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专网监控技术方案建议书专业版南江县学校百万高清数字安全防范系统技术方案四川鸿瑞源科技有限公司2012.10172 123第1部分 概述1.1 项目概述今年来全国各地校园安全事故频发，老师、学生的人身受到了严重威胁，各地学校、公安政府部门都加强了安全防范措施，但光靠人防还是受到了很大的限制，如果学校配备相应的技术防范措施，弥补人防的不足，实现技防+人防的无缝结合，就可以提高校园的安全防范系数，给校园的老师、学生就能营造一个安全和谐的校园，真正实现预防阻止校园暴力事件发生、学生打架斗殴、外来不良文化事件的侵入，以及一切侵害学生事件的发生，同时也实现日常校园安全监督信息的采集，在各类突发事件中系统应能够起到应急系统的作用和功能。由于对安全的需求与日俱增、诸如向数字化全网络系统的转移等技术创新的发展，视频监控行业正快速膨胀。随着网络化互联网络协议和IPC的出现，视频监控正向着超越传统的安全应用转移，包括诸如商铺、零售、政府和家庭网络此类的新应用。这种扩张极大地得益于网络化视频监控的思想，它让更大的灵活性、现场可升级性、越来越高的自动化和更多的智能可以被集成到整个系统之中。正因为如此， IPC在监控应用中将持续增长，它具备可以被联网到较大型安全系统的现代技术，因为将取代现有的闭路电视(CCTV)摄像机。类似地，监控硬盘录像机（DVR）也转变为网络化的设备。在未来的几年里远距离传输即将在全球监控市场中占有极其重要和可观的地位，随着新的Internet 协议的制定，对监控摄像机的要求也逐步提高， IPC在远距离监控和通过网络实现远端管理方向显现出重要和可行的地位。金威视IPC具有独特的IP联网优势，基于金威视强大的视频压缩算法及摄像机研发背景，产品具有稳定、可靠、“即插即用”的功能，无须像传统模拟监控系统一样安装长距离同轴电缆，只要利用现有的网络就可以使用。并集成一路音频，支持全双工，用户像使用电话一样方便的使用音频功能，并支持远程控制，可以远程控制设备的开启和关闭。特别应用场合不需布线、只要有网络即可实现“即插即用”。另外与金威视JWS-NRV监控集中存储服务器系列的完美结合，IPC通过网络传输至管理中心，管理中心配有金威视JWS-NRV网络存储阵列产品，进行网络集中录像存储，解决了IPC网络集中存储的难题，客户端通过授权即可查询到存放在管理中心的网络存储服务器的录像，进行查询回放和下载到本地备份。1.2 设计原则根据甲方提供需求、内部治安防范平面图和现场实际勘查情况，在本方案设计时，将秉承以下设计原则：1) 实用性依照用户要求，坚持实用性为主的原则，本系统将完全满足南江小河职业中学各项安防需求，同时考虑未来发展需求，避免追求系统的超前性，以减少不必要的投资。2) 可靠性、安全性参照大量已建成的安防监控系统，借鉴其中的精华部分，为系统高可靠性的总体设计提供现实依据，选用的设备自身将具备高可靠性、高安全性，高达数万小时的平均无故障时间，并为关键设备、关键部件设计冗余备份。同时，选用安全机制健全、安全级别高的平台辅佐系统搭建。3) 先进性本系统设计遵循系统工程的设计准则，通过科学合理地设计，既防止片面追求某一高指标，又充分体现系统的先进性，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，使系统能在未来数年内不落后，并通过软件升级即可实现更多新功能，充分保护用户的投资。4) 开放性本系统设计将采用标准化设计，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通互联，并充分考虑与其它监控系统的连接。在设计和设备选型时，将科学预测未来扩容需求，进行余量设计。5) 易管理性、易维护性本系统将采用全中文、图形化软件平台实现整个监控系统管理与维护。可自动检测系统中任何一台设备的运行状态，并示出详细参数，以辅佐管理人员及时准确地判断和解决问题。采用稳定易用的硬件和软件，完全不需借助任何专用维护工具，既降低了对管理人员进行专业知识的培训费用，又节省了日常频繁地维护费用。1.3 总体目标基于甲方提供要求、内部治安防范平面图、现场勘查和设计原则，“视频监控子系统”设计提出以下总体目标：1) 图像（语音）监控（包括电视墙）2) 全网内设备的远程状态监控及集中管理功能3) 授权与安全认证4) 海量资料存储及检索5) 全网内报警信息管理1.4 设计依据n 南江小河职业中选现场勘察图纸及需求n 智能建筑设计标准 GB/T50314-2000n 智能建筑工程质量验收规范 GB 50339-2003n 建筑智能化系统工程实施及验收规范 DB32/366-99n 民用建筑电气设计规范 JGJ/T16-92n 中国人民共和国公共安全行业标准 GA/T70-94n 中国人民共和国公共安全行业标准 GA/T75-94n 民用闭路监视电视系统工程技术规范 GB50198-94n 安全防范系统验收细则 GA 308-2001n 安全防范系统通用图形符号 GA/T 74-2000n 安全防范工程程序与要求 GA/T75-94n 安全防范工程技术规范 GB50348-2004n 电子计算机机房设计规范 GB50174-93n 电子计算机场地通用规范 GB/T 2887-2000n 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 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 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GA27-92第2部分 系统总体设计2.1 综述本系统设计方案的技术要点、功能和产品选型均满足南江小河职业中学提供需求，并依照系统建设的相关标准进行设计。2.1.1硬件部分本系统采用两级控制方式，一级监控管理中心设在什邡大爱环保科技总监控中心，二级监控中心设在（根据什邡大爱环保科技监控管理需要建立）监控分中心。于领导办公室、重要职能部门设置分控进行监控管理。本系统由前端摄像机155台、数据中心服务器与高级管理单元服务器（即校时服务器）（1台）运行于同一台电脑；集中管理客户端（1台，配双N卡，一屏显示图像，一屏显示矩阵控制界面）；监控集中流媒体存储服务器（16盘位存储服务器 ，5台；720按3Mbps码流计算,单个硬盘容量按2T计算）；数字矩阵服务器（2台）。操作客户端模块组成。n 摄像机针对南江小河职业中学的监控场特点，选择金威视百万高清网络枪机151台、百万高清网络快球4台，进行图像的采集。n 流媒体服务器为了减小网络访问对网络摄像机的压力，解除网络摄像机网口的访问限制，于南江小河职业中学监控中心部署5台监控集中流媒体存储服务器（16盘位存储服务器 ，5台。考虑流媒体服务器自身处理能力，单台最大处理路数（64路）以及物理布局确定服务器数量。n 即校时服务器（数据中心服务及高级管理单元服务）负责数据管理、配置，为整个管理平台的构建提供数据库服务。是平台联网的核心组件，为前端的IP摄像机提供统一的时间校对功能。作为“数字安防”平台的大脑，所有设备信息均注册保存在管理服务器内。设备访问权限、用户使用权限均由管理服务器分配。它维系整个监控系统的数据库。n 矩阵管理服务器将前端视频设备的图像解码到电视墙上显示。n 监控客户端用于对监控系统的日常操作端，登陆管理服务器，获取相关设备信息，完成预览、控制、回放、接警、处警等操作。同时负责远程调看前端摄像机视频，远程修改、控制前端摄像机参数等。2.1.2 软件部分由于监控系统组网结构日渐复杂，覆盖范围也变广，需要软件平台进行统一管理。平台的物理载体是管理服务器、流媒体服务器、矩阵管理服务器、控制端（客户端软件）。建设项目所有设备，均统一添加至管理服务器，经过科学估算扩容容量，管理服务器的接入数量已经采用余量设计，符合用户后期扩展需要，可直接将未来扩展的设备添加至管理服务器即可，无缝衔接。软件平台能实现设备管理、图像预览、云镜控制、录像及回放、用户及权限管理等功能。第3部分 系统详细设计3.1 需求分析1) 能对南江小河职业中学校园内管辖监控点的各个位置进行实行监控。2) 客户端权限由总中心统一分配。3) 能够进行数据传输、处理的同时完成通信、组网功能。4) 采用以千兆以太网组网方式，在不降低图像质量的基础上最大地节省投资。5) 要求视频录像达点监控点达到不低于720P格式。6) 可在客户监控中心或客户端灵活设立数字矩阵，实现监控管辖监控网点的实时监控。7) 采用标准化的模块结构，软件的实用性、兼容性、扩展性、灵活性、可靠性等基本的网络管理系统要求。3.2 系统原理图（系统原理图）3.3 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。室外摄像机护罩内应该有加热、除湿等装置，防水防尘级别应该达到IP66，内部电路应该具备防浪涌保护设计，抗3000V雷击。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。3.3.1 高清摄像机特点l 高解析度、高色彩还原度色彩还原度分为色调（决定色彩性质）和饱和度（决定色彩浓淡），与景物光照条件和色温密切相关。我们的摄像机通过“自动电子快门”或者“自动光圈”来自动调节通光量以保证景物照度处于衡稳状态，通过“自动白平衡”来自动调节红、绿、蓝三基色信号电压（即色温）以保证图像不出现偏色现象。l 真正的超低照度我们的低照度摄像机采用SONY SUPER HAD CCD，在过去微小镜片技术上进行改良，优化镜片形状全面提升光利用率，以物理方式提升感光度，信噪比提高。而普通摄像机采用提高放大器放大倍数来提高感光度，会使噪声也提高，信噪比降低。我们的超低照度摄像机采用SONY EXVIEW HAD CCD，它能利用其它传感器未能有效利用的近红外线光，将感光范围从可见光扩大到近红外光，在黑暗环境下也可得到高亮度的图像，使CCD的灵敏度进一步提高，适应更低的照度环境。同时在硅晶板深层中做光电变换时，漏电流SMEAR成分也可被收集到传感器内，噪声大幅降低，超低照度下图像的信噪比得以保证。若用户的照度环境连星光级都达不到，应该采用红外摄像机。我们提供的红外摄像机最远可达30米，最高搭载48颗红外灯，灯使用寿命长达3年。l 优化的背光补偿、超宽动态技术开间监控环境中，摄像机的安装应尽量避免逆光装置，但某些情况下很难做到，为此我们提供两种解决逆光环境下解决办法。普通要求下（比如：道路监控），开启背光补偿功能。常规背光补偿技术是对整体画面进行处理，虽然前景图像清晰可见，但是背景因曝光时间过长导致过渡曝光呈白茫茫一片。 防止背景图像出现过度曝光。但画面整体感官有层次感，显得不够柔和，只能满足普通成像要求。高要求下，建议使用超宽动态技术。我们的超宽动态摄像机采用SONY 双速CCD，对同一副图像进行两次曝光，采用两组AGC电路分别对长时间曝光和短时间曝光的信号进行处理使其最佳化，再利用数字处理技术对两幅图像中质量较好的部分加以合成，形成一副整体质量更优的图像。目前该技术可输出动态范围为128倍的清晰图像。l 高可靠性影响摄像机使用寿命的主要原因是高温。我们的摄像机采用低功耗设计，机体功耗小于2W，适应的工作温度最高达60摄氏度，而电子器件能工作的最低温度达到-20摄氏度。防水摄像机其防水等级为国际标准IP66，在恒定湿度测试下达到93%Rh，抗雷击达到3000伏特，能适应绝大多数室外环境。若用户用在工地、矿区等更恶劣的环境，可选用防暴摄像机，先进的工程设计，外壳采用高强度的工业塑料，抗冲击达到。我们整机平均无故障时间达到20000小时。l 便利安装调试我们的摄像机带有OSD控制菜单，用户可利用485信号对摄像机进行调试。包括：自动白平衡、自动电子快门、自动电子增益、自动光圈等功能的开闭及其它相关参数的调整，可调参数达数十个。除此之外，用户还将采购快球。对快球的基本要求除应具备摄像机的固有特征外，还应符合：图像平稳清楚、功能应用多样、安装使用便利。1) 图像平稳清楚与固定摄像机不同，快球在使用过程中会因转动而产生机械振动，要求快球应该具备防抖功能，使图像不会在转动过程中产生抖动。快球的监控范围应是360无盲区，并支持带限位功能提高有效性。转动速度应该能适应变焦倍数，否则高倍变焦场景下，高速转动将无法捕获目标。2) 功能应用多样从用户操作中统计，录像回放占据约80%的时间，因此用户实时操控快球的时间并不多。快球自身应该具备一些辅助全景监控的功能，如设定多个预置点并配置巡航路径，快球沿路径持续巡航。若用户不需要巡航，但有一个最主要的监控点，快球应在一段不受控时间之后自动恢复到该监控点。若快球以外断电，在重新上电后应该能恢复到断电前的状态，包括水平/垂直位置和镜头倍数。3) 安装使用便利由于快球安装位置多样，应该支持常见的安装方式，比如：墙角装、柱装、吊装等等。应该具备OSD菜单用于远程调试。与摄像机类似，整机应该耐高温、抗雷击、防水防尘等。3.3.2 网络快球特点l 基于以太网控制，同时支持模拟接入网络快球配置了一个以太网口，可通过网络方式直接控制。同时网络快球也兼具模拟快球的所有功能，可通过模拟方式进行控制。l IE图像浏览内置WEB视频服务器，具备网络图像传输和控制功能。l 精密电机、一体机芯整机包含云台系统、摄像机系统、通讯系统和护罩。采用精密微分步进电机实现快球的准确快速的旋转、定位，受控灵敏、运转平稳、任何速度下图像无抖动。采用优秀的一体机芯，核心是自动聚焦达到秒级。主控CPU确保云台受控时能同步送出图像，并实现白平衡、快门、光圈、变焦、对焦等功能实现控制。l 多角度操作、比例变倍、自动反转我们在快球设计时充分考虑如何提高用户的操控手感和人眼捕获图像的易接受性。除了传统水平方向、垂直方向的运动以外，加入斜向运动，加快捕获目标的速度并将受跟踪目标始终保持在图像中部。当处于变倍场景下对目标进行跟踪时，快球的运动速度自动与倍数成反比，以防止过快运动丢失目标。目标从快球下方穿过，由于要实现无盲点监控，快球将以秒内速度作水平翻转，以保证目标在画面中处于正立姿态。l 限位功能、自动巡航、守望功能考虑到快球多用于全景监控，在非人为控制时可选择自动巡航。我们的快球支持保存8条巡航路径，每条路径支持32个预置点，用户可根据需要随意调整预置点间的切换速度，每个预置点的停留时间可独立设定。我们在设计时考虑开发模式路径，即快球记忆用户的一段时间控制操作，此后按该操作进行巡航，因为该路径可能是用户比较重点关注的场景。此外，鉴于快球安装位置可能在墙角、可能受建筑物遮挡，在360方位上出现某些方向存在无用图像，比如：摄像为整面墙体。因此，我们提供限位功能，快球无论在控制还是在巡航时，仅在两个限定位置之间进行运动，提高监控有效性。当然，某些场景的非受控监控是关注某个角度的场景，比如：道路监控。当快球在非受控达设定时间时，比如30秒，快球会自动归位至设定的预置点，亦可作用于自动巡航。l 定时启动、断电记忆可对快球的运行进行布防，即设定时间段，快球将在该时间段内自动运行提前设定的操作，比如：巡航、模式路径等。每个时间段的监控区域与用户的使用环境相关，根本目的在于最大限度地提高监控有效性。作为快球的另一个重要功能便是断电记忆。快球遭遇意外断电，重新上电之后，可恢复到掉电前的位置。我们支持位置的选定，按停留时间来计算，比如：快球在掉电前某一位置停留达到30秒，快球就记忆该位置并用于恢复。停留时间是可设定的。l 动态隐私遮蔽、报警联动因铺设摄像机而出现的隐私纠纷越来越多，尤其是具有高倍变焦的快球。我们提供动态隐私遮蔽功能，可在画面中相关位置叠加黑块遮蔽图像，利用坐标反馈的方式确保遮蔽范围不会因为球机的转动而呈现出来。支持7路报警输入和2路报警输出，快球在接收到报警之后，可启动处理方式，比如：调预置点、启动巡航、触发报警输出等等。l 安装维护、曼码检测、鼠标操作支持目前市面上壁装、墙角装、柱装、吊装、吸顶装、嵌入式安装等安装方式。与摄像机一样，提供OSD功能菜单，供维护人员远程调试使用。可靠性方面与摄像机基本相似。在过去的调试检测过程中，调试人员需要分现场和中心两队，以对讲机的形式对快球进行故障排除，需要高架梯、拆卸等等繁琐的操作，而且往往因检测过程中的某些疏忽而导致调试时间激增。我们的快球提供曼码故障检测功能，调试人员可通过叠加在视频上的故障信息进行判断，比如：控制线接反、地址设置错误等等，都将以特点的编号提示调试人员，使得整个过程。在使用过程中，传统控制方式为键盘控制或鼠标点击图形按钮，而海康威视的快球支持鼠标对图像进行直接操作。例如：鼠标点击图像某一点，即可将该点移至屏幕中心；除此之外，包括鼠标拖动实现方向控制，场景放大缩小等等。3.3.3 高清摄像机特点l 多种高清画质支持HD720p 25帧全实时画质，输出码流为3M ； 最高可输出1280720，25帧全实时图像。高清CCD成像清晰，信噪比高。l 高清镜头与普通镜头不同，高清镜头的物理解析力可达到100万像素，确保图像传感器获得光信号是干洁的，无色散、无色串扰等。l 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。l 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。l 高效的编码算法基于H.264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。l 报警输入输出每部高清摄像机提供1 路报警输入/输出接口，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。l 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。l 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。l 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。3.4 压缩编码3.4.1 比较压缩算法的方法基于对监控行业深刻的认识，我们针对监控本身的诸多特点对编码算法进行持续优化。考究产品的压缩编码能力可以从以下三个方面一窥究竟：1. 超低压缩码率可能目前大部分用户都不太在意超低码率下压缩编码，原因是大家在持续提升图像质量而不断增加码率。但是不可否认手机监控已经走入我们的生活，在手机屏仅支持QCIF画质、无线通信带宽紧缺的现在，能以64Kbps甚至56Kbps作QCIF编码实现手机监控，是一种技术实力的体现。金威视任何一部IPC的子码流均可通过网络直接送往用户手机，实现手机监控。2. 主流压缩码率按照逻辑辨证法看待事物，实现同样画质的图像，谁的消耗少证明谁的技术更胜一筹。在保证FULL D1图像解析度的条件下，使码流更低是追求的目标，而且还需使得DSP运算能承受代码的复杂度。对用户而言，呈现的回放分辨率是FULL D1，而需要超过2Mbps甚至8Mbps的码流显然是在浪费网络带宽和存储空间。海康威视可以利用1.5Mbps码流编码出FULL D1画质，而我们向上支持到8Mbps的码流是为未来高清编码作预留。3. 高清压缩码率目前金威视提供的130万像素网络摄像机就体现了全实时高清压缩编码的实力。相对于FULL D1画质，图像尺寸和分辨率提升约一倍，码流应该需要4Mbps，经过对MPEG4编码算法的不断优化，目前利用3Mbps码流可完成百万像素全实时编码。综上所述，评价一种产品的编码能力并不能仅从编码码率、图像分辨率去片面比较，而是需要综合考量的。3.4.2 压缩编码特点l 经典架构我们选择RISC芯片（ARM）完成主控，DSP芯片完成编码运算。选用的ARM归属于E MPU（嵌入式微处理器），针对监控系统的专有性对保留其相关功能，裁剪无用功能，大幅减小系统体积和功耗。相对于某些基于CISC或者通用CPU，在工作温度、抗电磁干扰能力、可靠性等方面都做了增强，具备体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点。视频流编码要求编码芯片能胜任连续数据流的处理及高精度复杂运算，因此DSP器件是最优的选择。对系统结构和指令进行特殊设计，编码效率高、执行速度快。l 业界首创的双码流技术针对国内网络建设相对落后的环境，为了在录像数据和网传码流之间取得平衡，我们开发了双码流技术。DSP对同一路图像进行两次编码，主码流用于录像，选择高分辨率、全帧率、最优图像质量，子码流用于网传，选择普通分辨率、非实时、普通图像质量。通过这样的设计，可以不需要用户去改建现有网络，省去额外的网络投资，当然，该方式源于目前绝大多数用户实时监控的时间录像回放的时间，且实时监控的强度要求不高。当并发访问数量激增时，任何设备都会出现瓶颈，没有哪个厂商可以逃脱，但是我们采用了更能让用户放心的处理策略，即录像网传，主码流子码流，简而言之，CPU运转是优先保证录像的，确保有清晰完整的录像文件是可追溯的。若用户对实时监控的要求很高，也有充足的网络带宽满足全实时FULL D1监控的需求，那么直接网传主码流即可。l 动态编码技术目前支持在编码过程中动态修改编码参数，而不需要重启设备，由此而衍生的“事件压缩”功能让用户更满意。据统计，监控录像有80%属于无用数据，其中绝大部分是录制静态画面，在过去以变码率方式来降低存储量。“事件压缩”更加符合用户需求，即用户希望“有用数据”是清晰的，对“无用数据”的清晰度要求不高。在判决何谓“有用数据”时，经统计我们认为报警触发的录像、移动侦测触发的录像，以及未来智能分析报警触发的录像是“有用数据”，因此利用“事件压缩”功能，“普通数据”采用低分辨率、低码率进行录像，“有用数据”采用高分辨率、高码率进行录像，编码参数的改变由设备自动完成。在录像质量和存储空间之间做了最好权衡。3.5 传输系统传输系统包括模拟传输系统和数字传输网络。前者指各监控点的摄像机与网络硬盘录像机之间的互联，由于IP监控的兴起，这部分的问题往往容易被忽视；后者指“网络硬盘录像机或IP摄像机路由交换设备监控中心”途径IP网络的传输过程。本着提升监控系统水平的原则，以客观的角度阐述监控系统对传输系统的要求，以帮助用户充分利用现有设备、节约投资。本系统全部采用数字网络传输系统。3.5.1 数字传输网络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，请参见工程商的综合布线文档。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。l 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。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。l 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，我们愿意配合用户调节编码延迟、解码延迟，而用户自身应注意交换设备及交换链路的延迟。但减小延迟在网络拥塞时将损失视频流畅性，因而建议用户根据自身具体使用要求进行多方面同步调节，以达到理想要求，迷信“优秀的网络设备无所不能”并非可选之举，实事求是的态度和为用户着想的理念更容易赢得尊重。l 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23倍，核心设备是无需变更的。l 网传性能每台Net DVR或IP摄像机提供一个10M/100M半双工/全双工自适应以太电口（RJ45），我们建议用户选用STP屏蔽双绞线连接交换设备。随着视频监控网络化的日益广泛，我们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，我们的应对策略是：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，而且我们相信用户能很好的接受这样的策略。l 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。PIM-SM工作原理示意图如下所示：从上图不难看出客户端的请求经过RP转向数据源，而数据流也必须从数据源流经RP点再发送给客户端，因此PIM-SM中一个重要点在于“会聚点（RP）”的选举，RP点的可靠性更成为隐患，一旦RP宕机，所有访问将失效。为了提高RP点可靠性，大部分厂家在网络中选取若干RP点，再配合Anycast RP对RP点实现备份和负载分担。如下图所示：但是该方式只适合单域组播，而监控系统往往是多域的，还伴随用户目前的网络设备并不完全支持组播技术。为了解决该问题，往往需要配合隧道（MBGP&MSDP），适用于骨干网不支持组播技术的环境，促使组播流量对骨干网络是透明的，如下图所示：可是缺点在于RP节点之间既要支持PIM-SM，还要支持MBGP和MSDP隧道，配置和管理繁琐，对设备要求高，需要用户购买昂贵的网络设备！为了解决这个问题，大部分厂家选择PIM-SM和隧道（PIM-DM）的互作用，它不再要求骨干网络支持PIM-SM、MBGP和MSDP。如下图所示：很遗憾，又回到起点问题：RP节点之间的组播流量以PIM-DM方式传输，将定期扩散，造成骨干网络的带宽浪费。综上所述，虽然我们的设备能很好的支持组播，但是在用户网络并不能很好地应用组播时，我们建议对组播传输方式的选择是一种谨慎的态度。l 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。关于流媒体位置的部署，选择更多地靠近用户群。3.6 存储系统3.6.1 存储容量计算单路D1格式每天所需硬盘容量测算如下：D1格式，按1.5Mbps码流计算，存放1天的数据；总容量 1.5Mbps（1 路）3600秒24小时(1天)8102415.8 GB。单路720P格式每天所需硬盘容量测算如下：720P格式，按3Mbps码流计算，存放1天的数据；总容量 3Mbps（1 路）3600秒24小时(1天)8102431.6 GB。13路720P分辨率视频录像保存30天。本次设计机构过详细计算，80个2000G容量可供160路720P分辨率视频录像保存30天左右。3.6.2 IPSAN存储特点l 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。监控应用是一种已写为主的存储应用。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JWS-NVR2000R-16H可以支持64路720格式视频数据并发写入，若将来需要扩展监控头数量，可通过增加JWS-NVR2000R-16H 系列存储服务器的数量来增加并发写入路数。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。l 同时提供IP SAN和NAS监控存储方案是对现有几台服务器的存储进行集中管理和存储。针对服务器的数据存储，工业界上一般是采用SAN的架构。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。由于NVR存储的产品同时提供IP SAN和NAS的功能，所以可以同时满足城市监控存储在这两方面的需求。即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；l 极易管理 （全中文）易管理和使用是也是城市监控存储系统的一个基本要求。本产品的管理系统是面向用户设计的全中文的管理系统。而且业界最先进的基于浏览器的管理方法，在客户端无需安装任何软件。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。l 独有安全技术对数据安全的特殊要求，本存储产品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。l 高可扩充性本产品采用先进的IP SANNAS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。l 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