能够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所带来的损失，并及时发现破坏监控系统的不法行为。
在设备、传输发生问题后，可以迅速进行处理，保障监控系统有效运行。
系统亦有利于帮助快速掌握前端设备运行情况，高效维护视频监控系统。
1.2.8.2系统结构设计
系统采用“监控诊断维修”的闭环应用设计。
已有监控系统按照自身设计正常运行；诊断系统与监控系统建立数据传输通道，从监控系统中获取视频进行分析，并且不干扰监控系统的正常运行；对于诊断系统发现的问题，维护人员进行逐项处理修复，保障监控系统的完好性。
系统采用分布式结构。
从监控网络获取视频信号后，系统利用视频诊断服务器完成视频诊断功能，利用Web服务器完成用户交互，利用数据库服务器存储诊断结果和系统配置。
依据用户网络状况和部署规模、需求，上述各个服务可以采用一台或多台服务器实现，可以集中部署在监控中心，或分布在各个分中心。
视频诊断服务器将诊断结果通过Web服务器发送给用户，并在数据库服务器中记录有关信息。
用户可以通过Web页面监控系统状态，进行信息查询、统计，设置诊断预案，维护设备信息，进行系统管理等各种操作。
系统结构图
1.2.8.3模块设计
系统模块框图
系统采用高度模块化设计，对视频质量诊断分析过程、业务处理应用和系统管理进行功能划分，设计各个功能模块。
系统包含用户交互层、业务逻辑层和视频数据源三层。
用户交互层实现各种用户交互操作，包括用户登录、系统管理、摄像头管理、信息分析查询、视频诊断管理、故障处理等多个模块。
业务逻辑层实现视频质量诊断，业务逻辑控制、视频数据接入、分析结果存储、Web服务等功能，包括Web服务、中央控制、逻辑控制模块、视频质量诊断模块、视频切换模块、数据库等。
视频数据源提供用于进行视频质量诊断的视频数据。
1.2.8.4视频诊断检测项目
系统利用先进的视频质量数值化计算技术，实现视频故障/异常诊断、故障/异常严重性评判。
视频质量数值化计算技术示例如下。
利用对图像特征的分析，系统对画面模糊程度进行测量，并给出测量分数。
分数区间从0至100。
分值越小表示图像越模糊。
反之分值越大表示图像质量越理想。
分数72分数62分数46
视频故障的典型示例如下。
对焦发生异常
增益过高或过低
偏色
亮度过高
噪声、偏色、刺状复合干扰
雪花干扰
折叠带滚屏干扰
画面抖动
1.2.8.5系统应用
1.2.8.5.1信息导入
项目
内容
1.1设备导入
将监控系统的设备列表导入视频质量诊断系统，保持数据一致
1.2分组导入
将监控系统的设备分组信息导入视频质量诊断系统，保持数据一致
1.3设备信息
可以设置设备基本信息，包括设备名称、所属区域、设备位置（GPS信息）、设备类型、设备型号、设备序列号、供应商、供应商联系方式、生成厂家、设备配置信息、保修条款等
1.2.8.5.2用户权限管理
项目
内容
2.1角色/用户创建修改
创建/修改/删除一个新角色，并为该角色分配权限；
创建/修改/删除一个新用户，并将该用户添加为某角色的成员。
系统可以根据需要，灵活创建不同的角色，例如管理员、维护人员、管理人员等等。
权限的管理包括对操作权限的管理、访问不同区域设备权限的管理等（即可以支持分权分域管理）。
1.2.8.5.3任务管理
项目
内容
3.1任务的创建
创建一个新任务，设置计划信息，检测项目信息以及需要检测的设备信息。
可以根据区域、设备、时间、周期、巡检次数、检测项目、设备优先级等要素设置预案，系统依据预案自动巡检摄像头。
可以手动选择某些摄像头，立即执行质量检测。
可以开启/关闭某个任务。
3.2任务的修改与删除
可以对任务进行修改、删除操作。
3.3任务的执行
任务可以按照预设条件自动激活执行，或者手动进行控制。
运行中的任务可以暂停、取消。
暂停的任务可以恢复运行。
1.2.8.5.4诊断标准管理
项目
内容
4.1诊断标准创建/修改/删除
系统可以创建/修改/删除诊断标准。
系统支持将诊断标准应用在某一组或某一个单独设备上。
可以开启/关闭某个诊断标准。
可以对诊断标准命名、进行注释。
对于一个诊断标准，可以依据时间设置不同的诊断分数。
1.2.8.5.5设备状态查看与处理
项目
内容
5.1设备状态查询
按照条件查询设备最新诊断状态。
查询条件包括：
设备名称、所属区域、设备编号、维护状态、诊断时间、诊断结果等。
可以针对某一个检测项目进行结果查询。
5.2设备状态处理
可以对设备状态进行人工确认、二次检测、挂起/启用设备、调整诊断标准，关联标签。
5.3报表统计与输出
结合各类信息，按照需求进行各类数据统计分析。
支持折线图、条形图、柱形图、饼图、三维饼图、圆环图、分离型圆环图等不同类型分析图表的绘制。
支持提供季报、月报、周报、日报等不同报表。
报表可以定期自动生成。
可以导出为Excel格式文件。
支持以设备名称、设备编号、所属区域、维护状态、标签名称、诊断结果为条件搜索到的诊断结果用Excel文件导出。
导出文件中可包含摄像头拍摄画面的截图。
可以根据需要加入不同分析维度，为系统发展与规划提供数据依据。
1.2.8.5.6结果查询与处理
项目
内容
6.1诊断结果查询
按照条件查询历史诊断结果。
查询条件包括：
设备名称、所属区域、设备编号、任务名称、诊断时间、诊断结果等。
可以针对某一个检测项目进行结果查询。
6.2诊断结果处理
可以对诊断结果进行人工确认、二次检测、调整诊断标准，关联标签。
6.3输出
支持以设备名称、设备编号、所属区域、任务名称、诊断时间，诊断结果为条件搜索到的诊断结果用Excel文件导出。
导出文件中可包含摄像头拍摄画面的截图。
1.2.8.5.7标签管理
项目
内容
7.1标签创建/修改/删除
系统可以创建/修改/删除标签。
可以对标签命名、进行注释。
7.2标签的使用
可将属于同一种或多种属性的设备贴上相同标签，方便对设备进行归类、查询、跟踪、导出。
如可创建标签：
待修设备，我负责的设备，近期需要密切关注的设备等等。
每个设备可以贴多个标签。
7.3标签的查询/导出结果
可根据标签名称，查询、导出属于该标签的设备名称、设备编号、设备
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