目前，无论是在全球，还是在中国安防市场，视频监控的数字化进程都在迅速发展中，在这种大的环境背景下，新的安防项目必然要进行传统安防仿真系统与数字化安防系统的比较，在性能和成本权衡中选择适合自己的解决方案。而对于数字化安防系统，其最大的特点是智能化、网络化和高清化，其更利于系统的集成和综合管理。

　　根据我们企业20多年安防系统的应用发展来看，伴随着新技术发展的同时，安防系统发挥作用的需求也在不断地提升。从最初的保障生产过程的产品安全，到目前要求能清晰地看清员工作业和操作细节，需求已从图像记录发展到图像录像回放能看清楚具体的操作人员，这些变化都促使我们在新建项目中，对系统的性能和功能作深入的调研，确定较佳的安防系统解决方案。

　　网络摄像机特点

　　在安防系统的数字化进程中，产品设备从视频编码器到网络高清摄像机都是以技术不断创新来适应个性化需求。视频编码器将仿真摄像机信号经编码(双码流 MPEG-4)变成数字信号传输, 视频信号高达 4CIF 实时25FPS。高清网络摄像机则将编码、智能分析前置，集成于前端摄像机，以降低传输带宽和服务器的压力，图像的质量达到720P/1080P高清标准。在标清视频中，一路图像的码率为512K~2M，而高清视频中，一路视频的码率为4M~20M，这些性能又对录像存储提出了新的要求和挑战，也对视频专用网络的性能提出更高的要求。

　　网络摄像机分辨率

　　分辨率的高低是判定图像清晰度的首要条件，网络摄像机的分辨率最低是720P，它的像素数大约是CIF的9倍，而1080P的像素数大约是CIF的20倍(分辨率对比表见表1)。百万像素高清网络摄像机的发展也可以说是一日千里， 130万、200万、300万、500万像素产品都已陆续上市，为了能确实掌握事件细节，能够呈现“清晰”且“无死角”的影像画面，人们在不断追逐着“高清”的发展脚步。

　　CCD和CMOS传感器

　　按感光组件划分，网络摄像机也可分CCD和CMOS两种。成像方面，在相同的像素下，CCD的成像通透性、明锐度都较好，色彩还原、曝光都满足基本标准。但CCD网络摄像机成本较高。由于CMOS传感器响应速度比CCD快，因此CMOS更适合高清监控大数据量的特点，成本也较低。目前，大多数高清网络摄像机都采用CMOS传感器，许多厂商都在不断改进CMOS高清网络摄像机对照度要求高的问题，使CMOS传感器在高清网络摄像机中得到更广泛的应用。

　　编码方式

　　在视频监控系统中，视频压缩方式主要有M-JPEG、MPEG-4、H.264三种，同等的图像质量条件下，H.264的数据压缩比MPEG-4高1.5~2倍，H.264压缩后的容量只有MPEG-4 的20%，这意味着相同的存储容量，H.264的存储将是MPEG-4的5倍。而高清网络摄像机都具有这三种视频压缩方式，可根据不同的定位配置不同的编码方式。例如，将较低码流的H.264视频压缩格式的D1图像传向原端，给客户进行实时的监看。同时，将H.264视频压缩格式实时或抽帧图像传入存储服务器进行录像，另外还可以在报警的时候传输JPEG的图像，便于事后进行放大确认，寻找可疑的对象等。

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　　智能分析功能

　　在高清网络摄像机中已实现的智能分析功能有：视频遮挡与视频丢失侦测，视频变换侦测、视频模糊侦测、视频移动侦测、物品遗留识别、人群运动及拥堵识别等等。这些功能不仅与高清网络摄像机的智能分析功能有关，还与第三方管理平台软件的功能有关联，这些智能分析功能进一步应用，更推进了高清网络摄像机的应用发展前景。

　　网络摄像机选用测试对比

　　鉴于高清的意义与视频监控系统发展趋势。在2011年上旬，我单位选择了多款主流的720P网络摄像机，通过在生产工序的实际应用与测试，将720P网络摄像机的实际使用效果与仿真摄像机的图像效果进行对比，在同一场景(照明效果一样，位置相同)，同样的计算器设备抓拍一张D1分辨率下的回放显示图像，与抓拍的720P网络摄像机图像效果进行比较，720P网络摄像机图像的码流分别选择1M、1.5M、2M等，1M 因720P的高清图像信息量较大，1M带宽会有部分信息丢失的现象，但得益于720P的高质量原始图像，画面效果与D1相当，略超过之;1.5M，码流达到1561kbps，说明720P信息量较多，1.5~1.6M带宽基本覆盖，此时图像略有变化则码流上升10%，此时，图像超过D1水平体现720P效果;2M以上720P信息更完美体现，细节越来越丰富;2.5~3M以上图像效果极其优秀，但录像容量太大。所以在现有条件下，录像码流考虑1.5~2M左右将是不错的解决方案，都体现出720P的图像水平。

　　当时选择了多家一线品牌的产品进行对比，其中包括安讯士、博世、松下、索尼、海康威视的720P网络摄像机，都是CMOS传感器件的720P网络摄像机。在1.5~2M左右码流，图像抓拍的效果都优于仿真D1图像。当然图像数据的容量也有所增加。安讯士产品的码流控制好一些，码流能控制在1M/S多。博世双码流功能较好，这样，在图像显示和存储时可根据需要选择不同的码流。 总之，这些品牌的视频图像质量都能满足目前印钞单位的实际需求，只须综合考虑系统设备的整体配置的性价比，以较合理的投资获得较好的系统效果。

　　系统总体设计

　　系统架构

　　前端高清设备所带来的视觉感官，只有终端管理平台方能呈现。如果没有配套的管理软件，客户往往无法实现对网络摄像机的管理，一般需要提供系统平台管理软件，或者按照平台对接方式提供相关协议实现对接，也就是说，对于高清网络摄像机的应用必须提供整体系统解决方案，它涉及网络传输、网络规划、视频存储、图像转发、图像上墙显示，幷可对高清海量图像数据进行智能化管理和检索等诸多技术解决方案。所以在企业新安防系统设计时，要设计选择网络视频管理平台，以此为主线，考虑网络结构，设备中心和控制中心的配置模式，因新工房是独立的多层建筑，设备控制中心设在建筑的二层，考虑这种结构和投资的因素，可选择分布式结构(系统拓扑图如图1所示)。

　　设备中心

　　新工房监控系统将设备集中配置于二层设备中心，主要包括存储设备和汇聚交换机，以及报警和门禁控制主机等。建议设备中心配置管理分终端，方便于设备调试和巡查监视。

　　控制中心

　　老监控中心需升级网络核心交换机，建议将数字视频管理平台设在老监控中心，以便于图像回放和检索。图像的显示也设在老监控中心，网络门禁控制主机也接入老监控中心门禁服务器，进行统一设防/撤防操作。

　　网络结构

　　新工房安防系统以安防专业网络为基础进行综合布线，因为网络摄像机信号交互，依赖于网络，网络视频监控系统就是通过网络进行视频监控系统部署和应用实现。网络环境是基础，一个好的网络环境，才能对网络视频的流畅性和实时性提供一个良好的保障。选用高清网络摄像机都可以采用三级网络结构，百兆接入交换机、千兆汇聚交换机和核心交换机。核心交换机采用双冗余双备份。交换机和链路之间为千兆交换，万兆链路，以便未来发展的扩展和冗余，构成安防专业网络结构，并充分考虑网络安全和冗余性。

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　　网络容量计算

　　接入网，新工房若采用720P网络摄像机，视频流码率4M，存储码率1.5M，码率系数为1.2，每路负载=(4+1.5) ×1.2=6.6M，按24口百兆埠计算，接入交换机的幷发流量为24×6.6=158.4M，按48口百兆埠计算，接入交换机的幷发流量为48×6.6=384M，设计采用千兆(双口)上联到汇聚交换机，带宽完全够用。

　　新工房视频流接入老监控中心，新工房若全部采用720P网络摄像机，视频硫码率4M，码率系数为1.2，每路负载=4×1.2=4.8M，407路视频流量=407×4.8=1953.6M, 新工房和老监控中心采用万兆链路,带宽完全够用。

　　存储容量计算分析

　　以新工房全部采用720P网络摄像机方案，计算系统存储容量，网络摄像机存储码率选择为每路视频2M/S，新工房407台摄像机，407路视频需存3个月：

　　407×2×60×60×24×90/8/1024/1024=755TB=378块2TB硬盘×20%损耗=454块2TB硬盘,

　　共计908TB，是海量存储。

　　若码率选择为每路视频1.5M/S，407路需存3个月：

　　407×1.5×60×60×24×90/8/1024/1024=566TB=283块2TB硬盘×20%损耗=340块2TB硬盘,共计680TB。仍是海量存储。

　　存储解决方案

　　根据上述存储容量的分析计算，可以看出，采用高清网络摄像机，将需要海量存储来匹配，若码流选择是2M/S，那么407路数字视频存储容量将达到近1000TB的需求，存储设备的投入成本非常大。若码流能控制在1~2 M/S范围内，重点视频码流达到1.5M/S，一般视频码流设置为1 M/S，同时对视频抽帧数，满足12~15帧要求，使整个存储系统的容量降低，充分考虑投入产出的效率。即使这样，存储设备的投入将依旧占到项目费用的1/3，幷成为数字视频整体解决方案的重要部分之一。而视频监控存储系统具有不同于其他IT系统的特点，其主要表现为：视频监控系统一般具有摄像头数量多，视频图像存储时间长，存储容量大特点，因此视频监控系统存储必须支持大容量，且容量具有高扩展性，满足长时间大容量视频图像存储的需求。视频监控存储信息的特点是：

　　· 视频监控存储信息是事后使用，写多读少;

　　· 除了数据读写时间长外，由于视频采集过程中，视频文件格式一般都不会发生变化，且码率基本保持恒定，因此视频监控系统的读写操作还具有码率恒定，也就是带宽恒定的特点;

　　· 数据读写操作的持续时间长。由于摄像头一般都是7×24 小时工作的，即使采集后视频数据采用分段保存，写入操作的持续长达8~24个小时，后期回放时也需要相同的时间。为了保证视频采集过程中和回放过程不会发生丢帧现象，存储系统系统中必须要有足够的带宽;

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　　针对这些特点，我们在设计存储方案时必须要考虑以下几个方面：

　　· 存储系统的IO性能;

　　· 系统未来的可扩展性;

　　· 存储系统的高可用性;

　　· 系统的安全性;

　　· 存储系统对其他厂家服务器操作系统的兼容性与标准;

　　· 系统的可维护性。

　　重点关注存储系统的可靠性和安全性设计。视频监控存储系统是监控系统的重要组成部分。首先数据的重要性毋庸置疑，服务器宕机或者网络损坏都可以修复，而数据丢失是无法弥补的，后果非常严重。任何一个系统的建设都需要考虑到存储系统的稳定性、可靠性，因此我们在设备选型和系统配置时，应该充分考虑到系统可靠性在今后系统运行时的重要地位。在考虑系统建设时，一方面应选择系统运行可靠性高、技术成熟的设备;另一方面，在系统设计和配置中应发挥系统的容错特性。

　　例如：磁盘数组产品在结构上及硬件组成上完全是冗余设计(如数组控制器、后端冗余光纤环路、电源、风扇、链路控制器、双口光纤硬盘等)，不存在单点故障，确保整套系统的安全运行。

　　· 磁盘数组可采用不同的RAID保护级别，保证用户的不同需求;

　　· 所有硬件均可支持热插入，保证系统应用的连续性;

　　· 系统数据高安全性，可根据用户的要求，完成数据的隔离或共享;

　　· 可通过增加应用软件来支持物理通路的冗余连接，以提高系统的安全性;

　　· 在控制器层实现控制器在线冗余替换，保证系统7×24在线运行;

　　· 控制器内的Cache实现实时系统镜像，保证数据的安全性交易和存储;

　　· 磁盘数组提供完善的磁盘错误检测机制，提供全局磁盘故障检测，在磁盘真正出现故障之前能够及时准确的将数据提前复制到热备磁盘中，确保了数据的底层安全存储。

　　· 存储服务器的冗余设计也是关键，因为每台存储服务器将接入64~128路视频(因产品不同，路数可能不同)，如果存储服务器有问题将影响上百路的视频录像存储，故障面很大，在视频管理平台设计和存储设计时要充分考虑这单一故障点问题，必须有相应的解决方案。建议采用N+M冗余策略，当N台服务器正在录像，中心管理模块定期向工作中的服务器发送心跳信号，其中某一台服务器出现故障，中心管理模块可以把该台服务器上连接的摄像机发送给M台备份服务器其中一台上，幷且启动备份服务器去接摄像机，切换过程的时间依据网络状况来定，在网络状况正常的情况下少于30秒。

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　　传统的视频监控系统采用独立存储系统是过去的技术限制,但是在考虑未来系统建设时应该是面向未来的, 也就是应该采用数字存储技术,通过集中式或分布式的存储系统实现信息的集中或分布式存储, 方便管理, 便于扩展,从而建设高性能, 高可靠, 高扩展, 高兼容的信息存储基础架构。IP-SAN和FC-SAN从性能上都能满足要求，但无庸质疑FC~SAN的性能更好，可用于重点视频的录像，以往的应用实践也已证明。

　　存储基础架构建议

　　服务器到磁盘数组可采用iSCSI链路或FC链路(链路参数对比如表2)。

　　· 采用NL-SAS盘作为大量的视频文件数据存储媒介，前端访问链路可采用IP SAN链路或FC链路;

　　· 对于核心数据库应用而言，应采用更加快速的SAS或固态磁盘作为数据库数据的存储媒介，以响应大量的数据库随机IO读写需求。前端访问链路必须采用FC链路才能保证整个数据库访问的性能;

　　· 建议对核心数据库数据进行基于不同磁盘数组的数据镜像，使得核心数据库数据实现冗余保护。通过此种保护措施，可使得整个系统的可用性、可靠性大大加强;

　　· 若采用ISCSI链路连接视频服务器和存储系统，则建议采用10000M以太网交换机作为连接模式;

　　· 若采用FC链路连接视频服务器和存储系统，则建议采用光纤存储交换机作为连接模式;

　　· 建议重点的视频存储用FC-SAN，一般视频用IP-SAN 。架构示意图如图3、图4所示。

　　系统管理平台和显示

　　前面已经谈到建立数字视频管理平台的重要性，数字视频的数字化、网络化、智能化等功能的特点，都因数字化的真正实现而使视频管理平台的建立更加的灵活，同时其技术的要求也更高，如数字视频的网络化对网络的安全、维护和管理提出高要求;智能化对平台管理软件的功能更是趋之若鹜;选择好视频管理平台对图像的录像、存储、回放、检索，以及视频分终端的控制、时钟同步、设备监测维护等都十分重要。我们在测试数字网络摄像机时，也借助《安全与自动化》和《安全工程商》杂志了解了各家的数字视频管理平台软件测试评价，以及用户的评价。选择中盛益华和睿捷两家公司的数字视频管理软件进行了解对比，与公司的技术人员进行技术沟通和交流，了解多路并发报警联动视频处理，如延迟问题解决方法，以及视频图像存储服务器的处理能力，平台软件的开放性等，两家的平台软件能接入各主流品牌的高清网络摄像机，操作接口简洁，集成功能较强，可按照用户的需求提供完整的数字视频管理平台解决方案。

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　　高清数字视频系统的显示同样重要，因新工房的视频图像显示暂时设在老监控中心，可考虑在控制室加设2台高清数字显示器。专门用于新工房高清视频显示。当新监控控制中心建成后，新控制室的电视墙功能应满足高清网络摄像机的显示切换需求。高清显示设备决定了高清视频监控系统最终的图像呈现效果。设备选择时，考虑显示大屏服务器支持几分屏，译码器的输出接口支持的分辨率是否达到1080P等。只有配置了合适的高清显示设备后才能称之为完整的高清视频监控系统。

　　结语

　　高清网络摄像机的应用将是大势所趋，因为它能实现我们的需求目标，看清楚人的脸。同时，纯数字化又为我们提供了更多的功能，如视频智能分析等。在写此文前，我们已开始对一线品牌的高清网络摄像机进行实地场景测试，安装了一台PoE网络交换机，先后接入了海康威视、松下、索尼、博世、安讯士等厂家的高清网络摄像机，通过浏览器进行了显示观看，了解图像清晰度，显示效果。从码流实测来看，好的图像质量码流都在4兆左右，这样存储的压力非常大，但图像的质量的确是质的飞跃。在工房看机台人员能很好地看清楚人的脸，完全是我们追求的方向。然而当前考虑到投资成本等因素，在新项目中720P网络摄像机是我们首选，随着存储技术和介质的发展，以及存储硬件成本的下降，如果今后要实现系统性能的升级，那么在不改变任何现有硬设备和布线状态的条件下，提升录像码流大小，即可以大幅提升系统的整体性能表现，仅需要增加一些硬盘存储即可。所以在本文中对关注的几个技术问题进行研究探讨，如高清网络摄像机的实际码流大小选择，存储的容量和解决方案、管理平台的选择等，希望能与大家进行共享，以便继续应用探讨。

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