海康网络监控方案.doc

全数字高清监控方案科学提高效率 技术降低成本第一部分系统概述1.1设计方案依据及指导思想1.1.1设计依据n 民用建筑电气设计规范JGJ/T16-92n 工业电视系统工程设计规范GBJ115-87n 公安部安全技术防范工程标准n 电视监控工程程序与要求GA/T 75-94n 电视监控工程费用概预算编制办法GA/T 70-94n 防盗报警控制器通用技术条件GB12663-90n 入侵探测器通用技术条件GB104081-89n 民用闭路电视监控系统工程技术规范GB50198-94n 中华人民共和国公安部行业标准GA27-921.1.2指导思想n 实用性本系统能对各监控点进行实时的监控、录像，采用数字水印技术录像文件不能被修改，因此能为事后取证提供可靠的保障。n 简易性本系统前端采用 IP 摄像机，采用全数字化的传输方式，布线更加简单，监控更加轻松。n 先进性采用最新的 H.264 MPEG-4 PART10视频压缩算法和最新 客户端软件，具有极佳的清晰度、较小的系统容量占用、完全实时、一流的网传功能等诸多特点，是当前国内外一流的产品和解决方案，系统建成后在较长的一段时间里不会被淘汰。n 稳定性采用监控行业最新技术和高品质设备，采用具专业性的设备。n 兼容与扩展性全新“基于 IP 的视频技术”，为本系统的扩展提供了无与伦比的扩展性，只要 IP 资源足够，系统的扩展就不会受到限制，可根据需要任意增减监控系统前端的数量，而监控管理中心将不再需要增加任何投资。n 外观效果美观所选设备体积小巧，布线简单，充分考虑了安全性、隐蔽性和美观性。n 价格适中所选设备性价比很高，发展中城市也可以接受。1.2需求分析1.2.1需求理解1 系统的全面高清性要求前端信息采集点全部采用高清摄像机，若需要 PTZ 功能，采用高清高速球的方式实现。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。要求采用高清显示器呈现解码后的视频图像，解码器与高清显示器之间采用支持高清分辨率的传输接扣。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。根据总体要求，系统主要解决以下问题：n 采集系统设计。采用130万像素高清 IP 摄像机，直接输出数字信号，实现全实时高清监控。n 存储与回放设计。服务中心监控中心集中存储录像数据，录像资料的回放。n 预览与控制设计。远程预览现场图像；远程控制、操作及设置监控设备。n 显示系统设计。VGA 显示器或电视。n 报警信息（报警类型、报警时间地点、报警图像）的处理。围墙周边地区采用红外对射报警器，产生的报警信号导入摄像机并作报警联动。n 传输系统设计。由于摄像机与监控中心距离较远，采用光纤传输的方式满足系统各类信息的传输 。（现有的标清光端机也需要敷设光纤）n 管理系统设计。对系统数据的集中管理，包括用户数据、设备数据、操作与报警数据。1.2.2系统功能要求监控点的构成：主要由高清 IP 像机、红外报警器，补光灯等组成。每个监控点部署高清 IP 摄像机或者高清 IP 高速球。所有前端监控点必须有良好抗雷击、防雷电和电源稳压等保护措施。视频采用 H720P 的高清分辨率。通过网络建立与各监控中心的通信。监控中心主要作用是对重点监控场所进行监视、记录，能及时发现并跟踪异常情况，并对现场情况进行记录并回放，以便于异常情况的进一步分析和处理。监控中心均配备流媒体服务器、存储服务器、客户端服务器等。流媒体服务器统一处理来自监控终端和存储服务器的视频请求，将前端监控点通过网络传送的数字视频进行流媒体转发。发送到客户端 PC。存储服务器主要用于图像存储，录像查询等。有权限的用户可以选择操作台监控终端，利用客户端浏览器即可?媸彼婢匾谰萑薏榭吹剿枰幕妗？墒迪侄嗷媸凳奔嗫兀冻炭刂粕阆窕铺妥牡炔僮鳌绱硪螅鹤榻ò僬拙钟蛲缫洗焦迪衷冻碳嗫兀蚋鞴绱硇枨蠖嘉洗俣龋懊柯飞闲写砦? M/路。1.3技术可行性技术防范产品的数字化已经实现，产品亦走向成熟，网络化的安全防范系统已经在国内外大量投入使用，因此，本项目在核心基础技术方面是完全可行的，主要是合理运用、科学集成的问题。涉及到本项目的关键技术如下：n 媒体的数字化技术：国内媒体记录类技防产品早已走向数字化，从早期的 MJPEG 到 MPEG-1再到 MPEG-4，均是非常成熟的数字化产品。n 编解码技术：国内视频压缩技术的最新代表是采用 H.264压缩算法的硬压缩产品，包括板卡和嵌入式设备，这项技术早已形成产品化和规模化。n 多媒体网络技术：实时传输协议 RTP/RTSP 已经成熟，MSTP 技术构建银行安全保卫的专用传输网络，结合前端设备的码流抑制（带宽控制）功能以及 QOS 管理机制，可以实现安全保卫信息的实时传输，并与其他业务信息系统合理占用网络资源，发挥网络资源的最大效率。1.4总体目标n 构建一套全数字高清网络视频监控系统；n 实现 H720P 以上高清晰图像质量；n 提供海量数据存储系统和数据防丢失机制；n 建设数字化监控中心；n 建成的系统具备高可管理性、高可扩展性、易维护易升级。第二部分 系统总体设计2.1 系统模式以下对建达高清视频监控系统的总体设计方案进行描述。1 高清摄像机实时采集现场图像，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；2 每个分控中心机房部署存储设备，可为大容量磁盘阵列或嵌入式 NVR，为高清摄像机提供存储服务；（若需要）可部署流媒体服务器，将实时数据流转发给分控中心和总控中心的客户端/解码器。分控中心监控室设置客户端，对管辖区域内的高清摄像机施行实时监控和远程控制；3 总控中心机房部署管理服务器，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；对总控中心、分控中心和其它部门的客户端进行帐户、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。总控中心监控室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。2.2 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720p 高清画质的图像，利用高效的编码效率使所需要的码率更低，设置变码率可进一步降低总体传输码率，以降低网络承载的压力和总体存储容量。2 远程监控功能在整个地区范围内，通过视频监控专网，授权用户能远程监控任意监控点的图像，远程操作摄像机进行变焦和转动，可以清晰地查看现场图像。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，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 dvi 格式，用户可将其刻录进 VCD 或 DVD，直接在影碟机上播放。若前端带宽不富足（4Mbps） ，存储流可从流媒体服务器获取，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，并为客户端提供流畅的视频流服务，实现全网系统管理和流媒体转发。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 权限管理功能可以添加和删除用户，并可对各级用户的控制权优先级进行管理。9 系统日志功能系统自动记录系统的操作日志和运行日志。2.3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网络监视器，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：n 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；n 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；n 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；n 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 、传输部分（光纤传输、监控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）中心网络、流媒体模块）、存储部分（存储模块）、显示部分（网络监示器）和管理控制部分（中心服务模 ，并单独设计一个报警服务模块来接收、转发报警信号。块、客户端）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： 系统关键业务流程图（1）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。（2）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（可选模块）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。（3）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。（4）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。（5）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。组网示意图： 系统拓扑示意图图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2大块，分别是：前端监控点和监控中心。监控点指本项目的前端摄像头，散布在各监控点。监控中心设置在门扣弱电机房内，内部包含了存储子系统（NVR 纯数字录像机或者存储服务器）、管理控制子系统（可选）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。前端采集部分采用高清网络摄像机、高清网络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720P，夜间照度较差需加补光措施来增加画面清晰度，来改善高清夜间效果。复杂环境选用网络球供机动监控使用。所有摄像机都通过北京视元科技的微型光电转换模块（放置在摄像头护罩内）转成光纤信号进行网络传输。机房数据交换部分全光扣网络交换机目前价格太高（24扣的含模块一般在万元以上），本方案采用北京视元科技的12/24扣光电转换器，把光信号转成 RJ45扣接入中心机房交换机，在不降低性能的前提下大大的降低成本（24扣4000元以下）网络存储部分采用 NVR 数字硬盘录像机来进行录像，或者采用存储服务器进行录像的保存。管理控制部分包含了管理服务器（可选）、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。第三部分系统详细设计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，?缟阆窕渴鹪诩嗫氐阄唬ü悠导嗫刈慵礁髑蛑行模瓿墒葑鞑棵诺饔谩?.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、补外灯、支架、设备箱等。选型原则是网络摄像机。摄像机选型原则：序号 位置 分辨率 选型1 围墙周边监控点 720P 高清网络枪式摄像机3 门扣开阔区域 720P 高清网络高速智能球机本项目推荐使用海康威视 DS-2CD862MF-E 高清摄像机、DS-2DF1-671高清网络球，具有以下优势：1多种高清画质支持 HD720p 全实时画质，输出码流为3M ； 最高可输出1280960（130 万像素）图像。高清 CCD在低照度环境下成像清晰，信噪比高。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200 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单板设计与其它 IP 摄像机不同，图像处理芯片（DSP）与 DaVinci 编码芯片（DSP）之间直接通信，摆脱了传统CVBS 传输过程，才可实现高清图像传输。4超低功耗设计由于采用 DaVinci 编码芯片，该芯片采用 ARM 与 DSP 单封装形式，不但提供了 ARM 与 DSP 之间的数据交互能力，还有效地降低了整机的功耗，最大功耗不超过4W。5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，以3M 码流完成 HD720p 图像编码。支持变码流技术，确保长期运行时，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，1.5M 码流即可实现 HD720p 编码，有效地降低网络带宽压力和存储空间。6 SD 卡缓存高清摄像机所处位置分散，网络故障所需的修复时间较长，内置 SD 卡能确高清视频监保录像数据在一段时间内不丢失，起到短期缓存的作用。7报警输入输出每部高清摄像机提供1 路报警输入/输出接扣，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。8电子 PTZ 功能支持 E-PTZ 电子云台功能，在不产生机械运动的前提下实现电子 PTZ 功能，表现为高清摄像机没有产生移动，但画面能上下左右移动。支持双码流技术。9 PoE 技术可利用支持 PoE 供电的交换设备利用以太网线对高清摄像机馈电。更好地解决高清摄像机的布线问题，仅需1 根网线便能实现视频、音频、报警、控制、供电的传输。10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。3.1.3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 网络摄像机光电转换模块 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） 很好，无模拟传输过程 一般，存在基带传输的各类干扰 抗干扰能力 可与强电同管传输 仅需一条皮线光纤 复杂，需要部署视频线、音频线、控制线、 布线、安装 12V 低压电源线 电源线和网线 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 环境适应性 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：l 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1280720、1280960、16001200等多种高清画质。l 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2M6M 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3.2 1KM 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，采用模拟摄像机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。l 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。3.1.4前端设备选型及主要?问焱馔缟阆窕萍鍪褂?DS-2CD862MF-E网络智能匀速球推荐使用 DS-2DF1-671视元微型光电转换模块产品描述:依循 IEEE802.3u 网络规格，提供高速以太网络双绞线（STP）到光纤的转换接扣，使得网络：1、传输距离较长，最大传输距离可达100公里。 2、传输品质较佳（光纤较不受电磁场干扰）不论是远程的工作站与网络中心的连接，或网络群组与群组之间的长距离连接，此光纤转换器皆提供一理想的方案。各种强电磁干扰环境，抗户内外强电磁干扰等恶劣环境。3、体积超小（50X40mm）完全可以装到枪式网络摄像机、红外网络摄像机内部，供电电压采用 DC12V可与摄像机共用电源。亦可安装在网络硬盘录像机内，取代视频服务器、视频光端机。主要技术指标：协议：IEEE802.3、IEEE802.3U、IEEE802.1d、IEEE802.1Q接扣：RJ45（ 10/100BASE-TX）单模 SC、 ST 或 FC（ 100BASE-TX）电源：外置12V，0.5A尺寸： 50mm× 40m×10mm环境：工作温度： 0 50储存温度：-40 70湿度： 590无冷凝3.2存储子系统存储部分.