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网络高清视频监控系统 标准化解决方案时间：2021-10-09
目 录 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，海康威视从系统的先进性、可靠性、实用性等方面出发，推出了一套集前端采集、后端存储、上墙显示及应用管理于一体的网络高清视频监控系统标准化解决方案。 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。 对旧系统的整合程度不高：新建视频监控系统与原有系统之间难以融合，原有监控资源利用率低，造成资源浪费。 1.3 需求说明 根据现状分析发现原先系统存在众多弊病，用户为解决上述问题，提出以下需求：
系统应达到高清视频的采集、传输、存储、显示； 系统需全IP化，从而实现灵活组网，便捷管理； 降低视频码率，提高视频预览的效果； 系统应具备灵活、可靠的存储方式； 实现高清视频解码、拼接控制、开窗漫游显示等功能的一体化； 系统具备视频质量诊断功能； 从节省资源、降低成本的角度考虑原有系统利旧。 1.4 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。 1.5 设计依据
第2章 系统总体设计 2.1 设计目标 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；系统基于IP网络传输技术，提供视频质量诊断等智能分析技术，实现全网调度、管理及智能化应用，为用户提供一套“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。本方案主要实现以下目标： 建成统一的中心管理平台：通过管理平台实现全网统一的视频资源管理，对前端摄像机、编码器、解码器、控制器等设备进行统一管理，实现远程参数配置与远程控制等；通过管理平台实现全网统一的用户和权限管理，满足系统多用户的监控、管理需求，真正做到“坐阵于中心，掌控千里之外”。 实现系统高清化与网络化：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非常方便。 系统具备以下特征： 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，另外系统可接入其他厂家的摄像机、编码器、控制器等设备，能与其他厂家的平台无缝对接； 具备高智能化、低码流的特征：运用智能分析、带有智能功能的摄像机等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； 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，快速相应； 具备高度整合、充分利旧的特征：新建系统能与原有系统高度整合、无缝对接，能充分利用原有监控资源，避免前期投资的浪费。 2.2 设计思路 本方案的总体设计思路如下：
2.3 总体结构设计 2.3.1 系统逻辑结构 整个方案从逻辑上可分为视频前端系统、传输网络、监控中心和应用管理平台四部分内容，视频存储、视频解码拼控和大屏显示等内容在监控中心部分进行设计。另外，方案对系统利旧方面进行了简单说明，符合众多项目设计的实际需求。下图为系统拓扑图：
系统逻辑结构图 1.1.1 系统物理结构
系统物理结构图 前端部分：前端支持多种类型的摄像机接入，本方案配置高清网络枪机、球机等，前端网络摄像机将采集的模拟信号转换成网络数字信号，按照标准的音视频编码格式及标准的通信协议，可直接接入网络并进行视频图像的传输。 传输网络部分：传输网络部分主要是对前端接入到核心交换机之间的网络进行设计，前端系统通过光纤收发器等网络传输设备将新建前端网络高清摄像机连接至监控中心的接入交换机，再通过接入交换机将网络信号汇聚到中心的核心交换机，监控中心端的接入交换机负责PC工作站和NVR存储等设备的接入。 监控中心部分：监控中心采用NVR将高清视频图像进行存储，解决数据落地问题；配置视频综合平台，完成视频的解码解码、拼接；监控中心部署LCD大屏用来将视频进行上墙显示等。系统可将模拟摄像机、网络摄像机和数字摄像机都接入到视频综合平台，实现统一的管理平台、统一的切换控制系统和统一的显示系统，实现对整个系统的统一配置和管理。 平台部分：应用管理平台部署在视频综合平台的服务器板卡上，形成一体化的配置，应用管理平台可以对高清视频和用户进行统一管控，并且配置PC工作站进行预览、回放、下载等操作。 1.1 用户价值体现 该系统是以用户需求为出发点、用户价值为落脚点，并结合海康威视产品亮点进行组合设计，该系统的设计可带来以下几点用户价值，总结为“一项维护、两个便利、三类降低、四种效果”，具体如下：
第2章 前端系统设计 2.1 概述 海康威视视频监控前端系统可根据不同场景的不同需求，灵活选择合适的前端监控产品，既能满足路面固定点、路面可控点、出入口、室内等常规场景的监控需求，又能满足制高点、大场景的远距离、大范围和大视场的特殊场景的监控需求。海康威视网络高清摄像机，通过其全新的硬件平台和最优的编码算法，提供最高效的处理能力和最丰富的功能应用，旨在给用户提供更优质的图像效果、更丰富的监控价值、更便捷的操作管理和更完善的维护体系。 2.2 前端系统结构设计 前端摄像机选型应根据不同应用场景的不同监控需求，选择不同类型或者不同组合的摄像机，可以选择固定枪机与球机搭配使用、交叉互动原则，以保证监控空间内的无盲区、全覆盖，同时根据实际需要配置前端基础配套设备如防雷器、设备箱等以及视频传输设备和线缆。 针对具体监控点位的实际情况，摄像机、补光灯（选配）安装于监控立杆上，网络传输设备、光纤收发器、防雷器、电源等部署于室外机箱。监控网络摄像机前端部署结构如下图所示：
监控前端部署结构示意图 1.1 IPC结构特点 海康威视网络摄像机产品形态各不相同，每种产品形态采用科学、合理的结构进行设计，从结构上保证产品质量和监控图像质量。在以往结构设计的基础上，IPC还有以下几点突出的设计： 1.1.1 散热设计
据统计，电子设备的失效率有55％是温度值引起的。如果摄像机温度低10度的话，产品的使用寿命可以提高一倍。海康威视进行精密的散热设计，选用高效的散热材料，使摄像机的温升控制在较低的水平，工作温升比华南厂家低10度左右。 1.1.1 防水设计
海康威视拥有多项专利防水设计，防水性能优越；采用先进高效防水检测工艺，全系列室外摄像机产品出厂100%检测防水性能。 1.1.1 除雾设计
需要打开外罩调节镜头的防水型摄像机在湿度高且温差大的环境下，内部可能会起雾凝结；为解决起雾问题，海康威视在摄像机内部装有防水透气膜和干燥剂，能快速有效散走雾气。 1.1.1 防虚焦设计
海康威视所有定焦摄像机均采用高效胶质材料点胶锁死，所有变焦摄像机均采用专业校准技术矫正，有效防止镜头虚焦现象出现。 1.1.1 防刮擦设计
半球罩刮花后，红外光照射到刮痕处会出现漫反射，造成红外反光。海康威视全系列红外半球采用PC加硬半球罩，具备防刮花功能，有效防止红外半球反光现象。 1.1 IPC功能亮点 1.1.1 超低照度 海康威视摄像机采用业界高端传感器和DSP，具备很高的感光度，在光照条件极差的条件下也可获得色彩还原度较高的画面。
超低照度摄像机对比效果示例图 1.1.1 强光抑制 在夜间监控车辆道路、出入口等情况下，往往因为车光线太强严重影响视频图像质量，海康威视产品中广泛采用强光抑制技术来解决此种困扰，有效抑制强光点直接照射造成的视频图像模糊，能自动分辨强光点，并对强光点附近区域进行补偿以获得更清晰的图像。
强光抑制开启与关闭效果示例图 1.1.1 高清透雾 雾霾天气下，空气中的液滴和固体小颗粒使户外监控的质量降低，图像显得色彩黯淡、对比度低，一些重要目标的细节难以观察，视频监控的实用性受到很大影响。海康威视产品中网络高清摄像机和球机大多具备高清透雾功能，基于大气透射模型，区分图像不同区域景深与雾浓度进行滤波处理，同时融合图像增强技术与图像复原技术，获得准确、自然的透雾图像。
1.1.1 红外增强 针对夜间或光线不好的场景下图像质量差的问题，海康威视推出红外摄像机和红外球机，采用阵列红外灯使红外距离最远可达150米，并结合3D降噪技术可以获得清晰的夜间图像。
1.1.1 3D数字降噪 3D数字降噪功能能够降低弱信号图像的噪波干扰。由于图像噪波的出现是随机的，因此每一帧图像出现的噪波是不相同的。3D数字降噪通过对比相邻的几帧图像，将不重叠的信息（即噪波）自动滤出，从而显示出比较纯净细腻的画面。海康威视产品中广泛采用3D时空域联合降噪处理，结合准确的噪声强度估计算法，在光照理想、噪声较低时图像清晰细节没有损伤，光照不足时噪声明显抑制，图像细节大量保留，有效提升视频监控图像质量。
1.1.1 新一代宽动态 监控环境中常会遇到光线明暗反差过大的场景，利用宽动态技术，场景中特别亮的部位和特别暗的部位同时都能看得特别清楚。普通摄像机获取的是背景清晰但是前景较暗的图像，宽动态摄像机能获取前景和背景都清晰的图像。海康威视采用业界高端传感器并结合自主研发算法，海康威视新一代WDR基于动态范围达120db的多重曝光Sensor，采用局部亮度映射与图像增强相结合的处理算法，在逆光环境下能够清晰地保留暗处细节并抑制亮处过曝，大幅提升宽动态场景的图像质量。
1.1.1 SMART IPC特色功能 海康威视推出SMART IPC系列产品，包括网络高清枪机、网络高清筒机和网络高清半球，在传统IPC的基础上，又在智能编码、智能侦测、智能控制上取得了很大的突破，通过先进的编码技术、图像感知与处理技术等在保障甚至提高监控图像质量的前提下，大幅度降低视频码流，使得在有限的网络带宽的条件下传输高质量的视频图像数据，并且通过丰富多样的功通满足不同环境的监控要求，提升视频监控系统的智能化水平。
1.1.1.1 智能编码
1.1.1.1 智能侦测
1.1.1.1 智能控制
1.1 前端配套设施
监控点根据现场实际情况，可采用立杆安装、抱箍安装、壁挂安装以及吊杆安装等方式。其中抱箍、壁挂支架以及吊杆支架有成套产品，根据现场选择符合要求的产品即可。 室内摄像机的安装固定，根据摄像机型号和现场情况可采用壁装、吊装及角装等多种形式的安装支架，安装高度不低于2.5m。 安装在室外的摄像机，当可借助建筑物附着安装时，选用相应的安装支架来安装；若无合适的建筑物供附着安装，则需要选用视频监控专用立杆，安装高度应不低于3.5m。
室外摄像机的供电、信号等需要在室外进行汇集，需用专用的防水箱进行端接。端接箱内部安装架的设计充分考虑设备的安装位置，同时具有防雨、防尘、防高温、防盗等功能。不便于在立杆上部安装设备箱的，在地面设置设备机柜，其设计按照相关的规范标准执行，同时应具有防尘、防雨、防破坏等功能。
在摄像监控中，为了使夜间得到正常的监控图像，可选择采用一定的补光措施。补光灯的光源通常有LED、金卤灯、高压钠、白炽灯、氙气灯（HID）等。
对前端供电和控制部分，需要采取有效的避雷接地措施，充分保障前端的稳定性和可靠性。 前端监控的防雷接地主要从以下三个方面进行：
在直击雷非防护区的每个视频监控点均配置预放电避雷针，安装于监控点立杆顶部。提前预放电避雷针利用雷云电场周围电场强度向针尖发射高压脉冲特性，提前一定的时间引导雷电放电，不至于使局部雷云电荷积累形成过大的雷击强度，降低监控点雷击接闪强度和电子设备雷击电磁脉冲强度，提高了室外监控点的保护裕度。
电源防雷系统主要是防止雷电波通过电源对前端设备造成危害。为避免高电压经过避雷器对地泄放后的残压或因更大的雷电流在击毁避雷器后继续毁坏后续设备，以及防止线缆遭受二次感应，本系统对前端室外防水箱220V电源进线以及室外防水箱到摄像机的低压电源线路进行避雷接地。220V电源进线避雷标称放电电流不小于10KV，接地线缆建议不小于6mm2。
等电位连接是将正常不带电（或不带信息）的、未接地或未良好接地的设备金属外壳、电缆的金属外皮、金属构架、金属管线与接地系统作电气连接，防止在这此物件上由于感应雷电高压或接地装置上雷电入地高电位的传递造成对设备内部绝缘、电缆芯线的反击。监控点设备（含电源避雷器、控制信号避雷器）宜采用单点接地方式实现等电位连接，独立接地电阻小于10Ω。
系统设备建议采用集中供电，电源质量建议满足下列要求： 稳态电压偏移不大于±2%； 稳态频率偏移不大于±0.2Hz； 电压波形畸变率不大于5%。
前端监控系统中，视频信号的传输是整个系统非常重要的一环，关系到整个监控系统的图像质量和使用效果，因此要选择经济、合理的传输方式。目前，在监控系统中最常用的传输介质是同轴电缆、双绞线、光纤等方式，本方案前端系统以高清网络摄像机为主，大部分为网络传输方式，但是对于不同场合、不同的传输距离，应选择不同的传输方式。
从前端摄像机到接入交换机距离不超过100m的情况下，使用网络双绞线（下面简称网线）来传输，这种传输方式的优点是线缆和设备价格便宜。
从前端摄像机到接入交换机距离超过100m的使用光缆来传输，通过光纤收发器将电信号转成光纤信号进行传输，如下图所示：
1.1 适用场景描述 方案根据几种典型的前端应用场景，明确相应场景的前端设备选型说明，达到最优的视频监控效果，具体内容见以下章节。 1.1.1 路面固定点监控 1.1.1.1 主要应用场景 路面固定点的监控场景主要是固定的、小范围的，如监控区域内主干道上的路段和路口、停车场、大楼门口、外围周界、重点监控区域等固定监控场景。实际选型中，根据不同的场景及需求选择相应的摄像机。 1.1.1.2 前端选型说明 路面固定点推荐选择海康威视网络高清枪型摄像机进行监控，满足在覆盖范围内看清过往行人、车辆的行为特征和体貌特征；摄像机要达到IP66的防护等级，避免在雨天等环境下因为雨水或灰尘的进入；在晚上光线不足的环境下推荐采用超低照度功能或红外功能的网络高清枪机，保障夜晚等光线不足环境下的监控图像质量。 路面固定点推荐使用海康威视130万网络高清枪机DS-2CD4012F-(A) 或200万网络高清枪机DS-2CD4024F-(A)，镜头、支架等配件需根据现场环境和实际需求而定。 1.1.1.3 监控效果展示
1.1.1 出入口监控 1.1.1.1 主要应用场景 出入口监控场景主要是一些出入口，如大楼、超市、娱乐场所等出入口。实际选型中，根据不同的场景及需求选择相应的摄像机。 1.1.1.2 前端选型说明 出入口监控推荐选择海康威视网络高清枪机，摄像机要达到IP66的防护等级，避免在雨天环境下因设备进水而导致设备损坏或影响监控质量；在晚上光线不足的环境下推荐采用带红外功能或者低照度功能的摄像机，保障夜晚等光线不足环境下的监控图像质量；对于逆光环境，推荐选择带有超宽动态功能的摄像机。 出入口推荐使用海康威视130万网络高清枪机DS-2CD4012FWD或300万网络高清枪机DS-2CD4032FWD，镜头、支架等配件需根据现场环境和实际需求而定。 1.1.1.3 监控效果展示
1.1.1 室内监控 1.1.1.1 主要应用场景 室内监控的主要应用场景包括以下几种：楼道、电梯、走廊、大厅、办公区、重要房间、库房、地下室等。实际选型中，根据不同的场景及需求选择相应的摄像机。 1.1.1.2 前端选型说明 在楼道、走廊等固定室内监控场景推荐采用海康威视低照度、宽动态的网络枪机或者半球；在重要房间、库房等监控场景推荐采用红外半球或红外筒机；在大厅等室内大范围监控场景推荐选用高清半球；在光线不足或强光环境下推荐选用带有宽动态、超低照度等功能的红外摄像机，来保障监控图像质量。 室内推荐使用海康威视130万网络高清半球DS-2CD4112FWD-(I)(Z)或200万网络高清半球DS-2CD4124FWD-(I)(Z) ，镜头、支架等配件需根据现场环境和实际需求而定。 1.1.1.3 监控效果展示
1.1.1 制高点监控 1.1.1.1 主要应用场景 制高点监控的场景主要为在楼顶、塔顶、山顶等制高点处对所在范围内的整体的、大范围的监控。实际选型中，根据不同的场景及需求选择相应的摄像机。 1.1.1.2 前端选型说明 制高点监控推荐采用海康威视网络高清智能球型摄像机，或采用网络高清枪机加大倍率的电动镜头配合支持云台控制的一体化云台，电动镜头的焦距根据实际监控范围确定选配。设备需支持实时透雾功能，以应对各种复杂环境下的实时监控，同时摄像机要达到IP66的防护等级，避免在雨天环境下因设备进水而导致设备损坏或影响监控质量。 制高点推荐使用海康威视200万网络高清球机DS-2DF7286-(A)或配置有大倍率电动镜头和一体化云台200万网络高清枪机DS-2CD4024F-(A)，镜头、支架等配件需根据现场环境和实际需求而定。 1.1.1.3 监控效果展示
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