IP監(jiān)控高清攝像機存儲視頻監(jiān)控管理平臺軟件

1、IP監(jiān)控高清攝像機存儲視頻監(jiān)控管理平臺軟件、概述當今，IP應用潮流向各個領域滲透，已經(jīng)勢不可擋，如何把握IP發(fā)展趨勢，弓I入高清監(jiān)控，逐漸成為各攝像機生產(chǎn)廠家、集成商以及業(yè)主關注的熱點。本文通過對IP高清監(jiān)控的技術分析、工程設計實踐和存在問題探討，希望能對各層面的安防從業(yè)者起到一定的啟發(fā)和借鑒。視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)工程設計規(guī)范GB50395-2007中已經(jīng)對數(shù)字IP監(jiān)控系統(tǒng)做了定義（4.024模式），模擬攝像機增加數(shù)字編碼功能，被稱作網(wǎng)絡攝像機，數(shù)字視頻前端也可以是別的數(shù)字攝像機。數(shù)字交換傳輸網(wǎng)絡可以是以太網(wǎng)和DDN、SDH等傳輸網(wǎng)絡。數(shù)字編碼設備可采用具有記錄功能的DVR或視頻服務器，數(shù)字視頻的

2、處理、控制和記錄措施可以在前端、傳輸和顯示的任何環(huán)節(jié)實施”。從中可以看到從前端到傳輸、到存儲、控制均已實現(xiàn)數(shù)字化，從工程實際應用角度岀發(fā)，這個數(shù)字化均是在IP化基礎上實現(xiàn)的。在此架構模式下，我們在前端再引入IP高清攝像機，便形成一套完整的符合國家規(guī)范要求的IP高清監(jiān)控系統(tǒng)。二、數(shù)字IP監(jiān)控帶來的好處IP監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢是全數(shù)字化，可以方便的引進高清視頻技術，只需更換前端攝像機即可。1. IP監(jiān)控系統(tǒng)前端還可以采用模擬攝像機+DVS（視頻編碼器）形式接入系統(tǒng)，對于喜歡模擬機的用戶，依然保留一份選擇。2. 從目前來看，IP監(jiān)控系統(tǒng)是實現(xiàn)高清監(jiān)控系統(tǒng)架構的唯一途徑。監(jiān)控用高清攝像機，一定要采用編碼壓縮

3、，不可能采用源碼流輸出（HD-SDI、HDMI、DVI、YPrPb色差），監(jiān)控系統(tǒng)無法處理和傳輸不經(jīng)壓縮的Gbps級別的數(shù)據(jù)流。若IP監(jiān)控系統(tǒng)不設高清攝像機，則視頻效果、管理功能與當前的模擬攝像機+DVR（）模式基本無差別，甚至在使用和操控的便捷程度上尚不如后者。3. 對有特殊要求的用戶，在IP監(jiān)控平臺上可以做智能視頻分析。三、標清與高清的優(yōu)缺點本文中所屬的標清、高清是引入廣電行業(yè)的清晰度分類方法，PAL制下標清的理論分辨率為625線，去消隱后，理論值為575線。而高清，則是指720p或1080i以上的分辨率，從筆者個人角度來看，高清入門的分辨率則應為1920X1080p或者1600X1200

4、p。標清又分為模擬標清和IP標清，高清全部為IP化的攝像機。3.1標清系統(tǒng)的缺陷監(jiān)控了全景，就沒有了細節(jié)；1. 推近、放大了某個局部，則漏掉了對全局的監(jiān)控和錄像；轉(zhuǎn)到某一個視角，則漏掉了對其他方位的監(jiān)控和錄像；2. 模擬系統(tǒng)做視頻分析相對較困難，成本較高；3.2高清系統(tǒng)的優(yōu)勢1. 全景+細節(jié)同時監(jiān)控清晰度高（最低1920X1080p或者1600X1200p）看得清楚，不僅有清晰的宏觀記錄，還有清晰的微觀細節(jié)，能作為取證材料2. 沒有漏錄、沒有沒看到的時候（相對于標清球機的盲區(qū)）一臺高清攝像機可以抵得上多臺標清攝像機的視角和像素，從某個特定的項目工程上來看，如采用高清機則可以減少標清攝像機的數(shù)量

5、，相對的降低造價。3.3標清與高清對比像素上的對比此主題相關圖片如下：2.jpg可以看出，高清入門機型200萬像素的攝像機，像素即相當于4CIF標清機的5倍，一臺相當于5臺。而500萬像素的高清機更是相當于十多臺實際圖象上的對比4CIF標清攝像機。高清圖象標清圖象jpg取證，局部放大后對比圖:經(jīng)局部放大后，高清拍攝的由于像素豐富，畫面物體、人體特征依然清晰可辨，可以作為強有力的證據(jù)信息。四、IP高清系統(tǒng)的設計實踐下面我們結合一個實際工程案例，來探討一下IP高清監(jiān)控系統(tǒng)的設計思路，和設備選型原則。以某飲料生產(chǎn)企業(yè)為例，該企業(yè)廠區(qū)有5個車間，因自身對生產(chǎn)流程監(jiān)控和生產(chǎn)過程對公眾透明開放的需要，搭建

6、一套IP監(jiān)控系統(tǒng)。每個車間約安裝50臺IP高清攝像機用于對生產(chǎn)流水線的監(jiān)控，車間外圍通道、走廊、動力間、配電間等安裝30臺IP標清攝像機，每個車間就地設置一個分控中心。整個廠區(qū)設置一個總控制中心。4.1前端選擇由于車間面積非常大，生產(chǎn)流水線很長，要想對流水線做到全面監(jiān)控，采用標清攝像機的話，需要安裝非常多的數(shù)量才能全面覆蓋，現(xiàn)采用高清攝像機，經(jīng)測算需安裝50臺方可達到要求。且在車間良好的照明情況下，采用COMS攝像機，能得到非常佳的畫面質(zhì)量。業(yè)主要對流水線上的成品、半成品進行監(jiān)控，防止產(chǎn)品在流水線上跳軌和震落，也防止工作人員的監(jiān)守自盜”，因此對監(jiān)控畫面的實時性要求非常高。針對這些現(xiàn)場條件和需求

7、，我們決定選用200萬像素1920X1080p的IP攝像機，其主要性能指標和選擇理由為：?分辨率：1920X1080，16:9寬頻，能夠提供比4:3更加寬廣的畫面，適合狹長的流水線監(jiān)控，減少攝像機安裝的數(shù)量?幀率：在1920X1080p下達到25幀/秒，保證圖象的實時和連續(xù)性，能充分監(jiān)視到流水線的動態(tài)情況。?壓縮方式：選用H.264壓縮技術，在1920X1080p25fps達到24Mbps的平均碼流；選用越低的碼流，可以減少存儲容量的要求，降低造價，提高經(jīng)濟性。?鏡頭：選用300萬像素的專用鏡頭，38mm手動變焦，自動光圈。300萬像素鏡頭比普通百萬像素鏡頭具有更高的分辨率，更加適合200萬像

8、素的攝像機；38mm手動變焦鏡頭，可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況，靈活調(diào)節(jié)鏡頭的焦距，使攝像機畫面更好地與流水線場地相匹配。?傳輸接口：RJ45，100M以太網(wǎng)傳輸。?供電形式：IP高清攝像機還可通過以太網(wǎng)POE供電，所有的連接線纜，只要一根超5類4對UTP即可?？紤]到POE供電交換機造價比較高，為了降低成本，采用單獨的電源線12VDC集中供電。因POE供電是屬于錦上添花的東西，我們采用單獨供電對攝像機的實際應用不存在任何影響，且采用低電壓供電電源線可以與UTP網(wǎng)線共管敷設，無需單獨再鋪設管路。車間外圍通道、走廊、動力間、配電間等其余部分，因監(jiān)控場景不大，要求也不是非常高，采用常規(guī)的IP標清攝像機即可。

9、IP標清攝像機技術非常成熟，選型和配置原則在此不再累述。4.2傳輸網(wǎng)絡IP視頻占用的流量較大，監(jiān)控系統(tǒng)單獨建設了一套專用的網(wǎng)絡系統(tǒng)，不與其他生產(chǎn)、業(yè)務用的網(wǎng)絡合用，以免互相影響，專網(wǎng)專用。我們先來分析一下系統(tǒng)設備用到的以太網(wǎng)端口的速率情況，然后再根據(jù)各設備對速率的需求，配置對應的交換機端口。?IP高清（標清）攝像機：每臺1個100M端口，共50+30=80臺，80個端口；?DVS（視頻編碼器）：每臺1個100M端口，暫無；?視頻服務器（做視頻流轉(zhuǎn)發(fā)和管理用）：每臺1個1000M端口，共2個端口；?存儲設備：每臺24個1000M端口，目前按2口算，共需2臺，共4個端口?電視墻顯示用工作站：每臺1

10、個1000M端口，每臺可單獨輸出4路畫面，共4臺工作站，可同時輸出16個畫面，需要4個端口；?管理工作站：每臺1個1000M端口，設2臺，共2個端口；可以看出除了前端采用百兆，后臺管理和存儲都是采用千兆端口。高清IP攝像機的碼流比標清的來得大，但隨著壓縮技術的發(fā)展，今年的主流H.264壓縮技術，已經(jīng)能夠做到在1080p25fps下，碼流為24Mbps，相當于4CIF（D1）畫質(zhì)512K2M的24倍，與畫質(zhì)提升的倍率相一致。百（千）兆以太網(wǎng)端口理論速度為100（1000）Mbps，實際可用率為3040（300400）Mbps，因此每路百（千）兆端口可以承載10（100）路左右的視頻流量。考慮到T

11、CP/IP網(wǎng)絡內(nèi)數(shù)據(jù)包的沖突、碰撞等不可靠因素，我們實際配置的時候還是留出余量，盡量降低端口（特別是上聯(lián)端口）的流量負荷。一般配置采用48端口10/100M自適應帶2口千兆上聯(lián)模塊的交換機作為接入層交換機，每個車間分中心配置2臺即可，每臺交換機各連接40臺左右的IP攝像機。每臺交換連接的高清和標清IP攝像機的數(shù)量應一致，以保持上傳流量均衡。分中心配置了2臺視頻服務器、2臺存儲、4臺電視墻視頻工作站（接16個高清顯示器）、2臺管理工作站，共需12個千兆端口。需再配一臺24端口千兆電口，2個萬兆模塊插槽的匯聚層交換機。這樣的網(wǎng)絡架構就已經(jīng)逐漸清晰：百兆接入、千兆匯聚，萬兆到核心。實際上上聯(lián)監(jiān)控中心

12、的鏈路只需千兆即可，什么原因？下面控制中心章節(jié)會進行描述。一個分中心的網(wǎng)絡拓撲圖如下:3. jpg上圖中實線表示百兆鏈路，虛線表示千兆鏈路網(wǎng)絡的物理鏈路上采用超5類的綜合布線UTP，當然能用6類更好。分中心的接入和匯聚在同一個機柜內(nèi)，因此匯聚與接入的連接直接采用千兆電口即可，無需再增加光模塊。如果接入交換機放在場地現(xiàn)場，則接入與匯聚可采用千兆多模光纜連接。匯聚與核心連接最好采用萬兆光纖。因廠房較大，某些前端攝像機距離接入交換機超過100米，則此段的UTP鏈路改為4芯多模光纖，光纖兩端用100M光纖收發(fā)器，進行光電轉(zhuǎn)換。傳輸網(wǎng)絡小結：由綜合布線和網(wǎng)絡交換機組成，小規(guī)模的項目只要設二層（接入與核心

13、）即可，本系統(tǒng)因大規(guī)模較大，設計為三層架構（接入、匯聚與核心），系統(tǒng)速率滿足百兆接入、千兆匯聚、千（萬）兆核心。這是非常成熟的網(wǎng)絡架構，任何一個有網(wǎng)絡系統(tǒng)配置和實施經(jīng)驗的工程師都可勝任設計。4.3分中心設計視頻服務器、存儲設備、電視墻、視頻工作站均設置在分中心內(nèi)。視頻服務器我們這里提到的視頻服務器與廠家、媒體提到的視頻服務器（DVS）不一樣，DVS主要功能是對模擬視頻的數(shù)字化編碼，我們這里所說的視頻服務器主要是對前端攝像機發(fā)送過來的視頻流進行封裝和轉(zhuǎn)發(fā)到存儲設備上去，同時要響應視頻工作站的回放（實時和錄像）的請求，從存儲設備中取岀對應路數(shù)的視頻流，相當于是流媒體服務器。受目前PC架構的CPU總

14、資源限制，一般管理視頻流不超過64路，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們建議每臺連接不超過50路。本工程我們設置管理的是40路，這樣大大的提高了服務器的穩(wěn)定性，同時也保證了其他終端對服務器請求響應的及時性。服務器具體選型上應采用四核至強處理器（2顆），2G以上的內(nèi)存。每臺服務器上配置監(jiān)控視頻管理平臺軟件。服務器、視頻流及管理平臺工作流程示意圖：5a.jpg存儲設備目前IP監(jiān)控工程主流的存儲采用IPSAN形式，每臺存儲通過24個千兆以太網(wǎng)口掛到IP網(wǎng)上，用于接收視頻服務器轉(zhuǎn)發(fā)過來的視頻流。對于存儲來說，我們最關心的是容量大小，因為這將關系到系統(tǒng)的總造價。下面來對高清和標清視頻存儲容量進行一下計算。單路高

15、清30天存儲時間的容量=3Mbps（平均碼流）X60X60X24X30-8（小b變大B）*1024（M變G）*1024（G變T）=0.93T，為方便計算取1T容量。單路標清30天存儲時間的容量=1Mbps（D1畫質(zhì)下的平均碼流）X60X60X24X30*8（小b變大B）*1024（M變G）*1024（G變T）=0.31T，為方便計算取0.3T容量。因此每個車間按50臺高清30臺標清，存儲1個月時間來算：總?cè)萘?50X1T+30X0.3T=59T這個59T為全實時24小時錄像的理論容量，實際應用時考慮到工廠放假、生產(chǎn)線檢修、夜間停工、以及采用移動偵測錄像等策略，實際容量可以降低很多，采用48T也

16、已經(jīng)足夠了。每個車間80路視頻的總流量=50X3Mbps+30X0.3Mbps=159Mbps對于存儲來說采用2端口千兆網(wǎng)絡接口，對外可以達到4G的雙工速度，存儲內(nèi)部磁盤讀寫總吞吐最大值為400M，一個車間分中心全部往存儲寫的碼流為159Mbps，這個數(shù)值對存儲來說是可以處理過來的，而且還有剩余的帶寬來用于錄像回放（讀的碼流）。因為存儲設備造價較高，合理的配置存儲，得到一個更高的性價比，是業(yè)主所關心的，也是每個設計人員所必須掌握的。一般來說，存儲設備都有個最大容量（帶擴展機箱槽位時），在我們用足最大容量時候，存儲主機造價就能最大限度的攤薄到每T硬盤的容量上。打個比方說，一臺24槽存儲，只配了1

17、塊1T硬盤，那么這個存儲單位T容量的造價是很高的；而如果24槽位都用滿，那么每T的造價就將為很低了。在以上我們分析總流量和總存儲容量都許可的情況下，可用單臺IPSAN存儲，采用24槽位主機加24槽位擴展機箱，共48槽位。若采用目前主流性價比最高的1TB容量SATA盤，可得到48T的存儲容量，若采用1.5T的SATA盤，則可得到72T的容量。4.3.3 分中心的顯示與控制目前對高清視頻來說，暫無現(xiàn)成的硬件解壓的解碼器可用來直接輸出到電視墻。因此主流的做法是，視頻工作站上安裝客戶端軟件，利用PC機內(nèi)的高性能顯卡進行解碼輸出到顯示屏上。每臺PC機安裝2塊雙DVI（或HDMI）輸出的高性能顯卡，可得到

18、每臺4路獨立的輸出。我們分中心的電視墻為16塊高清顯示屏，需要配置4臺視頻工作站。需要說明的是，PC機顯卡每一路輸出的視頻圖像可以是單路，也可以是多畫面分隔的圖像，支持4、9、16最多至64路。分中心電視墻的顯示屏其中5臺用來顯示16分隔畫面，使80路的視頻全部上墻顯示，剩余的11臺做單畫面固定或輪詢顯示。電視墻采用16:9的高清1080p專用42”PDF顯示屏，以提高顯示效果與穩(wěn)定性。該高清顯示屏支持復合視頻、DVI、HDMI、YPrPb分量接口，可以顯示各類信號源。由于習慣使然，普通的保安值班人員喜歡實用專用的搖桿、鍵盤，對視頻圖象進行切換和控制，在此IP監(jiān)控的架構下，直接能實用的只有計算

19、機的鍵盤和鼠標，操作起來非常不方便。因此，為了解決這個實際問題，我們在管理平臺軟件的支持下，配置了一套帶USB接口的搖桿鍵盤，以方便操作人員的使用。在操作臺上配置了一臺管理工作站，可以對本車間內(nèi)安裝的所有IP攝像機進行菜單設置，對服務器、存儲設備進行配置和管理。管理工作站還設置不同的權限，以便不同的操作人員使用。4.3.4 與生產(chǎn)管理的結合本IP監(jiān)控系統(tǒng)不僅僅是作為一套安防監(jiān)控系統(tǒng)，而且成為了一個生產(chǎn)管理的輔助手段。通過本監(jiān)控管理平臺的開放性接口，對生產(chǎn)管理系統(tǒng)（MES）進行二次開發(fā)對接，在流水線發(fā)生異常情況時，可以及時調(diào)用現(xiàn)場的視頻圖像，若生產(chǎn)線無人值守，則可通過短信或3G視頻方式發(fā)送到管理

20、人員的手機中，大大的提高了生產(chǎn)管理系統(tǒng)智能化成都。本項目中具體的二次開發(fā)工作由生產(chǎn)管理系統(tǒng)建設單位進行實施，我方負責接口開放和協(xié)調(diào)工作。4.4總控制中心設計廠區(qū)設一個控制中心，對下面的5個車間分中心可以進行全面的監(jiān)控和管理，查看實時圖像和調(diào)用錄像資料?？偪刂行脑O有24塊大屏電視墻，作為全廠生產(chǎn)管理的調(diào)度中心。從前面的分中心架構可以看岀，每個車間的攝像機視頻碼流絕大部分已經(jīng)在本地進行了存儲和實現(xiàn)了管理，即使總控制中心不運行也不會影響分中心的正常運轉(zhuǎn)。如果總控中心不調(diào)用、查看分中心的視頻，則總控和分中心之間網(wǎng)絡的流量基本為0;若總控中心要調(diào)用下面的視頻資料，按單屏單路顯示來計算，最多為32路，以高

21、清碼流為例最多達32X3=96Mbps。鑒于此，我們認為分控中心的匯聚層交換機到總控的核心交換機采用千兆鏈路即可，當然從長遠角度來看，布線系統(tǒng)是一次性投資的，主干宜采用萬兆光纜，但目前對于監(jiān)控系統(tǒng)的應用千兆速率就夠用了，這樣也可以降低網(wǎng)絡交換設備的造價，畢竟萬兆設備的價格還是比千兆高許多。32路視頻輸岀，配置8臺4路輸岀的視頻工作站。另外再設置6臺指揮調(diào)度工作站，可以對任意路視頻進行監(jiān)管、查看。4. jpg全廠IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)總拓撲圖控制中心還配置了一臺備用的視頻服務器和備用存儲，可以用來在分中心視頻服務器當機失效時候即時接管，將該分中心的所有視頻碼流切換到總控中心來，這時候匯聚至核心的千兆主

22、干網(wǎng)絡真正起到作用，單個車間分中心總碼流前面計算過為195Mbps，在千兆網(wǎng)絡中完全可以滿足無阻塞。同時系統(tǒng)發(fā)出警報，提醒工作人員前去處理分中心服務器問題。核心交換機采用機架式千兆核心交換機，配置1塊引擎，1塊24口千兆電口板和一塊24口千兆光模塊板，背板容量大于所有端口全雙工全線速下的總和。大屏采用24塊50”DLP拼接墻，3X8的排列方式，拼縫小于1mm。由于目前DLP性價比最高的產(chǎn)品為4:3產(chǎn)品，單塊最大分辨率為1280X1024，對于單屏來說尚不能完全顯示前端200萬像素的1920X1080的分辨率，因此在輸出時可以采用稍微降低畫面分辨率，以滿足顯示設備的分辨率。若要點對點顯示全畫面，

23、則可以通過拼接屏系統(tǒng)進行多屏漫游顯示，3X8的DLP顯示墻整體上可以達到10240X3072的分辨率。如果以后16:9的DLP拼接屏形成主流，并價格合理，則全部選用16:9的1080p寬屏，顯示系統(tǒng)可以達到完美的與前端攝像機像素匹配。4.5管理平臺的選擇目前市面上能提供視頻監(jiān)控管理平臺軟件的廠商很多，有第三方的也有某硬件廠商配套的。一般來講第三方平臺軟件走的是開放性的道路，全面支持各品牌、各規(guī)格的IP攝像機，對于業(yè)主和集成商來說，以這樣的第三方平臺為基礎搭建IP監(jiān)控系統(tǒng)顯得非常方便，可以自由選擇各具特色的IP攝像機品牌產(chǎn)品，整合到系統(tǒng)中去，而不懼各品牌產(chǎn)品不兼容、不能管理。支持IP攝像機產(chǎn)品越

24、多的平臺軟件，應優(yōu)先考慮。我們也嘗試過采用帶有全套硬件、軟件產(chǎn)品的某些廠家的解決方案，這是某些安防廠家自行設計開發(fā)的，對于自己的產(chǎn)品，整合得非常好，也有很多亮點存在（如ISCSI的應用），但只能接入自己品牌的產(chǎn)品，不能兼容或兼容很少其他廠家產(chǎn)品。而市面上有那么多各具特色的IP攝像機可選擇，如松下的寬動態(tài)、SONY的低照度、PELCO的穩(wěn)定性，我們怎能因為一個平臺原因，將這些優(yōu)秀的產(chǎn)品拒之門外呢?開放一一是IP時代的主流思想，IP監(jiān)控系統(tǒng)的設計更應順應這個思路。五、三種監(jiān)控架構經(jīng)濟性分析可能有些同行和業(yè)主還對IP監(jiān)控系統(tǒng)不是很了解，認為IP系統(tǒng)造價投資一定很高，不是一般人所能接收得了的，但是我們通過這樣的案例，并對三種主流架構進行分析，完全可以顛覆造價貴的概念。請看下表的分析jpg從對比中可以看岀，IP標清系統(tǒng)并不比模擬系統(tǒng)增