平安城市综合视频监控系统
一．概述
随着我国经济实力的发展，城市区域不断扩大、人口增多、流动加快，各种不安全因素随之增多。由于经济发展的不平衡性，两极分化在我国国内也是越来越严重，社会存在着许多不安全因素。国际上，反恐形势严峻，不容乐观。
几十年来，虽然我国公安警力也不断增长，但不能满足实际需求。2005年伦敦爆炸案的所有嫌疑人全部落网的事实给我们很好的启示，视频监控等科技手段可以转化为城市安全的直接战斗力。实践证明，“综合监控”是解决城市安全问题的重要手段之一。为了国家的安宁，为了2008年奥运的顺利进行，国家启动了“3111”平安城市工程。
中国平安城市工程，其规模之大、投资之大、影响之大是前所未有的，也是举世瞩目的。工程具有极其显著的中国特，没有现成的模式，也没有统一的模式。微控科技作为一个方案提供商和产品供应商，更希望看到其效益之大，看到通过平安城市这样的大工程，为中国人民的安全做出贡献，使中国的综合视频监控产业得到一个发展的契机，我们这一代人的努力和智慧得到世人和后人的肯定。
几个月来，政府、社会和产业界一直在努力工作着，取得了许多很好的共识。到目前为止，“分区监视、集
中管理、统一协调”，“整体设计，分步实施，预留扩充”等指导原则被确定，“数字化、网络化”也获得共识，系统整体架构基本定型。本方案正是在这些原则之下，提供实现高效益的解决办法。仅供业界参考和指正。本方案的突出要点是：数字化、网络化、标准化、智能化、兼容性。
数字化、网络化----只有数字化易于组网、存储和使用，只有网络能实现广域和远程。
标准化----采用国际标准的MPEG4/H.264 编解码，避免非标准而造成的消耗和困扰。
智能化----大量视频监控的出路是自动化处理，只有视频智能处理和识别能实现自动化，体现监控的价值。
兼容性----要最大限度利用现有基础、系统和投资，现有监控系统和设备需要有一个平滑过渡的方法。
二．需求分析
某市某区作为平安城市的试点，需要新增视频监控点8000个，多数为分散分布的高速球机。该区原有公安等模拟CCTV系统27套，相关的DVR 120 台，需要加入到本系统。某区平安城市综合视频监控系统要求以省为一级监控中心，市为二级监控中心，区公安分局为三级监控中心，派出所为四级监控中心，治安监控点为五级监控中心。本工程为三至五级中心组网，实现综合视频监控功能，要求一半的监控点有存储视频图像15天的能力，各级监控中心有海量存储系统1至多套，可以选择性存储重要的视频图像，
投影大银幕1个。五级、四级多层监控中心设置64、128、256屏幕的电视墙，分别有256、512、1024路中心同时存储的能力。三级监控中心有两个，分别设在区政府和公安分局，要求所有监控中心均有对辖区的指挥调度功能。网络现有资源为百兆带宽。要求采用最佳方案，实现最大效益。
这是一个典型的城市综合视频监控系统。系统需求有如下明显特点：
实时监控和全程录像要求高：对于要求全程录像的监控点，采用和地理分布相适应的单/多路嵌入式DVR，本公司的嵌入式DVR  EDVR7XXX系列，体积小，适合野
外环境，可以承担此任。对于实时录像要求不高的视频监控点，可以使用性能更好的单/多路视频服务器VS 3XXX 系列和网络摄像机 EVS 4XXX 系列。
系统新增的高速球机：本公司的网络高速球 DVS 53XX 系列完全满足性能需求。现有的模拟CCTV系统：可以采用本公司的协议网关 PG9XXX 系列，实现模拟和数字系统的无缝连接。
现有的DVR系统：多数可以和本公司的综合监控平台兼容，少数不兼容的系统，建议改用本公司的NDVR 系列产品。
综上所述，视频监控前端的主要问题基本解决。
各级监控中心的综合管理：本公司的综合监控平台完全可以胜任。
中心存储的设备：采用网络海量存储器和本公司的录像服务器 DVMS系列可以满足需求。
各级监控中心的电视墙：采用本公司的虚拟矩阵完全满足需求。
各级监控中心的指挥功能：由于采用本公司的嵌入式设备均具有双向语音功能，完全满足语音指挥和音频监控的需求。
两个同级监控中心的问题：本公司的综合监控平台完全支持。
复杂的管理功能：由于采用了本公司的综合监控平台，多数功能为平台固有功能，少数功能可以在极短时间内完成开发，而且性能可以得到保障。
综上所述，监控中心的主要问题基本解决。
网络带宽如果固定在百兆，按照MPEG4/H.264的压缩率，只能传输实时CIF图像350路或D1图像70路。因此，1024路同时录像的需求只能将画质降到QCIF实时，或CIF 及D1非实时。
由于采用了本公司的流媒体服务器，网络运行架构是健壮的，系统前端设备运行有保障。
系统的主要瓶颈是网络带宽。
以上为网络资源的主要考虑。
三．方案设计
作为一个大的网络工程，最重要的是选择一个好的平台。INTERCTRL深圳微控科技有限公司自主开发的综合监控平台集成了目前国外顶尖几个主流平台的核心，在此基础上加入了本土化特，这个全新的平台健壮、高效、实用，是一个值得业界信赖的支撑软件。
根据视频监控的普遍原则和本系统特点，决定选用性价比高、功能强大的数字视频管理系统及其相关设备，组成强有力的视音频监控系统，实现网络视音频监控，并将报警系统和之无缝连接。微控科技的数字视频和安防前端系列产品皆自主研发，采用国际标准的编解码和精心定制的嵌入式操作系统，品质高、性能稳定，没有死机和病毒的问题产生。而且在视音频压缩码流的储存速度、分辨率及画质上都有很大的改善，以高性价比、实用可靠为特点，在国际同行中居领先地位。其综合监控软件平台和使用子系统流媒体服务器、录像服务器、虚拟矩阵、协议网关等具有底层健壮、接口规范、组合灵活、系统开放、逻辑清晰、大格局架构、兼容性强、界面友好等众多优点。微控科技的综合监控平台ICP 8000 系列的功能基本涵盖了平安城市的所有需求，性能稳定可靠。该平台支持各种模拟和数字视音频设备、报警系统、周界系统、门禁系统、对讲系统及无线系统，具有强大的监控管理功能。
微控科技的综合监控平台ICP 8000 系列具有以下优点，可满足本平安城市的总体要求：
控制工业的核心支撑软件，覆盖安防、建筑、工控、家居等多个领域；
兼容国内外数字/模拟视音频、报警、门禁、周界、对讲、无线系统；
智能识别，互联互控，连锁反应；
数字和模拟互补，前端和监控中心互补，网络主机/PC/嵌入式互补；
电子地图、自由组态、面向对像、虚拟设备、远程热机备份；
前端独立工作/中心调度监控/网络资源共享；
网络分布式文件管理；
基于网络、面向监控的综合平台；
国内外优秀系统结构和解决方案的组合和集成；
基于核心技术、基于底层、基于现有设备；
一体化技术责任，解决根本性技术问题；
大格局架构，分布式跨平台系统，支持B/S、C/S；
并行处理，网络均衡，流媒体服务；
稳定可靠，高可用性，支持多级远程冗余热备份；
详细的运行及报警记录；
易于客户化定制。
图1    微控科技综合视频监控系统
四．系统架构
根据客户需要以及实际操作的可行性，组成多层分布式系统架构模式，以总监控中心为核心，从下而上分级传输，从上而下分级控制。
监控子网处于整个监控网络结构的底层，在这一层根据需求设置视频监控点、报警点和使用逻辑，采集满足需求的高清晰或基本的视音频信号。监控子网通过网络设备和底层监控中心网络相连，将所采集的视音频信号传送到底层监控中心，然后逐层上传到最高层总控中心。
底层监控中心由于处于整个分布体系的底层位置，设置存储服务器，流媒体服务器，设置存储服务器的目的是中心录像，在系统靠前位置存储可以减轻网络的压力。提供对所监控的信号进行实时无损的高质量24小时连续录像的能力，并可以通过刻录等手段进行定期备份。设置流媒体服务器的目的是保护视频前端，转发视频流媒体，承受网络视频访问的所有压力。监控主机用于管理本层监控中心内部视频监控网络，对监控子网中各个视频编码器所采集到的视音频信号进行设置、控制，包括视频质量、音频质量、云台的控制以及录像的没置等操作。监控电脑用于职能部门和领导的日常巡视，配备无线的笔记本电脑或掌上型电脑作为移动监控点。
各层监控中心电视墙通过网络虚拟矩阵和视频监控点相连接，将其所监控到的视频画面通过电视墙显示，可可使用于日常监控以及突发情况下召开紧急现场会议及实行现场指挥。
底层监控中心通过本地网连接所有监控设备，最高层、总监控中心通过专网或宽带网的若干路由和底层网络互连。平安城市的基础网络是专网，而不是资源和性能不易控制的公共网。
总监控中心是整个分布式监控系统中的核心，处于整个网络结构的核心层，总监控中心主要是集中视音频信息，保持通道畅通。主要的反应层和管理层是区县级监控中心。区县级监控中心和底层监控中心相比，增加了中心管理服务器，中心管理服务器所负责所有监控服务器和监控点的分配，即具体调配系统资源，如监控服务器负责哪几路视音频编码器上传，而每个监控点又从哪个监控编解码
器来获取所需要获得监控的视音频信号，当然也包括智能识别系统和电视墙信道分配，设置控制逻辑，管理设备和所有分布的录像文件。
通过多层分布式的管理架构和流媒体服务器组网，将网络带宽的需求降到最底，即每个监控点并不是直接到视频编码器获取视音频，而是直接从管理服务器所分配的流媒体服务器上去获取，这样就避免了当发生多个监控点同时获取一个视频编码器所采集的信号时，对此视频编码器的上行网络带宽要求非常高的局面，只需在最底层视频监控服务器的上行带宽进行一定保障即可。本方案系统结构可以保障在网络瘫痪的情况下，系统仍有基本监控能力。整个网络的结构图如下：图2    平安城市综合视频监控网络拓扑图
图3    监控中心网络拓扑图
1、监控中心
监控中心主要设备如下：
流媒体服务器：采用微控科技 SVS 762Q , 支持2000个监控客户端连接；
录像服务器：采用微控科技 DVMS 6900R，每一台服务器支持32路同时录像；
视频工作站：采用微控科技 DVMS 6900，每一个工作站支持16路画面监控选择；视频识别工作站：采用微控科技 DVW 7200，每一个工作站支持8路视频识别；
虚拟矩阵：采用微控科技 VIS 3200，支持4-256路电视墙；
数据采集工作站：一台PC机运行数据采集软件；
其它配套设备：如数据库，管理工作站等，和现有网络管理设备复用。
图4    底层监控中心网络拓扑图
2、底层监控中心
底层监控中心主要设备如下：
流媒体服务器：采用微控科技 SVS 762H , 支持200个监控客户端连接；
录像服务器：采用微控科技 DVMS 6900R，每一台服务器支持32路同时录像和回放；
视频工作站：采用微控科技 DVMS 6900，每一个工作站支持16路画面监控选择；虚拟矩阵：采用微控科技 VIS 3200，支持4-256路电视墙；
视频识别工作站：采用微控科技 DVW 7200，每一个工作站支持8路视频识别；
编解码器：将模拟视频和数字视频转换，可根据实际情况选择路数，如本方案的16路；
DVR：对分布集中的视频监控点（摄像机/云台），可以采用微控科技的NDVR系列和嵌入式DVR系列，路数为1路，4路，6路，8路，16路，32路；
视频服务器：对分布分散的视频监控点（摄像机/云台），可以采用微控科技的视频服务器系列，路数任选；
其它配套设备：如数据库，管理工作站等，和现有网络管理设备复用。
3、功能监控点
根据总体设计，在本地专网/INTERNET的任意点，经过授权和配置可以成为视频和数据的监控点，对设备没有特殊的要求。
五．方案的核心特点
1、全数字网络视频监控
20多年来，视频监控系统经历了从第一代百分之百的模拟系统（VCR），到第二代部分数字化的系统（DVR/NVR），再到第三代完全数字化的系统（网络摄像机、视频服务器、DVX）三个阶段的发展演变。第三代数字视频监控系统以视频压缩、传输、存储和播放为核心，以网络为拓扑，以智能实用的图像分析为特，引发
了视频监控行业的技术革命，受到了学术界，产业界和社会的高度重视。微控全数字网络视频监控系统以全新的视频编码技术和网络控制技术为核心，使得长期以来困扰大多数用户的远程监控等关键性问题得以解决。
本方案采用的技术是全数字网络监控技术。以数字模拟兼容，视频服务器，嵌入式DVR、网络存储，虚拟矩阵，流媒体服务器等为主要设备，监控范围不受区域限制，数量不受限制，结构灵活，更加实用。
2、标准视频编解码方式
基于远距离的网络视频监控一个重要的难题就是视频码流的大小，过去监视系统之所以不能实现远距离监视和智能识别，就是监控的视频码流较大，不符合国际标准，需投入大量的金钱用于网络的改造，现在，微控科技的H.264/MPEG4视频服务器和DVR，DVX，DVMS采用最先进的标准视频编码技术解决了该问题。
由于采用先进的MPEG4/H.264视频压缩技术。压缩比和帧率可调，图像压缩比率400-900：1，传输质量非常理想(最高可达30帧／秒，分辨率为DVD级（704*576），每通道只占据32K-2M带宽，还可以通过降低帧数来减小网络带宽——当每秒传输为5帧时，带宽只占用60K。这种很高的图像压缩比可以适应于在窄带上的传送。
无论是和同族的视频压缩算法MPEGl和MPEG2相比，或是和ITU的H.263算法相比，H.264／MPEG4算法对视频数据的压缩率都占有明显优势，这对于有效节省视频监控中宝贵的IP带宽资源具有巨大的优势。ITU(国际电信联盟)推出的MPEG4 /H.264的图像编解码标准。在同样图像质量的情况下，MPEG4 /H.264编码数据量仅为H.263的50％左右，而且对网络传输具有更好的支持功能，MPEG4 /H.264能适应于不同网络中的视频传输，支持不同网络资源下的分级编码传输，从而获得平稳的图像质量。H.264不仅可以使用在窄带上(带宽小于64Kbps)，还可以灵活的扩展到高质量、高清晰度的宽带卜。这就保证可以满足不同用户的需求。随着网络技术的不断发展，MPEG4 /H.264的使用已经越来越普遍，成为了视频编码最新标准。微控科技的数字视频设备不是自称或号称的H.264，是完全符合国际标准的，可用官方和公用H.264播放器。
本系统选择国际标准MPEG4 /H.264编码作为首选方式。监控系统的视频编码采用H.264方式，保证较小带宽下非常好的动态视频效果，并攻克了网络不稳定下画面的流畅播发这一业界公认的技术难题。
3、多级分层分布式结构体系
全数字化技术是构成分布式系统的根本所在，正是由于全数字化的技术的全面使用，使整个监控系统的体系结构发生了根本性变化，从编码器开始，到流媒体服务器．系统监控平台，已经从传统的一个复杂而庞大的信号传输、控制、矩阵、存储等系统转变为标准的IP网络，稳定且具有管理特性的计算机网络，使得整个监控网络数字化、网络化、模块化、标准化、智能化。
分布式计算机控制。系统由中心服务器软件平台、各级流媒体服务器和视频编解码器组成，通过网络连接构成蹩个监控网。视频编码器独立完成某一区域的控制或实现某一控制功能，当系统要扩大规模时，只需在某一地市的视频监控服务器增加管理一个监控点即可，所以监控点的多少几乎没有限制且不增加系统的复杂性，系统配置十分灵活，扩展性好，极易实现大区域的监控。整个系统采用并行连接的模式，某一视频编码器本身的设备故障不影响其他视频编码器的正常工作，体现系统整体的高可靠性。
3d综合版在监控中心设置流媒体服务器集，单台容量为支持数百上千路视频监控信