海康威视联网监控系统解析

海康威视联网监控系统解析一、前言安防行业是一个朝阳行业，视频监控行业作为安防行业的一个重要分支，伴随着多媒体技术、编解码技术、网络技术等IT技术的发展而成熟起来。视频监控的发展经历了模拟视频监控、数字视频监控、网络视频监控、高清视频监控的演进，产品的功能、形态和视频监控的组成架构等各方面都发生了巨大的变化。视频监控行业的快速发展源于用户对视频监控需求的不断变换。过去，视频监控只是为了满足基本监控需求，譬如监视、控制、录像、回放、报警等;随着互联网的普及，视频监控需要满足联网监控一般需求，譬如远程监视、控制，远程录像、检索，远程报警、管理;如今，人们对视频监控又有了新需求，譬如更高清晰度、与用户业务的结合(非安防需求)、让视频创造价值等。联网监控是新安防时代视频监控建设的重点，本文主要解析联网监控系统的主要要素。二、联网监控要素联网监控系统主要包括前端采集与编码压缩、网络接入与传输、管理中心、存储、控制中心、第三方系统集成等部分，如图所示。图1联网监控要素三、前端采集与编码压缩前端采集与编码压缩主要包括前端视频采集设备和视频编码设备，重点关注信号类型、信号采集方式、压缩方式。目前，视频采集设备主要包括模拟摄像机、网络摄像机、数字摄像机。模拟摄像机输出信号为CVBS信号，图像分辨力取决于图像传感器，目前最高可达700线以上，信号通过同轴电缆传输，图像延时极小。网络摄像机输出信号为IP数据包，经过H.264等压缩算法压缩到较低码率后传输，图像分辨率取决于图像传感器，目前主流分辨率为720P、1080P,最高分辨率可达500万像素以上，信号通过以太网传输，图像延时由所跨过的网关数量决定，一般延迟较大，传输带宽在8Mbps以内。数字摄像机输出信号为未经过压缩的数字信号，图像分辨率取决于图像传感器，需要通过专用的SDI线缆或光纤线缆传输，图像延时极小，传输带宽在1.5Gbps左右。编码压缩设备主要包括硬盘录像机(DVR)和视频服务器(DVS)，两者的功能类似，包括连接CVBS系统和IP系统、编码压缩，DVR还可以提供本地存储、录像检索和回放，DVS更多用于将模拟摄像机输出的CVBS信号转换为IP数字信号后接入到以太网，因此DVS更多放置在系统前端。DVR的发展历经了VR、PC-DVR、E-DVR、H-DVR的演变。VR表示磁带式录像机，采用磁带作为存储介质，一机一路，录放不能同时进行，检索及长期保存有困难，曾用于早期模拟监控时代，目前已淘汰。PC-DVR表示PC式硬盘录像机，采用硬盘作为记录介质，主要部件为视频采集卡或视频压缩卡，支持联网监控。E-DVR表示嵌入式硬盘录像机，采用嵌入式架构，记录介质为硬盘，支持联网监控。H-DVR表示混合式硬盘录像机，采用嵌入式架构，可接入模拟摄像机和网络摄像机，支持联网监控。四、网络接入与传输网络接入与传输主要包括网络接入、有效传输、网络延迟。网络接入方面可分为固定IP环境下接入、动态IP环境下接入、移动环境下接入。固定IP环境下接入需要考虑网络承载性能，包括网络带宽、网络稳定性等。动态IP环境下接入除了网络承载能力外，还要考虑寻址，可以通过DNS、DDNS随机分配IP，系统规模较大的情况下，编码器要采取主动注册的方式分配IP，移动环境下的接入需要编码器主动向平台注册分配IP。有效传输方面需要传输协议支持，包括TCP/UDP等，但目前IPv4的传输协议主要针对数据业务，对于流媒体的传输在有效性和实时性上有些勉强，需要RTP/RTCP协议给予适当补助，RTP用于在单播或多播情况下传输实时数据，通常工作在UDP上。但RTP协议本身不提供数据包的可靠传送和拥塞控制，必须依靠RTCP提供这些服务。RTCP的主要功能是为应用程序提供媒体质量信息。在RTP会话期间，每个参与者周期性地彼此发送RTCP控制包，包中封装了发送端或接收端的统计信息。另外在选型传输载体时还要考虑带宽、距离和成本的因素。图像传输延迟方面，联网监控图像传输延时不可避免，是影响操控感受的主要原因。端到端延迟包括编码时间、IP链路上的传输时延、传输过程中的缓冲区调度、流媒体服务器转发时间、终端解码时间。150ms是一个分水岭，延时小于等于150ms，可认为是几乎“无延时”，延时大于150ms，则认为是存在明显延时。在IP监控中，不采用流媒体转发，300ms是一个合理的延时，一般是500ms。在模拟监控中，从模拟摄像机到矩阵再到监视器，一般延时小于100ms。在数字监控中，采用数字摄像机直接发送非压缩的数字信号，再到数字矩阵，经高速总线送到显示模块输出到数字大屏显示，其延时小于150ms，因此也可以认为是无延时。减少延迟的方法主要包括去掉B帧(单P帧编码),减小编码器和客户端缓冲区,采用高性能DSP,减少流媒体转发层级等。五、管理中心管理中心主要包括设备管理、接入管理、用户授权管理、流媒体服务。设备管理包括心跳注册,设备类型注册,硬件状态上传,工作状态上传,参数脚本上传/下发，需要了解设备的在线保活及实施状态信息。接入管理包括前端设备的接入，譬如多种类型前端设备的接入、不同品牌前端设备的接入，也包括异构平台的接入。需要考虑通过SDK或者标准网络协议如ONVIF/PSIA接入。用户授权管理包括面对不同的机构角色设定权限范围和优先级。流媒体服务包括流媒体转发服务和流媒体网关服务，流媒体转发服务主要负责对前端传回到中心的数据流的分发，从而节约远程网络的传输带宽，同时规范数据流传输路径。流媒体网关服务主要指在不同的网络区间之间进行数据转发，譬如A网中的前端视频数据通过流媒体转发到B网中的客户端。转发服务亦可通过组播方式实现，但是相对于组播方式需要昂贵的专用交换机实现，流媒体转换性价比更高。六、存储按照存储架构可分为DAS、NAS、SAN、CVR，按照分布方式可分为前端存储、分布式存储和中心存储，跟规模和成本相关。DAS是指总线扩展存储，存在形式包括编码设备外挂硬盘存储和存储服务器外挂硬盘存储。编码器直接管理存储譬如DVR内置硬盘存储、IPC内置SD卡存储等，成本低，本地存储可有效规避网络不稳定带来的风险。NAS是指网络扩展存储，编码器通过NFS/CIFS等协议共享NAS存储空间，扩展性好，可在多个网络存储设备中分布存储。由于NAS存储设备作为网络标准件连入局域网中，采用IT业界标准协议TCP/IP进行传输，本身具有文件系统，直接为服务器提供文件级存储服务，不同厂商的产品(服务器、交换机、NAS存储)只要满足协议标准就能够实现互连互通，无兼容性的要求。SAN是指存储局域网络，海量数据存储架构，是建立在服务器集群和存储设备之间的网络，给服务器集群提供集中式的共享的存储空间，便于管理。SAN存储模式中，磁盘阵列只提供块级裸盘存储空间，文件系统分部在各个应用服务器上，这是SAN和NAS的最本质区别。SAN可分为IP-SAN和FC-SAN，构建IP-SAN相对FC-SAN成本更低，因此IP-SAN应用更为广泛。IP-SAN集中存储方式采用iSCSI协议，基于数据块级的访问和管理，适于较大规模的集中存储管理。CVR是指流媒体直写存储，海康威视在业内率先提出的中心流媒体直写，是基于TCP/IP或UDP网络传输协议，前端IPC/DVR/DVS/NVR等编码设备以流媒体协议(常见的流媒体协议有RTSP/SIP(GB/T28181)/ONVIF/PSIA等标准流媒体协议或私有SDK流媒体协议)，通过网络直接写入存储设备的技术。存储设备集成前端设备管理，视频存储，实时流转发、预览，历史视频查询、检索、回放、下载等功能，可独立构建小规模视频管理平台，亦可结合视频管理服务平台(海康威视iVMS或第三方管理平台)组建大中型视频综合管理系统。七、控制中心控制中心主要包括对监控资源的集中显示与控制，主要表现形式是操控系统和电视墙。操控系统包括模拟矩阵、网络矩阵、数字矩阵。模拟矩阵可实现对CVBS信号、报警信号、RS-485信号等进行综合管理。网络矩阵包括嵌入式解码器、解码主机(软解码、硬解码)，可实现对IP信号的综合管理。数字矩阵可实现对SDI信号、光纤信号进行综合管理。海康威视全球首家推出了混合矩阵——视频综合平台，如下图所示:图2集成解决方案——视频综合平台视频综合平台支持CVBS信号、IP信号、SDI信号、FC信号等不同视频源接入，可实现多系统集成解决方案。电视墙包括CRT(模拟)、LCD(液晶)、DLP(背投)、PDP(等离子)。CRT电视墙多用于模拟监控系统中，无法支持高清分辨率显示。LCD电视墙支持高清分辨率显示，因其性价比高、易维护，应用比较广泛。DLP电视墙拼缝极小，多用于“无缝拼接”显示的大型监控项目，维护成本较高。PDP电视墙色彩还原度高，对比度高，维护成本较高。八、第三方集成在新安防时代，视频监控要与门禁、消防及周界防范系统集成，主要采用开关量信号极差，集成的目标包括联动、控制及记录。联动包括联动录像、抓拍、报警、电子地图;控制包括控制开关、PTZ;记录主要通过日志记录信息。视频监控还需要与用户业务结构，比如公安行业关注报警联动、行为分析、案件管理;金融行业关注报警(110)联动、信息叠加、行为分析;交通行业关注信息叠加、识别与统计、行为分析;环保行业关注信息采集与传递;安监行业关注报警联动、信息叠加、信息传递;网络运营商行业关注跨平台、网管、视音频质量监测、计费等。九、结束语联网监控从高端行业用户自建专网的时代，到普通行业用户基于公用专网的时代，再到如今普通用户基于互联网的时代，其发展是非常迅速的。如今在视频监控行业“高清”是最为炙手可热的话题，无处不高清成为新安防时代的标志。高清为“智能可视化管理”提供可能，在新安防时代联网监控的重点是满足用户复杂、个性化的高清应用需求，海康威视率先提出了高清监控HDIY理念：不同行业、不同场合，全高清方案自由选择;民用安防、微视频应用，全高清服务随心所欲。我的高清我做主，用户自主DIY。