某學院二期監(jiān)控項目是為完成二期新建園區(qū)全高清視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)建設，同時對一期原有模擬監(jiān)控系統(tǒng)進行接入整合，以實現(xiàn)新監(jiān)控系統(tǒng)對整個視頻安防系統(tǒng)的統(tǒng)一控制。

　　需求分析

　　一期園區(qū)采用了傳統(tǒng)的模擬矩陣+DVR的構建方式，共128路前端點位，采用D1分辨率。一期園區(qū)所有監(jiān)控點攝像機輸出通過同軸電纜(少量采用光纖)接入到現(xiàn)有安防中控室DVR上，然后由DVR環(huán)回輸出接入到矩陣上。所有云臺攝像機均通過矩陣RS485輸出進行控制。

　　二期新建教研樓、學員宿舍、命題中心、動力中心和后勤樓共5棟主體建筑，每棟建筑物內(nèi)均需要安裝高清數(shù)字監(jiān)控攝像頭，同時對園區(qū)重要交通路口和場所設置高清點。二期監(jiān)控中心設置在教研樓三段一層消防控制室，對一期、二期園區(qū)內(nèi)任一點視頻監(jiān)控圖像均能實現(xiàn)查看調(diào)閱等控制。在教研樓3樓頂層安裝三臺高清數(shù)字攝像機實現(xiàn)二期校園180°圖像拼接。

　　二期教研樓總建筑面積23361.5平方米;地下局部1層，地上3層, 建筑高度17.6米。學員宿舍總建筑面積4859.43平方米，地上4層。命題中心建筑面積8715.8平方米，地上4層，建筑高度17.7米，主要功能為會議討論室、學員宿舍、餐廳及配套用房。動力中心建筑面積2909.13平方米，地上2層，建筑高度12.80米。后勤樓建筑面積1194.05平方米，地上2層，建筑高度9.5米，主要功能為后勤人員宿舍、餐廳、廚房及儲藏等。

　　二期新建園區(qū)監(jiān)控方案

　　某學院視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設主要包括兩個部分，一是二期新建5棟建筑物及園區(qū)高清數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的建設;二是對一期原有模擬監(jiān)控系統(tǒng)接入改造。

　　二期整體方案設計

　　二期視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案(如圖1所示)采用全數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)，前端采用高清IP Camera，包括槍機和半球，后端采用專業(yè)磁盤陣列IPSAN，以及高標混的視頻監(jiān)控平臺，不僅能夠實現(xiàn)對新建二期園區(qū)監(jiān)控前端的接入，也能實現(xiàn)對一期原有標清系統(tǒng)的接入。新建設系統(tǒng)需采用數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)，分辨率為1280×720@25fps。系統(tǒng)需采用雙碼流高清IP Camera，存儲流和實時流帶寬分別為4Mbps和8Mpbs。同時系統(tǒng)平臺具有高清圖像180°拼接功能。

　　消防控制室設計方案

　　在消防控制室配置的設備包括3×3大屏、高清解碼器、3臺操作客戶端、磁盤陣列及擴展柜、視頻管理服務器，iMC網(wǎng)絡管理服務器、網(wǎng)絡核心交換機系列、以及其他應用服務器(如門禁、消防)。

　　消防控制室配置的設備還包括1臺視頻管理服務器，1臺iMC網(wǎng)絡管理服務器，三臺客戶端PC機(一臺用于180°全景查看，兩臺用于安保人員調(diào)閱)，1臺核心交換機，9臺DC1801高清解碼器，3臺磁盤陣列。存儲按照每路視頻流4Mbps，存儲30天容量計算(如圖2所示)。

　　核心交換機通過光纖連接到各棟大樓的弱電機房安防專業(yè)交換機，同時通過光纖接入園區(qū)內(nèi)高清IPC。

　　如圖3所示，所有樓宇內(nèi)的二層弱電間布置接入層交換機，完成對各個樓層高清IPC的接入，然后通過SFP光纖匯聚到教研樓三段首層的消防控制室。

　　教研樓設計方案

　　教研樓一、二、三段的二層弱電間分別布置一臺接入層交換機，分別接入各段教研樓內(nèi)的高清IPC和標清編碼器，標清編碼器用于接入電梯間模擬攝像機。接入交換機匯集后統(tǒng)一傳輸?shù)浇萄袠侨问讓拥南揽刂剖?如圖4)。

　　在教研樓財務室，配置一臺單獨的槍型攝像機，同時配置一部雙鑒探測器，支持報警系統(tǒng)和視頻監(jiān)控聯(lián)動。

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以覆蓋教研樓的借閱室、檔案室、研究生資料室、教務資料室、文件室等重要場所門口。

　　在教研樓二段三層設置三臺高清IP Camera槍機和一臺高速球機，實現(xiàn)校園全景180°圖像拼接功能。每個槍機都覆蓋大約70°~ 90°的視野，調(diào)整槍機的位置和角度，使每個鏡頭所選擇的畫面基本處于一個水平面上，畫面之間存在20% ~ 30%的重疊區(qū)域。

　　根據(jù)選擇重疊區(qū)域中某些特定參考點來做為后臺軟件處理的參考值。通過專利視頻處理算法，將三幅圖像經(jīng)過后臺的軟件處理方式，去除重疊區(qū)域，進行畫面調(diào)整，呈現(xiàn)出完整的180°視野，讓用戶不會感覺到明顯的拼接痕跡。由于整個180°的視野實際上是由三個60°左右的畫面拼接而成，最大程度的消除了畫面畸變。此外，通過設置一臺高清快速球機，使球機的云鏡控制和全景畫面聯(lián)動配合，即全景畫面上點擊哪里，球機就快速聚焦定位的哪里，既兼顧了全景視野，又保障重點區(qū)域的清晰度。[nextpage]

　　其他樓宇設計方案

　　其他樓宇包括動力樓、學院宿舍、命題中心、后勤樓，所有樓宇在二層弱電間放置接入層交換機，接入樓宇內(nèi)高清IPC設備和編碼器。標清編碼器用于接入電梯內(nèi)攝像頭。接入交換機匯集后統(tǒng)一傳輸?shù)浇萄袠侨问讓拥南揽刂剖?見圖5)。

　　園區(qū)監(jiān)控設計方案

　　園區(qū)監(jiān)控點采用星型組網(wǎng)結構，由教研樓三段首層消防控制室核心交換機通過SFP的光纖接口，將高清IPC接入到系統(tǒng)內(nèi)。在一些室外重要點位布置云臺和紅外燈(如圖6所示)。

　　一期園區(qū)接入方案

　　一期園區(qū)采用了矩陣+DVR方式的標清監(jiān)控系統(tǒng)，未來能夠充分利用既有設備資源，需要對原有系統(tǒng)進行兼容接入，保證在二期消防控制能夠查看一期監(jiān)控圖像，并訪問一期歷史存儲圖像數(shù)據(jù)。具體兼容接入方案如圖7所示。

　　如圖7所示，為了能夠在二期消防控制室調(diào)閱、查看一期的實時及歷史數(shù)據(jù)，需要在一期安防室增加一臺交換機，將一期所有的16路DVR設備接入，目前一期共有128路圖像，共有8臺16路DVR，因此配置一臺16口交換機即可完成接入。匯聚后的數(shù)據(jù)通過一期新增交換機光口接入到二期核心交換機上面。在二期新增一臺接入服務器，負責將DVR兼容接入到新系統(tǒng)中。

　　整個系統(tǒng)的工作過程描述如下：(假設某一用戶需要調(diào)看一期某路數(shù)據(jù)圖像，或歷史畫面信息)。

　　第一步：用戶將通過PC操縱客戶端向視頻管理服務器發(fā)送信息;由視頻管理服務器將信息轉發(fā)為指令發(fā)送給代理服務器;由代理服務器將指令轉換成DVR能夠識別的命令發(fā)送給一期對應DVR設備。整個控制流如上圖橙色虛線所示。

　　第二步：該DVR接收到命令后將相應端口的實時數(shù)據(jù)(或者歷史圖像)通過網(wǎng)絡發(fā)送給代理服務器;然后由代理服務器將視頻流進行封裝，然后再轉發(fā)給所需的客戶端;客戶端接收到相應的數(shù)據(jù)后調(diào)用DVR解碼的SDK，將圖像解碼后呈現(xiàn)給用戶。整個數(shù)據(jù)流見上圖紅色虛線所示。

　　考慮到配置的服務器性能，最高能夠支持到同時轉發(fā)、分發(fā)64路圖像，如果128路圖像同時轉發(fā)需要2臺服務器。

　　系統(tǒng)工作原理

　　本方案采用了高性能IMOS智能監(jiān)控平臺解決方案，其系統(tǒng)邏輯圖如8所示。

　　各部分組成與工作原理如下。

　　視頻采集部分

　　完成視頻信號的輸入功能，視頻源除了包括各種固定攝像機、半球攝像機、球形攝像機、高速智能球機等前端模擬攝像器材設備外，還包括IPC網(wǎng)絡攝像機和編碼器。

　　與通常的視頻編碼器不同，該方案應用到的監(jiān)控媒體終端同時具備視音頻接入及編碼、網(wǎng)絡接入和iSCSI存儲寫入功能，可以完成監(jiān)控信號的視音頻輸入，把模擬的視頻、音頻信號(如攝像機、麥克風等視音頻源信號)進行數(shù)字化和壓縮編碼，形成IP數(shù)據(jù)包，利用網(wǎng)絡傳送到指定的目的地址，既可以進行實時查看，滿足實時監(jiān)控的需求，也可以直接基于iSCSI寫入IP SAN存儲設備進行信息保存。此外EC還具備豐富的網(wǎng)絡接口，除支持標準電口外，還支持SFP光纖接口和EPON無源光網(wǎng)絡接口等。[nextpage]

　　傳輸及交換部分

　　完成視頻流的傳送及交換功能。由于IMOS方案基于IP構建，IP網(wǎng)絡可同時具備傳輸和交換的功能。傳輸及交換部分包括路由器、接入交換機、核心交換機。為了構建高品質的監(jiān)控專用IP網(wǎng)絡，本案針對網(wǎng)絡監(jiān)控特性對安全接入、QoS保障和組播支持進行了充分的優(yōu)化，可實現(xiàn)視頻流的無阻塞交換，確保圖像的清晰度和實時性，并具備高度的安全性、天然的可擴展能力和靈活性。

　　存儲部分

　　完成視頻數(shù)據(jù)的存儲功能。隨著監(jiān)控應用的不斷深化，大量視頻信息經(jīng)常需要進行一定時期的存儲。如何進行海量存儲?如何實現(xiàn)這些海量信息的共享?IP SAN存儲技術無疑是最好的選擇。視頻音頻存儲主要功能是接收EC編碼器和IPC發(fā)送過來的基于TCP/IP iSCSI 存儲視頻數(shù)據(jù)流，并存儲起來;向PC客戶端(虛擬解碼器，Virtual Decoder)提供實際的VOD點播視頻流數(shù)據(jù)流和視頻數(shù)據(jù)下載服務;接受數(shù)據(jù)管理服務器DM的管理等。所有的IP SAN存儲設備可以根據(jù)需求靈活的部署在不同的監(jiān)控中心，但都可以通過數(shù)據(jù)管理服務器實現(xiàn)統(tǒng)一的管理。

　　顯示部分

　　視頻顯示部分完成視頻信號的解碼及輸出顯示，這部分主要包括監(jiān)控媒體終端，還包括電視墻、多媒體大屏幕、調(diào)音臺、功放等模擬視音頻設備。

　　監(jiān)控媒體終端同時具備視音頻解碼、輸出和網(wǎng)絡接入功能，可以把來自前端EC監(jiān)控媒體終端傳送過來的組播IP 數(shù)據(jù)包進行數(shù)字化解碼，還原成模擬視音頻信號后輸入到電視墻、大屏幕、調(diào)音臺、功放等模擬視音頻設備。

　　此外，IMOS方案還提供客戶端軟件。該軟件可以通過視頻管理服務器對監(jiān)控媒體終端的輸出進行靈活的控制，實現(xiàn)數(shù)字矩陣的功能。同時內(nèi)置軟件解碼工具，支持多路視音頻信號的軟解碼，使得用戶可以直接在PC上對監(jiān)控內(nèi)容進行實時查看或歷史回放查看。客戶端軟件可以接收系統(tǒng)產(chǎn)生的各類報警并加以直觀顯示和聯(lián)動，還同時支持GIS地理信息系統(tǒng)方便用戶操作控制。

　　控制及管理部分

　　這部分完成對所有監(jiān)控設備、業(yè)務的管理及控制，包括視頻管理服務器、視頻代理服務器等組件。其中視頻管理服務器是iVS方案的管理中心和控制中心，它的授權用戶可以在任意一臺PC管理終端上完成全網(wǎng)的設備管理、資源調(diào)度、云臺控制和硬解碼輸出控制，所有的控制指令由它集中處理和發(fā)送。通過視頻管理服務器，可以很容易的實現(xiàn)對iVS方案的集中管理。

　　控制流程環(huán)節(jié)

　　控制環(huán)節(jié)

　　首先管理員通過視頻監(jiān)控客戶端的業(yè)務控制界面，選定編碼器下的攝像機為視頻源，客戶端和解碼器下的電視為顯示設備。

　　業(yè)務申請?zhí)峤恢螅曨l管理服務器通過SIP協(xié)議，向編碼器下發(fā)指令：按照指定格式編碼后將媒體流發(fā)送到某組播地址上;向客戶端件和解碼器發(fā)送指令：在某組播地址上接收媒體流，視頻監(jiān)控客戶端和解碼器向交換機發(fā)送IGMP報文，加入組播組，交換機上即刻建立轉發(fā)表，用于組播報文的轉發(fā)。

　　視頻采集

　　攝像機采集圖像后，以模擬視頻信號方式傳送給編碼器，或者由網(wǎng)絡攝像機直接采集編碼。編碼器(或者IPC)進行A/D(模擬到數(shù)字)轉換，使用內(nèi)部的專用芯片，編碼壓縮為高分辨率的視頻媒體流數(shù)據(jù)，使用組播報文的形式發(fā)送到視頻監(jiān)控專網(wǎng)。

　　傳輸環(huán)節(jié)

　　接收端的DC(解碼器)只要使用IGMP申請加入對應的組播組，就可以接收到特定攝像機的組播媒體流數(shù)據(jù)，經(jīng)過解碼器的解碼，然后進行D/A轉換，就可以將現(xiàn)場圖像實時的還原到監(jiān)視器上。如果不使用DC，也可以通過客戶端接收組播媒體流，通過計算機的軟解碼，直接顯示到計算機的顯示器上。

　　視頻監(jiān)控專網(wǎng)的交換機通過專用交換芯片，根據(jù)轉發(fā)表對IP報文進行高性能轉發(fā)，組播報文被復制到監(jiān)控客戶端和解碼器所在的端口，而其它端口上沒有這些組播報文。

　　顯示環(huán)節(jié)

　　解碼器接受到流媒體組播報文，使用內(nèi)部專用解碼芯片將壓縮過的視頻信息解碼，并進行D/A(數(shù)字到模擬)轉換，將高效還原后的模擬圖像實時送到監(jiān)視器上顯示出來。

　　視頻監(jiān)控客戶端接收到流媒體組播報文后，調(diào)用高效的軟件解碼軟件，利用CPU的多媒體處理功能將壓縮后的視頻信息解碼，將模擬圖像通過顯卡的數(shù)字VGA接口輸出到顯示器上顯示出來。在實時播放的過程中，支持圖像的抓拍、錄像，并可以將本地抓拍和手動中心存儲到存儲設備中。此方案實施效果較好，功能較強，操作方便。