厂区高清视频监控解决方案.docx
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厂区高清视频监控解决方案
厂区高清监控系统解决方案
杭州海康威视数字技术股份有限公司
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1.概述
1.1厂区监控系统概述
随着社会信息化进程的快速发展，信息技术的应用已逐渐渗透到人类生存、活动的各个领域。
人们对安全防范的要求越来越高，作为社会经济运行主体的企业更是首当其冲。
近十几年来，随着改革开放的不断深入和新产品、新技术逐步引进，愈来愈多的设备先进、管理科学的现代企业崛起。
新企业引入了新的安全防范的概念既要能及时全面地掌握企业生产的现场动态,又要能减轻保安人员的工作量。
作为公司企业的生产基地――工厂也必须适应这一变化趋势的要求，所以在厂区安装闭路监控系统一直以来都是许多生产企业必不可少的管理措施之一。
在企业内部安装一整套局域网上的网络视频监控系统，不仅安全保卫部门可以实现对企业厂区门口、厂房、办公楼、周界围墙、仓库等目标进行实时全天候视频监控。
公司领导也可以在自己办公室随时监控整个企业情况，同时领导出差在外也可以随时通过因特网查看并控制自己企业内部的摄像机，随时了解自己企业的生产工作情况。
1.2何谓高清
近几年来，随着视频监控技术的高速发展，用户对于视频监控产品的要求也在不断提高，功能要求更加完善、稳定，性能要求更加清晰、准确。
“让我们看得更清楚”，这已经是许多用户在使用数字视频监控产品时提出的一个非常迫切的需求。
传统的模拟监控由于技术上的限制，分辨率方面发展到现在已经基本达到极限，成为监控系统中最大的瓶颈。
越多越多的厂商开始推出“高清”化的产品。
那到底何谓“高清”？
根据数字电视技术对高清的定义，对应到视频监控上，高清的分辨率至少要达到1280x720（720P分辨率）的标准，约90万像素；若采用200万像素的网络摄像机，就达到了超高清图像的要求，宽高比为16：
9的网络摄像机，对应分辨率为1920x1080（1080P分辨率），宽高比为4：
3的网络摄像机，对应分辨率为1600x1200（UXGA分辨率）。
对比效果如下图：
2.系统总体设计
2.1.需求分析
根据系统需要，厂区及办公楼内监控拟建设60个高清信息采集点，分别设计在厂区各层厂房周边、办公楼各层的出入口、走廊以及仓库内等重要场所安装监控摄像机进行现场实时监控并录像，保障工厂的保安可以有效的杜绝安全隐患的发生，单位领导也可以随时随地了解到厂区内工人的工作情况；改造之前的监控中心，实现对厂区内原有模拟监控点和新的高清监控点进行集中监控和管理。
根据高清视频监控系统建设的需要，提出以下系统需求：
1）系统的全面高清
要求前端信息采集点全部采用高清网络摄像机。
要求存储系统以高清图像质量实现视频数据的保存。
要求采用高清解码器进行图像解码，包括解码实时图像和录像文件。
要求采用高清显示设备呈现解码后的视频图像，解码器与高清显示设备之间采用支持高清分辨率的传输接口。
2）系统的全面IP化
要求高清摄像机以IP方式接入监控系统，利用网络传递高清视频信号、报警信号和控制信号。
要求存储系统以IP方式为高清摄像机提供存储服务，并对外提供点播服务。
要求解码器和客户端以IP方式获取实时高清码流/回放高清码流进行解码输出。
3）系统的技术优越性
要求高清摄像机采用低功耗设计、先进的视频编码技术在满足图像质量要求的情况下充分保障前端信息采集点的可靠性。
要求存储系统提供多样化的存储方式，可根据具体使用环境进行合理选择，保障存储系统的可靠性和易用性。
4）系统的可操作性和简捷实用
高清视频监控系统在应用功能上不应与标清视频监控系统有差别。
系统的设计需确保具体功能的可操作性，操作界面布局合理、操作流程直观简捷，整体上体现系统的实用性。
2.2.总体设计思路
海康威视厂区高清视频监控系统，采用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。
系统兼容原有的模拟监控点，建成以后是一套综合性的集模拟和数字高清于一体的视频监控系统。
2.3.系统架构
以下对本厂区高清视频监控系统的总体设计方案进行描述：
1）高清摄像机采集各厂区内生产作业情况，监控进出入厂区的人员、车辆以及办公楼出入口、走廊等人员的进出情况。
2）前端高清监控设备将直接采集到的信号通过TCP/IP协议在局域网/广域网上传输。
3）高清摄像机接入监控专用网络，若附近有报警信息点，可借助高清摄像机将报警信号传回监控中心；
4）监控中心机房部署大容量磁盘阵列，为高清摄像机提供存储服务；部署流媒体服务器，将实时数据流转发给各客户端/解码器。
部署管理服务器，对监控专网内的高清摄像机、存储设备、解码设备、流媒体转发服务器实行集中管理，监测设备的运行状态；对客户端进行帐户、密码、使用权限的集中分配和管理，对客户端登陆监控系统进行验证。
监控中心监控室设置高清解码器用于解码上墙，设置客户端对全网的高清摄像机施行实时监控和远程控制。
2.4.系统拓扑图
系统拓扑图
2.5.系统功能
1）HD高清图像质量
高清摄像机提供高清编码功能，每部高清摄像机可输出最低HD720p高清画质的图像。
2）远程监控功能
监控总中心能够使用监控软件在电视墙上随时调看各厂区内任意监控点的实时解码图像，了解厂区内生产情况和厂区环境，并可在客户端上点播保存在每台网络存储设备上的录像文件，用于例行巡检和事后追溯。
当厂区内有事件发生后，上级领导可控制监控点云台转动和镜头变焦来调整监控范围并调取相应的录像文件，对相关事故情况进行分析做出决策，及时通知各管理部门采取相应措施，从而显着减少由于处理不及时造成的损失。
3）网络传输功能
高清摄像机自带编码网传功能，基于TCP/IP标准协议栈实现网络通信，授权用户可以通过网络访问监控系统图像，控制前端高清摄像机。
4）图像显示功能
网络上传输的高清视频信号，通过解码设备，按一定的分割和轮循规则显示在电视墙上，也能显示在客户端上。
5）资料存储与共享
系统具备高清视频流的存储功能，授权网络用户可以从点播服务器远程调看、下载视频资料。
提供转码工具，转换为标准AVI格式。
视频流由流媒体转发给客户端、解码器、存储设备，实现高清摄像机仅需输出1路码流便可供实时预览和存储使用。
6）管理服务功能
通过管理服务器，统一管理存储设备的音视频资料的访问，提供统一访问管理，通过统一设备配置管理。
具有整个系统最高权限。
7）远程询问指挥功能
实现总控中心对分控中心工作人员的信息指导，结合现场图像进行声音指导，实现声音的网络传输和控制。
8）系统日志功能
系统自动记录系统的操作日志和运行日志。
2.6.高清系统优势
相对于传统的监控系统，高清监控在各个方面都超越了传统的模拟监控，且高清产品以其突出的特点克服了传统监控面临的瓶颈，具体差别如下：
●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、1920*1080等多种高清画质。
●图像传输无损耗
网络高清摄像机使用TCP/IP协议传输视频，全程使用数字信号，相对于模拟信号来说，传输过程中基本上不会受到干扰，因此可以保证视频无损传输。
●监控目标覆盖范围更广、提高监控效能
在高清监控技术构架下，单台高清摄像机能够相当于几台普通摄像机的监控覆盖面，且图像分辨率更高、信息量更丰富，因此采用高清监控可以非常有效的缩减系统规模，节省传输链路和设备，从而减少总体建设成本，高清监控技术将推动视频监控系统建设应用向着集约化、效能化转变。
一台高清摄像机即可实现原先需要多个摄像机才能达到的功能。
●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.系统详细设计
3.1前端子系统
本系统设计的前端子系统包含了图像采集和编码服务两种功能。
主要满足对各监控点图像的调用和观看。
采用网络高清摄像机提供数字图像，网络摄像机部署在监控点位，汇集到交换机后通过光纤传到监控中心，并完成数据转发，供各部门调用。
3.1.1前端摄像机模式
高清网络摄像机网络信号出来接入交换机，并通过数字光端机接入监控中心，并且高清网络摄像机支持报警输入/输出，以及语音对讲的直接接入。
高清摄像机连接示意图
3.1.2前端摄像机工作方式
高清网络摄像机采集的视频图像在网络摄像机内已完成视频压缩，通过光纤传输接入监控中心，进入监控专网，直接输出IP码流（包含视频、音频、控制、报警等）。
在选择传输方式的时候，我们在离机房近的选择直接通过网线传入到机房汇聚层交换机，隔得远的可以通过光纤收发器，利用光纤的方式传输。
网络摄像机采用先进的H.264编码方式，高清摄像机输出图像分辨率为HD1080p，码流为变码率8Mbps。
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。
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。
3.1.3前端摄像机选型原则
前端部分主要包括：
高清网络球机、室内高清网络半球，红外高清网络枪机等。
●摄像机选型原则
序号
位置
分辨率
选型
1
各厂区内监控点
最高2048*1536
红外高清网络枪机
2
办公楼走廊及室内
最高1600*1200
室内高清网络半球
3
办公楼大厅及会议室
最高1280*960
室内高清网络球机
3.1.4摄像机特点
海康威视高清摄像机有以下特点：
1）多种高清画质
采用CCD作为传感器，支持HD720p全实时画质和输出码流为4M；最高可输出2048*1536（300万像素）图像。
2）高清镜头
与普通镜头不同，高清镜头的物理解析力可达到300万像素，确保图像传感器获得光信号是干洁的，无色散、无色串扰等。
3）高效的编码算法
基于MPEG-4压缩标准设计具有独立知识产权的视频编码算法，针对监控画面进行特别优化。
支持变码流技术，平均码流将小于实际设定码流值，目前在画面变化不剧烈时，2M码流即可实现HD720p编码。
5）SD卡缓存
保录像数据在一段时间内不丢失，起到短期缓存的作用。
6）报警输入输出
每部高清摄像机提供多路报警输入输出接口，利于用户在某些需要的环境下就近接入报警信息点。
不依赖网络的条件下可联动报警点的本地报警输出。
也可借助监控网络将报警信息上传至监控平台，在平台上产生相关的联动。
7）其它主要特性功能
支持移动侦测，可联动PTZ、本地报警输出和上传中心；支持双码流技术，主码流和子码流可采用不同的分辨率、码率、帧率；支持语音对讲功能；支持水印技术。
3.2传输子系统
传输子系统采用全网络结构，按照实用、经济、安全、高效的原则设计，保留未来升级的空间，网络使用千兆布线，前端摄像机通过关端机将数字信号传输到监控中心交换机进行数据交换。
3.3监控中心
前端所有设备汇聚到监控中心，监控中心作为前端信息点的汇聚地，主要为信息点提供存储服务，为用户提供上墙显示、客户端查看、报警提示等功能。
监控中心为整个系统的大脑，统一管理前端设备、网络设备及存储设备。
实现调度功能，为各级领导及总部操作人员提供视频图像。
还可以扩展向公安、消防等行政机柜提供视频联网等高级功能。
监控中心包含管理服务器、高清解码设备、电视墙及总控客户端。
管理服务器运行平台软件，详见第四部分介绍。
3.4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30个监控点（1080P分辨率（8M码率）保存30天的要求。
存储设备主要完成高清视频存储和对外提供VOD点播功能（回放）。
本系统采用海康威视IPSAN构建存储系统。
3.4.1存储系统功能
1.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等多种存储模式。
视频存储服务系统支持手动录像、计划录像、报警录像的录像方式。
2.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。
3.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。
4.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。
3.4.2存储系统计算
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。
●高清HD720P格式
按3Mbps码流计算，存放1天的数据总量3Mbps÷8X3600秒X24小时X（1天）÷1024＝31.64GB；
30天需要的容量∑（GB）＝31.64GB×30天＝949.2GB。
60路图像存储30天∑（TB）＝949.2GB×60路÷1024＝55.6TB
共需1TB监控硬盘56块。
3.5高清解码子系统
视频解码服务子系统主要是为满足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。
3.5.1数字矩阵功能
1.高清解码效果
高清解码器支持解码HD720p、1280*960、1600*1200、1920*1080等多个高清编码格式。
2.全实时解码效果
预览和回放时，画面均可达到25fps全实时图像画质，随着系统的不断优化，未来将突破传统的25fps限制，达到更高的帧率，比如50fps。
3.单画面和四画面分割
目前业内首推支持高清视频四分割显示，更合理利用大尺寸的高清显示屏。
4.多种轮切效果
由海康威视首推的IP矩阵概念实现基于IP网络的轮切功能。
多个高清监控头在1个高清显示屏中自动轮巡切换显示；一组高清监控头在一组高清显示屏中自动轮巡切换显示；轮巡间隔时间可由用户自定义。
灵活的切换模式有利于提高监控有效性。
3.5.2数字矩阵优势
1.高清图像质量
高清数字矩阵可无损地还原出原始编码图像的效果（与模拟系统不同，数字信号经过网络传输后，不会因传输距离、线路质量等因素受到干扰）。
在标准的HD720p分辨率格式下，还原出的模拟图像可实现大于700TVL以上的图像效果，确保图像显示质量。
与此同时，还能解码HD960p、1600*1200、HD1080p的高清码流。
2.易于搭建
高清数字矩阵采用成熟技术和产品，易于构建和维护；其次，数字解码器的视频输入是通过网络来完成，不涉及大量的模拟信号输入，其安装和管理都非常简便。
3.易于部署
如上所述，高清数字矩阵的视频输入是通过网络来实现的，只要有IP网络的地方都可以部署数字矩阵，不受到信号传输距离的限制。
4.易于扩展
前端高清网络摄像机的码流经过网络传输到高清数字矩阵后，经过解码还原为非压缩信号输出到电视墙。
也就是说，只要能够接入网络的视频信号，均可作为数字矩阵的输入端。
这与传统的模拟矩阵M×N的架构（例如128进16出矩阵，M=128，N=16）相比，其输入数量几乎是无限制的。
5.易于管理
与模拟系统不同，数字矩阵系统是标准的IP网络模块，可接入统一的视频管理平台进行统一管理，其视频切换策略等均可通过电脑管理界面完成，不受到硬件的物理限制。
而且通过管理平台可方便的实现其工作状态管理和在线保活等网管功能。
4.应用软件平台
平台软件是一套定位在监控专网环境中使用的网络集中监控软件，以分布式系统设计理念为基础，从监控业务中抽象出各功能模块，各施其职、相对独立，之间的信令交互又使它们构成一个有机的整体。
网络视频监控系统需要实现前端接入、网络存储、网络接处警、监控中心图像呈现与控制和集中管理的功能。
因此，平台软件包括以下功能模块：
中心服务模块、存储服务模块、流媒体服务模块、电视墙服务模块、报警服务模块、客户端模块。
各服务模块的物理承载形式为Server，构成中心服务器、存储服务器、流媒体服务器、电视墙服务器和报警服务器，客户端模块的物理承载形式为高性能PC，构成配置客户端和操作客户端。
各应用服务器的主要功能如下表所示：
软件平台各应用服务器主要功能
中心服务器
视频安防监控系统的“大脑”，统一管理视频监控设备，包括：
IP前端、DVR、DVS、NVR、HybridDVR及上述各应用服务器。
存储服务器
网络存储服务的提供者，它依托于磁盘阵列等存储介质为其提供存储容量，阵列挂载方式支持DAS、NAS、IPSAN、FCSAN等。
它能解决IP前端、视频服务器（DVS）的网络存储难题，也能为DVR提供中心备份存储。
多台存储服务器通过逻辑堆叠的方式构成存储子系统，为大规模视频监控系统提供海量、可靠的存储服务。
流媒体服务器
把实时数据流转发给多个用户观看，起到缓解前端设备压力、节省网络接入层带宽和隔离内外网设备的作用。
电视墙服务器
实现数字矩阵功能的组成部件，兼具解码、显示输出、轮巡切换等功能。
软件界面呈现上与真实电视墙一一对应，对它的操作结果将直接反应在电视墙上。
报警服务器
监控系统报警信息的汇聚点，接收报警信息并按优先级转发报警信息给不同客户端执行处警。
过程记录在报警日志中。
客户端
配
置
客
户
端
系统维护员的操作对象，它对设备、服务器、控制单元信息、用户执行添加、修改、删除等操作，维护中心服务器的数据库信息。
它还能配置录像计划、电子地图、用户权限、电视墙布局等。
操
作
客
户
端
用户执行日常监控操作的对象，包括：
预览、PTZ控制、回放、切换上墙、报警处理、日志查询等。
根据分配权限的不同，控制中心具备分级功能，所能访问的监控资源和使用的功能截然不同。
4.1.中心服务模块
中心服务模块担当系统管理的角色，将完成以下功能：
1.设备与服务注册管理
2.客户端信息管理
3.NTP全网校时功能
4.自动切换备份存储设备功能
5.手机网关服务功能
6.内置WebServer服务功能
4.2.存储服务模块
存储服务模块担当管理集中存储的角色，将完成以下功能：
7.磁盘分组管理功能
8.预分配技术
9.受损分区修复技术
10.主动更新录像计划
11.自动重连机制
12.自动接续存储服务
13.故障自调整功能
14.VOD点播服务
15.录像片段锁定功能
16.数据补录功能
4.3.流媒体服务模块
流媒体服务模块担当数据流转发的角色，将完成以下功能：
1.实时流转发功能
2.连接情况统计功能
3.故障自调整功能
4.异常信息主动上报
4.4.电视墙服务模块
电视墙服务模块担当管理电视墙显示的角色，将完成以下功能：
1.远程修改显示参数
2.远程切换上墙操作
3.主动轮巡解码输出
4.实时流解码记忆功能
5.实时操控功能
6.录像回放上墙显示
7.故障自调整功能
8.异常信息主动上报
4.5.报警服务模块
报警服务模块担当管理报警信息的角色，将完成以下功能：
1.巡检与故障提醒功能
2.报警信息接收与转发功能
3.报警布防重连
4.报警日志记录功能
5.实时显示报警状态
6.故障自调整功能
4.6.配置客户端模块
配置客户端模块担当配置系统的角色，可配置以下几大块参数：
配置信息交互过程如下图所示：
配置客户端可配置如下信息：
1.角色、用户类
可以添加（含修改、删除）不同角色并赋予不同的操作权限，比如：
管理员用户、高级用户、普通用户等。
权限可细化至通道级别，具有预览权限、云台控制权限、录像权限、回放权限、报警处理权限、电视墙控制权限、服务器状态监视权限、外设控制权限等可选。
可以添加、修改和删除用户（含密码），为不同用户分配所属角色、级别和监控中心级别。
2.前端设备类
可以通过SADP自动搜索网内在线的前端设备并进行注册添加，以不同颜色区分已添加和未添加的设备。
同时支持手动键入设备编号、名称、IP地址、端口号、设备型号、用户名、密码等信息添加设备，多用于不在线设备。
也支持修改、删除前端设备。
支持利用SADP或手动方式批量添加前端设备。
支持远程修改前端设备参数、对单台前端设备升级或批量升级。
3.控制单元、区域类
控制单元对应现实中分级的监控中心，支持添加、修改和删除控制单元，可为控制单元配置网络控制键盘、存储服务、报警服务。
支持添加、修改和删除区域，可为区域配置流媒体服务、添加监控点，以区域的概念来管理监控点。
4.存储服务类
可添加、修改、删除存储服务器（支持SADP搜索），支持远程启动、停止存储服务，可远程配置存储服务器的参数（预录时间和延时录像时间）。
可自定义多达10个存储计划模板，可为每个模板添加、修改、删除自定义的特殊日。
可为添加、删除备份存储服务器组，可将备份存储服务器组与工作存储服务器关联。
可借助存储计划模板为监控点配置录像计划，支持批量配置。
5.解码显示类
可添加、修改、删除解码器、电视墙服务器和监视屏组。
可远程启、停电视墙服务器，可远程配置电视墙服务器参数。
可编辑监视屏组的尺寸、布局位置和对齐方式。
6.流媒体类
可添加、修改、删除流媒体服务器。
可验证流媒体服务器是否通过网络测试，检查其工作是否正常。
7.报警类
可添加、修改、删除报警服务器。
可验证报警服务器是否通过网络测试，检查其工作是否正常。
可添加、修改、删除组合报警事件和智能报警事件，组合报警事件指无视频信号、移动侦测、硬盘错等等，智能报警事件指跨线、闯入区域等等。
8.电子地图类
可添加、修改、删除电子地图，支持同时显示局部放大或下级电子地图，或利用关联标记进入关联图。
可在电子地图上添加、编辑、删除监控点，可为每个监控点键入备注信息，文字颜色可调，可调整监控点图标的位置、镜头方向及视角范围，调整过程可直接拖动鼠标完成。
4.7.操作客户端模块
操作客户端模块的软件界面图如下所示：
操作客户端模块担当操控系统的角色，可操控以下几大块功能：
操作客户端可执行以下功能：
1.登陆验证类
操作客户端在使用系统以前需要进行登陆验证，通过登陆验证以后才可使用监控系统。
为方便用户使用，中心服务器地址、用户名和密码可被记忆，甚至选择以后自动登陆，但不推荐在公用计算机上使用该功能，请保证监控系统的信息安全性。
要求用户在第一次登陆以后修改密码。
登陆系统后，将自动获取权限范围内的监控资源，且只能执行权限范围内的操作。
2.播放视图类
可配置播放视图，包括：
名称、编号、画面分割模式及播放窗口的参数。
播放窗口类
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