像素网络摄像机在城市监控系统建设应用的案例分析.doc

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百万像素网络摄像机在城市监控系统建设应用的案例分析
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推出了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已经不能满足现在的各行业需求了。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, 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。
系统建设目标
某平安城市高清视频监控系统着眼于当前视频监控技术的发展趋势, 采用了基于百万像素网络摄像机的视频监控技术, 构建了一套适合于当前平安城市视频监控系统需求的先进系统; 系统充分利用高清网络摄像机、 城市光纤网络、 海量存储技术、 综合管理平台以及智能分析等最新的解决方案, 为紧急事件的快速反应、 科学决策和集中处警提供了强有力的技术保障。本次系统建设实现的具体目标主要有以下几点:
1. 经过在城市各个重点区域部署百万像素网络摄像机, 实现前端高清晰的视频采集, 并经过网络摄像机本身的网络传输功能和城市视频监控传输网络将现场的视频实时地传输到各级监控中心。以此提升被监视区域的画面清晰度, 提高监视的有效性, 满足系统建设的先进性。
2. 实现城市视频监控系统的真正网络化和数字化建设, 尽量简化前端结构, 提升系统实施的速度; 再进行前端百万像素采集传输的同时对带宽的要求不会有太大的提升, 保证高清视频监控系统的实际应用, 充分满足存储和数据访问的可靠性和有效性。
3. 在城市交通卡口以及红绿灯路口实施高清抓拍和高清同步录像, 逐步完善现有的城市交通监控系统。经过统一联网和集中查询系统完成数据记录和集中检索, 进一步做到智能化、 高清化集成。
4. 根据项目建设的实际需求, 在各个片区分别建设高清视频监控子系统, 采用分布实施的步骤, 覆盖城市的治安、 交通、 环保等领域, 采用标准化结构, 便于构建多级联网监控。
5. 实现高清视频监控的同时, 在一些重要区域部署基于高清视频采集源的智能分析系统, 将智能分析的准确性和可靠性发挥出来, 真正实现提前预警的终极视频监控目的。
系统整体规划
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、 其它公共区域等, 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。由于采用的是全网络化、 数字化解决方案, 系统可灵活的进行部署, 不受地理区域限制和结构限制, 部分区域还采用了逐步实施的渐进建设方案。下图是该系统的建设组成部分:

前端高清视频采集
根据系统建设要求, 本次新建的前端视频监控点位全部基于标准的H.264 Main Profile @ Level 4.1算法的百万像素网络摄像机。它采用500万像素的逐行扫描图像传感器, 摄像机采集压缩后的有效分辨率为1280*720, 预览和回放的图像线数也达到了700TVL广播级图像画质, 而且为全实时25帧/秒。
在交通卡口、 红绿灯路口等特殊区域还配置了具备抓拍功能的百万像素摄像机, 经过与卡口、 红绿灯控制系统的整合, 实现高清实时监控和高清抓拍的功能, 而且部分区域还采用了视频检测的智能识别系统, 解决了一些没有控制系统的路口抓拍难题。在另外一些区域采用全实时监控, 应用百万像素摄像机的宽视角特点, 将被监视区域清楚的尽收眼底。总之前端的高清视频采集覆盖了包括交通、 街道、 公共区域、 宾馆酒店、 网吧娱乐场所、 金融机构外部以及其它重要的机关单位这些区域。百万像素网络摄像机的可扩展性、 灵活性被充分的体现出来。

图2: 路口抓拍系统
高清视频网络传输系统
本次系统前端为百万像素网络摄像机, 在实现百万像素高清压缩时需要的码流仅需要2Mbps, 与传统网络视频监控系统相比, 如此低的码流并没有为传输系统带来更大的负担, 整个传输网络由运营商提供的光纤专网, 每个点位的上行带宽为2Mbps, 很多点位都能够是直接利用了原有的传输接入节点。大大节省了网络线路敷设成本。
由于部分区域采用了逐步建设的步骤, 比如酒店、 网吧以及娱乐场所等区域, 这些区域经过高清NVR系统将摄像机进行前端汇聚之后, 再经过平安城市光纤专网进行集中联网监控, 实现统一集中的监控。各级分中心经过光纤与总中心进行联网, 到总中心的用户验证目录服务器进行授权验证, 获取相关视频资源以及访问存储服务器调取录像资料等。实现了集中联网管理、 访问以及信息交换的建设目标。
高清视频海量存储解决方案
可能很多人都以为高清网络视频监控附带的存储解决难度会更大, 特别是平安城市的视频监控系统, 其实不然, 在该系统中采用了当前比较成熟的解决方案, 分布式存储和集中存储结合的方式, 同时存储介质也采用了基于适合于高清视频监控系统的NVR存储系统。

解决方案中给出了没路高清摄像机所需的存储容量计算方式:
1路*2Mbps*3600s*24小时*1天/8/1000=21.6GB
由于单台摄像机只需要2Mbps的码流就能够保证700TVL的实时传输和录像, 因此在具体实施的时候设置为定码流, 在监视场景不是很丰富的时候码流一般在1.5Mbps左右, 因此不论是传输还是存储的压力都和传统网络视频监控系统基本一致。因此在诸如宾馆、 网吧、 娱乐场所这些区域采用了前端NVR存储的解决方案, 根据点位的数量不同采用了4盘位、 8盘位、 16盘位甚至是20盘位的NVR存储系统。同时这些存储系统本身还集成了视频流媒体转发功能, 满足了这些子系统与上级联网的要求。其它的一些分散点位直接传输到总中心进行存储。这样灵活的、 实用的、 稳定的存储解决方案能够完全消除人们对于平安城市实施高清视频监控存储的担忧。
数据共享访问平台建设
像平安城市这类大型的网络视频监控系统面临的另外一个重要课题是海量数据的交换, 因为这类系统除去前端大量的网络摄像机的网络视频信号要在网络中传输, 同时还有中心端存储、 电视墙系统、 业务终端以及各级分中心都会在任何时刻请求数据连接, 因此如何搭建一个视频数据的访问控制系统是比较重要的, 当前应用比较广泛的是采用视频转发服务器的方式将前端视频数据进行分发, 以满足终端的访问。该系统中的各级子系统中的NVR服务器都具备了视频转发的功能, 可经过视频转发软件模块将该区域的摄像机视频信号向上级转发, 满足了后端大容量、 多用户的快速访问, 同时在集中监控中心也建立了相应的中心转发平台, 负责其它分散区域点位的视频分发, 而且还负责了其它分中心的数据请求。
城市高清网络视频集中管理平台
作为一个系统性的项目建设, 如何将前端各个点位的摄像机、 子系统以及后端的服务模块进行有效的整合是网络视频监控技术一直追求的, 各大设备厂商和系统集成厂商都在努力开发相应的管理平台。该高清平安城市视频监控系统所采用的是与百万像素网络摄像机完全整合的软件平台和硬件平台, 同时整套平台还根据用户的一些辅助需求将原有的部分系统接入了进来, 实现了资源合理利用的建设目标。

平台的组成
序号
名称
型号
说明
视频前端编码设备
1
高清网络摄像机
枪机
标准H.264, 高清720P百万像素
2
标清网络高速球机
球机
标准H.264压缩FULL-D1画质( 720*576)
3
前端HD NVR

高清视频录像主机
3
其它监控终端

原有部分点位的整合接入
后端平台组成
1
用户目录模块

整个集中联网管理平台用户、 设备配置, 权限优先级管理, 支持双机热备
2
管理&控制模块

浏览、 PTZ控制、 对讲、 远程参数设定、 设备巡检, 解码控制
3
报警&电子地图模块

报警信息搜集、 应答、 转发、 联动、 布撤防
4
虚拟网络矩阵模块

视频浏览, 软解解码控制
5
单路解码器

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
6
网络视频集中存储转发服务模块

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
分控客户端
9
监控客户端

C/S的浏览和PTZ分控
10
其它视频业务终端

智能分析、 报警联动

高清视频监控在平安城市中的优势分析
1. 百万像素的前端视频采集
基于标准H.264压缩算法和500万图像传感器百万像素网络摄像机可轻松对监控区域实施清晰的有效的监视, 所带来的视觉效果是传统网络视频监控系统无法比拟的。前端摄像机在进行高清视频采集的同时还可经过摄像机本身集成的音视频输入输出、 报警输入输出、 485控制接口等功能实现音频监听和报警探测器联动、 控制等扩展功能。前端摄像机高度集成性和功能性使得百万像素网络摄像机与传统摄像机相比不但仅是清晰的提升, 还有功能上多样化。同时百万像素网络摄像机为全数字化、 全网络化, 可轻松接入平安城市传输网络中去, 并接入到后端管理平台。
2. 基于H.264的低码流传输和存储优势
当前很多用户甚至包括很多视频监控行业的人士都觉得高清视频监控附加的是高码流的传输压力和存储压力, 但我们所采用的720P高清网络摄像机是基于标准的H.264 Main Profile @ Level 4.1算法, 在完成720P百万像素全实时成像的时候只需要1.5-2Mbps的低码流, 这对于平安城市系统来说, 这样的码流在网络传输上已经非常成熟, 因为在传统网络监控系统来说也是需要这样码流才能满足基本的视频效果。同样存储压力也并没有因为前端是高清摄像机而提升, 因此我们实现了高清成像低码流传输和存储实用性的革命性突破, 将高清视频监控系统推向了大规模的实际应用。

3. 系统构架灵活
高清网络摄像机具备强大的网络功能和功能接口, 省去了传统网络视频监控系统的复杂结构, 比如不需要单独的视频编码器或者是DVR这些设备, 摄像机本身就可利用已有的光纤专网、 公安专网、 微波传输和即将到来的3G等进行接入, 将前端的音视频、 控制、 报警信号直接经过摄像机的网络接口传输上级监控中心。同时在系统建设时可分步、 分级逐步实施, 不会影响其它区域, 可适应不同类型平安城市的复杂环境和特殊功能需求。
4. 配套设施功能强大
百万像素网络摄像机作为新兴的视频监控设备, 当前很多厂商都推出了相应的管理平台, 这些平台都可进行不同类型的监控系统的部署, 而且假以时日当摄像机国际标准化后高清网络摄像机的接入将变得更易于实施。
5. 工程施工方便
采用全网络, 全数字化架构, 高度集成化的功能、 使得前端高清网络摄像机只需要考虑网络接入就能够了, 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, 使整个系统的可实施性、 可靠性和稳定性大为提高。
结语
视频监控技术的飞速发展, 特别是基于百万像素高清视频监控技术的大规模应用和普及, 将使得人们对视频监控系统所起的作用发生根本改变。城市视频监控系统作为掌握城市交通动态、 公共区域活动情况、 各机关单位以及其它机构的安保状态的安全防范平台, 一直以来发挥着不可或缺的作用, 如今, 基于百万像素的高清视频监控系统在平安城市中的应用不但从视觉上带来震撼的效果, 同时前端、 后端的全网络化、 全数字化的架构, 以及接下来的智能分析与高清视频监控系统的对接将颠覆传统视频监控系统的模式; 在这之前”看不到”、 ”看不清楚”、 ”没起作用”、 ”当摆设”这些针对视频监控行业的指责将被新一代基于百万像素的高清网络视频监控系统洗刷掉。平安城市、 和谐城市的建设步伐将会因新一代的高清视频监控系统的应用而变得更加稳健和更有保障。