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標準視頻監控系統解決方案
來源:凱源智能化    時間:2019-02-21

1.1 背景與趨勢

隨著社會快速的發展,安全防范的需求層次也越來越高,傳統的人防與物防已經無法滿足現代生活的安全需求。技防手段作為最高安全的技術,在安全防范中顯示出其急迫性和必要性。視頻監控是技防的基礎核心手段,已廣泛應用于安防領域。

為了能有效預防、震懾犯罪、減少財產損失、保障人員安全,需要構建高效、安全、智能的視頻監控管理系統,可廣泛用于公安、交通、司法、金融、樓宇的各類周界防范、出入口、內部道路、內部建筑和核心區域等關鍵場景。為各行各業構建“安全、舒適、高效、節能”的視頻監控安防體系,始終是海康威視的最高目標和基本原則。海康威視憑借優質的產品和在業內多年的安防工程項目實施經驗,為不同行業用戶建設先進實用的安防系統,提供最佳的視頻監控解決方案。

當前視頻監控領域也呈現出一些顯著的趨勢:

1)H.265大潮已在中國掀起。H.265技術可有效降低計算復雜度、提升編碼性能,同時借力3G/4G無線網絡的推廣以及更多支持H.265的終端設備的應用,新的編解碼壓縮標準雖然還處于逐漸被市場接受的過程中,但市場對新標準的接受速度越來越快,將會在中國安防產業中掀起新的浪潮。

2)高清、甚至超高清已經成為視頻監控行業發展的主流。在2015年,視頻監控顯示市場已經全面進入了高清時代,甚至有往超高清發展的趨勢。

3)智能分析不斷引領視頻監控新高度。隨著視頻技術的高清化、大聯網,視頻監控系統產生了巨大的信息數據,特別是海量的非結構化視頻數據,以及飛速增長的特征數據(卡口過車數據、人像抓拍數據、異常行為數據等),這些海量數據和掩藏其內的巨大價值,一致都是視頻監控系統向著智能分析發展的主要推動力,不斷引領視頻監控的新高度。

1.2 需求分析

視頻監控是安全防范系統的重要組成部分。視頻監控以其直觀、準確、及時和豐富的信息內容而廣泛應用于許多場合。近年來,隨著計算機、圖像處理、網絡傳輸技術的飛速發展,視頻監控技術也有了長足的發展。但視頻監控系統的原始需求始終包含常規視頻監控和智能視頻分析兩個主要部分。

1)視頻監控需求:滿足用戶監控需求,為用戶提供清晰的圖像或視頻監控,包括監控視頻的預覽、上墻、回放、存儲、云臺控制等基本的業務需求。

2)智能視頻分析需求:智能化要求系統本身有足夠的智能,能夠識別不同的物體,發現監控畫面中的異常情況,以最快和最佳的方式發出警報和提供有用信息,從而更加有效地協助安全人員處理危機,并最大限度地降低誤報和漏報現象,成為應對襲擊和處理突發事件的有力輔助工具。

1.3 建設內容

建設內容主要包括視頻監控系統的系統架構設計、前端設計、傳輸網絡設計、監控中心設計和聯網設計,并對典型應用場景進行設計,滿足用戶對視頻監控的基礎管理、基礎應用和智能應用的需求。

第1章

1.4 設計原則

視頻監控系統要求在設計中采用先進、安全、可靠的技術,同時考慮功能需求的變化和智能應用的快速發展,要求整個系統性能具有開放性、標準化、可擴展、性價比高,以此確保系統建成為技術先進、實用可靠、經濟合理、具有國內外先進水平的視頻監控安防系統。

1)  先進性

在保證開放性和實用性原則的基礎上,系統應采用先進的視頻采集、錄像存儲技術,通過適當的網絡組合,使其發揮最佳的效果,保證在相當長一段時間內系統整體處于先進水準。

2)  集成性

本方案所設計的各類視頻基礎功能和智能應用,應可集成到統一的綜合安防系統內。同時,視頻監控的標準接口,設計應符合國際標準或國際流行標準為原則,可方便第三方系統集成使用。

3)  安全性

系統設計時考慮多級安全防范措施,包括加密傳輸、身份認證等多種方法組合防護。用戶可根據不同的需要進行不同的安全等級設計,最大程度地保護系統的自身安全。

4)  可靠性

系統設計時不僅要考慮所采用系統設備的先進性,更重要的是考慮系統設備的適用性與方案的可靠性,使其長期地發揮其功效。

5)  可擴展性

系統需兼顧目前的安全防范需求和今后較長時期的安全防范技術發展需要,即要確保系統具有良好的可擴展性。

6)  實用性

安全預警是系統建設的目的。如果脫離開的實際使用目的而只是簡單堆砌一些安全防范技術,那無異于空中樓閣。安全防范系統設計的實用性建立在對用戶需求的仔細理解基礎上。

7)  標準化

系統應滿足在擴充及更換部分設備時的通用性及可替換性。

1.5 設計依據

視頻監控系統的建設依據國家相關法律規章、國家和行業相關標準、相關研究成果等資料進行規劃設計,具體如下:

1)智能建筑設計方面

《智能建筑設計標準》GB/T50314-2006

《智能建筑工程質量驗收規范》GB/T50339-2003

《建筑物電子信息系統防雷技術規范》GB50343-2004

《公共建筑節能設計標準》(GB50189-2005)

2)視頻監控設計方面

《中華人民共和國公安部行業標準》(GA70-94)

《視頻安防監控系統技術要求》(GA/T367-2001)

《民用閉路監視電視系統工程技術規范》(GB50198-94)

《電視和聲音信號的電纜分配系統》GB/T 6510-1996

《CATV行業標準》GY/T121-1995 

《彩色電視圖像質量主觀評價方法》GB7401-87

《彩色電視圖像傳輸標準》GB1583-1979

《電磁兼容性標準》IEC 801     

《信息技術互連國際標準》(ISO/IEC11801-95)

3)監控聯網及報警設計方面

《安全防范視頻監控聯網系統信息傳輸、交換、控制技術要求》(GB/T28181-2016)

《信息技術開放系統互連網絡層安全協議》(GB/T 17963)

《計算機信息系統安全》(GA 216.1-1999)

《計算機軟件開發規范》(GB8566-88)

《大樓通信綜合布線系統》YD/T926-2009

《綜合布線系統工程設計規范》GB50311-2007

《綜合布線系統工程驗收規范》GB50312-2007

《以太網10Base-T標準》IEEE802.3

《快速以太網100Base-TX標準》IEEE802.3u

4)安防工程建設方面

《安全防范工程程序與要求》(GA/T75-94)

《安全防范工程技術規范》(GB 50348-2004)

《電子計算機機房設計規范》(GB50174-93)

《建設物防雷設計規范》(GB50057-94)

《建設物電子信息系統防雷技術規范》(GB50343-2004)

《安全防范系統雷電浪涌防護技術要求》(GA/T670-2006)

《民用建設電氣設計規范》(JGJ/T16-92)

《入侵報警系統工程設計規范》GB50394-2007

《視頻安防監控系統工程設計規范》GB50395-2007

《出入口控制系統工程設計規范》GB50396-2007

《有線電視系統工程技術規范》GB50200-94

《工業電視系統工程設計規范》(GBJ115-87)

《建設及建設群綜合布線工程設計規范》(GB/T50311-2000)

1.6 名詞解釋

術語/縮略語

含    義

VLAN

虛擬局域網,如一組邏輯上的設備和用戶,這些設備和用戶并不受物理位置的限制,可以根據功能、部門及應用等因素將它們組織起來,相互之間的通信就好像它們在同一個網段中一樣,由此得名虛擬局域網

深度學習

通過機器自身提取特征,將人臉淺層的抽象特征(臉頰、額頭等)逐層處理,最終形成深層的可供識別的人臉圖像進行學習的一種智能算法

GPU

Graphics Processing Unit,圖形處理器,專為圖像處理設計,可以通過增加并行處理單元和存儲器控制單元的方式提高處理能力和存儲器帶寬

深眸

海康威視“深眸”系列專業智能攝像機,內嵌專為視頻監控場景設計、優化的深度學習算法,實現了在各種復雜環境下人、車、物的多重特征信息提取和事件檢測

“超腦”NVR

海康威視自主研發的新一代超腦NVR系列,具備基于深度學習算法的視頻圖像結構化技術和NVR的各項功能特性

去誤報

通過對觸發報警的區域進行人體目標二次識別,篩選過濾掉非人體報警,從而最大限度的降低周界防范誤報現象

臉譜

人臉分析服務器,海康威視專用于人臉識別分析的“視頻云結構化分析服務器”

濃縮播放

錄像回放中,有智能偵測等事件發生的錄像以正常速度播放,無事件發生的錄像自動以多倍速(可設定倍速)播放,有效提升錄像回放效率

人臉識別

是基于人的臉部特征信息進行身份識別的一種生物識別技術,是在含有人臉圖像或視頻流中檢測和跟蹤人臉,進而對檢測到的人臉進 行臉部的一系列建模等技術,實現不同人臉的識別的過程。

人臉以圖搜圖

是一種通過上傳的人臉照片,在指定搜索位置按照人臉特征的相似度進行比較,獲得相似度最高的人臉圖片的人臉識別應用。

人臉軌跡

基于人臉搜圖或人員信息搜索后的結果,按照時間順序以此在GIS、靜態地圖或3D地圖上展示出人員的搜索結果,便于用戶整體上把握某個目標人員的全部活動軌跡。

神捕

海康威視“神捕”系列智慧監控單元,采用公歷深度學習算法,專為實現治安防控、交通管理需要而設計的卡口單元,用于車輛捕獲、車牌識別、車型識別,車身顏色識等。

第 二 章 系統設計

第2章

2.1 設計思路

視頻監控系統的設計思路如下:

1)              高清化。系統采用高清視頻監控技術,實現視頻圖像信息的高清采集、高清編碼、高清傳輸、高清存儲、高清顯示。

2)              網絡化。系統基于IP網絡傳輸技術,提供視頻監控的聯網功能,實現全網調度、管理及智能化應用。

3)              云邊智能化。系統建議前端設備采用海康威視主推的智能系列攝像機,如“深眸系列”、“神捕系列”的各類智能攝像機,在高清視頻采集的基礎上,實現前端智能采集和智能分析;后端設備采用海康威視主推的超腦NVR和臉譜服務器,將前端采集的視頻、圖片信息進行智能化分析,為用戶提供各類智能應用和功能,滿足用戶前后端融合的智能分析。

4)              存儲穩定性。采用具備流直存技術的專業存儲設備對視頻、圖像進行存儲,并采用多種技術手段提升存儲系統的可靠性和可用性。

5)              充分考慮原有系統利舊,實現新老系統的無縫對接,降低成本,減少資源浪費。

2.2 系統架構

視頻監控系統的由前端、傳輸網絡、監控中心組成。系統架構如下:


前端支持多種類型的攝像機接入。系統可配置高清網絡槍機、球機等,按照標準的音視頻編碼格式及標準的通信協議,直接接入網絡并進行視頻圖像的傳輸。

移動車載目前以模擬攝像機為主。車載硬盤錄像機將接入的車載模擬錄像機的模擬信號轉化為數字信號后,通過無線信號進行視頻圖像傳輸。

2)  傳輸網絡部分

前端與接入交換機之間可通過有線網絡或無線網絡接入。有線網絡中主要包括3種方式連接:光纖收發器的點對點光纖接入方式,直接接入交換機方式(距離100米以內),點對多點光纖PON接入方式,均可將前端信號匯聚至中心的核心交換機。

3)  監控中心部分

監控中心的設計主要包括視頻存儲、視頻顯示及實現統一管理的平臺軟件。

在大型項目中,監控中心可采用CVR或云存儲等主流存儲模式對高清視頻圖像進行存儲。小型項目或需要前端分布式存儲的場景也可以采用NVR方式,解決數據落地問題。用戶根據實際需要選擇不同的存儲方式。

監控中心采用視頻綜合平臺完成視頻的解碼、拼接,上墻等應用。通過部署LCD、LED大屏用來將視頻進行上墻顯示。

中心平臺采用海康威視iVMS-8700綜合安防管理平臺對視頻監控設備和用戶進行統一管理,實現視頻的預覽、回放、權限控制以及各類智能應用。

2.3 前端設計

2.3.1 前端選型設計

系統推薦使用網絡高清攝像機。前端攝像機按照標準的音視頻編碼格式及標準的通信協議,接入網絡并進行視頻圖像的傳輸。視頻采集質量要求:

1)       能夠采集和傳輸不同分辨率下的晝夜實時視頻。針對夜間或超低照度下光線不好的場景下通過紅外補光或星光級感光成像使圖像質量清晰;

2)在夜間監控車輛道路、出入口等情況下,采用強光抑制技術來解決大燈照射困擾,有效抑制強光點直接照射造成的視頻圖像模糊。

3)視頻的亮度、對比度、飽和度、3D降噪、寬動態等采集參數可動態調節;

另外,前端攝像機選型應根據不同應用場景選擇攝像機。例如,用戶對現場情況需要快速響應,可選擇帶智能分析功能的前端攝像機,滿足用戶人車物智能分析的需要;又如,室內可以選擇半球型攝像機,美觀大方,室外可以選擇槍機或球機搭配使用,以保證監控空間內的全覆蓋、無盲區;同時,室外場景需要配置前端基礎配套設備,例如如防雷器、設備箱等以及視頻傳輸設備。

2.3.2 前端配套設施

1)  支架及立桿

監控點根據現場實際情況,可采用立桿安裝、抱箍安裝、壁掛安裝以及吊桿安裝等方式。

室內攝像機的安裝固定,根據攝像機型號和現場情況可采用壁裝、吊裝及角裝等多種形式的安裝支架,安裝高度不低于2.5m。

安裝在室外的攝像機,當可借助建筑物附著安裝時,選用相應的安裝支架來安裝;若無合適的建筑物供附著安裝,則需要選用視頻監控專用立桿,安裝高度應不低于3.5m。

2)  室外機箱

室外攝像機的供電、信號等需要在室外進行匯集,需用專用的防水箱進行端接。端接箱內部安裝架的設計充分考慮設備的安裝位置,同時具有防雨、防塵、防高溫、防盜等功能。不便于在立桿上安裝設備箱的,在地面應設置設備機柜,其設計按照相關的規范標準執行,同時應具有防塵、防雨、防破壞等功能。

3)  補光設備

在攝像監控中,為了使夜間得到正常的監控圖像,可選擇采用一定的補光措施。補光燈的光源通常有LED、金鹵燈、高壓鈉、白熾燈、氙氣燈(HID)等。

4)  防雷接地

對前端供電和控制部分,需要采取有效的避雷接地措施,充分保障前端的穩定性和可靠性,前端監控的防雷接地主要從以下三個方面進行。

擊雷防護:在直擊雷非防護區的每個視頻監控點均配置預放電避雷針,安裝于監控點立桿頂部。

供電設施的雷擊電磁脈沖防護:電源防雷系統主要是防止雷電波通過電源對前端設備造成危害。

均壓等電位連接:等電位連接是將正常不帶電(或不帶信息)的、未接地或未良好接地的設備金屬外殼、電纜的金屬外皮、金屬構架、金屬管線與接地系統作電氣連接,防止在這此物件上由于感應雷電高壓或接地裝置上雷電入地高電位的傳遞造成對設備內部絕緣、電纜芯線的反擊。

5)  線纜

前端網絡攝像機采用網線的方式接入,對于近距離傳輸(100米以內),直接通過網線連接到接入交換機;對于遠距離傳輸,通過網線接入光纖收發器或者ONU設備,再匯聚到接入交換機中。

2.3.3 IPC功能亮點  

1)              智能分析

海康威視“深眸”系列專業智能攝像機依托強大的多引擎硬件平臺,內嵌專為視頻監控場景設計、優化的深度學習算法,具備了比人腦更精準的安防大數據歸納能力。“深眸”系列攝像機可實現了在各種復雜環境下人、車、物的多重特征信息提取和事件檢測,滿足用戶精度更高、種類更多、環境適應能力更強的智能需要。

如人臉學習方面,在人臉模糊、大角度、人臉目標小等各類復雜場景下“深眸”系列能夠獲得更高的識別準確率,使得具備深度學習的深眸產品對場景的適應性更好,能夠廣泛運用到各類場景中。

圖2. 人臉識別和比對攝像機效果示例圖

2)              超低照度

海康威視攝像機采用業界高端傳感器和DSP,具備很高的感光度,在光照條件極差的條件下也可獲得色彩還原度較高的畫面。

圖3. 超低照度攝像機對比效果示例圖

3)              強光抑制

在夜間監控車輛道路、出入口等情況下,往往因為車光線太強嚴重影響視頻圖像質量。海康威視產品中廣泛采用強光抑制技術來解決此種困擾,有效抑制強光點直接照射造成的視頻圖像模糊,能自動分辨強光點,并對強光點附近區域進行補償以獲得更清晰的圖像。

 

圖4. 強光抑制開啟與關閉效果示例圖

4)              紅外增強

針對夜間或光線不好的場景下圖像質量差的問題,海康威視推出紅外攝像機和紅外球機,采用陣列紅外燈使紅外距離最遠可達150米,并結合3D降噪技術可以獲得清晰的夜間圖像。

圖5. 紅外監控效果示例圖

5)              3D數字降噪

3D數字降噪功能能夠降低弱信號圖像的噪波干擾。由于圖像噪波的出現是隨機的,因此每一幀圖像出現的噪波是不相同的。3D數字降噪通過對比相鄰的幾幀圖像,將不重疊的信息(即噪波)自動濾出,從而顯示出比較純凈細膩的畫面。海康威視產品中廣泛采用3D時空域聯合降噪處理,結合準確的噪聲強度估計算法,在光照理想、噪聲較低時圖像清晰細節沒有損傷,光照不足時噪聲明顯抑制,圖像細節大量保留,有效提升視頻監控圖像質量。



圖7. 降噪后圖片示例

6)              寬動態

監控環境中常會遇到光線明暗反差過大的場景,利用寬動態技術,可將場景中特別亮的部位和特別暗的部位都能看得特別清楚。普通攝像機獲取的是背景清晰但是前景較暗的圖像,寬動態攝像機能獲取前景和背景都清晰的圖像。海康威視采用業界高端傳感器并結合自主研發算法,推出的新一代寬動態是基于動態范圍達120db的多重曝光Sensor,采用局部亮度映射與圖像增強相結合的處理算法,在逆光環境下能夠清晰地保留暗處細節并抑制亮處過曝,大幅提升寬動態場景的圖像質量。

圖8. 寬動態攝像機圖片效果示例圖

2.4 傳輸網絡設計   

2.4.1 設計思路與要求

2.4.1.1 設計思路

視頻監控子系統網絡的建網思路需要做一個整體規劃,應考慮如下幾個方面:

1)              采用新一代、主流網絡技術來設計監控網絡,新一代網絡技術往往能提供更高的性能,而且有更長的產品生命周期,便于維護。傳統的設計方法是按核心層、匯聚層、接入層分級設計,但是隨著網絡管理技術的進步和發展,網絡設計向扁平型方向發展,采用核心、接入層設計。

2)  監控網絡需要按照模塊化、結構化的原則設計,便于今后擴容和升級。

3)  針對網絡的安全隱患,系統應通過多種安全措施保障系統的安全。

2.4.1.2 設計要求

1)  網絡傳輸協議要求

系統網絡層應支持 IP 協議,傳輸層應支持TCP 和UDP 協議。

2)  媒體傳輸協議要求

視音頻流在基于IP的網絡上傳輸時應支持RTP/RTCP協議;視音頻流的數據封裝格式應符合標準要求。

3)  信息傳輸延遲時間

當信息(包括視音頻信息、控制信息及報警信息等)經由 IP 網絡傳輸時,端到端的信息延遲時間(包括發送端信息采集、編碼、網絡傳輸、信息接收端解碼、顯示等過程所經歷的時間)應滿足要求:前端設備與信號直接接入的監控中心相應設備間端到端的信息延遲時間應不大于2s;前端設備與用戶終端設備間端到端的信息延遲時間應不大于4s。

4)  網絡傳輸帶寬

聯網系統網絡帶寬設計應能滿足前端設備接入監控中心、監控中心互聯、用戶終端接入監控中心的帶寬要求,并留有余量。

5)  網絡傳輸質量

聯網系統 IP 網絡的傳輸質量(如傳輸時延、包丟失率、包誤差率、虛假包率等)應符合如下要求:

Ø  網絡時延上限值為 400ms;

Ø  時延抖動上限值為 50ms;

Ø  丟包率上限值為1×10-3

Ø  包誤差率上限值為1×10-4

2.4.2 有線網絡規劃設計

2.4.2.1 網絡結構設計

監控傳輸網絡系統主要作用是接入各類監控資源,為中心管理平臺的各項應用提供基礎保障,能夠更好的服務于各類用戶。網絡結構如下圖所示:

圖9. 傳輸網絡結構示意圖

1)  核心層

核心層主要設備是核心交換機,作為整個網絡的大腦,核心交換機需具備高可靠性及高穩定性的要求,一般均采用模塊化框式交換機,在可靠性配置上需具備雙電源、雙引擎的要求,在穩定性配置上需選擇合適的背板帶寬及處理能力較高的板卡,對特殊行業還可采用雙核心交換機部署方式。

2)  接入層

Ø  前端視頻資源接入

前端網絡采用獨立的IP地址網段,完成對前端多只監控設備的互聯。前端視頻資源通過IP傳輸網絡接入監控中心或者數據機房進行匯聚。對于傳輸距離小于100 米的情況下可采用超五類或者六類雙絞線就近直接接入交換機;對于傳輸距離大于100米的情況下,可采用一對光纖收發器實現點對點接入或者采用PON實現點對多點接入。

Ø  用戶接入

對于用戶端接入交換機部分,需要增加相應的用戶接入交換機,提供用戶上網服務。監控中心部署接入交換機,通過千兆光纖鏈路接入到傳輸網絡中,保證設備及客戶端的正常使用。

2.4.2.2 VLAN規劃

VLAN就是虛擬局域網,隨著視頻專網中用戶和終端設備大規模接入,網絡廣播的流量呈幾何級數量增多,通過VLAN技術,把一定規模的用戶和終端歸納到一個廣播域當中,從而限制視頻專網的廣播流量,提高帶寬利用率。

每一個VLAN在數據轉發時,可以二層和三層方式實現數據轉發 ,二層VLAN 技術能將一組用戶歸納到一個廣播域當中,從而限制廣播流量,提高帶寬利用率。三層VLAN 是基于IP協議,一組用戶歸納到一個網段內,通過網關與別的組進行交換。

在網絡用戶VLAN規劃方面,一般可根據視頻用戶、前端設備、后臺設備等所屬的部門,以及具體的網絡應用權限來劃分。在具體VLAN規劃中,應合理規劃每一個VLAN中實際用戶數量。

一般規劃VLAN資源參考如下幾個做法:

1)              VLAN1在所有設備上不啟用三層接口地址,不使用VLAN1承載實際業務或者作為網管VLAN。

2)              全網每臺設備的網管VLAN可以使用同一個,方便設備預配置與日常管理。

3)              我們一般建議按照每個區域進行VLAN資源的劃分,所有IPC使用的VLAN均遵從所在區域的VLAN規劃。

4)              盡管在不同的匯聚設備上使用相同的VLAN并不沖突,但是不允許這樣的做法,會對后期的維護和故障的排除造成很大的困難。

5)              如果建設網絡所使用的設備不能直接在端口上配置互聯用的IP地址,需要綁定相應的VLAN的話,還需要單獨劃分出來一大段VLAN資源用于設備互聯,強烈建議全網設備互聯用VLAN按照鏈路去劃分,每條鏈路使用一個互聯VLAN。

注:交換機中標記VLAN的數據長度是12位,所以VLAN取值范圍是0~4095,通常0和4095是系統保留,1通常是交換機的默認VLAN號。

2.4.2.3 網絡IP地址規劃

IP地址的合理分配是保證網絡順利運行和網絡資源有效利用的關鍵,要充分考慮到地址空間的合理使用,保證實現最佳的網絡地址分配及業務流量的均勻分布。

IP地址空間的分配與合理使用與網絡拓撲結構、網絡組織及路由有非常密切的關系,將對網絡的可用性、可靠性與有效性產生顯著影響。因此在對網絡IP地址進行規劃建設的同時,應充分考慮本地網對IP地址的需求,以滿足未來業務發展對IP地址的需求。IP地址規劃原則:

1)              唯一性

一個IP網絡中不能有兩個主機采用相同的IP地址;這就需要選擇一個足夠大的IP地址范圍,不但能夠滿足現有的需要,同時能夠滿足未來網絡的擴展。兩個不同網絡互聯時應避免使用同一網段IP地址,以免造成IP地址沖突。

2)              簡單性

地址分配應簡單易于管理,降低網絡擴展的復雜性,簡化路由表項。

3)              連續性

連續地址在層次結構網絡中易于進行路徑疊合,大大縮減路由表,提高路由算法的效率;IP地址分配既要考慮到擴充,又要能做到連續。

4)              可擴展性

地址分配在每一層次上都要留有余量,在網絡規模擴展時能保證地址疊合所需的連續性。

5)              靈活性

地址分配應具有靈活性,以滿足多種路由策略的優化,充分利用地址空間。

2.4.2.4 路由總體規劃

路由分為靜態路由和動態路由,根據項目實際情況進行選擇。

靜態路由是在路由器中設置的固定的路由表。除非網絡管理員干預,否則靜態路由不會發生變化。由于靜態路由不能對網絡的改變作出反映,一般用于網絡規模不大、拓撲結構固定的網絡中。靜態路由的優點是簡單、高效、可靠。在所有的路由中,靜態路由優先級最高。當動態路由與靜態路由發生沖突時,以靜態路由為準。

動態路由是網絡中的路由器之間相互通信,傳遞路由信息,利用收到的路由信息更新路由器表的過程。它能實時地適應網絡結構的變化。動態路由適用于網絡規模大、網絡拓撲復雜的網絡,其中最常用的動態路由是OSPF(Open Shortest Path First開放式最短路徑優先)協議。

2.4.2.5 網絡傳輸帶寬要求    

考慮到網絡傳輸過程及其它應用的開銷,鏈路的可用帶寬理論值為鏈路帶寬的80%左右,為保障視頻圖像的高質量傳輸,帶寬使用時建議采用輕載設計,輕載帶寬上限控制在鏈路帶寬的50%以內。

1)  核心層交換機到接入交換機的網絡采用光模塊來傳輸,帶寬需達到千兆以上,原有帶寬未達到要求的,增加帶寬;

2)  傳輸設備如光纖收發器到接入交換機之間的帶寬建議達到百兆;

3)  傳輸設備如光纖收發器之間的傳輸帶寬建議達到百兆;

4)  結合項目實際需求,網絡帶寬規劃可做相應調整。

2.4.3 無線網絡規劃設計

實際項目中,部分監控環境的特殊性較強,如老舊樓宇內部有線網絡難以甚至無法布置到位,無線網絡成為一個重要的選擇。另外,越來越多移動監控設備投入使用,也需要采用無線網絡進行數據傳輸。

視頻監控系統采用的無線網絡傳輸方式主要包括移動通信網絡(3G/4G)、無線網橋、WiFi網絡等,實際應用中可根據實際情況合理選擇。

2.4.3.1 3G/4G傳輸方式

針對移動監控、移動終端應用和大范圍覆蓋場景,可以選擇3G/4G傳輸方式。選用集成了無線網卡的監控設備,直接接入運營商提供的移動通信網絡,這類設備主要包括單兵、無線IPC、無線NVR等。

1)  單點接入方式

自帶無線網卡的攝像機、單兵等設備,可以直接接入移動通信網絡,可以滿足單點接入需求。

圖10. 單點接入方式

2)  匯集接入方式

對于同一地點有多個設備接入的場景,則可以通過NVR或交換機先將零散的前端進行匯聚,再統一通過內置網卡的無線NVR設備接入移動網絡。

圖11. 匯集接入方式

2.4.3.2 無線網橋傳輸方式

針對定向傳輸的中長距離覆蓋場景,可選用無線網橋傳輸方式,其傳輸速率快、安裝周期短、維護方便、擴容能力強,適合工地、電梯井道等應用場景。

無線網橋在前端和中心端分別部署定向天線,有效傳輸距離長達幾公里,傳輸質量高。當前端與中心端之間存在遮擋物時,可以在兩者之間選擇中繼點進行傳輸。

圖12. 無線網橋傳輸方式

2.4.3.3 WiFi傳輸方式

針對企業園區、商業綜合體等區域性場景中不便進行布線的點位,采用WiFi網絡進行視頻傳輸是一種可選的技術手段。

WiFi網絡主要由無線接入點(Access Point,AP)和無線控制管理器(Access Controller,AC)組成。AP被看作是無線網絡的無線交換機,是移動設備進入有線網絡的接入點,單個AP有效覆蓋范圍與實際環境有很大關系,大多為幾十米。AC負責集中管理、配置多個AP,是整個無線網絡的核心。


圖13. WiFi傳輸方式

2.4.4 網絡可靠性設計

網絡的可靠性是為了保證視頻在傳輸過程中,重要環節在出現設備損壞或失敗時,還能夠保證正常傳輸。網絡可靠性主要可從傳輸鏈路可靠性、網絡設備可靠性兩個方面進行設計。

1)  傳輸鏈路可靠性

傳輸鏈路的可靠性一般通過鏈路聚合技術來進行保障。鏈路聚合設計增加了網絡的復雜性,但是提高了網絡的可靠性,使關鍵線路上實現了冗余功能。除此之外,鏈路聚合還可以實現負載均衡。

2)  網絡設備可靠性

網絡設備的可靠性主要通過關鍵部件冗余備份、設備冗余備份、傳輸告警抑制和快速鏈路故障檢測來進行保障。

關鍵部件冗余備份是指網絡設備提供主控、電源等關鍵部件的1+1冗余備份;另外系統各單板及電源、風扇模塊均具有熱插拔功能。這些設計使得設備或網絡出現嚴重異常時,系統能夠快速地恢復和作出反應,從而提高系統的平均無故障運行時間,盡可能地降低不可靠因素對正常業務的影響。

設備冗余備份是指通過雙機虛擬化或虛擬路由器冗余協議等方式實現網絡設備的冗余備份。一旦出現設備不可用的情況,可提供動態的故障轉移機制,允許網絡系統繼續正常工作。

傳輸告警抑制是指對告警進行過濾和抑制,避免網絡頻繁振蕩,因為當接口啟動快速檢測功能后,告警信息上報速度加快,會引起接口的物理層狀態頻繁在Up和Down之間切換。

快速鏈路故障檢測是一套全網統一的檢測機制,用于快速檢測、監控網絡中鏈路或者IP路由的轉發連通狀況。

2.4.5 網絡安全性設計

網絡安全性方面是保護網絡系統中的軟件、硬件及數據信息資源,使之免受偶然或惡意的破壞、篡改和泄露,保證網絡系統的正常運行、網絡服務的不中斷。網絡安全性設計主要有結構安全、訪問控制、安全審計、邊界完整性檢查、入侵防范和網絡設備防護這幾方面的內容。

2.4.6 網絡管理規劃

網絡管理主要是從網絡監控管理、應急操作管理和日常維護管理三個方面對網絡管理規劃進行簡要說明:

1)  網絡監控管理

網絡系統監控主要是通過網管系統統一進行信息采集和事件呈現,配合網絡系統進行實施。

2)  應急操作管理

應急操作管理主要是通過固定的操作流程,通過對故障設備進行主備切換、脫網隔離和旁路等方式快速恢復網絡系統的連通性。

3)  日常維護管理

日常維護管理主要包括故障診斷、配置和設備操作等內容,指導網絡運維人員的日常維護管理工作。

2.5 監控中心設計

監控中心建設內容具體包括視頻存儲部分、視頻解碼拼控部分、大屏顯示部分、平臺管理軟件、設備機柜、服務器等。

2.5.1 系統結構設計

監控中心系統架構圖如下所示:

圖14. 監控中心系統架構圖

監控中心是整個視頻監控系統的核心,實現視頻圖像資源的匯聚,并對視頻圖像資源進行統一管理和調度。其中,存儲設備實現視頻圖像資源的存儲及調用;視頻綜合平臺完成視頻解碼上墻和圖像的拼接控制;服務器支撐綜合管理平臺,并通過網絡鍵盤進行視頻切換和控制,通過高清大屏對高清視頻進行精彩展現。

2.5.2 存儲部分(四選一)

2.5.2.1 CVR存儲

海康威視在業內率先提出的中心流媒體直寫存儲方案,方案支持前端編碼器錄像數據以流媒體(國標或者RTSP的標準流媒體傳輸協議)直接寫入存儲系統,能夠為用戶提供更加優化,更高性能,更加可靠的監控存儲服務,能夠滿足用戶更多更高的需求

2.5.2.1.1 CVR存儲設計

網絡高清視頻監控系統的存儲設計采用CVR視頻監控專用存儲設備,通過集中式的存儲方式部署在中心機房,用于存儲管理所有前端監控攝像頭的實時監控視頻。采用集中式存儲方案,物理介質集中布防,更方便管理,數據更可靠、更安全,更容易實現數據的大規模共享和應用。

CVR采用了先進的視頻流直存技術,可以提高系統性能和可靠性,同時降低使用成本,并具備高性能、高可靠、高密度、大容量、易擴展的特點。此外,CVR設備內嵌了流媒體模塊,是集編碼設備管理、錄像管理、存儲和轉發功能為一體的視頻專用存儲設備,支持編碼器數據流直接寫入存儲,或通過流媒體轉發寫入存儲,平臺和客戶端可以直接從存儲中點播、下載,節省大量存儲服務器。

在計算存儲空間時需先計算出所有路數存儲一定的時間所需的存儲總空間,用總路數乘以每路碼流大小,再乘以總的存儲時間即可算出總的存儲空間,在計算過程中保持單位的一致性。

存儲空間計算公式:單路實時視頻的存儲容量(GB)=【視頻碼流大小(Mb)×60秒×60分×24小時×存儲天數/8】/1024

下表為分別按照1路每天存儲24小時、采用H.264算法進行編碼,按照D1、720P、1080P的分辨率存儲不同天數所需的存儲空間表,如下表。(H.265編碼設備的碼率為H.264設備的1/2,故存儲空間也僅需1/2)

表1 存儲空間需求表

序號

分辨率

碼流大小

1天存儲空間(TB

7天存儲空間(TB

15天存儲空間(TB

30天存儲空間(TB

1

D1

3Mbps

0.0308

0.2162

0.4634

0.927

2

720P

4Mbps

0.0412

0.2884

0.618

1.236

3

1080P

8Mbps

0.0824

0.5768

1.236

2.472

2.5.2.1.2 CVR存儲優勢

1)  低成本

Ø  省硬件

CVR流媒體直存模式,支持前端視頻流和圖片直接寫入,可節省大量存儲服務器或圖片服務器成本,項目越大,優勢越明顯;CVR存儲可內嵌流媒體轉發模塊,可節省流媒體轉發服務器成本。

Ø  省空間

在對錄像質量要求不高的環境下,可通過子碼流錄像和抽幀存儲的方式進行錄像,存儲容量空間最高可節省70%。

Ø  高密度機箱設計

提供高密度存儲設備,以更少的結構空間提供更大的存儲容量,可節省機房空間等其他資源,降低系統建設成本。

Ø  綠色節能

支持磁盤休眠,CVR設備無業務訪問時磁盤可休眠,大大節省電能消耗成本。

Ø  監控級硬盤RAID

CVR存儲支持低成本的監控級硬盤組建RAID ,既保留了RAID數據保護的特性,又降低了系統建設成本。

2)  高性能

Ø  支持高達768路2M碼流并發寫入。

Ø  視頻流無需打包成文件,可即時回放查看、快速定位,檢索效率高。

Ø  采用專用數據管理結構,無文件系統,規避長期循環覆蓋寫產生的文件碎片而引起的系統性能下降的問題。

Ø  提供高性能并發點播下載能力,滿足智能后分析高速提取、突發事件高并發點播和下載的應用需求。

3)  高可靠

Ø  N+1集群

當系統運行時間較長時,難免不出現設備級故障。為了保證系統的高可靠高安全,強化系統的容災性能,支持CVR的N+1冗余備機功能和錄像備份功能。系統7*24小時不間斷錄像,硬盤總數較多,在運行中可杜絕整機替換、有效降低硬盤壞盤率。N+1備機冗余功能保證工作機故障時,錄像業務不中斷,數據不丟失,提供設備級保護,提升系統可靠性。其工作原理如下:

指定一臺存儲設備作為監控主機,對網域內其他存儲設備(工作主機)啟動監控功能,當發現被監控的工作主機出現異常成為故障主機時,此臺監控主機主動接管故障主機的工作,可以實現取流,存儲,下載,回放等功能,同時繼續監控故障主機,當發現故障主機恢復正常成為工作主機時,則停止所有的接管工作,并將接管期間的錄像數據回遷到工作主機中。

 

圖15. CVR N+1工作原理示意圖

Ø  多盤容錯VRAID

海康威視Video RAID(VRAID)技術突破傳統RAID,確保RAID組內壞多塊硬盤時,錄像、回放業務均不中斷。智能跳過壞盤數據,回放流暢,且錄像數據可持續寫入。

Ø  數據備份

CVR可取前端一路流實現多重數據備份,無需平臺參與,節省網絡帶寬和流媒體負載,備份數據可保存于本機和其它存儲設備,加強視頻數據的安全性。

圖16. CVR數據備份示意圖

Ø  智能補錄(ANR)

前端與數據中心網絡異常時,前端設備啟動錄像并保存在本地存儲設備上(SD卡,硬盤等);網絡恢復后,錄像自動回傳到中心CVR存儲,保證數據的完整性。同時,CVR設備支持回傳策略設定,可選擇在業務空閑時(例如下班時間)進行回傳,解決業務繁忙時錄像數據與業務數據的帶寬競爭問題。

圖17. CVR智能補錄示意圖

Ø  錄像丟失檢測報警

針對惡劣的網絡環境,經常出現網絡中斷導致視頻數據丟幀或整段錄像丟失的問題,為提升系統的可靠性和安全性,方便客戶即時發現數據的不完整性,海康威視提出錄像丟失檢測及報警技術,該技術支持實時流檢測機制和歷史數據定時檢測兩種機制。實時流即時檢測,當錄像取流失敗持續15秒以上則觸發報警機制;歷史數據固定每小時檢測一次,當發現在策略調度時間段內或者手動錄像時間段內存在錄像丟失,則報警,同時恢復策略錄像。

Ø  離線報警

當因異常狀況導致CVR存儲掉線時,平臺會接收CVR離線報警事件;當CVR存儲恢復正常時,平臺會接收CVR存儲恢復事件。通過在事件中心的聯動設置,管理人員可時刻掌握CVR存儲狀態,便于存儲設備及錄像管理。

4)  兼容開放

Ø  支持H.265/H.264/MPEG4/SVAC等編碼方式的前端接入。

Ø  支持Smart IPC接入,實現智能錄像、智能檢索、智能回放。

Ø  支持RTSP/RTP/ONVIF/PSIA/GB28181等標準協議取流存儲。

Ø  支持第三方管理平臺。

2.5.2.2 微視云存儲

2.5.2.2.1 微視云存儲設計

視頻監控數據的存儲系統歷經了多個階段的發展,傳統的視頻存儲技術主要有DVR存儲、IPSAN存儲等存儲模式。新興的視頻云存儲模式基于云架構開發,采用面向用戶業務應用的設計思路,融合了集群應用、負載均衡、虛擬化、云結構化、離散存儲等技術,可將網絡中大量各種不同類型的存儲設備。同時,通過專業應用軟件集合起來協同工作,共同對外提供高性能、高可靠、不間斷的視頻、圖片數據存儲和業務訪問服務。

在目前多數安防場景中,用戶希望一套存儲系統能同時滿足視頻和圖片數據的存儲要求,并將復雜的業務存儲場景簡單化,為用戶提供一體化的存儲解決方案;同時,考慮到項目規模大小問題,云存儲方案也需要滿足中小型項目、經濟型項目的需要。因此,可推薦海康威視微視云存儲方案。

微視云存儲系統僅由存儲節點(物理存儲設備)組成,無獨立的元數據服務器。系統內部通過集群競選主管理模塊負責上層業務調度響應、內部負載均衡、分布式存儲等業務執行。云存儲系統可以組建海量的存儲資源池,容量分配不受物理硬盤數量的限制;并且存儲容量可進行線性在線擴容,性能和容量的擴展都可以通過在線擴展完成。

1)架構設計

微視云存儲物理結構如下圖所示:

圖18. 微視云存儲物理結構圖

視頻云存儲節點(CVSN):作為云存儲系統業務的具體執行者負責視頻數據存儲、讀取、存儲設備管理、存儲空間管理等。

2)系統功能

微視云存儲系統面向視頻、圖片應用定制化開發,提供豐富的功能接口供上層綜合管控平臺調用,主要功能如下圖所示:

業務范圍:蚌埠監控安裝  網絡工程  門禁系統  停車場系統  智能通道  音響廣播  多媒體應用  電子圍欄安裝   綜合布線  局域網建設  蚌埠IT外包服務

  24小時服務電話:150-0552-3093   微信同號
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