高清视频监控系统
概述
随着社会的不断进步，安防监控行业也由过去的模拟视频逐步地过渡到现在高清的数字化视频。由于前期受到成本的限制，高清在视频监控行业一直未得到有效地应用，而现在芯片技术及压缩算法的发展，高清摄像机和高清视频编解码器正逐步得到应用和推广，高清视频监控系统提供的高质量视频图像，将为视频监控效果带来显著的提升，将监控行业带进高清数字时代。
（1）图像清晰度更高、细节更加清楚
（2）监控目标覆盖范围更广、提高监控效能
在高清监控技术构架下，单台高清摄像机能够相当于几台普通摄像机的监控覆盖面，且图像分辨率更高、信息量更丰富，因此采用高清监控可以非常有效的缩减系统规模，节省传输链路和设备，从而减少总体建设成本，高清监控技术将推动视频监控系统建设应用向着集约化、效能化转变。
（3）高清摄像机能实现数字PTZ功能
高清摄像机不仅提升了图像清晰度，使得数字PTZ功能得以体现，也就是在整幅大图像中对某个局部细节进行放大或移动。
（4）有利于图像识别和智能视频分析的应用
图像识别和智能分析技术一直未能得到业界普遍期待的大规模应用，主要原因是识别的精确度离用户的期待还有不小的差距，而图像的分辨率则是影响识别精确度的主要因素。
高清摄像机图像信息高清摄像机采用先进的感光器使图像细节更加清晰、更加细腻，逐行扫描方式可以给我们提供更好的图像质量，有效解决了隔行扫描带来的梳状模糊现象，给智能分析等应用提供了有利的前提条件。
系统架构
任何规模、任何形态、任何阶段的视频监控系统都可归纳为：由前端子系统、传输子系统、存储子系统和管理子系统组成。
功能
| 分级管理功能 在安防控制中心建设管理平台，对于远程访问和控制的人员，可以通过授权登录WEB客户端，实现对摄像机云台、镜头的控制和预览实时图像、查看录像资料等功能。 |
全天候监控功能 通过安装的全天候监控设备，全天候24小时成像，实时监控安全状况； |
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| 昼夜成像功能 采用红外模式摄像，可见光成像系统的彩色模式非常适合天气晴朗、能见度良好的状况下对监视范围内的观察监视识别；红外模式则具有优良的夜视性能和较高的视频分辨率，对于照度很低甚至0LUX照度的情况下具有良好的成像性能； |
高清晰度成像 部署高清晰度摄像机，采用高清晰度成像技术对区域内实施监控，有利于记录车辆、人员面部等细部特征。 |
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| 前端设备控制功能 可手动控制镜头的变倍、聚焦等操作，实现对目标细致观察和抓拍的需要；对于室外前端设备，还可远程启动雨刷、灯光等辅助功能。 |
报警功能 系统对各监控点进行有效布防，避免人为破坏；当发生断电、视频遮挡、视频丢失等情况时，现场发出告警信号，同时将报警信息传输到监控中心，使管理人员第一时间了解现场情况。 |
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| 集中管理功能 在监控中心可实现对各监控点多画面实时监控、录像、控制、报警处理和权限分配。 |
回放查询功能 有突发事件可以及时调看现场画面并进行实时录像，记录事件发生时间、地点、及时报警联动相关部门和人员进行处理，事后可对事件发生视频资料进行查询分析。 |
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| 电子地图功能 系统软件多级电子地图，可以将区域的平面电子地图以可视化方式呈现每一个监控点的安装位置、报警点位置、设备状态等，有利于操作员方便快捷地调用视频图像。 |
设备状态监测功能 对于系统前端节点为网络摄像机，软件平台能实时监测它们的运行状态，对工作异常的设备可发出报警信号。 |
| 网络子系统
该部分是视频监控子系统的重要组成部分，也是保障前端网络摄像机图像本案中采用树型网络架构，可视工程的规模大小构建二层网络架构或三层网络架构。 建议在非超大规模的视频监控系统建设中，优先采用二层网络架构，以减小数据的转发、中继环节，优化网络，使数据传输更安全、高效。 视频监控系统95%以上的数据流是单向传输，方便数据的汇聚收集和管理；其次，该网络架构更有助于将故障点影响最小化，在系统故障排查、检修时不会波及其它区域监控设备上传输，可将系统检修模块化、区块化；另外，在施工及系统扩充时也会给项目带来极大好处，即该架构有较好的扩展性，可将就近的网络摄像机通过同一网络设备间内接入系统，安装调试的工作量大大降低，也为工程建设节省了大量的管线成本。 |
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网络设备
网络中链路带宽利用率最高约80%，其中20%作为包头数据的开销。如：100M端口作为视频（数据）传输最大速率为80Mbps，且网络端口带宽使用率一般在60-70%左右。 为使数据传输安全、高效，接入层设备需求百兆带宽，上联带宽不低于千兆带宽；核心交换机交换容量建议大于等于所有数据流量总和的4倍，使之具有足够强大的峰值数据交换能力和留有足够的系统扩充空间。为保证整套系统稳定的运行，要求每台网络设备均采用工业级网络产品。 |
网络带宽需求（采用H.265编码，码流减半） 网络带宽主要考虑前端接入交换机带宽和中心整体网络传输带宽，前端高清摄像机接入带宽需求如下：
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存储子系统
| 存储要求 存储的图像数据采用全高清模式，录像数据保存30天。实际系统建设可按照不同区域的要求设定储格式和存储时间，但需考虑后期系统扩容或升级的预留空间。 存储的图像数据可通过网络接口以时间、通道等方式进行检索，允许多用户同时检索、调用录像。 存储模式选择 存储子系统是为监控点提供存储空间和存储服务，采用嵌入式NVR存储的存储架构，为用户提供录像检索与点播。嵌入式NVR可部署在监控中心，也可部署在前端汇聚点。嵌入式NVR直接从前端设备或者通过流媒体服务器取流进行存储，存储架构及数据流通方式如图。 |
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建造成本低
采用嵌入式NVR存储，具有多写少读的特性，使用监控硬盘就已经可以满足需求；嵌入式NVR采用专用的软硬件系统，根据监控应用“量身订做”，降低了功耗，提高了运行寿命和稳定性；嵌入式NVR对运维人员的技术要求相对不高，大大降低了后期运维成本。
存储可靠性高采用嵌入式操作系统，不会因病毒等原因导致无法使用或者异常关机重启，确保系统高可靠性；采用就近存储、快速存储、分散存储的策略，保证数据尽可能早的存储，有效规避网络异常等问题，把单点故障的风险降到最低。
数据安全性高采用磁盘预分配技术，保证在硬盘循环记录过程中，杜绝文件碎片的产生；采用独有的文件保护技术，支持目录区冻结保护，可彻底解决由于断电断网引起的文件系统不稳定甚至文件系统损坏而导致的监控服务停止、数据只读或丢失等故障问题；基于特有的文件系统，将多路并发随机访问变为顺序访问，优化写策略，同时减少由硬盘磁头工作时频繁长距离寻道带来的性能下降和寿命下降的问题；支持非工作硬盘休眠技术，一方面延长硬盘寿命，另一方面也可降低整机功耗；支持硬盘smart预警技术，在硬盘彻底损坏之前提前预警，同时录像切换到下一块硬盘录像；支持硬盘分组管理、通道配额设置，冗余录像、重要录像文件保护等机制，在提高数据安全性的同时，可针对实际应用提供更加灵活的配置和管理机制。
设备选型
数字硬盘录像机（NVR）是目前应用最为广泛、技术成熟的网络摄像机接入和存储设备，针对NVR录像存储做了很多创新和努力，旨在提高录像数据的安全性、可靠性，延长磁盘使用寿命。
1、磁盘预分配技术在传统的磁盘读写操作中，创建/删除文件不仅需要修改分区表，还会产生磁盘碎片。独特的磁盘预分配技术在写录像时采用索引进行文件管理，覆盖录像操作不涉及文件的删除和创建，让磁头只在数据区划动，而不进入核心FAT表区，即使突然断电等意外现象发生，磁头伤及盘片，也不会导致整块硬盘损坏，大大增强了数据的可靠性。不存在频繁地删除、新建操作，保障硬盘长期运行不产生磁盘碎片，大大提升文件的写入、读取速度。NVR存满后可自动覆盖起始空间，以实现无人干预的情况下持续录像。
2、 S.M.A.R.T技术业界首家引入S.M.A.R.T信息报警机制，利用磁盘自身的S.M.A.R.T信息判断磁盘的运行状况。能在发生故障以前，了解磁盘的异常信息，最大限度地保护数据，使数据可能丢失的几率降到最低。错误盘自动跳过，不影响不终止录像，更新盘自动加入录像过程，无需人工调整。
3、 非工作盘自动休眠业界首家引入非工作盘休眠技术，既能节约大量电力资源，又能大大减少机内热量，提升整机的稳定性，延长硬盘的使用寿命。
| 存储容量计算（H.265编码在H.264编码基础上减半） 单个通道24小时存储1天的计算公式∑(GB)＝码流大小（Mbps）÷8×3600秒×24小时×1天÷1024。高清1080P(1920*1080P)格式 按2Mbps码流计算，存放1天的数据总量2Mbps÷8 × 3600秒 × 24小时 ×（1天）÷1024＝21GB， 30天需要的容量∑(GB)＝42GB×30天＝618GB |
存储设备配置计算 磁盘容量损失：4TB SATA硬盘由于进制关系，实际可用容量为3725.3GB；4000/1.024/1.024/1.024=3725.3GB 格式化损失：为8%-10%； |
管理子系统
概述
社会资源接入视频监控管理平台通过整合各部门的监控资源，实现监控图像信息的共享，同时为指挥调度、治安防控等提供实战业务应用和和服务，平台整体设计思路如下：
1、视频图像资源整合联网
基于遵循标准规范体系与安全保障体系要求，将各类治安监控、道路监控等各类图像资源统一整合到平台中，实现图像信息的汇集、管理、处理等功能，并根据各警种、各部门针对视频图像的共享需求，实现图像/图片按需、实时和快速上传下调。
2．各警种实战业务应用
充分利用视频资源，开发完善针对不同部门、警种的图像综合实战应用界面，实现各警种的“单点登录、多业务应用、个性化扩展”，为各警种、各业务提供丰富的实战应用功能，如：视频巡逻防控、视频侦查破案、视频可视指挥等，基本满足各部门、警种对视频图像信息的应用需求，让视频成为公安的实战利器，提升实战应用效能。
平台组成
社会资源接入视频监控管理平台主要包括视频业务应用平台各部分功能模块组成：
社会资源接入视频监控管理平台，是基于GB/T 28181标准要求，将各类视频图像资源进行整合接入、联网共享及运维管理，实现图像按需、实时、快速和安全的上传下调，并充分利用视频资源，开发完善针对不同部门、警种的图像综合实战应用。
平台主要功能模块如下：
系统管理中心
系统管理中心是整个平台的核心组件，负责所有系统资源的管理、配置、认证，提供统一的分级配置及查询界面；提供平台的用户管理、权限分配、统一用户认证及鉴权服务；提供日志管理、自动化任务管理、电子地图管理、跨网域访问管理等平台管理服务；提供B/S客户端、C/S客户端、移动客户端的登录管理、信息获取和消息转发服务；提供报警管理、报警联动配置功能，支持报警消息的接收、分发、联动及处理；提供平台对接服务接口，方便第三方平台对视频业务的集成接入。
平台功能
人机界面
平台人机界面友好，遵循易用原则，具有易懂的提示信息，同时提供丰富的操作快捷键，辅助用户快速操作，快捷应用。此外平台还支持批量配置功能，实现系统配置管理的便捷化。
简易门户
简易门户作为公安视频综合实战应用平台的展示主页面，是视频应用的入口，将分散的各个视频监控应用进行了整合，并可自定义创建、接入第三方应用，同时实现了统一用户认证，用户只需单点登录即可使用所有应用系统，省去以往用户 频繁在多个系统间重复登录的不便，提升使用的便捷性，并且大大降低了多系统用户管理的压力，使后台维护管理更加有效简单。
门户具体功能如下：
支持对平台门户页面进行个性化设置，包括标题、背景、字典项等。
支持对应用进行个性化设置，包括排序、显示或隐藏等。支持创建接入第三方应用。
支持在门户中进行公告的发布，发布内容包括主题、内容、发布对象、有限期限等，发布后进入门户可查看具体内容。
提供应用相关的工具软件下载服务，可自定义添加第三方应用工具软件。
一机多屏
视频监控结合GIS地图应用后，系统展示的信息将大为丰富，为了将这些信息完整的展示给用户，操作工位支持一机多屏的协作工作模式，支持第一屏为地图操作相关功能，第二屏为视频浏览相关功能。
基础视频应用
在整合现有视频信息资源的基础上，系统面向一线实战单位提供视频基础应用功能，解决基层民警在视频应用中最常见、最普遍的问题，实现视频资源应用的规模效应。
视频预览
支持B/S客户端,C/S客户端,移动客户端进行视频监控。
| 1、多窗口支持 支持1、4、6、8、9、10、13、14、16、17、22、25画面多种规格画面的组合显示方式；支持自适应屏幕分辨率显示，16:9，4:3和满屏窗口显示等图像显示模式；支持双屏预览方式；支持视频通道的音频同步监听功能。 |
2、断线重连 支持预览失败，或者中途预览异常时，进行自动重连。保证异常恢复后的正常预览。 |
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| 3、即时上墙 支持预览上墙功能，开启后，自动弹出当前监控大屏的布局，可选择其中的一块显示屏，将当前预览的画面直接投送到大屏显示器上。 |
4、码流切换 支持监控画面的主、子码流切换功能。 |
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| 5、视频声音播放 可播放视频复合流，对视频、音频同时监控；支持实时音频播放，音量控制。 |
6、云台控制 提供全方位的云台控制方式，可通过云台控制面板，视频画面，键盘等方式控制云台。包括云台的旋转和自动扫描、镜头的变倍变焦、预置位的设置和启动、巡航轨迹的调用；支持模拟键盘、网络键盘以及PC机键盘的上下左右按键、鼠标方式实现云台控制可以对摄像机进行视角、方位、焦距、光圈的调整； |
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| 7、云台锁定 支持用户按优先级进行云台控制的功能，高优先级用户可以在低优先级用户使用时进行控制权的抢占或锁定，低优先级用户不能再使用，同级别的用户满足先到先得的原则获得控制权。高优先级用户对视频图像的控制权进行抢占后系统自动向低优先级用户发出提示信息。 |
8、电子放大 在高清监控时，需要对画面某区域进行放大监控，查看细节内容，如车牌，人脸。该功能能够对监控画面进行放大，以达到细节监控需求。支持实时浏览图像时的电子放大功能，在视频上直接进行框选操作，可以对框选区域的图像画面进行电子放大，放大到整个窗口。 |
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| 9、开关控制 还可以对摄像机的灯光、雨刷辅助设备进行开关控制。 |
10、视频参数设置 支持对图像亮度、对比度、饱和度、色度进行调整和设置功能。 |
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| 11、快捷键支持 支持多种操作快捷键，包括抓图，即时回放，全部停止，全部录像，抓录，全屏，全部抓图，解码上墙，云台操作，分屏控制等。能够有效提升操作体验。 |
视频轮巡
1、轮巡配置：
支持预览轮巡任务的配置功能，包括轮巡的画面分割、轮巡的时间间隔，轮巡的视频码流类型配置；可手动调用轮巡任务执行轮巡播放；支持轮巡任务的导入导出，可对轮巡任务进行导入和导出操作。
2、组内轮巡：
在指定的监控组别内，以固定的画面（1、4、9画面），按照设定的时间间隔进行图像轮巡显示，可用于组内摄像头比较多的情形。
3、分时轮巡：
各轮巡方案可作为单独的自动轮巡计划来执行，可设定自动轮巡计划的执行时间段，例如 从9：00到10：00，那么每到9点即可自动触发该轮巡计划执行，10点则结束轮巡。
录像回放
| 1、多通道常规录像回放 选择所要回放的通道、日期、时间段和录像类型条件，检索相应录像，检索到相应录像片段后，可进行录像的常规播放；支持多通道同时进行回放；录像类型支持计划录像、移动录像、手动录像、报警录像，不同类型的录像，会有不同的颜色区分。 |
2、回放显示 录像回放时支持1、4、9、16画面的回放显示方式；支持自适应显示、16:9、4:3和充满窗口显示四种图像显示模式；支持回放画面中屏显示和全屏显示两种显示风格；支持多画面同步或异步回放。 |
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| 3、回放控制 支持暂停、拖动播放、快放（2、4、8倍数）、慢放（1/2、1/4、1/8倍数）、单帧播放。以及多个窗口回放视频的时候同步、异步播放视频。 |
4、回放音频 支持回放时，带音频输出。 |
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| 5、快速定位 支持可缩放式时间进度条，定位方便，精确到秒级。播放时与绝对时间精确同步。 |
6、录像锁定/解锁 支持录像锁定/解锁功能，锁定后将不会被覆盖。 |
地图应用
电子地图应用，主要以GIS地理信息系统为核心，以服务于公安业务管理、信息共享和决策支持的可视化为目标，为公安用户提供资源图层、地图工具、资源标注、视频调用等应用功能，充分发挥GIS系统“一张图”可视化集成展示和空间决策分析方面的优势。| 1、多地图引擎支持 支持山海经纬地图、ArcGis地图、HIKGIS（不含地图数据）。 |
2、地图基础操作功能 支持地图漫游，放大，缩小，测距，测面，框选，打印地图，全屏显示，卫星矢量地图切换功能；支持地图鹰眼功能。 |
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| 3、聚合方式展示 支持地图点位的聚合效果展示，实现将地图上资源的展现设置在相应的图层之上，并且可以将同类型的资源统一为一个资源点来展示，解决了同一图层上面展现过多资源点的技术难题。 |
4、元素过滤显示 支持监控点的添加和分层展示； |
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| 5、资源导航功能 支持“资源类型条件”、“拼音首字母和多关键字”“地图内框选、圈选、多边形选”等方式对监控点资源进行快速搜索，支持搜索到资源后快速定位功能。 |
6、视频监控功能 支持在GIS地图上点击任意摄像机查看实时视频和录像回放，支持标清、高清动态视频播放，显示分辨率支持1920*1080、1600*1200、960p、720p、4CIF，播放帧率最高支持25帧全帧率。 |
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| 7、社会资源标注 支持在GIS上标注社会监控镜头，通过社会监控资源的标注可方便公安机关掌握公安自建监控资源和社会监控资源，扩展治安防控的资源获取方式，有利于加强治安防控力度。 |
系统管理
用户管理
1）用户登记注册：支持系统所有用户的登记注册功能；可详细登记用户信息：用户名、密码、用户级别、手机、Email、所属机构等。可对用户进行账户冻结，停用账号，并可以恢复；支持用户信息全网自动同步；
2）用户优先级管理：支持优先级管理，用于干线管理中进行云台权限抢占以及流媒体抢占。
3）用户权限配置：可针对任意用户进行精细化权限设置，比如可为每个用户设置对每个摄像头的权限（是否可以实时监控、录像文件点播、云台控制等功能）；
4）用户鉴权认证：登录管理平台的用户，都需要进行身份认证，以保证接入的安全性；所有用户操作都采用令牌机制，并对令牌进行加密；兼容公安PKI证书登录，支持MAC地址绑定登录、IP地址绑定登录等。
设备管理 支持设备、服务器、解码资源、视频综合平台的添加，删除；支持批量导入导出设备信息，支持监控点的经纬度坐标的批量导入导出；支持同步设备，同步设备通道信息，设备名称信息等；支持对于设备的远程配置，设备信息查看；支持服务器信息查看，远程配置，修改；支持视频综合平台信息远程获取同步；支持组织机构、监控通道的模糊查询。
录像管理
支持前端设备存储、嵌入式NVR、嵌入式CVR存储、云存储五四种存储方式；
1）录像策略配置：支持对本级平台所有存储设备进行管理，支持录像计划的配置，可对存储方式、存储位置、存储时间段、录像类型、码流类型等进行设置；可设置存储码流是否过流媒体；支持录像计划的一键下发功能。
2）录像锁定与解锁：支持录像文件的锁定，防止关键录像文件被覆盖；支持对指定通道和时间范围内的已锁定录像进行解锁。
干线管理
多人同时调用或控制同一个图像时可使用同一条干线，支持干线的锁定与抢占（云台抢占、流媒体取流抢占），即高级别用户在干线占满的情况下可抢夺低级别用户的图像调取权或云台控制权，保证高级别用户的正常监控，并向低级别用户发出抢占通知。
干线管理方式：支持最优路由选择、干线复用、干线锁定与抢占、抢占后处理和预留等。
报警管理
支持录像存储异常报警，支持报警联动配置与管理，支持客户端联动弹出图像、声音报警、真人语音报读、视频叠加报警文字以及联动录像、告警图像上墙、邮件通知、短信通知以及联动抓图等多种告警联动方式。
电视墙管控
1）大屏配置：支持自定义大屏布局、画面分割、解码资源分配等大屏配置功能。
2）大屏拼接：支持大屏拼接功能；支持大屏开窗、漫游等功能。
3）大屏控制：可选择任意监控点进行视频拖放上墙播放；支持回放上墙、报警联动图像上墙；支持本地桌面上墙；支持手动切换两个屏的输出显示。支持模拟键盘和网络键盘控制，支持模拟键盘和网络键盘，执勤人员通过键盘控制监控点上大屏。并控制大屏上的视频图像，实现抓图、云台控制、调用预置位功能。
4）大屏预案：可配置大屏轮巡计划，支持按计划执行视频轮巡上墙播放，也可手动选择预案进行上墙轮巡。
任务计划
任务计划主要用于平台设备校时、存储系统校时、设备重启、服务重启、监控点批量复位等任务。日志管理
支持操作日志、报警日志的查询与导出。
级联管理
1）基本功能：支持注册与发现、心跳检测、云台控制、实时监控、录像查询与下载、录像回放与下载等级联基本功能。
2）媒体保活：平台应支持媒体流保活机制，媒体流的接收和发送方基于RTCP进行媒体流保活，上级平台用户访问下级平台前端监控点实时视频或录像视频时，服务器上具有媒体流的保活报文，客户端异常退出时，超过保活时间，将切断码流推送，以防止出现客户端异常退出时，码流无法切断而占用媒体网关资源的情况。
3）资源同步：联网系统应支持上级平台目录查询功能，上级域可检索更新下级域平台的目录资源，进行上下级域平台之间资源的同步，同时当下级域出现设备增删等变动时，也可通过目录主动推送方式，主动向上级域推送组织，实现上下级域的资源实时同步。对于不同步的冗余资源信息给出异常提示，用户可进行清除操作。
4）时钟同步：按照国标GB/T28181要求，分别在视频专网和公安信息网内配备一台可以接收GPS或北斗等系统授时的NTP时间服务器，时钟精度应小于100ms。通过一网同步的方式实现全网设备校时。上下级平台间以及标准设备可通过SIP协议实现自动时钟同步，平台内各服务器、存储等设备可通过NTP协议实现自动校时功能。
5）权限控制：各级平台应当采用全域统一的授权策略，依据分区分域授权原则，对用户和摄像机资源根据所属警种、部门、行政区域、职级、类型等进行分类，据此对不同用户授予相应资源的访问控制权限。