视频监控系统方案

3.7视频监控

3.7.1闭路电视监控子系统

系统架构

所有前端的IP 网络摄像机通过内部网络或者专网连接到监控中心，在监控中心配置网

络视频监控软件对前端所有IP摄像机进行管理和配置；并配置流媒体服务器进行数据转发，配置存储服务器和IP SAN 进行集中存储；配置解码服务器进行解码上墙显示。

3.7.3系统功能

3.7.3.1 图像采集

作为监控系统的视频源头，摄像机对整套监控系统起着至关重要的作用。对摄像机的基本要求是：图像清晰真实、适应复杂环境、安装调试简便。

1）图像真实清晰——摄像机种类很多，其本源是内部核心部件“图像传感器+数字处理芯片”，针对不同的行业有完全不同的优化方案。比如：广播电视系统的图像处理偏艳丽，这是符合观众的视觉需求。相对而言，视频监控系统对图像的要求是真实还原，尤其是图像的色彩应与现场一致，比如：人的肤色、衣着颜色、车辆颜色等。其次，图像清晰度主要取决于图像传感器线数，线数越高，图像解析力越高，能获取更多的图像细节。此外镜头倍数也将影响用户捕获图像的景深，广角取景能获取全景概况，长焦取景能获取人脸面部特征，因此，用户对图像要求与使用场景密切相关。当然，在特殊场景下还需要特殊功能进行匹配，比如：超低照度、逆光等等。

2）适应复杂环境——与硬盘录像机、交换机所处环境不同，摄像机一般都置于风吹日晒的环境下，天气变化都会影响摄像机的工作。耐高温、抗雷击、防水防尘等应达到相关指标，摄像机应该能在恶劣环境下正常工作。

3）安装调试简便——摄像机多安装于难以摘取的位置，因此使用过程中的再度调试是较麻烦的，增加维护成本。比如：摄像机安装倒像。摄像机应该提供OSD操作菜单供用户远程调试及参数修改。此外，建议为摄像机由UPS集中供电以保证电源洁净，防止串扰。

3.7.3.2、IP摄像机/球机

1）IP枪式/半球摄像机主要特性与功能如下：

?采用高性能SONY CCD，提供模拟输出口最高可达540线

?具备低照度自动彩转黑功能，适应昼夜不间断监控；

?支持背光补偿功能；

?支持自动白平衡，色彩还原度高，图像逼真；

?支持自动电子快门，适应不同监控环境；

?支持自动电子增益功能，亮度自适应；

?支持自动光圈功能，可选直流驱动或视频驱动；

?高信噪比，图像画面干净、悦目。

?支持模拟摄像机的一切功能；

?采用TI公司高性能压缩芯片，H.264视频压缩算法；

?支持心跳保活、网络PTZ控制（配合云台）、语音对讲；

?支持报警输入输出、用户管理；

?支持IE访问，内置WEB浏览器；

?支持SD卡（可选）；

2）IP快球摄像机主要特性与功能如下：

?采用高性能SONY CCD；

?最高支持36倍光学变焦；

?采用精密机芯，反应灵敏，运转平稳，图像无抖动；

?内置多种协议，支持HIKVISION、PELCO-P、PELCO-D自动识别；

?支持点击跟踪和放大；

?转速根据镜头当前倍数自动调整；

?水平转速最高可达300度/秒，实现快速跟踪；

?支持超宽动态范围功能；

?支持水平360度自动扫描，垂直方向自动翻转，确保无监控盲区，跟踪连续性；?全面支持自动光圈、自动聚焦、自动白平衡、自动彩转黑、背光补偿；

?支持200个预置点，支持预置画面冻结功能，支持限位功能；

?支持12个隐私隐私遮盖块，位置、大小可调整；

?支持报警联动，调用预置点、巡航、自动扫描等；

?支持定时执行指定任务功能

?支持区域划分和显示功能

?搭载TI公司最新DaVinci处理芯片和H.264视频压缩算法；

?支持心跳保活、密码保护、移动侦测；

?支持业界首创的双码流技术；

?支持TCP/IP协议族，各种网络协议；

?提供10M/100M自适应网口；

?支持PoE网线供电（可选）；

3）高清网络摄像机

?采用高性能TIDSP芯片

?采用先进的视频压缩技术，压缩比高，且处理非常灵活

?功能齐全：心跳，PTZ控制，报警，语音对讲，用户管理

?网络功能：支持完整的TCP/IP协议簇，支持视频、报警、语音数据，内置WEB浏览器，支持IE访问

?130万像素逐行扫描CCD，最大可到1280x720输出,支持1280x720、640x480两组分辨率

?支持SD卡

3.7.3.3 数据传输

随着联网监控需求的兴起，模拟系统联网的局限性凸显出来，基于IP网的联网监控成为主流趋势。与模拟传输系统相比，IP网络受干扰的可能性较小，因此IP网综合布线在此不再累述，请参见综合布线系统方案。下文将描述网络视频监控系统对网络提出的要求，以及部分与用户息息相关的网络技术对网络视频监控的影响。

●带宽和吞吐量

对网络视频监控而言，带宽是最基本的要求，带宽表示运输数据的电路容量，通常以比特/秒来表示。考虑IP包涉及包头包尾开销，按25%计算，单路CIF画质按512Kbps ÷0.75=683Kbps预留带宽，单路D1画质按1.5Mbps÷0.75=2Mbps预留带宽，若用户采用非对称传输方式（如ADSL），带宽指上行带宽。

【例】若用户将建设500路监控系统，每路支持D1画质（2Mbps码流）。若采用网络集中存储，将至少规划万兆核心交换机，这将会给用户带来巨大的网络投资，因此我们不建议用户采用网络集中存储。

除带宽量化要求以外，IP网采用包交换的固有缺陷是逻辑链路、带宽争用，网络下载等业务占据大量网络带宽，网络流量突然增大导致关键数据无法及时传输，交换机的交换能力不能保障正常通讯，视频监控数据包大量丢失，视频图像出现马赛克、画面停顿。我们建议用户将监控系统与业务系统物理隔离或者逻辑隔离，交换设备应具备带宽管理等QoS策略，确保为监控系统提供可靠的网络链路和带宽。可避免突发流量导致的监控画面失真、设备掉线、马赛克画面、响应迟缓、帧丢失等等。

但是用户似乎忽视了一个问题，在带宽保证的前提下，传输质量不一定就高，根源就是交换设备的吞吐量，指单位时间内无错误传送的数据量，单位是分组/秒（pps）。典型模型如下：

实际测试环境下，当负载超过容量（带宽）时，吞吐量下降，TCP包重传次数加大，网络节点出现拥塞，丢包率上升，恶性循环，因此在选择交换设备时，吞吐量依旧是一个需要注意的参数。

●网络延迟和时间抖动

数据包延迟不一致，将导致图像与声音不同步。而数据流的包丢失和包失序将导致图像与声音抖动。当丢包率为1%时，图像可能出现“发虚”现象，声音开始出现停顿；当达

到2%~3%丢包率时或200ms的时间抖动将导致视频信号无法传输。

上述问题是用户在使用过程经常受困的，造成“延迟”的因素有：

设备延迟：编码设备的编码延迟、交换设备的交换延迟、解码设备的解码延迟。

发送延迟：编码设备将数字数据放到传输线上的所需时间。

传播延迟：信号在电缆或光纤中传输延迟，其传输速度约为真空中传播速度的2/3。

可以看出，仅仅标称某一部分的延迟很小并不能完全决定整体延迟，因此，在通过调节编码延迟、解码延迟，同时应注意交换设备及交换链路的延迟。

●网络设计及规划

一个良好的网络设计和长期规划将对持续的视频监控系统产生深远影响。网络至下而上建设应该是具备层次化的，能清晰明了地辨别接入层设备、会聚层设备、核心层设备。网络平面应该是折叠式的，分支与分支之间的建设是相同的，以便维护人员到任何一个点都能迅速开展配置维护工作。网络核心层部分应该是具备冗余的，以防止断链后服务器停止响应。出于安全考虑，网络设计是应该没有后门的，以防止恶意侵袭。网络规模是可扩展的，新入设备只影响与其挂接的交换设备，规模扩展至2~3倍，核心设备是无需变更的。

●网传性能

是业界第一家为DVR加载网络功能的厂商，即Net DVR是DVR和DVS的复合体。每台Net DVR提供一个10M/100M半双工/全双工自适应以太电口（RJ45）。随着视频监控网络化的日益广泛，在不断革新网络传输性能，目前更新的V2.1软件将网口吞吐量从16Mbps 提升到24Mbps，并且研发工程师还在不断优化。如同交换设备一样，从上图可知，过量突发访问将导致设备压力，应对策略是：系统资源优先保证Net DVR的本地录像，如果系统资源不足，会降低网传性能。选择这样的策略是出于现阶段录像对监控系统重要性是首要的。

●组播技术

为了解决突发访问量与设备压力之间的矛盾，我们提供两种解决办法：组播和流媒

体传输，二者均有各自优缺点。

单播传输方式典型示意图如下所示：

网络压力集中在数据源段，提供服务的设备承受最大负荷，因此若并发请求激增（触发条件），将导致Net DVR的响应能力降低，用户直观感受是图像质量不能满足要求。组播技术的出现很好地解决了这个问题。组播传输方式典型示意图如下所示：

对比单播示意图，我们清晰地看到每条传输链路上同样的数据流只传输一路。它控制网络流量，充分减轻服务器的负荷，减少网络中的冗余流量。从某种角度来讲，组播技术是最优的传输方式，但是深入其实质不难发现在目前的网络环境中，组播只是一个“看上去很美”的技术。因为：

1.组播采用“尽力投递”的方式，基于UDP传输，报文丢失是不可避免的，组播应用程序不能依赖组播网络进行可靠性保证。表现形式为视频图像出现马赛克。

2.不具备拥塞避免机制，缺少TCP窗口机制和慢启动机制。表现形式为控制球机延迟很大。

3.类似Assert机制和SPT切换机制可能会造成数据包的重复。表现形式为同一幅图像出现两次。

4.组播协议某时会造成报文到达的次序错乱。表现形式为后一幅图像先呈现。

为了防止组播流全网泛滥及平均三分钟一次的剪枝过程（PIM-DM协议自身固有缺陷），大部分厂家都选择了PIM-SM组播协议。

●流媒体技术

相比大规模重建网络，购买昂贵的网络设备，我们更愿意推荐用户购买一台或几台性价比高的服务器，搭建流媒体传输网络。这是一个高弹性的网络架构，它已经广泛应用于网络视频点播、IPTV等民用系统，经过成千上万的用户实验，是一个更加可靠的传输方式。

流媒体传输方式典型示意图如下所示：

将数据源从繁重的访问压力中解脱出来，把数据流复制分发的工作交给流媒体服务器完成，同时降低了数据源端高带宽的要求。通常用户网络的核心层与会聚层之间的带宽、吞吐量是足有而富裕的，因此流媒体服务器配置千兆或双千兆网卡是能满足并发访问需求的。关键是它并不需要大规模改建现有网络，节约成本。

3.7.3.4存储设备

系统采用IP SAN网络存储方式，由存储服务器管理下属监控点的录像策略。本系统采用IP SAN实现集中存储，保存辖区内IP前端的录像数据。根据数据量需求大小，存储服务器可挂接多台磁盘阵列（建议总量不超过50TB）。磁盘阵列支持多种RAID级别，具备磁盘损坏恢复功能，避免因磁盘损坏导致录像文件丢失。

存储示意图如下，实线Ⅰ标示通常情况下，码流的存储位置为IP SAN；虚线标示告警联动视频流上传中心，中心自行选择是否录像。

关于录像文件大小计算，如下述方式：

对数字图像实现每天24小时的不间断存储，采用视频码流，数据保存周期为1天。每路视频所需硬盘容量计算方式如下：

视频码流÷8（转换为字节）×3600（得到一小时存储容量）×24（得到一天存储容量）×1（得到1天存储容量）÷1024（转化单位为GB）÷0.9（考虑到格式化后的硬盘损失10%）

1.IP SAN特点

本项目选用DS-A2024R型号磁盘阵列系统，该系统具有模块化、可扩展、无单点故障等特点。提供高效率、高可靠性的双磁盘阵列系统和高可用性支持。具有如下7大独特特点：

监控专用存储系统，充分满足性能要求

本存储系统针对监控应用的特点对存储系统进行了优化。监控应用是一种以写为主的存储应用。实际上是以大码流的多并发写为主的一种存储应用。因此，在写性能，写的高并发和写的高稳定度方面，采用了监控专用产品独特的算法，达到最佳的效果。

单台DS-A2024R可以支持24路4CIF格式视频数据并发写入，DS-A系列 IP存储系统能充分满足性能的要求；并能够满足以后性能扩展的需要。

?同时支持IP SAN和NAS

采用IP SAN的架构，使用iSCSI协议，提供真正的高性能的块级数据访问。实现了对服务器本地磁盘的扩展。从而提高数据存储的可靠性，可扩展性，和高性能。

但是，对于某些对性能要求不高的文件在用户之间的共享应用，可以采用NAS的存储。

即NAS IP SAN功能可以满足服务器的高速块级访问需求；NAS功能可以满足针对以人为对象的文件共享的需求；

?极易管理（全中文）

该存储管理系统面向用户设计全中文管理模式。采用业界最先进的基于WEB的管理方法，在监控中心无需安装任何软件。根据我们的经验，管理员可以在15到20分钟内，就轻松掌握整体系统的使用和管理。

?独有安全技术

针对xxxxx医院新建医疗大楼项目对数据安全的特殊要求，本存储系统中采用了独有的安全技术。保证管理和数据在存储基本的安全性。所有的管理数据都是在加密的情况下，进行传输的；而且在IP授权的基础上，存储系统还采用了CHAP授权技术。

?高可扩充性

本产品采用先进的IP SAN＋NAS架构，所以可以实现存储容量的高可扩充性。在应用发展，存储需求增长，现有容量不足的情况下，可以简单的购买更多的存储联入交换机，这样在提高了容量的基础上，也同时提高了性能。

?高性价比

IP SAN的结构本身就是一个性价比高的架构。现有的网络环境无需改变；甚至无需购置额外的交换机；而且管理员也对IP网络很熟悉，所以很容易上手。

IP SAN产品通过兼容NAS的功能，进一步提高了产品的性价比。使客户无需为了个别的针对用户的共享需求，而使用额外的NAS服务器和NAS产品。

数据存储的高可靠性和可用性

本方案中，数据存储采用RAID5技术，热备和镜像技术。这样，即使出现硬盘坏，RAID5可以保证数据不丢；热备技术，可以使设备在出现坏盘时，无需人工介入，自动开始修复工作（RAID 重构）；通过镜像技术，在最极端的整台设备损坏的情况下，数据仍然不丢，而且存储服务无需中断。

多网口虚拟化技术，还可以保证存储器在单个网络连接断开的情况下，仍然可以正常工作，保证了设备的高可用性。

3.7. 3.5 显示系统

监视器

用户容易忽视显示系统的构建，对显示设备的选择显得比较随意，因而影响到整体显示效果。监视器作为监控系统中必备设施，它的质量和技术指标关系着整个安防系统的质量，所以其选用方法非常重要，建议以下选用原则：

4*3拼接43寸大屏

1）必须选用已通过国家质量监督检验部门及有关管理部门认真并允许生产和销售的产品，产品质量与技术指标应符合国家有关规范和标准的要求。

2）严格审核监视器的实际技术指标和说明书一致性，说明书给出的技术指标应该详细具体。

3）所选用监视器的技术指标，通常应高于等于整个系统的技术指标。

4）通常情况下建议用作单画面显示的监视器屏幕尺寸≥14英寸，用作多画面显示的监视器，屏幕尺寸≥17英寸。

5）建议选用金属外壳的监视器，外壳接地，抗电磁干扰能力增强。

6）选用数量按摄像机：监视器≤16：1。

7）监视器的解析力宜高出摄像机100TVL。

解码设备

与模拟系统不同，网络监控系统在监控中心还需要部署解码设备，完成解码输出的过程。解码设备目前主要分为解码服务器和解码器。前者是用户较为熟悉的服务器+解码卡的组成形式，单台服务器可以提供高路数的解码输出，后者是嵌入式设备，长期运行稳定性更强。

VGA显示

对于采用高清网络摄像机的联网解决方案，由于模拟CVBS 的限制，不能显示高于575线以上的高清图像，在这种方式下面建议采用PC电脑的显卡双输出功能，利用两台高分辨率的显示器进行四分割全屏显示，一方面保证高清图像的效果，另外也客户减少闪烁，防止长时间监控眼花的烦恼。

3.7.3.6软件功能介绍

软件概述

长期关注中小视频监控系统，并致力于中小视频监控系统软件平台的开发，和众多合作伙伴一同深入挖掘监控的核心内容，随着IP前端的不断推广， IP监控系统应用逐渐推广，基于这样的背景下，推出了适用于新一代混合型网络硬盘录像机、网络视频服务器、IP Camera与IP Dome等IP前端设备的中小型IP监控系统管理套件:网络视频监控软件-4000(以下简称监控中心)。

它能很好的完成以下功能：

?视频、音频实时预览（最多64画面分割）、回放；

?远程点播集成远程回放、VOD点播，监控中心智能判断；同时也支持多路同步回放；

?支持远程点播界面双屏功能；

?支持软件推出时记忆播放通道与窗口的对应关系功能；

?海量数据分布式存储，集中管理；

?最多支持16个集中存储服务器进行集中存储；

?集中管理、配置IP前端，可添加、删除IP前端，修改参数等；

?远程访问与控制IP前端设备，包括：云台控制，聚焦，变倍等；

?广泛报警接入，联动报警输出，报警信息主动上传，报警输出名称可自定义；

?用户权限统一分配，具备登陆、验证；

?电子地图热点、热区联动效应；

同时，具备以下优秀的性能：

?实用性

――以客户需求为宗旨，摒弃华而不实的功能，

?适应性

――对行业用户的特有功能进行定制，以适应用户的特殊需求

?可靠性

――选用的硬件、软件均具备数万甚至十万平均无故障时间，并为关键设备、关键部件设计冗余备份

?安全性

――鉴于监控系统特殊性，安全保密工作尤为重要，从网络建设、平台验证、设备加密等立体化保障系统安全

?先进性

――严格遵循系统工程的设计准则，科学合理地设计，最大程度地采用成熟、可继承、具备广阔发展前景的先进技术，使系统在未来数年内不落后，保护用户投资

?开放性、易扩展性

――严格遵循相关技术的国际、国内和行业标准，确保系统之间的透明性和互联互通；在系统设计时，合理预测未来扩容需求，科学设计余量

?易管理性、易维护性

――支持Windows操作系统，支持数种国际通用语言，支持全中文管理界面，具有完善的使用手册和帮助文档，自动检测网内设备运行状态，以图文结合方式

列出设备异常情况，辅助管理人员排查处理

3.7.3.7设备管理

监控中心能集中管理所有前端设备，一方面能综合管理，及时有效地了解设备状态，另一方面可简化操作，易于维护。监控中心以高效的数据库形式保存：

?创建监控区域，添加IPC或IP Dome等前端设备；

?可添加、更改、删除各种设备的配置信息，最大可管理50台设备；

?根据实际物理范围来划分“区域”，前端设备归属在相应区域内，为方便用户未来的管理，支持设备名自定义；

?设备状态一览无遗，包括：监控点编号、录像与否、视频信号丢失与否、硬件状态正常与否、并发连接数、通道当前码率、SD卡状态；

?集中管理服务信息（流媒体服务、硬解码服务等）；

3.7.3.8 预览回放

?远程预览

远程可采取直连模式和流媒体转发模式。是否部署流媒体服务器由管理中心决定，是否启用流媒体服务器由本级控制中心决定。

预览功能

分屏

在预览时提供完善的画面切换机制，包括多分屏、轮巡等。多分屏支持4、5+1、7+1、9、8+2、12+1、16+1、17+2、21+1、32等等，最大支持64分屏。

一键功能

将预览频率较高的通道加入快捷播放列表，预览状态下直接点“播放”键将快捷表内所有通道打开，若通道数量多于分屏数量，可按轮巡方式显示。

轮巡

丰富的轮巡方式支持单画面轮巡、多画面自动轮巡，轮巡间隔、画面分割方式均可定义，涵盖用户在预览时的所有常用功能。

分组

为了契合用户使用习惯，提供分组功能。用户可将分类属性相似的通道加入同一个分组内，比如：财务室组，内含所有财务室的监控通道，与它们所处物理位置无关。

资源调节

主机处理资源不够时，解码时可选择丢弃一个B帧或丢弃两个B帧。因为B 帧不是关键帧，所以丢弃以后不会影响解码。在解码图像满足用户要求的情况下，可减小主机处理压力。

当网络质量较差时，TCP连接丢包重传不断发生，为了确保图像的流畅性，可适当增大缓存区空间；相反，若网络质量较好，可适当减小缓存空间以提高实时性。

视频参数调节

考虑现场环境光线明暗、色温、色差对画面的影响，除了利用摄像机自身的

处理电路还原较为真实的画面以外，监控端还提供亮度、对比度、饱和度、色度的调节，使显示画面色彩明快，符合人眼的感官需求。

抓拍

监控人员发现其关心的事件，还能快速抓图。将文件保存在监控中心电脑

上，便于及时查阅。

本地回放

通过监控中心的本地回放界面，按通道检索通过监控中心软件保存在本地PC 机或服务器的录像文件，进行本地回放，同时通过时间轴界面进行时间定位，方便用户使用，支持4路同步回放。

远程点播

监控中心软件新增添的VOD远程点播功能，将从集中存储服务器上按通道查找录像文件，同时也可通过时间轴来定位回放时间，支持4路同步回放。

3.7.3.9录像存储

本地录像

用户通过监控中心直接访问IP摄像机/球机时可设置本地录像计划，将在IP 前端已经经过编码的视音频数据流保存在安装监控中心软件的PC机或服务器上，对于前端IP摄像机/球机点位较少的用户，使用起来较为方便。

本地报警联动录像

用户可以在报警联动中设置报警联动录像，当IPC设置好的移动侦测和信号量报警信息上传到监控中心时，报警时间段内的IPC的视频图像保存在本地硬盘上面，便于事后报警录像的查询，可以在本地回放中进行检索回放。

NVR模式录像

网络视频监控软件-4000拥有NVR模式录像功能，监控中心软件可远程配置设备在NVR存储服务器上的录像计划，并可以远程点播NVR服务器上的录像资料，

存储服务器软件实现对监控录像数据的统一保存，它通过直接连接设备或者通过流媒体服务器获取视频数据流，并以数据块的方式保存在预分配的磁盘空间中，通过磁盘数