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第1章总体概述1.1设计背景从模拟到网络、从标清到高清，随着安防监控技术的不断发展，用户对监控系统的要求越来越高。目前为了解决监控系统的视频图像分辨率低、存储可靠性差、视频上墙显示复杂及系统管理性差等方面的问题，本方案从系统的先进性、可靠性、实用性等方面出发，提出了一套集前端采集、后端存储、上墙显示及智能分析于一体的网络高清视频监控系统解决方案。1.2现状分析随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控技术也有长足的发展，从最早模拟监控到数字监控再到现在方兴未艾的网络视频监控，发生了翻天覆地的变化。目前视频监控系统在应用中主要存在如下问题：系统管理性差、功能应用少：系统很难实现对设备的集中管理，较少有系统管理平台或者现有管理平台的管理性不强、功能少，多局限于视频的预览、回放等基础功能，不能对系统设备进行远程参数配置、状态检测、用户权限管理等。视频清晰度低、图像质量差：现有的视频监控资源多数是以标清图像为主，整体视频图像质量差，只能解决“看得见”，无法实现“看得清”，降低了视频资源的使用价值。系统组网性不强：模拟监控系统的组网和应用受地域限制的影响较大，管理性和资源共享性较差；另外系统的扩展性和灵活性较差，不利于远距离传输。视频码流大、画面不流畅：用户在预览视频图像时，会经常出现卡、顿等现象，尤其是视频码流高、网络环境差的系统，严重影响用户的业务应用。录像占用空间高、检索效率低：视频图像占用存储空间大，存储成本较高；且录像易丢失，经常查找不到，困扰用户。系统部署复杂、设备占用空间多：原系统解码、上墙、拼控等功能实现非常复杂，系统所涉及的设备部署不方便，同时会占用较多空间。系统维护不方便、故障响应不及时：系统缺乏对前端设备故障的自动侦测与预警，前端摄像机损坏很长时间也未及时发现。1.3设计原则本系统以“先进性、可靠性、实用性、经济性、扩展性”为基本原则，具体如下：先进性：采用成熟、主流的设备构建系统，系统建设充分利用当前最新的视音频、数据、网络等技术，充分兼顾需求和技术的不断变化，建设业内领先的高清视频监控系统。可靠性：系统硬件采用电信级的服务器及专业设备，对关键设备采取冗余备份措施，软件采用模块化、分层隔离的设计思想，确保整个系统长期稳定运行。实用性：系统的设计突出应用，以现实需求为导向，以有效应用为核心，以技术建设与工作机制的同步协调为保障，确保系统能有效服务于用户的工作需要。经济性：系统整体配置性能高，价格合理，建设成本和投入较低，同时方案考虑原有监控系统的利旧。扩展性：系统采用业界主流的硬件设备，提供标准的协议，具有良好的兼容性和通用的软硬件接口，可以全面兼容主流厂商的设备，并能为其他系统提供接口。1.4设计依据《视频安防监控系统技术要求》（GA/T367-2001）《民用闭路监视电视系统工程技术规范》(GB50198-2011)《安全防范系统雷电浪涌防护技术要求》（GA/T670-2006）《安全防范工程技术规范》GB50348-2004《信息技术安全技术IT网络安全》GB/T25068第2章系统总体设计本系统采用高清视频监控技术，实现视频图像信息的高清采集、高清编码、高清传输、高清存储、高清显示；本系统基于IP网络传输技术，通过智能视频分析服务器，提供包括功能介绍一、入侵检测；二、物品看守；三、物品遗留；四、翻越围墙；五、传送带检测；六、人流统计；七、超员检测；八、性别和年龄检测；九、徘徊检测；十、逆行检测；十一、烟火检测；十二、车流量统计；十三、传送带检测等等在内的智能视频分析技术，以实现全网调度、管理及智能化应用，为用户提供一整套“高清化、网络化、智能化”的视频图像监控系统，满足用户在视频图像业务应用中日益迫切的需求。2.1设计目标概述（1）构建统一的中心管理平台：本方案以建设高度稳定性、易于操作、易于管理和维护的监控系统为目标，采用高集成化、模块化的设备进行高效部署，构建统一的结构化、模块化的中心管理平台。中心管理平台可实现全网统一的视频资源管理，包括：a）全网统一的用户及其权限管理，b）前端高清网络摄像机、编解码器、控制器等资源的统一管理，c）远程参数配置的配置及远程控制等。（2）实现系统高清化与全网络化：本方案以建设全高清监控系统为目标，为用户提供更清晰的图像和细节，让视频监控变得更有使用价值；同时以建设全IP监控系统为目标，让用户可通过网络中的任何一台电脑来观看、录制和管理实时的视频信息，且系统组网便利，结构简单，新增监控点或客户端都将非常方便。（3）实现高度智能化的视频分析技术：本方案以建设高度智能化的监控系统为目标，为用户提供更智能、更高效、更精确的视频监控服务。本系统具备以下特征：（1）系统具备高可靠性、高开放性的特征：通过采用业内成熟、主流的设备来提高系统可靠性，尤其是录像存储的稳定性，另外系统可接入多个厂家的摄像机、编码器、控制器等设备，能与多个厂家的平台无缝对接；（2）具备高智能化、低码流的特征：运用智能视频分析提高系统智能化水平，同时通过先进的编码技术降低视频码流，减少存储成本和网络成本，减弱对网络的依赖性，提高视频预览的流畅度；（3）具备快速部署、及时维护的特征：通过采用高集成化、模块化设计的设备提高系统部署效率，减少系统调试周期，系统能及时发现前端监控系统的故障并及时告警，快速响应。2.2系统架构系统结构框图如下图所示：系统物理结构主要分为以下五个模块：（1）视频监控前端：前端支持多种类型的摄像机接入，本方案配置前端均采用高清网络摄像头（IPCamera,IPC），实现高清视频采集，同时为满足前端多种应用场景的不同需求，支持接入配置不同类型、不同功能的IPC。前端网络摄像机将采集到的高清图像按照标准的音视频编码格式（H264/H265）及标准的通信协议（RTP/RTSP/RTCP），可直接接入网络并进行视频图像的传输。（2）IP网络部分：IP网络部分主要负责对系统内包括网络摄像头、视频分析服务器等网络设备进行组网、图像数据传输、控制等任务。根据站点情况，前端网络摄像头可以或通过光纤收发器或直接接入汇聚到监控中心的千兆以太网交换机，视频分析服务器、客户端以及视频存储服务器直接接入该交换机。可根据站点具体部署的网络摄像机个数选择不同端口数量的三层千兆以太网交换机，构建摄像头图像数据网络组播数据源，以供视频分析服务器、视频存储服务器和客户端接收。（3）视频分析服务器：视频分析服务器负责对从网络摄像头组播来的监控视频进行解码、智能视频分析、目标数据库及分析服务定制等任务。视频分析服务器采用GPU+CPU的并行计算架构：视频解码任务部署在GPU上，实现多路、多码块高速并行解码；智能视频分析任务部署在CPU和GPU上，实现多路、多功能的高速视频分析；目标数据库以及分析服务定制等任务则部署在CPU上，由CPU负责维护、调度整个视频分析任务的高效有序执行。根据客户端定制的分析服务具体情况，一台视频分析服务器可支持接入8-12路视频的并行处理。其中，动目标检测为基础服务，用于对监控视频内的潜在目标进行提取，并按照制定的协议存入数据库进行管理。当接收到客户端的定制服务协议包后，可触发视频分析服务器中的其他服务，处理结果将以协议包的形式实时回发至客户端。（4）视频存储服务器：视频存储服务器负责实现对从网络摄像头组播来的监控视频进行存储，解决视频落地问题，同时向客户端提供回放、下载、检索等服务。根据视频存储服务器的配置情况，可提供1-3个月的连续视频存储。（5）客户端：客户端负责实现对从网络摄像头组播来的监控视频进行解码、拼接及部署LCD大屏用来将视频进行上墙显示的任务，并提供对系统内的网络摄像头进行远程配置、控制及用户注册等服务。客户端具备权限后，可通过网络对视频分析服务器提供的智能视频分析服务进行权限内的服务定制。当接收到视频服务器的处理结构协议包后，根据协议包实现局域网内的视频帧同步，并对可疑目标进行标注显示，同时触发声光电报警装置。客户端支持从视频存储服务器下载监控视频、检索等功能。第3章IP网络设计3.1概述网络的整体设计不仅关系到整个网络系统的性能，还涉及到未来网络系统如何有效地与新技术接轨以及系统的平滑升级等问题。本系统立足于满足高清视频接入、转发、存储、解码等需求，同时选择适合的有发展前途的网络技术，充分满足未来五年监控系统业务的需求。因此首先对监控系统网络的建网思路做一个整体规划，监控网络系统应考虑如下几个方面：（1）采用新一代、主流网络技术来设计监控网络，新一代网络技术往往能提供更高的性能，而且有更长的产品生命周期，便于维护。（2）传统的设计方法是按核心层、接入层分级设计，但是随着网络管理技术的进步和发展，网络设计向扁平型方向发展。（3）监控网络需要按照模块化、结构化的原则设计，便于今后扩充和升级。（4）针对网络的安全隐患，系统应通过多种安全措施保障系统的安全。3.2设计要求（1）网络传输协议要求系统网络层应支持IP协议，传输层应支持TCP和UDP协议。（2）媒体传输协议要求视音频流在基于IP的网络上传输时应支持RTP/RTCP协议；视音频流的数据封装格式应符合标准要求。（3）信息传输延迟时间当信息（包括视音频信息、控制信息及报警信息等）经由IP网络传输时，端到端的信息延迟时间（包括发送端信息采集、编码、网络传输、信息接收端解码、显示等过程所经历的时间）应满足要求：前端设备与信号直接接入的监控中心相应设备间端到端的信息延迟时间应不大于2s。前端设备与用户终端设备间端到端的信息延迟时间应不大于4s。（4）网络传输带宽联网系统网络带宽设计应能满足前端设备接入监控中心、监控中心互联、用户终端接入监控中心的带宽要求，并留有余量。（5）网络传输质量联网系统IP网络的传输质量（如传输时延、包丢失率、包误差率、虚假包率等）应符合如下要求：u网络时延上限值为400ms；u时延抖动上限值为50ms；u丢包率上限值为1×10-3；u包误差率上限值为1×10-4。3.3网络IP地址规划IP地址的合理分配是保证网络顺利运行和网络资源有效利用的关键，要充分考虑到地址空间的合理使用，保证实现最佳的网络地址分配及业务流量的均匀分布。IP地址空间的分配与合理使用与网络拓扑结构、网络组织及路由有非常密切的关系，将对网络的可用性、可靠性与有效性产生显著影响。因此在对网络IP地址进行规划建设的同时，应充分考虑本地网对IP地址的需求，以满足未来业务发展对IP地址的需求。IP地址规划原则：（1）唯一性：一个IP网络中不能有两个主机采用相同的IP地址；这就需要选择一个足够大的IP地址范围，不但能够满足现有的需要，同时能够满足未来网络的扩展。两个不同网络互联时应避免使用同一网段IP地址，以免造成IP地址冲突。（2）简单性：地址分配应简单易于管理，降低网络扩展的复杂性，简化路由表项。（3）连续性：连续地址在层次结构网络中易于进行路径叠合，大大缩减路由表，提高路由算法的效率；IP地址分配既要考虑到扩充，又要能做到连续。（4）可扩展性：地址分配在每一层次上都要留有余量，在网络规模扩展时能保证地址叠合所需的连续性。（5）灵活性：地址分配应具有灵活性，以满足多种路由策略的优化，充分利用地址空间。3.4VLAN规划VLAN就是虚拟局域网，随着视频专网中用户和终端设备大规模接入，网络广播的流量呈几何级数量增多，通过VLAN技术，把一定规模的用户和终端归纳到一个广播播域当中，从而限制视频专网的广播流量，提高带宽利用率。每一个VLAN在数据转发时，可以二层和三层方式实现数据转发，二层VLAN技术能将一组用户归纳到一个广播域当中，从而限制广播流量，提高带宽利用率。三层VLAN是基于IP协议，一组用户归纳到一个网段内，通过网关与别的组进行交换。在网络用户VLAN规划方面，一般可根据视频用户、前端设备、后台设备等所属的部门，以及具体的网络应用权限来划分。在具体VLAN规划中，应合理规划每一个VLAN中实际用户数量。一般规划VLAN资源参考如下几个做法：（1）VLAN1在所有设备上不启用三层接口地址，不使用VLAN1承载实际业务或者