平安城市高清网络视频监控综合解决方案.docx

平安城市高清网络视频监控综合解决方案第一章 前言 随着第一批平安城市的建设到今天，视频监控系统历经多次变革转换，已经全面步入数字化、网络化、高清化、智能化的阶段；众多安防行业知名厂商都已经或者准备好了推出具备自己特色的高清网络视频监控解决方案。传统的前端模拟摄像机加网络视频编码设备的方式注定将会被逐步淘汰。这其中的主要因素有前端摄像机清晰度的限制，也有后端压缩设备的压缩分辨率难以继续在原有方案上得到较大的提升，许多终端用户也一直在寻找更清晰的、更智能化的、更简单化的视频监控系统解决方案。因此一些具备较强研发实力的视频监控厂商开始根据用户这一需求不断探索、总结，终于开发出了一系列的高清网络摄像机；这种高清化、数字化、网络化的摄像机开始逐步出现在视频监控领域的舞台上，它们所带来的视觉上的震撼效果在以前的视频监控系统中是不可想象的。同时智能分析厂商也迅速抓住了这一机遇，开始将自己的分析模块整合到高清视频监控系统中，高清摄像机给智能分析提供了比传统画质高出几倍的清晰图像源，使得智能分析的准确性以及功能性都将得到更广泛的认同。相信在不久的将来，高清网络智能摄像机将会出现在大街小巷，屋里屋外了。高清网络视频监控所带来的革命性冲击，将视频监控行业带上了一个新的台阶，城市视频监控系统作为一个巨复杂的系统，其终极目标也是高清化、网络化、智能化，百万像素高清视频监控系统解决方案从此改变传统平安城市视频监控的系统结构模式。笔者就某城市高清视频监控系统的实际应用案例来与读者一起分析、共享。 第二章 整体设计思路 某城市高清网络视频监控系统主要由涉及到音视频的采集、传输、存储、管理、共享等环节。整个解决方案可分为前端监控资源采集、监控资源接入、联网集中管理平台、图像资源存储以及图像资源共享平台建设等部分。平前端视频采集主要包括：道路卡口、红路灯路口、宾馆酒店、娱乐场所、网吧、城市街道、派出所滞留室、其他公共区域等，在这些重点区域安装百万高清网络摄像机实施高清晰的现场监控、抓拍、智能分析；使相关管理部门充分把握现场的详细情况，提供高质量的画面给监控人员或者是后端智能分析系统，在完成传统事后分析功能的同时逐步实现事前预警提示。每个区域构建前端高清监控子系统完成对每个区域的详细记录，监控，同时通过视频光纤专网将各个子系统统一并入专网实现大规模集中城市高清视频监控，实现统一调度，资源共享，提升相关执法部门的工作效率。为城市的和谐繁荣构筑一道高清视频安全监控网。 系统架构图 第四章 城市高清网络视频监控系统设计 城市高清视频监控系统的建设需要逐步实现，传统视频监控系统已经非常成熟，而且已经大规模的应用，所以需要一个过度时期，来逐步建设系统，这不管是从系统的建设投入上还是系统的衔接过渡上都是必要的。因此本次的城市高清视频监控系统采用逐步实施的方案。本章将主要从组成城市高清视频监控系统的各个子系统入手进行设计，分别对各个子系统的高清视频监控系统的组成、系统功能、系统特色等方面进行阐述。 4.1 城市高清监控系统联网方案 高清网络视频“平安城市”系统的架构一般是按区域进行划分，比如各个派出所辖区，并成立分中心，本解决方案针对滁州平安城市点位的分布进行集中联网汇聚，通过传输网络统一接入市集中监控中心进行集中管理，在总中心完成视频存储、转发以及图像浏览等视频处理。然后在根据点位的实际行政区域进行权限划分，各级分中心通过视频传输专用网络与一级中心进行联网，分中心通过专网到集中监控中心进行用户注册并获得授权来查看各自区域的相关图像和控制操作等。其他分中心同样通过专线到总中心的集中管理平台进行访问；通过IP视频专网到总中心的用户验证目录服务器进行授权验证，合法用户可获取相关视频资源以及访问存储服务器调取录像资料等。 4.1.1 平安城市网络视频监控系统的组成 序号 1 2 1 2 3 4 5 6 名称 高清网络摄像机 标清网络高速球机 用户&目录管理模块 管理&控制模块 报警&电子地图模块 虚拟网络矩阵模块 单路解码器 网络视频集中存储转发服务模块 型号 枪机 球机 说明 标准H.264，高清720P百万像素，1080P两百万像素 标准H.264压缩D1画质 整个联网集中管理平台用户、设备配置，权限优先级管理，支持双机热备 浏览、PTZ控制、对讲、远程参数设定、设备巡检，解码控制 报警信息搜集、应答、转发、联动、布撤防 视频浏览，数字解码控制 解码数字视频信号，还原成模拟720P及以下分辨率高清视频信号上电视墙 同步集中存储、异步分散备份、网络视频流媒体转发服务器，采用多台硬件服务器部署软件模块，实现集群式存储转发服务器，负载均衡等功能可保障系统的整体稳定性 C/S的浏览和PTZ分控 智能分析、报警联动 视频前端编码设备 管理服务中心端 分控客户端 9 10 监控客户端 其他视频业务终端 4.1.2 平安城市网络视频监控平台拓扑图 整个系统由于采用了全数字处理和传输，因此有几个重要的环节是至关重要的，一是前端网络摄像机或者是高清网络摄像机的图像采集能力和稳定性，而这一点目前国内几家主流的高清网络摄像机厂商的产品都已经做得非常好了；第二就是传输问题，平安城市系统的传输资源是非常丰富的，它依托于电信的传输资源，可有效解决集中联网汇聚的难题；第三就是后端平台的集中管理功能，后端平台式整个系统的设备管理、用户管理、数据存储、数据交换，目前比较流行的平台架构一般是采用模块化部署，根据服务功能的类型、控制层和数据服务层的不同进行模块化设计，通过这些模块在不同硬件服务器上的部署实现大规模的集中网络视频监控业务承载服务。 4.1.4 集中管理平台解决方案 联网集中管理是网络视频监控的一个重要功能之一，在高清网络视频监控系统中同样如此。联网管理在一般可分为集中管理认证和多级多终端访问，数量众多的网络摄像机直接通过传输系统传回到“平安城市”指挥中心汇聚并进行集中管理，而其他下属片区的派出所分中心和其他相关的单位需要得到授权后到指挥中心访问“平安城市”系统的相关服务器并获取资源。 由于视频数据流的传输特性不仅考网络交换设备的性能，更对为整个系统提供各种服务的管理平台服务器的性能是个考验，因此一套性能可靠的、服务功能强大的、基于模块化的高清网络视频集中管理平台是“平安城市”高清网络视频监控系统工程最重要的组成部分之一。集中管理平台需要对整个网络视频监控系统进行有效管理，同时能够承载各种不同的业务访问需求；集中联网管理平台的示意图如下： 上述示意图主要对整个高清网络视频各个组成部分进行了一个划定，其中集中管理平台的主要组成部分有用户目录管理服务器、集中管理控制服务器、流媒体转发服务器、集中存储服务器以及报警电子地图服务器等，这些服务器各自担承载相关的监控服务功能，并通过有效的模块化机制进行信息交换，完成前端设备管理以及视频数据的处理等任务。各个模块可根据各自服务功能的不同可以灵活部署在相关硬件服务器上，下面将对每个服务器所承载的服务功能和部署进行阐述。 用户验证目录服务 用户目录管理服务模块是大中型网络视频监控平台系统中最重要一个核心组件，平台中的集中管理控制的模块、其他服务模块以及相关业务终端都要到用户验证目录服务模块这里进行用户访问认证、授权和获取信息参数。它可承担设备的目录树管理服务，前端节点所有的摄像机、报警器和后端监视器统一编号；还提供用户和用户组的设定、浏览许可和权限分配，以及多级联网服务。集中管理平台是基于用户验证为核心的系统，某个用户的权限和优先级一旦设定，则此用户不论是在网络中的哪个地方登录，也不论使用IE、客户端或是管理中心登录，或者是通过视频转发，那么它的权限都是相同的。同时每个前端网点的本地验证可以根据需要是否受联网监控中心的管理。大型联网系统中，中心用户验证目录管理服务器一般采用专业服务器来实施，这样可以保证用户验证目录管理服务器的稳定运行。用户验证目录管理服务器和其他服务器之间的关系如下图所示： 在“平安城市”系统中，涉及到海量前端设备管理和海量用户访问等信息交换，作为核心组成部分，用户目录管理服务器应当采用单独的专业级服务器进行部署，同时还可通过双机热备等方式来提升用户目录管理服务器的可靠性和稳定性。 集中管理控制服务 集中管理&控制服务器,主要作为整套系统的一个管理控制服务器，通过这台服务器可以对前端设备以及其他后端平台服务器模块进行工作状态和网络状态的监测；可对前端设备和其他软件模块进行远程参数配置、维护和升级的任务；也能够和前端摄像机进行双向语音对讲和监听等；可调用任意一个点位的图像以及其他辅助管理服务器功能。这台服务器在整个系统中的也可被看做是一台视频设备网络管理服务器，这台服务器负责一系列综合性的服务功能和管理功能，在大型高清视频联网监控系统中，集中管理控制服务器是必不可少的，但一般部署一台这样的服务器就可以，如果随着系统的扩容或者是服务需求越来越大的时候，可以进行副控服务器扩展，增加更多操作人员来进行管理和控制，特别是“平安城市”这类系统，可能会涉及到众多的二、三级分中心，这些分中心也需要针对各自区域的设备进行控制和一些常规管理等，所以管理控制服务器可根据不同的业务功能需求进行配置。目前本解决方案设计在平安城市指挥中心配置一台集中管理控制服务器。 高清视频集中存储 “平安城市”对存储要求比较高，不管是从物理区域分布还是从数据流量量都是巨大而且复杂的，这对存储系统的性能、稳定性、容量的可扩展性等方面都有很高的要求。近年来存储技术高速发展，存储设备性价比不断提高，海量存储系统具备了在视频监控行业广泛应用的基础，而且我公司根据目前网络视频监控，特别是高清网络视频监控系统的需求所提出的企业级的视频专用存储解决方案满足了城市高清网络视频监控系统的存储要求。 存储容量分析 本次城市高清视频监控系统中所采用的720P网络摄像机在满足优秀视频画质的情况下码流一般在2Mbps左右，一般设置为恒定2Mbps，那么一路720P每小时所需要的存储空间为： 1路*2Mbps*3600s*24H=21.6GB 存储架构解决方案我们设计采用一级监控中心进行集中存储，采用10台20TB的存储服务器分别存储，每台负责一部分，按照存储计划进行存储任务安排。每台平均负责的摄像机路数为70路，可保障视频数据的高速读写，单台服务器采用全专业服务器架构设计，充分考虑服务器的长时间持续运行，而且采用这种模式还可轻松进行扩展升级，这种存储模式提升了整个存储系统的稳定性和可维护性。 流媒体转发服务 对于高清网络视频监控系统来说，如何解决多路数视频管理、多用户访问、多业务终端承载一直是网络视频面临的难题，我公司针对网络视频监控的特点，结合多年来从事网络视频监控的宝贵经验，成功推出了稳定性极强的高清网络视频流媒体转发服务模块，将这个转发服务模块部署到网络服务性能比较高的专业服务器上，可提供大型网络视频监控系统的视频数据访问服务，一般4核处理器，双千兆网卡负载均衡，3GB以上内存级别的专业服务器的网络吞吐能力在400Mbps左右，理论上可实现峰值200路高清视频转发服务，当然我们不建议服务器一直满负荷运行，时间一长肯定会造成系统不稳定，因此我们建议每台转发服务器的同时并发数控制在100路是比较合理的解决办法。 序号 视频类型 同时并发最低路数 1 2 3 4 720P，2Mbps/s 100路 专业服务器，4核CPU及以上，3G内存及以上，双千兆网卡及以上，支持网卡绑定 D1，2Mbps/S，1Mbps/s 150路 DCIF，768Kbps/s CIF，512Kbps/s 200路 400路 专业服务器，2核CPU及以上，2G内存及以上，双千兆网卡及以上，支持网卡绑定 专业服务器，2核CPU及以上，2G内存及以上，双千兆网卡及以上，支持网卡绑定 专业服务器，2核CPU及以上，2G内存及以上，双千兆网卡及以上，支持网卡绑定 配置说明 以上性能指标目前非常稳定的是实测值，一般来说转发服务器的性能主要根据转发服务器的整体性能和稳定性有很大的关系，比较关键的部分是网卡和内存的处理能力，所以在设计配置转发服务器时需要特别考证其网卡和内存的性能和稳定性。在本解决方案中，针对平安城市高清视频监控的特点以及我公司管理平台软件模块化的设计，我们设计将流媒体转发模块分别部署到集中存储服务器上，通过两个模块之间的数据处理能力，在完成视频数据在存储服务器上存储的同时，同时通过每台存储服务器剩余的丰富带宽资源来进行流媒体转发服务器。通过中方式既保证了高清视频数据直接高速存储，避免多级交换产生视频数据丢失，而且同时可完成视频数据的转发。本次方案配置了9台存储服务器，因此可分别在9台上部署转发服务器模块，实现大容量，多用户访问的负载均衡。既提升了系统整体的稳定性，也避免了资源的重复浪费。这在高清网络视频监控系统是比较合理的架构。 报警电子地图服务 在平安城市系统中，摄像机数量众多，节点众多，而且覆盖区域广泛，如果仅仅靠集中管理控制模块或者是其他监控终端来浏览视频图像资源和控制前端设备，是不利于发挥平安城市网络视频监控系统的网络化、数字化、简单化的基本理念的，只有通过完善的后端管理平台和操作平台快速查询和定位图像资源才能及时的对所有摄像机覆盖的区域进行监视，及早发现可疑行为，事发后也能及时切换到现场。因此针对大型网络视频监控系统而开发的报警电子地图模块解决了上述难题，它通过GIS电子地图载入，将前端摄像机，乃至前端报警探测器等在电子地图上进行标注，通过点击电子地图上的点位标注图标调用该点的视频图像，而且还可报警系统集成到一起也可实现前端探测器报警点提示，并且能够自动联动附近关联的摄像机的图像在电子地图上进行现实显示；且摄像机本身具备的移动侦测功能也可向中心电子地图服务器进行联动提示。在高清网络视频监控系统中，通过这些方式在配合前端高清摄像机的清晰图像可以快速定位某一个点位的摄像机，当发生可疑行为后可自动切换该点位的摄像机进行图像显示，而且由于采用的高清摄像机，可以对被监视区域进行清晰的监控和录像存储，杜绝传统网络视频的监控系统的预览还可能看得清楚，但回放却经常让人头疼的尴尬局面。在平安城市系统的指挥中心配置一台报警电子地图服务器，还可通过大屏显示系统来显示，不管从功能上还是从系统的先进性上都会有很好的体现。 网络虚拟数字矩阵服务 这种方式适合于各种类型的网络视频监控，特别是高清网络视频监控系统，这个矩阵服务器不仅可作为电视墙的显示系统组成部分，还可作为终端浏览服务器，矩阵服务器同时还可受集中管理控制服务器的管理，进行远程控制等。还集成了数字矩阵键盘，进行键盘操作。 4.7 资源共享平台建设 资源共享平台即“平安城市”指挥中心各个监控终端比如显示系统、客户端终端、其他业务终端、图像资源在专网上传输到各辖区分中心以及其他相关机构等。 4.7.1 显示系统 整个系统采用全数字架构，如果从节约成本和显示灵活性等方面考虑可直接采用网络虚拟数字矩阵的方式来实现电视墙显示系统，数字矩阵在前面有介绍就是直接采用PC服务器进行数字视频软解码，通过软件的方式实现多画面显示和切换，轮循等功能；当然也可配置高清视频解码器将高清数字视频信号还原成高清模拟色差分量信号送到支持高清分辨率的液晶电视机进行显示，也可由这二者结合来组成；还可采用支持高清分辨率的拼接墙显示技术来扩展显示系统。 某平安城市高清网络视频监控系统采用模数混合的显示系统解决方案，在监控中心采用40台高清视频解码器、1台8画面高清网络虚拟数字矩阵服务器来完成视频显示处理，同时配置40台32寸高清液晶电视和2台52寸等离子液晶电视来组成显示单元，其中一台等离子接网络数字矩阵，另外一台等离子接电子地图服务器。通过这种方式可尽显高清视频监控所带来的超级震撼效果。 4.7.2 监控终端 监控终端主要是平安城市指挥中心一些其他的操作人员通过PC客户端进行图像调用，资料检索以及其他方面的操作的终端服务器，这些监控终端主机主要对视频处理能力要求比较高，目前一些中高端的PC机或者是工作站都可以满足要求同时浏览4路720P高清视频图像。如果采用4核心及以上处理能力的工作站是可以同时浏览至少8路720P高清视频图像，而对于1080P其要求自然会更高，通常情况下， 1080P的码流是720P的2倍多，4核心的工作站服务器一般可同时同时浏览4路1080P高清视频图像。 4.7.4 分中心以及其他机构访问 为了能让公安系统、*机构以及其他的执法机构等更多的用户访问平安城市系统，我公司的高清网络视频监控管理平台提供C/S或者是B/S两种访问接入模式，两者都通过网络接入设备与平安城市系统专网接驳，通过平安城市系统指挥中心授权后，进行远程登陆访问，获取与该授权用户相关的信息资源。C/S模式具有丰富的操作功能和良好的人机界面，智能引导式操作，保证各分中心和其他机构的友好访问和进行快速资源查找定位。 第五章 高清视频监控在平安城市中的优势 基于720P，1080P等超百万像素的高清网络数字摄像机的网络视频监控系统的整体优势非常明显，这使得在平安城市系统工程中变得实实在在，而且所带来的视觉震撼和强大功能是传统网络视频监控系统无法比拟的，其主要优势如下： 5.1 前端设备优势 前端设备主要是指720P，1080P等高清网络摄像机，这些新锐产品完全是我公司自主知识产权的新一代高清摄像机，这些设备不仅给平安城市系统来广播级的高清视频录像，而且其高度集成化的嵌入式设计、结构简单、稳定性好、易于接入和管理。 5.2 系统构架灵活 高清网络摄像机具备强大的网络功能和国际标准接口，可利用已经光缆资源和汇聚节点，可利用公众宽带网和公安专网，可利用微波传输和即将到来的3G传输等，将前端的音视频、控制、报警信号通过各种网络传输上级监控中心，可适应不同类型平安城市的复杂环境和特殊功能需求。 5.3 配套设施功能强大 配合高清网络数字摄像机以及平安城市系统工程，我公司推出配套的高清网络视频监控管理平台，整个平台基于大型网络视频监控系统架构，采用模块化设计，适用于不同类型的平安城市系统。 5.4 工程施工方便 采用全网络，全数字化架构，前端高清网络数字摄像机只需要考虑网络接入就可以了，不需要在为视频线、控制线等繁杂的工序头疼，减少了故障节点。而且减少了干扰的可能性，强大的网络功能更方便设备安装、调试，使整个系统的可靠性和稳定性大为提高。