IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要:當(dāng)前安全局勢(shì)緊張，安防需求不斷提高。模擬監(jiān)控已無法滿足需求，IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控可覆蓋廣闊區(qū)域，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，工程安裝擴(kuò)展簡(jiǎn)單，圖像經(jīng)數(shù)字壓縮節(jié)省存儲(chǔ)空間，這些顯著優(yōu)勢(shì)使其漸成主流。

本文依據(jù)IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)——“寬視界”平臺(tái)，以客戶需求為導(dǎo)向提出了監(jiān)控系統(tǒng)解決方案。本文綜合考慮圖像質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)帶寬、存儲(chǔ)服務(wù)器硬盤投資等因素，將視頻圖像配置為CIF格式，碼率為500kb/s，計(jì)算得到各類網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器需配置的硬盤空間，監(jiān)控中心及前端監(jiān)控節(jié)點(diǎn)所需的網(wǎng)絡(luò)接入方式及帶寬值等工程數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞:視頻監(jiān)控 IP網(wǎng)絡(luò) 接入方式 帶寬

中圖分類號(hào):TP277文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:Ａ文章編號(hào):1674-098X(2011)04(b)-0019-02

1 IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)“寬視界”的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

針對(duì)視頻監(jiān)控的廣泛需求，中國聯(lián)通在全國范圍部署了遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控平臺(tái)“寬視界”，該平臺(tái)可助客戶在最短時(shí)間，以最低成本建設(shè)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控及智能管理，為安防管理提供有力的技術(shù)保障。

該平臺(tái)基于IP網(wǎng)絡(luò)，采用最新計(jì)算機(jī)通訊和視頻技術(shù)為客戶提供音、視頻及報(bào)警信號(hào)的遠(yuǎn)程采集、傳輸、儲(chǔ)存、處理等，客戶可跨越地域限制實(shí)時(shí)查看、控制和管理遠(yuǎn)程目標(biāo)，享受便捷、經(jīng)濟(jì)、有效的遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)(圖1)。

該平臺(tái)由中心管理、轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)平臺(tái)構(gòu)成。中心管理平臺(tái)是系統(tǒng)核心，通過不同的路由器組建雙網(wǎng)雙面架構(gòu)，它由數(shù)據(jù)庫服務(wù)存儲(chǔ)、中心管理服務(wù)、AAA、Web門戶系統(tǒng)和相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，它管理系統(tǒng)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、PU、攝像機(jī)等，它還負(fù)責(zé)開、銷戶、權(quán)限分配、調(diào)度策略、控制及告警管理，保證系統(tǒng)及業(yè)務(wù)安全性。

各區(qū)域核心機(jī)房建設(shè)接入、轉(zhuǎn)發(fā)和存儲(chǔ)平臺(tái)，部署轉(zhuǎn)發(fā)、存儲(chǔ)服務(wù)器和高速率光纖磁陣，經(jīng)光纖接入核心路由器。在中心管理平臺(tái)統(tǒng)一調(diào)度管理下實(shí)現(xiàn)媒體流分發(fā)和存儲(chǔ)，最大限度滿足媒體流實(shí)時(shí)性。“寬視界”平臺(tái)核心設(shè)備均采用雙機(jī)熱備或負(fù)載均衡，保證其電信級(jí)穩(wěn)定性。

平臺(tái)功能主要包括:網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、數(shù)字化存貯與回放、語音控制、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、移動(dòng)偵測(cè)、視頻分發(fā)、用戶管理、設(shè)備管理、性能管理、故障管理、存儲(chǔ)管理、計(jì)費(fèi)管理及報(bào)表管理。

2 基于“寬視界”平臺(tái)的技術(shù)解決方案

我們利用中國聯(lián)通強(qiáng)大的IP網(wǎng)絡(luò)資源及“寬視界”平臺(tái)將分散獨(dú)立的前端監(jiān)控點(diǎn)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域統(tǒng)一管理的IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，下文即為客戶提供的解決方案。

2.1 客戶需求

(1)對(duì)供電所及變電站區(qū)域內(nèi)整體場(chǎng)景、室外設(shè)備如主變壓器等運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控;(2)對(duì)供電所及變電站機(jī)房?jī)?nèi)部環(huán)境的視頻監(jiān)控;(3)王家擺35kV變電站周界紅外對(duì)射，若有翻越圍墻不法行為，探頭觸發(fā)本地聲光報(bào)警，并在監(jiān)控中心聯(lián)動(dòng)報(bào)警;(4)各供電所及變電站具有對(duì)本地視頻圖像的預(yù)覽、錄像、回放等功能;(5)各供電所及變電站視頻圖像為MPEG-4格式，視頻瀏覽及回放分辨率為CIF格式;(6)監(jiān)控中心可實(shí)時(shí)輪詢各節(jié)點(diǎn)運(yùn)行情況，回放歷史記錄;(7)合法操作員可訪問、回放任意視頻，管理員可靈活管理操作人員權(quán)限;

2.2 系統(tǒng)建設(shè)方案概述

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，在供電局部署1個(gè)監(jiān)控中心，在供電局及13個(gè)所站部署監(jiān)控前端節(jié)點(diǎn)。監(jiān)控中心設(shè)在供電局辦公樓，供電局配置16路視頻，13個(gè)所站各配置6路視頻，王家擺35kV變電站另需增加7對(duì)周界紅外對(duì)射。為實(shí)現(xiàn)視頻雙重備份，合理利用上行帶寬，現(xiàn)配置所有攝像機(jī)視頻為CIF格式、30天存儲(chǔ)周期存儲(chǔ)于前端DVR，依各所站實(shí)際情況選取重要視頻以CIF格式上傳至監(jiān)控中心集中存儲(chǔ)(暫定每所站3路)，通過監(jiān)控中心控制矩陣將重要視頻顯示在大屏，實(shí)現(xiàn)對(duì)重要所站的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.3 前端視頻采集點(diǎn)

各所站前端視頻采集點(diǎn)由網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、攝像機(jī)、報(bào)警探頭等組成。前端視頻采集點(diǎn)完成視頻及告警信息的采集、編碼和傳輸以及周界紅外對(duì)射設(shè)備采集到的報(bào)警信號(hào)等的I/O工作。據(jù)客戶要求，實(shí)時(shí)采集各供電所及變電站的視頻圖像，將模擬視頻信號(hào)壓縮成數(shù)字格式，將其存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器硬盤中，通過以太網(wǎng)上行端口經(jīng)IP城域網(wǎng)以CIF格式上傳至監(jiān)控中心存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)，供客戶實(shí)時(shí)觀看或遠(yuǎn)程回放。

我們需新建14個(gè)前端監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，縣供電局部署16路視頻，各所站部署6路視頻，王家擺35kV變電站因竊賊頻繁入站，故另需增加7對(duì)周界紅外對(duì)射報(bào)警探頭，所以前端監(jiān)控點(diǎn)共計(jì):16+13×6+7=101個(gè)(視頻監(jiān)控點(diǎn)94個(gè)、周界紅外對(duì)射點(diǎn)7個(gè))。

縣供電局、13個(gè)供電所及變電站共配置14臺(tái)網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，縣供電局部署24端口DVR，各所站部署8端口DVR，實(shí)時(shí)記錄7×24、CIF格式視頻、支持IDE接口及刻錄光驅(qū)備份、多畫面預(yù)覽等，提供RJ-45以太網(wǎng)接口，支持遠(yuǎn)程控制管理，可動(dòng)態(tài)設(shè)置幀率，本地錄像可調(diào)視頻壓縮比、提供多種錄像方式，支持本地視頻輸出，方便本地人員實(shí)時(shí)瀏覽。

客戶要求縣供電局16路及各所站6路視頻圖像可實(shí)現(xiàn)在前端以30天存儲(chǔ)周期存儲(chǔ)，并將重要視頻(每所站3路)上傳至監(jiān)控中心。出于對(duì)圖像質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)帶寬、前端DVR硬盤及監(jiān)控中心存儲(chǔ)服務(wù)器硬盤投資等的綜合考慮，將各路視頻配置為CIF格式，每路攝像機(jī)碼率為500kb/s，經(jīng)計(jì)算得每路攝像機(jī)每天數(shù)據(jù)量為5.4GB，由此得視頻圖像若存儲(chǔ)30天，考慮預(yù)留冗余空間，縣供電局及各所站網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器需配置硬盤空間分別為3TB、1TB。若日后視頻數(shù)據(jù)量遞增，可增加SATA硬盤擴(kuò)充存儲(chǔ)空間。

另外系統(tǒng)設(shè)計(jì)各監(jiān)控點(diǎn)布放清晰彩色槍機(jī)全天候監(jiān)控本轄區(qū)，各所站可新增射燈補(bǔ)光，在節(jié)約攝像機(jī)投資的前提下使圖像在夜間仍可達(dá)較好效果。

2.4 中心管理平臺(tái)

我們將監(jiān)控中心部署于供電局辦公樓，由主控服務(wù)器、IP存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)數(shù)字矩陣、電視墻、監(jiān)視器、多媒體客戶端、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等組成，它基于“寬視界”平臺(tái)構(gòu)建，具有視頻瀏覽、控制、保存、顯示、回放以及告警管理等功能，提供C/S、B/S，客戶可使用專用客戶端軟件或IE瀏覽器。

前端視頻采集點(diǎn)通過IP城域網(wǎng)同監(jiān)控中心通信，將各所站狀況上報(bào)至主控服務(wù)器，接受控制指令，實(shí)現(xiàn)信息交互。主控服務(wù)器由功能軟件和硬件服務(wù)器組成。監(jiān)控中心通過電視墻、監(jiān)視器及客戶端PC實(shí)現(xiàn)視頻顯示。在監(jiān)控中心將網(wǎng)絡(luò)數(shù)字矩陣連接電視墻，通過控制矩陣實(shí)現(xiàn)定時(shí)切換、分組切換、報(bào)警切換，如有報(bào)警可馬上切換到該監(jiān)控點(diǎn)并輸出視頻，矩陣還可訪問前端錄像并回放。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)字矩陣作為硬解碼設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)字還原模擬視頻，通過電視墻顯示。多媒體客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻軟解碼，通過客戶端軟件查看指定視頻和現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，一臺(tái)多媒體客戶端可顯示16路攝像機(jī)。通過IE可經(jīng)PC遠(yuǎn)程監(jiān)控，有權(quán)限客戶可控制遠(yuǎn)程攝像機(jī)，為其提供方便的查看方式。

各所站重要視頻可存儲(chǔ)在監(jiān)控中心以實(shí)現(xiàn)分散存儲(chǔ)、冗余備份。由上文知每路攝像機(jī)每天產(chǎn)生CIF格式數(shù)據(jù)量5.4GB，若縣供電局及各所站各選3路重要視頻上傳并存儲(chǔ)30天，考慮到預(yù)留冗余，監(jiān)控中心存儲(chǔ)服務(wù)器需配置10TB硬盤空間。監(jiān)控中心沿襲“寬視界”平臺(tái)的所有業(yè)務(wù)及管理功能。

2.5 網(wǎng)絡(luò)接入方式

目前利用IP城域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控已成主流，其帶寬靈活、傳輸速率穩(wěn)定，圖像質(zhì)量佳，視頻及控制信令轉(zhuǎn)發(fā)、存儲(chǔ)速度快，數(shù)據(jù)安全性高。

我們據(jù)客戶實(shí)際情況為其選擇性價(jià)比最高的IP接入方式，每路攝像機(jī)碼率為500Kb/s，即其上行帶寬為500Kb/s，經(jīng)計(jì)算并考慮預(yù)留冗余，我們?yōu)楸O(jiān)控中心、縣供電局及各所站分別配置40Mb/s、3Mb/s帶寬。

ADSL上行帶寬僅為640Kb/s無法上傳3路CIF視頻，播放效果會(huì)受到Modem及電話線路等影響，WLAN雖可滿足前端節(jié)點(diǎn)帶寬，但其穩(wěn)定性不佳，而FTTX+LAN速率可達(dá)對(duì)稱10M/100Mb/s，組網(wǎng)靈活，穩(wěn)定性及擴(kuò)展性強(qiáng)，安全性高，本文所有監(jiān)控節(jié)點(diǎn)均具備充裕的IP網(wǎng)絡(luò)資源，所以我們選擇其作為監(jiān)控中心及前端節(jié)點(diǎn)接入方式。

本文可指導(dǎo)IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建與優(yōu)化，使其更具合理性及可操作性，通過視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的發(fā)展推動(dòng)廊坊地區(qū)公共安全管理的良性發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] (美)Javvin Technologies，Inc.著.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議手冊(cè).清華大學(xué)出版社.2005，10.

[2] 黎連業(yè).網(wǎng)絡(luò)綜合布線系統(tǒng)與施工技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007:201.

[3] MODARRESSI A R，，SKOOG R A; An Over-view of Signaling System No 7[M]. M];Proceedings of the IEEE; 1992.

[4] 金文光. 安防系統(tǒng)工程方案設(shè)計(jì)[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2006年07月.

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