平安城市高清网络视频监控综合解决方案

第一章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或者准备好了推出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注定将会被逐步淘汰。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，城市视频监控系统作为一个巨复杂的系统，其终极目标也是高清化、网络化、智能化，百万像素高清视频监控系统解决方案从此改变传统平安城市视频监控的系统结构模式。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。第二章整体设计思路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。整个解决方案可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、其他公共区域等，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。每个区域构建前端高清监控子系统完成对每个区域的详细记录，监控，同时通过视频光纤专网将各个子系统统一并入专网实现大规模集中城市高清视频监控，实现统一调度，资源共享，提升相关执法部门的工作效率。为城市的和谐繁荣构筑一道高清视频安全监控网。系统架构图第四章城市高清网络视频监控系统设计城市高清视频监控系统的建设需要逐步实现，传统视频监控系统已经非常成熟，而且已经大规模的应用，所以需要一个过度时期，来逐步建设系统，这不管是从系统的建设投入上还是系统的衔接过渡上都是必要的。因此本次的城市高清视频监控系统采用逐步实施的方案。本章将主要从组成城市高清视频监控系统的各个子系统入手进行设计，分别对各个子系统的高清视频监控系统的组成、系统功能、系统特色等方面进行阐述。4.1城市高清监控系统联网方案高清网络视频“平安城市”系统的架构一般是按区域进行划分，比如各个派出所辖区，并成立分中心，本解决方案针对滁州平安城市点位的分布进行集中联网汇聚，通过传输网络统一接入市集中监控中心（一级中心）进行集中管理，在总中心完成视频存储、转发以及图像浏览等视频处理。然后在根据点位的实际行政区域进行权限划分，各级分中心通过视频传输专用网络与一级中心进行联网，分中心通过专网到集中监控中心进行用户注册并获得授权来查看各自区域的相关图像和控制操作等。其他分中心同样通过专线到总中心的集中管理平台进行访问；通过IP视频专网到总中心的用户验证目录服务器进行授权验证，合法用户可获取相关视频资源以及访问存储服务器调取录像资料等。4.1.1平安城市网络视频监控系统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，1080P两百万像素2标清网络高速球机球机标准H.264压缩D1画质（704*576）管理服务中心端1用户&目录管理模块整个联网集中管理平台用户、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，数字解码控制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其他视频业务终端智能分析、报警联动4.1.2平安城市网络视频监控平台拓扑图整个系统由于采用了全数字处理和传输，因此有几个重要的环节是至关重要的，一是前端网络摄像机或者是高清网络摄像机的图像采集能力和稳定性，而这一点目前国内几家主流的高清网络摄像机厂商的产品都已经做得非常好了；第二就是传输问题，平安城市系统的传输资源是非常丰富的，它依托于电信的传输资源，可有效解决集中联网汇聚的难题；第三就是后端平台的集中管理功能，后端平台式整个系统的设备管理、用户管理、数据存储、数据交换，目前比较流行的平台架构一般是采用模块化部署，根据服务功能的类型、控制层和数据服务层的不同进行模块化设计，通过这些模块在不同硬件服务器上的部署实现大规模的集中网络视频监控业务承载服务。4.1.4集中管理平台解决方案联网集中管理是网络视频监控的一个重要功能之一，在高清网络视频监控系统中同样如此。联网管理在一般可分为集中管理认证和多级多终端访问，数量众多的网络摄像机直接通过传输系统传回到“平安城市”指挥中心汇聚并进行集中管理，而其他下属片区的派出所分中心和其他相关的单位需要得到授权后到指挥中心访问“平安城市”系统的相关服务器并获取资源。由于视频数据流的传输特性不仅考网络交换设备的性能，更对为整个系统提供各种服务的管理平台服务器的性能是个考验，因此一套性能可靠的、服务功能强大的、基于模块化的高清网络视频集中管理平台是“平安城市”高清网络视频监控系统工程最重要的组成部分之一。集中管理平台需要对整个网络视频监控系统进行有效管理，同时能够承载各种不同的业务访问需求；集中联网管理平台的示意图如下：上述示意图主要对整个高清网络视频各个组成部分进行了一个划定，其中集中管理平台的主要组成部分有用户目录管理服务器、集中管理控制服务器、流媒体转发服务器、集中存储服务器以及报警电子地图服务器等，这些服务器各自担承载相关的监控服务功能，并通过有效的模块化机制进行信息交换，完成前端设备管理以及视频数据的处理等任务。各个模块可根据各自服务功能的不同可以灵活部署在相关硬件服务器上，下面将对每个服务器所承载的服务功能和部署进行阐述。用户验证目录服务用户目录管理服务模块是大中型网络视频监控平台系统中最重要一个核心组件，平台中的集中管理控制的模块、其他服务模块以及相关业务终端都要到用户验证目录服务模块这里进行用户访问认证、授权和获取信息参数。它可承担设备（或节点）的目录树管理服务，前端节点所有的摄像机、报警器和后端监视器统一编号；还提供用户和用户组的设定、浏览许可和权限分配，以及多级联网服务。集中管理平台是基于用户验证为核心的系统，某个用户的权限和优先级一旦设定，则此用户不论是在网络中的哪个地方登录，也不论使用IE、客户端或是管理中心登录，或者是通过视频转发，那么它的权限都是相同的。同时每个前端网点的本地验证可以根据需要是否受联网监控中心的管理。大型联网系统中，中心用户验证目录管理服务器一般采用专业服务器来实施，这样可以保证用户验证目录管理服务器的稳定运行。用户验证目录管理服务器和其他服务器之间的关系如下图所示：在“平安城市”系统中，涉及到海量前端设备管理和海量用户访问等信息交换，作为核心组成部分，用户目录管理服务器应当采用单独的专业级服务器进行部署，同时还可通过双机热备等方式来提升用户目录管理服务器的可靠性和稳定性。集中管理控制服务集中管理&控制服务器,主要作为整套系统的一个管理控制服务器，通过这台服务器可以对前端设备以及其他后端平台服务器模块进行工作状态和网络状态的监测；可对前端设备和其他软件模块进行远程参数配置、维护和升级的任务；也能够和前端摄像机进行双向语音对讲和监听等；可调用任意一个点位的图像以及其他辅助管理服务器功能。这台服务器在整个系统中的也可被看做是一台视频设备网络管理服务器，这台服务器负责一系列综合性的服务功能和管理功能，在大型高清视频联网监控系统中，集中管理控制服务器是必不可少的，但一般部署一台这样的服务器就可以，如果随着系统的扩容或者是服务需求越来越大的时候，可以进行副控服务器扩展，增加更多操作人员来进行管理和控制，特别是“平安城市”这类系统，可能会涉及到众多的二、三级分中心，这些分中心也需要针对各自区域的设备进行控制和一些常规管理等，所以管理控制服务器可根据不同的业务功能需求进行配置。目前本解决方案设计在平安城市指挥中心配置一台集中管理控制服务器。高清视频集中存储“平安城市”对存储要求比较高，不管是从物理区域分布还是从数据流量量都是巨大而且复杂的，这对存储系统的性能、稳定性、容量的可扩展性等方面都有很高的要求。近年来存储技术高速发展，存储设备性价比不断提高，海量存储系统具备了在视频监控行业广泛应用的基础，而且我公司根据目前网络视频监控，特别是高清网络视频监控系统的需求所提出的企业级的视频专用存储解决方案满足了城市高清网络视频监控系统的存储要求。存储容量分析本次城市高清视频监控系统中所采用的720P网络摄像机在满足优秀视频画质的情况下码流一般在2Mbps左右，一般设置为恒定2Mbps，那么一路720P每小时所需要的存储空间为：1路*2Mbps*3600s*24H=21.6GB存储架构解决方案我们设计采用一级监控中心进行集中存储，采用10台20TB的存储服务器分别存储，每台负责一部分，按照存储计划进行存储任务安排。每台平均负责的摄像机路数为70路，可保障视频数据的高速读写，单台服务器采用全专业服务器架构设计，充分考虑服务器的长时间持续运行，而且采用这种模式还可轻松进行扩展升级，这种存储模式提升了整个存储系统的稳定性和可维护性。流媒体转发服务对于高清网络视频监控系统来说，如何解决多路数视频管理、多用户访问、多业务终端承载一直是网络视频面临的难题，我公司针对网络视频监控的特点，结合多年来从事网络视频监控的宝贵经验，成功推出了稳定性极强的高清网络视频流媒体转发服务模块，将这个转发服务模块部署到网络服务性能比较高的专业服务器上，可提供大型网络视频监控系统的视频数据访问服务，一般4核处理器，双千兆网卡负载均衡，3GB以上内存级别的专业服务器的网络吞吐能力在400Mbps左右，理论上可实现峰值200路高清视频转发服务，当然我们不建议服务器一直满负荷运行，时间一长肯定会造成系统不稳定，因此我们建议每台转发服务器的同时并发数控制在100路是比较合理的解决办法。序号视频类型同时并发最低路数配置说明1720P，2Mbps/s100路专业服务器，4核CPU及以上，3G内存及以上，双千兆网卡及以上，支持网卡绑定2D1，2Mbps/S，1Mbps/s150路专业服务器，2核CPU及以上，2G内存及以上，双千兆网卡及以上，支持网卡绑定3DCIF，768Kbps/s200路专业服务器，2核CPU及以上，2G内存及以上，双千兆网卡及以上，支持网卡绑定4CIF，512Kbps/s400路专业服务器，2核CPU及以上，2G内存及以上，双千兆网卡及以上，支持网卡绑定以上性能指标目前非常稳定的是实测值，一般来说转发服务器的性能主要根据转发服务器的整体性能和稳定性有很大的关系，比较关键的部分是网卡和内存的处理能力，所以在设计配置转发服务器时需要特别考证其网卡和内存的性能和稳定性。在本解决方案中，针对平安城市高清视频监控的特点以及我公司管理平台软件模块化的设计，我们设计将流媒体转发模块分别部署到集中存储服务器上，通过两