数字网络视频监控系统技术解决方案.docx
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数字网络视频监控系统技术解决方案
数字网络视频监控系统技术解决方案
1概述4
1.1项目概况4
1.2设计原则4
1.3总体目标4
1.4设计依据5
2系统总体设计6
2.1总体设计思路6
2.2系统定位6
2.3系统架构6
2.4系统关键业务流程7
2.5系统组网示意图9
3系统详细设计11
3.1前端子系统11
3.1.1简述11
3.1.2组成及选型原则11
3.1.3前端工作方式12
3.1.4对比其它前端组成方式12
3.1.5前端设备选型及主要参数14
3.2存储子系统14
3.2.1简述14
3.2.2设计思想15
3.2.3存储架构15
3.2.4存储功能17
3.2.5存储设备选型18
3.3解码子系统19
3.3.1简述19
3.3.2数字矩阵工作方式19
3.3.3数字矩阵功能20
3.3.4数字矩阵优势21
3.3.5解码设备选型22
3.4显示控制子系统22
3.4.1简述22
3.4.2组成及选型22
3.4.3主要功能23
3.4.4显示控制设备选型24
4应用软件平台25
4.1.1中心服务模块27
5.0经济型网络摄像机DS-2CD728PF-PT41
1概述
1.1项目概况
某理工学院计算机学院的；3层1间、4层6建、5层5间总的12间要做网络视频监控
1.2设计原则
项目设计遵循以下原则：
（一）统一规划：
监控系统的建设必须规划在先。
阳光恩耐照明有限公司信息部作为该系统主要规划、使用和管理部门，必须按照政府、法规制度的规定统一部署，遵循“覆盖广、分期分批”的实施步骤。
（二）统一标准：
监控系统的建设必须统一标准。
系统建设应在符合国家和行业相关标准及阳光恩耐照明有限公司监控系统的建设要求基础上，采用先进的技术和系统架构，经论证后，统一部署。
（三）注重实效监控系统项目的建设必须注重实效，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工作。
1.3总体目标
●构建一套全数字网络视频监控系统；
●实现D1以上高清晰图像质量；
●提供海量数据存储系统和数据防丢失机制；
●建设数字化监控中心；
●建成的系统具备高可管理性、高可扩展性、易维护易升级。
1.4设计依据
本系统建设涉及的所有设计、施工、设备、材料和工艺均符合相关的国家标准和信息产业部的规定。
具体来讲，整个系统建设中的所有工作均满足如下规范：
Ø国家标准GB50198-94，《民用闭路监视电视系统工程技术规范》
Ø信息产业部和广电总局有关中国电视制式要求
ØGA/T75-94安全防范工程程序和要求
Ø国家标准GB50057-94，《建筑物防雷设计规范》
Ø国家标准GB7450-87，《电子设备雷击保护导则》
Ø国家标准GB50348-2004，《安全防范工程技术规范》
Ø国家标准GB12663-90，《防盗报警控制器通用技术条件》
Ø国家标准GB50198-96，《民用建筑闭路监视电视系统工程技术规范》
Ø国家标准GBJZ32-90-92，《中国电器安装工程施工及验收规范》
Ø国家标准GBJ115-87，《工业电视系统工程技术规范》
Ø《安全防范工程技术规范》（GB50348－2004）
Ø《视频安防监控系统技术要求》（GA/T367－2001）
Ø《安全防范系统验收规则》（GA308－2001）
Ø《安全防范工程程序与要求》（GA/T75－94）
Ø《防盗报警控制器通用技术条件》（GB12663－90）
Ø《民用建筑闭路监视电视系统工程技术规范》（GB50198－96）
Ø《建筑物防雷设计规范》（GB50057－94）
Ø《中国电器安装工程施工及验收规范》（GBJZ32－90－92）
Ø《信息技术客户通用电缆铺设要求》（ISO/IEC11801）
Ø《工业电视系统工程技术规范》（GBJ115-87）
Ø《视音频编解码标准——视听对象的编码（6部分）》（ISO/IEC14496）
Ø《工业企业扩音通信系统工程设计规程》（CECS62-94）
Ø《工业企业通信工程设计图形及文字符号标准》（ECS37-91）
Ø《广播传音电缆线路工程建设技术规范》（GY5053-94）
Ø《安全防范系统通用图形符号》（GA/T74－2000）
Ø《城市地理空间框架数据标准》（CJJ103－2004）
另外，所有的设计、施工和设备均应满足该系统项目招标书上提出的具体技术需求。
2系统总体设计
2.1总体设计思路
全数字网络视频监控系统由监控专网、监控设备和应用软件组成。
建成以后
是一套综合性网络视频监控系统。
按照“抓应用、求先进、上台阶”的思路，在可靠运行的前提下借助先进的视频监控技术提升系统的先进性，满足未来5-10年的发展要求；完善监控系统的管理和运用，使监控系统对安保、业务的作用最大化；完善系统之间的联动和应用软件的功能，使用户在运用本套系统时能充分感受到稳定、实用和便利。
充分利用监控资源，发挥整体效益，做到系统具有可持续发展特性。
2.2系统定位
全数字网络视频监控系统建设我们提出以下定位：
●高起点的设计系统，系统具有先进性和可持续发展特性；
●强调系统的实战性，一切围绕用户业务和安全防范展开，系统服务于战；
●强调系统的联动，将报警系统与监控系统结合起来，在一个平台上实现报警联动的功能；
●强调系统资源的共享，让本次建设的系统成为一个立体的、多层次的、
●全方位的、具备防御层概念的视频监控系统，开放式平台为系统资源二
●次利用、共享提供基石；
●强调录像图像画面的有效性和实时监控的有效跟踪；
●强调系统的稳定性和简单操作性；
●确保系统是一个安全可靠的信息系统。
2.3系统架构
目前监控系统联网架构模式主要有全数字和数模结合模式两种，前者的典型标志是采用网络摄像机和数字矩阵，后者的典型标志是采用模拟摄像机加视频编码器。
通过实地调研对比分析，我们认为全数字更符合本次项目，原因如下：
●全数字网络视频监控系统是当前网络视频监控最先进的架构，是网络视
●频监控今后的发展方向，其它网络监控模式会逐步过渡到全数字模式；
●全数字网络视频监控系统是实现高性价比的高清视频监控的基石；
●全数字网络视频监控系统易于扩容，易于开发应用新功能，是一套符合发展规律的、具有可持续性的、先进的网络视频监控系统；
●全数字网络视频监控系统运作于监控专网内，对未来跨公网网络监控系统改造具有指导意义。
故此，本系统架构按全数字模式设计网络视频监控系统。
2.4系统关键业务流程
全数字网络视频监控系统按安防规范分作几个部分：
采集部分（网络摄像机）、传输部分（IP视频专网、流媒体模块）、存储部分（存储模块）、显示部分（电视墙模块）和管理控制部分（中心服务模块、客户端），并单独设计一个报警服务模块来接收、转发报警信号。
各服务模块因信令交互构成一套有机整体，在网络上合理部署服务模块，优化信令（数据流）流程，使监控系统更好地运作，整体效能得以最大限度地发挥。
系统关键业务流程如下图所示：
图2.1系统关键业务流程图
图2.1呈现以下几类信令、数据交互：
●注册、管理、控制信令
包含注册信令、管理信令和配置信令。
前端设备和服务模块都注册到中心服务模块上，接受中心服务模块的统一管理和资源调度。
统一管理指：
只有在中心服务模块上注册成功的组件才能使用，重要性尤其体现在对复杂前端设备的接入管理和后端客户端的权限管理。
资源调度指：
主要体现在存储服务的调度、流媒体服务的调度等。
●实时流（预览）
前端设备的实时流送至流媒体服务模块，再转发给1个（或多个）客户端解码显示在PC显示屏，亦可转发给电视墙服务模块解码输出到电视墙显示。
采用流媒体服务模块一方面能减轻前端设备接入带宽的压力和设备的处理压力，另一方面能将用户与设备隔离，确保系统的安全性。
通常前端设备的接入带宽较少，所处环境也较恶劣；使用流媒体模块以后，后端多路并发预览也只需从前端获取1次码流即可，相应地降低了前端处理输出多路码流带来的压力和功耗。
其次，用户若能直接访问前端设备，会存在系统风险，存在用户恶意破坏前端设备的可能。
将它们隔离开，能从根本上杜绝这种风险。
●存储流
前端设备根据录像计划将视频流写入存储服务模块。
如前文所述，合理设计存储系统能确保录像过程高效、稳定、可靠。
●检索指令、回放流
客户端向存储服务模块发起录像检索请求，后者从存储介质中检索出指定录像并返回给客户端解码显示，客户端也可将回放流推给电视墙服务模块解码上墙
回放。
●告警信令
可能存在的11O报警、视频丢失报警、遮蔽报警、移动侦测报警、智能分析报警、设备运行状态报警都将上传到报警服务模块，由它判断报警归宿和报警优先级，将报警信息转发给合理的客户端去处理。
2.5系统组网示意图
图2.2系统拓扑示意图
图2.2以功能模块方式呈现全数字网络视频监控系统的系统拓扑架构。
从图可知系统分为4大块，分别是：
已有监控资源、新建监控资源、中心机房和监控中心。
新建监控资源指本项目的前端子系统，散布在各监控点。
中心机房设置在监控中心旁，内部包含了存储子系统、管理控制子系统和集成联动部分。
是整个监控系统的核心，是软件平台的核心。
监控中心一般分3大块，总控中心、分控中心和查询室，体现在解码显示分、控制台和操作位。
前端采集部分采用网络摄像机（或/和）网络半球作为主要的图像采集设备，特点为图像清晰度达到全实时高清晰质量，分辨率为4CIF、HD720p甚至1600*1200；夜间照度较差又无补光措施的位置选用红外网络摄像机，复杂环境选用1只网络高速球供机动监控使用。
所有摄像机都采用6类线直接接入大楼监控专网。
网络存储部分采用支持国际标准iSCSI/NFS传输协议的磁盘阵列作为核心存储设备。
支持国际标准的iSCSI/NFS传输协议的网络摄像机，能直接将视频数据写入磁盘阵列。
其它网络摄像机需借助网络视频存储模块（NVR）来辅助完成写入视频数据的操作，NVR通过SDK+API获取网络摄像机的视频数据，再以iSCSI/NFS传输协议写入磁盘阵列。
管理控制部分包含了管理服务器、流媒体服务器、报警服务器和控制（配置客户端）。
管理服务器对全网监控设备和服务器实行统一的注册管理功能，包括对前端网络摄像机的巡检、配置、维护，工作异常的网络摄像机将在平台产生报警；监视存储系统的工作状态，监视电视墙服务器的工作状态，设备工作异常产生报警信息，并产生相关的日志；管理控制中心和客户端的登陆用户名/密码，并为每个用户分配对应的权限，用户只能在授权范围内操控监控资源。
流媒体服务器将视频数据转发给分控客户端使用；控制（配置客户端）对整套网络视频监控系统执行配置操作。
多系统联动部分，管理控制部分的报警服务器能接收来自报警主机和门禁主机的报警信号，通信基础为互通协议。
根据提前设置好的联动策略，报警服务器会在收到报警信号之后，完成转发功能，由监控中心执行接警处警工作，属于预案体系中级别较高的报警信号来临时，平台将自动弹出报警点的图像和报警点对应电子地图的位置，并以“应急预案”的方式提示处警人员如何采取下一步动作。
监控中心的显示部分采用高清解码器构建高清数字矩阵，输出高清图像到高清电视墙，向下兼容解码D1图像，兼具传统模拟矩阵的切换、轮巡等功能。
每1U的高清解码器可同时解码输出4路全实时720p的高清图像。
控制台部分由操控客户端和控制键盘组成，能完成：
调看实时监控图像，回放录像文件，切换电视墙的显示方式等等。
操作位部分由多台PC客户端组成，主要用于监控、追溯非杭州地区的监控点。
多级联网部分，软件平台支持将已建监控系统的视频图像都接入该平台。
选择一套易于接入现有DVR的软件平台，一方面可保护用户投资，实现可持续发展，另一方面可充分减小互联对接的难度，避免利用视频网关等二次编解码对图像造成的损失。
3系统详细设计
3.1前端子系统
3.1.1简述
全数字网络视频监控系统的前端子系统包含了图像采集和编码服务两种功能。
主要满足各级监控中心对各监控点图像的调用和观看。
都将采用网络摄像机提供数字图像，网络摄像机部署在监控点位，通过视频监控专网汇集到各区域中心，并完成数据转发，供各部门调用。
3.1.2组成及选型原则
前端部分主要包括：
摄像机、护罩、防雷器、补光灯、立杆等。
本项目总共包括12个监控点，选型原则是网络摄像机（含网络高速球）。
●摄像机选型原则：
序号
位置
分辨率
选型
1
普通监控点
D1（704*576）
网络摄像机
2
要求高清监控点
HD720p（1280*720）
高清网络摄像机
3
开阔区域
HD1200p（1600*1200）
高清网络摄像机
4
光照不良区域
D1
红外网络摄像机
5
要求跟踪的复杂区域
D1
网络高速球
6
难于布线的监控点
D1
无线网络摄像机
3.1.3前端工作方式
网络摄像机（含网络高速球）采集的视频图像在网络摄像机内已完成视频压缩，通过六类线接入监控专网，直接输出IP码流（包含视频、音频、控制、报警等）。
基于实时流与存储流分离的原则，实时流送往流媒体交换并转发给客户端、数字矩阵等解码显示，存储流直接写入网络存储系统。
网络摄像机采用MPEG4/H.264等先进编码方式，标清摄像机输出码流为变码率1.5Mbps，图像分辨率为4CIF；高清摄像机输出码流为变码率3Mbps，图像分辨率为HD720p。
网络摄像机还提供报警输入、输出接口，靠近网络摄像机的报警点可以开关量形式直接送入网络摄像机，并能在本地产生报警联动输出，如：
打开射灯、蜂鸣器响。
报警信号也能经过IP专网上传至软件平台，并在监控平台产生一系列的联动功能，比如：
自动弹出现场图像、电子地图上对应报警点和监控点图标闪烁等。
用户能远程控制网络高速球，能远程配置网络摄像机的参数和对其升级。
软件平台还能通过IP网对网络摄像机校时以及监测其工作状态。
若用户配备PoE交换机，网络摄像机还可选配PoE模块，实现以太网线对网络摄像机的供电。
网络摄像机可内置SD卡，当与网络存储设备之间无法通信时，产生的录像文件将缓存在SD卡内。
3.1.4对比其它前端组成方式
摄像机作为视频监控系统的图像采集设备，它所获取的图像质量好坏，将直接影响到编码图像的质量进而影响到最终在监控中心呈现的图像质量。
与传统模拟摄像机+视频编码器的方式相比，网络摄像机将带来如下好处：
对比项
网络摄像机
视频编码器
数据源
全数字信号处理
模拟信号／数字信号混合
清晰度
可达到百万像素、两百万像素
最高只能达到D1（40万像素）
抗干扰能力
好，无模拟传输过程
一般，存在基带传输的各类干扰
布线、安装
便利，仅需一根网线
复杂，需要部署视频线、音频线、控制线、电源线和网线
环境适应性
好。
与传统摄像机的工作环境相当。
较差。
工作在环境差的弱电井内，会影响其工作稳定性。
平均成本
性价比高
性价比较低
关键指标对比详解：
●高清图像质量
传统模拟摄像机受CVBS传输系统的限制，水平TVL线理论最高仅有625线，PAL制下50场扫描，而网络摄像机的数字图像处理芯片与编码压缩芯片之间直接传输数字信号，不再经过D/A、A/D转换，消除了数模、模数转换带来的图像质量受损，消除了CVBS系统对图像分辨率、帧率的限制，可轻松实现1280*720、1280*960、1600*1200等多种高清画质。
●图像传输无损耗
模拟摄像机的图像信号经同轴线缆传输送入视频编码器时，图像质量已有明显损失，传输距离越远损失越大。
如下面两幅测试图所示：
在0距离时测试模拟摄像机输出的信号特性，可知在主要包含图像信息的2M~6M频带范围内图像质量优异；经过1KM同轴电缆传输以后，频率越高的部分损失越严重，表现为图像细节丢失。
图3.1零距离测试信号特性图3.21KM距离测试信号特性
采用网络摄像机即相当于在0距离时对模拟图像进行编码，采用模拟摄像+视频编码器相当于在1KM距离时对模拟图像进行编码，可知网络摄像机输出的图像质量将优于视频编码器输出的图像质量。
●网络布点、接入灵活
相对于模拟摄像机加视频服务器，只要有网络接入的位置都能安装网络摄像机，部署更便捷。
无需考虑视频编码器的存放位置、工作环境等因素，应用更灵活。
3.2存储子系统
存储部分主要是对网络存储设备进行选型，并优化网络存储结构以保证网络存储的可靠性。
本项目设计的存储系统需满足xx个监控点按xx分辨率（xx码率）保存xx天的要求。
3.2.1简述
全数字网络视频监控系统的存储服务子系统主要为实现各监控点在区域中心进行集中存储、在总中心进行冗余存储和管理而设计的，并且视频存储服务系统能够向总控中心、区域分控中心、分控客户端等用户提供历史视频检索回放等服务。
视频存储服务子系统支持NAS、IPSAN、磁盘阵列等方式的海量视频存储功能，支持快速定位检索功能，支持对视频存储数据的查询、管理、备份功能。
3.2.2设计思想
在设计全数字网络视频监控系统的存储部分时，我们依据以下设计思想：
●监控系统的存储压力全部集中到监控专网，需解决大规模持续并发视频数据写操作的存储难题。
要考虑网络故障以后，录像数据的缓存以及网络恢复以后的补录技术。
●关键录像需冗余存储，提高关键录像可靠性。
对关键录像的定义是移动侦测触发的录像、报警信号触发的录像、电视墙显示过的图像。
●系统平台能集中管理所有存储资源并统一调度，统一部署存储策略。
与存储资源分布的物理位置无关，只要IP网可达，便可实现对存储资源随时随地检索和回放。
●保障存储数据的安全性，对访问权限进行集中管理与分配。
存储的数据无法被更改，利用水印技术检测视频数据在传输过程中是否被篡改。
●存储可无缝扩容。
3.2.3存储架构
本方案采用分布式存储与集中存储相结合的存储架构。
分布式存储体现在各管理区域中心安装网络存储设备，保存本区域的视频图像；集中存储体现在总中心安装网络设备，保存总中心直属区域的视频图像和全网关键录像的冗余数据。
如下图所示：
图3.3存储架构示意图
区域存储选用的网络存储设备秉着因地制宜的原则，根据具体环境选用NAS、IPSAN、NVR、HybridDVR等，作为开放式的存储系统，均能为IP前端提供存储服务，并接受软件平台的统一管理。
总中心选用IPSAN作为存储设备，通过存储服务器能提供丰富的存储策略，
比如：
中心报警录像、冗余录像、电视墙显示录像和录像备份。
存储管理服务器可集中管理总中心和区域的存储设备，监控它们的工作状态，对存储设备产生的报警进行提示，比如：
录像失败、磁盘坏等。
管理和分配录像任务，部署录像计划以及设定录像参数等。
所有存储设备全部采用千兆以太网线接入监控专网，单台NAS、IPSAN接入IP前端数量较多，因此采用双千兆冗余链路接入，以提升可靠性。
●录像流程
图3.4录像工作流程
IP前端根据定时录像计划将实时数据写入NVR或HDVR，当接于IP前端或NVR/HDVR上的报警触发时，NVR/HDVR会将对应通道的报警录像保存一份冗余在总中心IPSAN内。
3.2.4存储功能
●视频存储功能
视频存储服务系统支持存储服务器、磁盘阵列、NAS、SAN等多种存储设备。
视频存储服务系统支持手动录像、计划录像、报警录像，对这三种方式触发的录像方式如下：
手动录像：
当用户在客户端上选择手动录像后，将要录像的摄像机信息存储到数据库对应的表中，并通知视频存储服务系统执行该条记录。
计划录像：
用户可以在客户端软件上制定录像方案，并对录像方案进行保存，当选择执行某个录像方案时，就会通知视频存储服务系统按照该方案进行计划录像。
报警录像：
当发生视频报警时，视频存储服务系统会收到触发视频报警录像的信息，视频存储服务系统便根据包含的摄像机信息进行录像存储。
网络摄像机支持双码流，其中一路码流用于视频存储。
当有视频存储需要时，视频存储服务系统会主动连接网络摄像机，对视频流进行存储。
并可根据需要扩展支持OggVorbis等音频编解码标准实现音频同步存储。
视频存储服务系统支持节假日设定、录像文件最大长度设定、存储容量设置和状态显示等功能。
●视频存储管理功能
支持对存储的视频数据进行管理和设置。
可设置当磁盘空间不足时处理方式（提前预警、覆盖）。
录像状态（计划、手动、报警、运动检测）显示。
可检测存储设备的工作状态，对异常情况报警。
●视频资料检索功能
视频存储服务系统支持客户端的历史视频检索功能。
系统支持客户端按日期、时间、类型、服务器、通道检索客户端本地或远程服务器端的录像文件，系统以文件信息列表形式将检索结果返回给客户端。
●视频资料回放功能
视频存储服务系统支持同时回放多个服务器或本地的多个存储通道的同一时间的录像文件，最多可达16画面同时同步回放，支持1/4/6/9/16画面显示。
回放时能够支持暂停、播放、停止、快放、慢放、单帧步进、循环播放、精确定位到某帧、备份、调节音量、调节亮度／色度／对比度／色调等操作。
视频存储服务器还能够支持录像剪辑，录像文件下载等功能。
3.2.5存储设备选型
●区域中心存储设备推荐使用DS-9000HF-S系列
每台DS-9016HF-S可接入16只IP前端或8只高清IP前端，最大可挂接8块SATA硬盘，目前单块硬盘可选用1TB容量。
录像保存周期如下：
前端接入类型
分辨率/帧率
码率
总容量
保存周期
16路标清前端
4CIF/25fps
1.5Mbps
8TB
32天
8路高清前端
HD720p/25fps
3Mbps
8TB
32天
●总中心存储设备推荐使用DS-A1016R系列
每台DS-A1016R最大可接入180只IP前端或90只高清IP前端，最大可挂接16块SATA硬盘。
目前单块硬盘可选用1TB容量。
录像保存周期如下：
前端接入类型
分辨率/帧率
码率
总容量
保存周期
60路标清前端
4CIF/25fps
1.5Mbps
16TB
15天
120路标清前端
4CIF/25fps
1.5Mbps
16TB
7天
30路高清前端
HD720p/25fps
3Mbps
16TB
15天
60路高清前端
HD720p/25fps
3Mbps
16TB
7天
DS-A系列还有24盘位、48盘位供用户选择，目前最大可达到24TB、48TB的存储容量。
3.3解码子系统
3.3.1简述
视频解码服务子系统主要是为满足不同监控中心对模式图像应用需求而设置的，视频解码服务子系统可相应视频显示控制子系统的控制指令，并调用新建和已建的视频资源。
视频解码服务子系统主要完成如下功能：
●响应控制指令：
视频解码服务子系统响应视频显示控制子系统的视频调用、切换功能。
●视频调用功能：
视频解码服务子系统可根据用户调用指令，实现对
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