网络监控系统技术设计方案

网络监控系统技术设计方案

技

术

设

计

方

案

介

绍

网络监控系统技术设计方案1.1 总体目标

图像（语音）监控（包括大屏幕及电视墙）

中心及分控2级监控

全网内设备的远程状态监控及网络管理功能

授权与安全认证

全网内报警信息管理

视频流转发

海量资料存储及检索

1.2 IP矩阵切换技术原理

实现网络监控的技术原理主要基于IP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，其缺点是网络建设费用非常高，采用WDM技术，必须是裸光钎（中间是无源的），在有些应用场合，在一个小的区域范围内，还是可行的，只是实现集中监控的代价很大，费用很高。另一种方法是利用现有的数字网络，对视音频信号进行数字化压缩，将压缩码流组成IP报文，通过TCP/IP协议，把这些IP报文传到监控中心，实时解码输出视频图像，进行集中监控。这个数字网络可以是VPN，可以是专网，也可以是公网，如PSTN、ISDN、GPRS、CDMA、ADSL、宽带城域网、INTERNET等。下图是一个典型的应用：

在上述应用框图中，PC管理主机可以通过IP网络，对前端的每一台视频服务器进行配置、管理、控制，可以实时监控每一台视频服务器的视频图像。如果视频图像的数量太多，整个网络太大，一台管理主机可以同时监控很多台视频服务器的图像，通过PC机的显示器显示视频图像，并通过事先设定的规则切换图像信号。

1.3 实现总体目标的技术依据

按照“IP视频切换矩阵技术”原理，依据视频编解码技术、计算机技术可实现图像（语音）的多级监控（包括大屏幕及电视墙）。

为确保监控系统的安全、正常、高效运行，使用成熟的数据库与信息管理技术，可实现全网内设备的远程状态监控及网络管理功能、授权与安全认证功能及全网内报警信息管理功能。

流媒体技术在Internet上已经得到广泛的应用，如网上的现场直播、网上的VOD点播等。将流媒体技术应用到网络监控中来，可有效提高及改善网络视频监控的效率及性能。

对于网络监控，海量存储可有效提高视频资料的管理效率。目前，针对流的海量存储与视频点播，在电视广播领域已经得到应用。对于网络监控来说，这样的应用，对网络性能与存储成本提出了挑战。

第二部分系统总体设计

2.1 系统要点分析及基本功能的实现

本系统构建于现有网络平台，把网络连接看作一个整体，我们可以理解为：在网络平台上，前端通过视频服务器接入了N个图像、语音、报警输入，通过网络传输及控制，所有这些保卫信息可以实时（视网络资源而定）地传输到信息管理中心或监控中心，通过网管、电视墙管理、媒体服务器一系列管理设备实施对全网的信息处理和远程管理，从而真正实现了一个典型的“IP矩阵”应用案例。

围绕“IP矩阵”的概念，本系统的重点在于解决以下几个部份：

n 视频服务器的本地处理功能

n 录像与回放的实现与管理

n 电视墙及大屏显示的实现与管理

n 本地与网络报警联动的实现与管理

n 全网内设备状态与网络管理

2.2 分控级的设计

2．2．1 中心存储设备部分

核心设备采用嵌入式网络硬盘录像机（DS-8000HC），是海康威视专为网络监控而设计的数字监控产品，满足本监控分控端及中心控制室视频服务需求。

视频压缩标准：H.264

视频处理芯片：DSP处理器

主CPU：嵌入式MPU处理器

操作系统：RTOS嵌入式操作系统

前端将摄像机信号、报警信号与控制信号分别通过视频输入口、报警输入口与RS485口输入视频服务器。视频信号经DVS编码可以将码流送到网络口进行传输与内部IDE口进行本地录像（每路录像参数与录像模式可独立设置），报警信号经DS-8000HC可进行本地的报警联动输出与（或）联动到网络口输出（所有报警参数由远程报警管理主机设置），监控主机可通过网络来控制PTZ。DS-8000HC主要特性与功能如下：

n 采用H.264压缩标准。H.264是国际电联（ITU）与国际标准化组织（ISO）组成的联合专家组（JVT）制定的最新视频压缩标准。是现在及将来在网络视频监控领域内的主流压缩标准。

n 每路图像参数独立设置，支持D1、DCIF、2CIF、CIF、QCIF分辨率，不仅支持定码率、变码率，还支持变帧率（PAL：≤25帧），根据带宽状况可动态设置码流、图像质量或帧率。

n 采用国际主流的嵌入式平台，保证了设备的稳定性、成熟性，紧随国际主流嵌入式技术的发展，产品的升级保持向下兼容，保护用户的投资。

n 灵活的录像模式可供选择。有定时录像、手动录像、动态侦测录像、报警录像四种录像模式，为了减少漏报或误报，还增加了动态侦测|报警、动态侦测&报警两种录像模式；录像文件中嵌入水印防止被篡改。

n 支持多播、点播及IE浏览等方式预览现场图像，监听现场声音，硬实时、多任务系统提供了强大的并发处理功能，编码、录像、网传、报警等进程通过合理的任务调度，实现并发处理，满足实时性及多工要求。

n 提供了强大的网络SDK开发包，提供了用户个性化需求的开发平台。

n 提供了本地录像，使得录像方案更具灵活性。

2．2．2 前端摄像机部分

前端摄象机采用高速智能快球（DS-2AF1-XXX），是海康威视专为网络监控而设计的数字监控产品，满足本监控前端图像采集的服务需

求。采用1/4’’SONY EXVIEW HAD CCD

18倍光学变一体化机芯

水平解析度达480TVL

支持水平360度高速旋转

支持垂直90度高速旋转

细腻画面并实现无盲区

防雷，防浪涌保护功能

断电状态记忆功能

高速智能快球（DS-2AF1-XXX）主要特性与功能如下：

n 机密电机驱动，反应灵敏，运转平稳，在任何速度下图像无抖动；

n 完全实现对协议（Hikvision,Pelco-P/D等）的自动识别，病支持点击跟踪和放大；

n 支持曼码及线路鼓掌诊断功能；

n 旋转速度可以根据镜头变倍倍数自动调整提；

n 水平速度最高可达400度/秒，可实现对移动物体的快速跟踪；

n 具有超宽动态范围功能；

n 支持多语言菜单及操作提示功能，用户界面友好；

n 内部设置数据断电不丢失；

n 支持自动光圈，自动聚焦，自动白平衡，背光补偿和低照度（彩转黑）；

n 支持随即扫描，连续扫描，帧扫描等自动扫描功能，可设定手动限位；

n 支持4条模式路径，模式路径记录操作总时间最少可达20分钟；n 支持200个预置位，并具有预置画面冻结功能；

n 可设置多达12个隐私罩块，位置，大小可调整，画面内可同时有8个区域被屏蔽；

n 内置7路报警输入（优先级可调）和2路报警输出，支持报警联动，可在报警后触发报警输出，调用预置点/模式路径/巡航扫描/自动扫描；

n 支持守望功能，预置点/模式路径/巡航扫描/自动扫描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）；

n 内置温度感应器，可显示机内温度；

2.3 电视墙显示

方案一：解码卡+工控PC方案。

使用海康威视专为IP矩阵切换而设计的DS-4002MD解码卡加符合工业标准的、稳定性更好的工控机组成电视墙管理主机。

每台电视墙管理主机可以独立设置视频切换规则、手动切换，定义监视器显示的画面分割方

式。

每台电视墙管理主机连接的监视器数量由内部插多少块DS-4002MD 来决定，并可以方便地扩充与裁减，具有很好的伸缩性。每一块DS-4002MD卡支持4路CIF的解码，或者2路D1的解码，具有2个视频、2个音频输出接口，可以连接到监视器上（BNC）。

电视墙管理工作示意图：

方案二：单路解码器方案。

核心设备采用单路解码器DS-6001D，用于对获取的网络视频压缩码流进行解码并输出到监视器。DS-6001D是海康威视专为IP矩阵切换而设计的嵌入式解码产品。

视频压缩标准：H.264

视频处理芯片：DSP处理器

主CPU：嵌入式MPU处理器

操作系统：RTOS嵌入式操作系统

一台单路解码器最多解4路CIF图像，以单画面或4画面分割方式显示在一台监视器上（BNC），解码参数、视频切换规则、手动切换等由电视墙管理主机统一管理、设置与操作。

2.4 存储管理

存储管理是一个软件，运行在一台或多台存储管理服务器上。主要功能说明如下：

n 配置录像参数。配置DS-8000HC的本地录像参数、配置中心的RAID磁盘阵列录像参数。

n 实现集中录像。根据录像参数将网络视频压缩码流存入磁盘阵列。n 提供VOD点播。响应访问用户的录像回放请求。

2.5 管理中心

管理服务器用来对全网内设备状态与网络信息进行管理，它是一个带数据库的管理信息系统。主要功能说明如下：

n 创建监控区域、DVS及用户信息，且可被修改、删除。

n 设置用户权限，采用灵活的菜单级权限设置方式。

n 认证用户权限，授权用户的所有操作必须经过验证，通过验证才允许操作DVS，否则被拒绝。操作信息记录到日志中。

n 对授权用户设置优先权，操作许可以级别优先、时间优先为原则。n 对来自报警管理主机的报警信息进行分类，将转发地址下传给报警管理主机。报警信息记入到日志中。

n 提供操作日志、报警日志的查询。巡检和校时。

2.6 报警管理

设置与管理DVS的本地及网络报警联动参数，以电子地图的形式显示区域内的报警信息。主要功能说明如下：

n 地图自定义，分层设置方式，不限级数。

n 监控区域及DVS在地图上可以灵活的增加、删除或移动。

n 报警信息（信号灯、文字、声音）提示功能，上传报警信息到管理中心服务器，获取转发地址，按地址进行报警信息转发。

报警管理工作示意图：

2.7 流媒体服务

当访问的用户数量突破资源限制，或者前端传输网络带宽不够的情况下，使用流媒体服务器就可以解决以上2个瓶颈。流媒体服务器与管理中心协同工作，提供在多级架构系统中用户预览前端实时视频的访问请求。

流媒体视频转发工作原理示意图：

流媒体服务器响应同级局域网内用户的访问请求，对获取的远程视频通过组播（IGMP）或点播（TCP）方式转发给请求用户。

一级用户经过一个流媒体，二级用户经过二个流媒体，多级用户可穿越多个流媒体服务器，形成一个多级流媒体转发架构，提供系统内用户的视频访问请求服务。

第三部分系统详细设计方案

3.1 设计依据及指导思想

3.1.1 设计依据

n 《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92

n 《工业电视系统工程设计规范》GBJ115-87

n 《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 75-94

n 《电视监控工程费用概预算编制办法》GA/T 70-94

n 《防盗报警控制器通用技术条件》GB12663-90

n 《入侵探测器通用技术条件》GB104081-89

n 《民用闭路电视监控系统工程技术规范》GB50198-94

n 《中华人民共和国公安部行业标准》GA27-92

3.1.2 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，电视墙管理方案使得监控系统方便实用。

n 简易性

配置、管理在PC平台上进行，方便维护与管理。

n 先进性

采用最新的H.264 (MPEG-4 PART10)视频压缩算法和嵌入式操作系统平台，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的视频切换矩阵技术”，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 报警功能完善。

前端平台具有报警输入输出接口，充分考虑了报警功能的扩充与视频联动的需求。

3.2 系统总体结构

摄像机、报警I/O、控制及硬盘直接与DS-8000HC相连接，完成视频信号采集、报警输入与本地联动输出、PTZ控制。将非重要区域设置成移动侦测或报警录像（由主控主机或本地分控进行设置），存在本地硬盘中，可以设置预录时间与延时录像时间。

分控端可以接监视器，或接VGA显示器，或接一台分控主机进行本地的监控，监视画面可以选择1/4/9/16等方式进行分割显示，可以进行自动、手动切换，报警时现场图像自动切换成单画面进行显示，多路同时报警（运动侦测或信号报警）时，报警画面采用队列轮巡方式显示。

分控连接示意图：

3.4.1实时录像-分散存储

各前端硬盘录像机进行实时录像，支持定时、移动侦测或报警录像，录像资料存在监控本地硬盘中。按一天24小时25%的录像发生率计算，每路设置512Kbps的位率来算，录像保存一个月，每台16路DS-8016HC内部需要配置1个500GB的硬盘。

3.4.2 中心网络存储（可选）

中心备份录像资料，由存储服务/点播服务器送到RAID5进行存储。如果在中心要进行实时录像，存在2个关键问题：传输带宽（网络带宽、存储服务器总线带宽、阵列柜数据吞吐量）与存储空间。

以100路的实时流集中存储、每路设置成512Kbps的位率、录像保存一个月为例，存储容量需要16TB，可以选用海康威视DS-A1024R，实际需要的视音频传输带宽为50Mbps，考虑到回放数据流及网络其他开销，建议主干使用千兆网，可以满足现在的及将来扩充的需求。

3.4.3 视频点播

视频点播包括对录像文件的回放请求与对分控端实时视频流的预览请求2个部分。

所有视频回放请求由点播服务器响应，点播服务器根据检索条件，判断是从DS-8000HC中还是从磁盘阵列中取录像资料，并提供资料内容给点播者。

所有实时视频流访问均由流媒体服务器响应，流媒体服务器获取视频流后转发给访问者（存储服务器也是一个访问者）。如果通过IE进行访问，则先由WEB服务器响应，访问者获取页面后再由流媒体进行实时视频流的转发。

3.5中心管理

通过管理服务器对系统进行管理，包括对DS-8000HC的参数进行设置，包括监控区域分布、DS-8000HC 工作状态、用户、日志等数据进行集中管理与纪录，达到系统管理要求。

对于分控端，除了对其分布区域、数量等基本数据的纪录及跟踪外，还通过巡检功能检测其运行状态，如前端的摄像机、硬盘、网络等状况及时地进行检测，异常时以报警的方式通知报警管理主机。“校时”确保了所有DS-8000HC时钟的一致性。

对用户的管理包括了用户权限的设置（用户名、密码、权限）。所有辖区内用户在进行操作时，需通过管理服务器的权限认证方可进行操作，且自动将操作信息记录到操作日志数据库，以备后查，验证流程见下图。