最新大型视频监控解决方案.docx
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最新大型视频监控解决方案
DVR组网监控系统
技术方案
杭州海康威视数字技术股份有限公司
前言
新一轮产品技术竞争的号角吹响安防产品技术的数字化以及目前的网络化和智能化,其发展步伐之快超乎人们想象。
然而,目前的DVR产品大多都是几年前开始进入市场,并以当初的需求为出发点的,随着网络化和智能化的进一步发展,这些产品开始难以跟上市场步伐。
同时,我们也发现,在目前和可预见的将来,DVR应用仍然是视频监控的主流,DVR市场的容量仍将处于增长阶段,而DVR产品的生命周期仍旧在源源不断地延续。
作为主流的DVR厂商之一,海康威视也同样面临着这样的挑战。
我们认为,目前市场和技术的发展,已经孕育新一代DVR产生的时机,我们需要构建新的技术平台,在更高、更强的技术平台上发展出新的产品系列,来适应新的市场环境和满足新的市场需求。
这不是在原有基础上的修修补补,而是设计思想的创新,新的一轮产品技术竞争的号角已经吹响。
如何定义新一代的DVR?
我们以海康威视新一代iDS-9000系列DVR作为范例介绍。
该系列嵌入式网络DVR具备多种创新性的设计和改进,其最主要的特点就是满足网络化、智能化新阶段的要求,提供更高、更强的性能,以及更人性化的人机界面,能够满足个性化、标准化的需求。
第一章概述
1.1设计思想
系统方案设计时充分考虑到行业单位的当前各项监控需求,又面向未来监控业务会快速增长的发展需求,在系统整体功能设施配备时依据功能齐全、实用、使用方便、质量可靠、技术先进以及具有充分扩容能力;认真分析各系统产品的价格、功能、稳定性和可靠性,依据可靠性高、性价比高的原则,采用新一化DVR产品;按系统整体安全性高、性能稳定、可维护性故障少、系统操作简单的原则进行系统集成。
总之设计体现了先进实用、操作方便、自动化程度高、性价比突出、系统易于扩充升级的总体设计思想。
针对行业单位以及下属单位的实际情况和需求,我们采用数字化网络集中监控技术设计本方案。
关于主要设备,本方案中将选用新一代的嵌入式混合硬盘录像机。
1.2设计原则
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XX(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XX(项目相关)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(语音)监控(包括电视墙)
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
6.语音对讲系统
7.报警与视频监控联动
1.4设计依据
⏹《XX项目数字化系统建设项目》招标文件的技术要求
⏹《XX部安全技术防范工程标准》
⏹《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
第二章系统详细设计
2.1技术原理及系统设计
本项目的技术原理基于海康威视提出的“基于IP的超大规模视频切换矩阵”技术,其技术原理如下:
随着宽带技术的发展,远程集中监控的需要越来越多,规模也越来越大,一种是重建专用网,利用现有的CATV技术,包括WDM技术,将模拟信号不做处理直接传到监控中心,进行集中监控。
此次方案的设计经过现场的勘察决定
(1)在厂区内采用DS-2AM1-515系列智能球机用在三个厂房内,3号厂房设计22个球机;2号厂房20个球机;3号厂房36个球机(每个房间内两个球机)。
(2)在两个灯塔上各加装一个iDS-2DF1-517用做厂区内活动的人员或车辆的跟踪监视。
(3)在三个监控中心采用DS-9016HF-S混合型DVR用来接入前端的模拟摄像机和IP摄像机。
具休设计:
3号厂房共100根柱子22个球机均匀分布安装在柱子上以高架桥为基准把厂房分成两段在每段的中间加装光端机以光端机为终点再把每段安装的球机的视频信号引到光端机上再通过光纤把信号传输到监控中心。
2号、1号厨房同理。
3号监控中心2台DVR。
2号监控中心2台DVR。
1号监控中心3台DVR。
2.2网络拓扑图
2.3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。
2.3.1智能球机
球机特点
●精密电机、一体机芯
整机包含云台系统、摄像机系统、通讯系统和护罩。
采用精密微分步进电机实现快球的准确快速的旋转、定位,受控灵敏、运转平稳、任何速度下图像无抖动。
采用优秀的一体机芯,核心是自动聚焦达到秒级。
主控CPU确保云台受控时能同步送出图像,并实现白平衡、快门、光圈、变焦、对焦等功能实现控制。
●多角度操作、比例变倍、自动反转
我们在快球设计时充分考虑如何提高用户的操控手感和人眼捕获图像的易接受性。
除了传统水平方向、垂直方向的运动以外,加入斜向运动,加快捕获目标的速度并将受跟踪目标始终保持在图像中部。
当处于变倍场景下对目标进行跟踪时,快球的运动速度自动与倍数成反比,以防止过快运动丢失目标。
目标从快球下方穿过,由于要实现无盲点监控,快球将以秒内速度作水平翻转,以保证目标在画面中处于正立姿态。
●限位功能、自动巡航、守望功能
考虑到快球多用于全景监控,在非人为控制时可选择自动巡航。
我们的快球支持保存8条巡航路径,每条路径支持32个预置点,用户可根据需要随意调整预置点间的切换速度,每个预置点的停留时间可独立设定。
我们在设计时考虑开发模式路径,即快球记忆用户的一段时间控制操作,此后按该操作进行巡航,因为该路径可能是用户比较重点关注的场景。
此外,鉴于快球安装位置可能在墙角、可能受建筑物遮挡,在360°方位上出现某些方向存在无用图像,比如:
摄像为整面墙体。
因此,我们提供限位功能,快球无论在控制还是在巡航时,仅在两个限定位置之间进行运动,提高监控有效性。
当然,某些场景的非受控监控是关注某个角度的场景,比如:
道路监控。
当快球在非受控达设定时间时,比如30秒,快球会自动归位至设定的预置点,亦可作用于自动巡航。
●定时启动、断电记忆
可对快球的运行进行布防,即设定时间段,快球将在该时间段内自动运行提前设定的操作,比如:
巡航、模式路径等。
每个时间段的监控区域与用户的使用环境相关,根本目的在于最大限度地提高监控有效性。
作为快球的另一个重要功能便是断电记忆。
快球遭遇意外断电,重新上电之后,可恢复到掉电前的位置。
我们支持位置的选定,按停留时间来计算,比如:
快球在掉电前某一位置停留达到30秒,快球就记忆该位置并用于恢复。
停留时间是可设定的。
●动态隐私遮蔽、报警联动
因铺设摄像机而出现的隐私纠纷越来越多,尤其是具有高倍变焦的快球。
我们提供动态隐私遮蔽功能,可在画面中相关位置叠加黑块遮蔽图像,利用坐标反馈的方式确保遮蔽范围不会因为球机的转动而呈现出来。
支持7路报警输入和2路报警输出,快球在接收到报警之后,可启动处理方式,比如:
调预置点、启动巡航、触发报警输出等等。
●安装维护、曼码检测、鼠标操作
支持目前市面上壁装、墙角装、柱装、吊装、吸顶装、嵌入式安装等安装方式。
与摄像机一样,提供OSD功能菜单,供维护人员远程调试使用。
可靠性方面与摄像机基本相似。
在过去的调试检测过程中,调试人员需要分现场和中心两队,以对讲机的形式对快球进行故障排除,需要高架梯、拆卸等等繁琐的操作,而且往往因检测过程中的某些疏忽而导致调试时间激增。
我们的快球提供曼码故障检测功能,调试人员可通过叠加在视频上的故障信息进行判断,比如:
控制线接反、地址设置错误等等,都将以特点的编号提示调试人员,使得整个过程。
在使用过程中,传统控制方式为键盘控制或鼠标点击图形按钮,而海康威视的快球支持鼠标对图像进行直接操作。
例如:
鼠标点击图像某一点,即可将该点移至屏幕中心;除此之外,包括鼠标拖动实现方向控制,场景放大缩小等等。
2.3.2跟踪球机
自动跟踪功能:
•支持自动跟踪功能,触发跟踪的模式有报警触发和手动触发两种跟踪模式,可结合巡航扫描方式对不同场景进行轮巡监控
系统功能:
•采用1/4"索尼高性能CCD,图像清晰
•精密电机驱动,反应灵敏,运转平稳,精度偏差少于0.1度,在任何速度下图像无抖动
•支持RS-485控制下对HIKVISION、Pelco-P/D协议的自动识别
•支持三维智能定位功能,配合DVR和客户端软件可实现点击跟踪和放大
•支持多语言菜单及操作提示功能,用户界面友好
•支持数据断电不丢失
•支持断电状态记忆功能,上电后自动回到断电前的云台和镜头状态
•支持光纤模块接入
•支持内置温度感应器,可显示机内温度
•支持防雷、防浪涌、防突波
•室外球达到IP66防护等级
•支持定时任务预置点/花样扫描/巡航扫描/水平扫描/垂直扫描/随机扫描/帧扫描/全景扫描等功能
机芯功能:
•支持自动光圈、自动聚焦、自动白平衡、背光补偿和低照度(彩色/黑白)自动/手动转换功能,宽动态功能可选
•支持隐私遮蔽
云台功能:
•水平方向360°连续旋转,垂直方向-5°-185°,无监视盲区
•水平预置点速度最高可达540°/s,垂直预置点速度最高可达400°/s
•水平键控速度为0.1°-300°/s,垂直键控速度为0.1°-240°/s
•支持256个预置位,并具有预置点视频冻结功能
•支持8条巡航扫描,每条可添加32个预置点
•支持4条花样扫描,每条路径记录时间大于10分钟
•支持比例变倍功能,旋转速度可以根据镜头变倍倍数自动调整
•支持守望功能,预置点/花样扫描/巡航扫描/水平扫描/垂直扫描/随机扫描/帧扫描/全景扫描/全景跟踪/巡航跟踪可在空闲状态停留指定时间后自动调用(包括上电后进入的空闲状态)
•支持报警功能,内置7路报警输入和2路报警输出,支持报警联动,可在报警后触发调用预置点/巡航扫描/花样扫描/SD卡录像/触发开关量输出/客户端电子地图
网络功能:
•采用H.264视频压缩算法和TI高性价比的最新达芬奇处理芯片和平台,性能可靠稳定
•支持以太网控制,同时支持模拟接入
•可通过IE浏览器和客户端软件观看图像并实现控制
•支持SDHC卡和标准的SD卡存储
•支持三级用户权限管理
•支持双码流技术
•支持多种网络协议,TCP/IP、HTTP、DHCP、DNS、RTP/RTCP、PPPoE(FTP、SMTP、NTP、SNMP可添加)
•支持1路音频输入和1路音频输出
2.3.3混合型DVR
可接驳模拟摄像机、网络摄像机、网络快球和网络视频服务器;
•VGA视频输出分辨率最高达1280*1024;
•所有模拟通道支持4CIF实时编码;
•支持200万像素高清网络视频的预览、存储与回放;
•采用HIKVISION云台控制协议时,可通过鼠标选定画面任意区域并进行中心缩放;
•支持预览图像与回放图像的电子放大;
•支持按事件查询、回放、备份录像文件;
•支持回放时对录像场景的自定义区域进行动态分析;
•支持最大16路同步回放;
•支持录像文件倒放功能;
•支持硬盘盘组管理,不同通道可设定不同的录像保存周期;
•支持冗余录像;
•支持8个SATA接口;
•支持eSATA盘库(可选);
•支持NTP(网络校时)、SADP(自动搜索IP地址)、SMTP(邮件服务)、NFS(接入NAS)、iSCSI等协议。
2.4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。
2.5存储设备
2.5.1HybridDVR
现阶段的市场以网络DVR为主流应用,同时,在局部也有纯IP架构的视频监控应用开始实施。
目前IP摄像机解决方案是DVR应用的一个补充,随着市场需求和产品技术的演变,其应用面会逐步扩大。
海康威视