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　　數(shù)字編解碼器部分

　　視頻編碼器主要將模擬視頻和控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻和控制數(shù)據(jù)流，同時(shí)還接入拾音器信號(hào)、手動(dòng)報(bào)警按鈕的報(bào)警信號(hào)，并可輸出繼電器信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)外部報(bào)警設(shè)備。

　　目前國(guó)內(nèi)外大型的數(shù)字安防項(xiàng)目(1500路以上)采用的視頻編碼技術(shù)主要以MPEG-2和MPEG-4為主的使用空間及時(shí)間冗余的技術(shù)，而H.264格式在機(jī)場(chǎng)的大型應(yīng)用案例少。

　　從產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化方面看，MPEG-2格式是最為標(biāo)準(zhǔn)和成熟的壓縮格式，雖然不是最新的標(biāo)準(zhǔn)，但各個(gè)廠家的不同產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)硬件的互編互解，而MPEG-4和H.264目前只能實(shí)現(xiàn)軟體的互編互解。

　　由于系統(tǒng)必須按期保質(zhì)完成，經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的招標(biāo)流程，最終選用了技術(shù)較成熟、產(chǎn)品穩(wěn)定、圖像質(zhì)量較好的MPEG-2編碼技術(shù)，系統(tǒng)采用MPEG-2編碼格式進(jìn)行視頻壓縮、視頻傳輸和視頻存儲(chǔ)，最高支持PAL制式下720×576像素，4CIF分辨率，25fps實(shí)時(shí)編碼，并可靈活向下調(diào)整。

　　在匯聚機(jī)房按照“同類型的攝像機(jī)接入同類型的編碼器”原則，將攝像機(jī)接入到視頻編碼器，然后通過(guò)安防網(wǎng)絡(luò)將視頻信息傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)視頻存儲(chǔ)服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)。

　　數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸

　　網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的基石，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)所有的視音頻、報(bào)警和控制信號(hào)通過(guò)獨(dú)立的視頻專用網(wǎng)絡(luò)傳輸，是一個(gè)集數(shù)據(jù)、視頻為一體的網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)中既有實(shí)時(shí)視頻碼流、錄像碼流、又有回放碼流，流量非常大，因此必須做好網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)。

　　安防網(wǎng)絡(luò)連接系統(tǒng)各類匯聚機(jī)房、核心設(shè)備機(jī)房及分控機(jī)房，如匯聚機(jī)房、聯(lián)合設(shè)備機(jī)房以及安全、供油、安檢、衛(wèi)檢、行李、邊防、海關(guān)、商業(yè)、消防、車庫(kù)、出入境等分控機(jī)房。網(wǎng)絡(luò)中接入的攝像機(jī)總數(shù)約為2200路，每路圖像的碼流為2Mbps~6Mbps，絕大多數(shù)圖像的碼流固定設(shè)置為3~4Mbps。所有攝像機(jī)的模擬視頻流量匯聚至相應(yīng)的匯聚機(jī)房?jī)?nèi)的編碼器轉(zhuǎn)化為數(shù)字流量，然后進(jìn)入安防網(wǎng)絡(luò)。

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　　采用三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即將網(wǎng)絡(luò)分為：核心層、匯聚層和接入層。以TOC為核心，TOC內(nèi)兩臺(tái)核心層交換機(jī)作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)核心，統(tǒng)一提供與各匯聚點(diǎn)和所有外部單位接入點(diǎn)的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換。模塊化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)使網(wǎng)絡(luò)的深化設(shè)計(jì)更為靈活，同時(shí)方便網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施和排障。

　　整個(gè)系統(tǒng)采用雙核心、雙鏈路設(shè)計(jì)，每臺(tái)匯聚交換機(jī)均通過(guò)雙光纖路由分別接入到兩臺(tái)核心交換機(jī)，有效避免單點(diǎn)失效，充分保證了設(shè)備間的互聯(lián)。同時(shí)系統(tǒng)還提供充分的冗余備份，一方面最大限度地減少故障的可能性，另一方面保證安防網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全網(wǎng)路由能快速收斂。

　　按照設(shè)計(jì)階段用戶需求分析，考慮到廣播風(fēng)暴的問(wèn)題，將用戶應(yīng)用類型分為：邊防、POS、門禁、航站樓進(jìn)出通道、安檢、登機(jī)橋、行李、飛行區(qū)、停車庫(kù)、電梯、道路、公共區(qū)域等12類，每種應(yīng)用相對(duì)較為獨(dú)立，且對(duì)應(yīng)攝像機(jī)的點(diǎn)位相對(duì)集中。按照機(jī)房布局的實(shí)際情況，在網(wǎng)絡(luò)上將以上每種應(yīng)用劃為一個(gè)邏輯區(qū)域(VLAN)，將應(yīng)用劃分為邏輯區(qū)域有以下優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)區(qū)域間的相對(duì)獨(dú)立，有利于區(qū)域內(nèi)部的故障隔離;便于實(shí)現(xiàn)基于區(qū)域的訪問(wèn)控制。

　　基于以上的邏輯區(qū)域劃分，同時(shí)結(jié)合三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)，將各個(gè)邏輯區(qū)域?qū)?yīng)到三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的匯聚層上，每個(gè)匯聚層設(shè)備上以及其所連的接入層設(shè)備上均只連接對(duì)應(yīng)應(yīng)用類型的終端。

　　考慮到碼流對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響，不僅設(shè)計(jì)采用了以組播為主的工作模式，每個(gè)匯聚機(jī)房到TOC聯(lián)合設(shè)備機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)都采用了全星型的雙千兆，部分為萬(wàn)兆鏈路，為數(shù)字系統(tǒng)的順暢的調(diào)用、存儲(chǔ)和回放提供了足夠的帶寬資源。

　　傳輸協(xié)議

　　考慮到系統(tǒng)存儲(chǔ)和調(diào)用的效率，設(shè)計(jì)在各匯聚機(jī)房和TOC聯(lián)合主機(jī)房之間的網(wǎng)絡(luò)采用了二層協(xié)議，保證了系統(tǒng)存儲(chǔ)的高效率，降低了延時(shí);同時(shí)在各監(jiān)控中心與TOC聯(lián)合主機(jī)房之間采用了三層路由協(xié)議。

　　視頻網(wǎng)絡(luò)從流量上來(lái)分析是一個(gè)典型的點(diǎn)到多點(diǎn)的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)流從編碼器發(fā)出給相應(yīng)的接受者(如NVR、工作站、解碼器等)。TCP/IP技術(shù)一般都是針對(duì)點(diǎn)到點(diǎn)的傳遞或者廣播的方式傳遞，對(duì)于這樣需多點(diǎn)傳送的數(shù)據(jù)傳遞方式，傳統(tǒng)的技術(shù)需將這些大量的流業(yè)務(wù)復(fù)制多份來(lái)發(fā)送，這樣對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)帶寬的消耗以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的壓力是可想而知的。組播技術(shù)不需服務(wù)器針對(duì)不同的目的地址復(fù)制多份相同內(nèi)容，然后交遞給網(wǎng)絡(luò)傳遞，它僅僅需要一份，由路由器、交換機(jī)支持組播的特性，去分別向加入了這個(gè)組播組的用戶傳送。當(dāng)然，所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須具備組播感知(Multicast Aware)的高級(jí)能力。

　　此外，網(wǎng)絡(luò)方案還在冗余、可靠性、網(wǎng)絡(luò)安全性及管理方面的進(jìn)行了考慮。

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[nextpage]　　海量數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)

　　不論是數(shù)字系統(tǒng)還是模擬系統(tǒng)，存儲(chǔ)(錄像)系統(tǒng)都是監(jiān)控系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，而性能優(yōu)良、穩(wěn)定的存儲(chǔ)設(shè)備是實(shí)現(xiàn)高可靠錄像的前提。

　　網(wǎng)絡(luò)視頻存儲(chǔ)服務(wù)器(NVR)主要負(fù)責(zé)前端視頻信號(hào)的存儲(chǔ)和回放。每臺(tái)NVR具備管理64路視頻的能力，根據(jù)錄像、回放比例按照7：3的要求，并適當(dāng)考慮余量，每臺(tái)NVR按照管理40路視頻來(lái)配置。需要強(qiáng)調(diào)的是，在本系統(tǒng)中客戶端對(duì)實(shí)時(shí)視頻的調(diào)用不經(jīng)過(guò)NVR服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)，這大大降低了NVR服務(wù)器的負(fù)載，避免NVR服務(wù)器成為系統(tǒng)瓶頸。

　　對(duì)于海量的數(shù)字視頻存儲(chǔ)負(fù)荷非常大，必須事先對(duì)帶寬進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，同時(shí)還需要計(jì)算實(shí)際所需要的存儲(chǔ)磁盤空間，并確定初步模擬測(cè)試方案，對(duì)磁盤存儲(chǔ)性能進(jìn)行測(cè)試，計(jì)算過(guò)程需要假定以下參數(shù)：存儲(chǔ)系統(tǒng)吞吐率、需要存儲(chǔ)的通道視頻數(shù)、每個(gè)通道的視頻碼流、視頻讀寫百分比、磁盤存儲(chǔ)空間需求計(jì)算等，計(jì)算方式為：存儲(chǔ)空間=通道數(shù)×碼流×保存時(shí)間。例如20個(gè)通道，每個(gè)通道碼流3Mbps,計(jì)劃保存30天。則：20×3Mbps×3600s×24×7/8=4.5TB，由于每個(gè)攝像機(jī)的場(chǎng)景隨時(shí)變化，碼流也是動(dòng)態(tài)的，因此磁盤空間計(jì)算會(huì)存在少量偏差。

　　在以上實(shí)際所需的存儲(chǔ)容量基礎(chǔ)上，還必須考慮到文件系統(tǒng)的開(kāi)銷及組成RAID的開(kāi)銷，通常以上兩種開(kāi)銷將分別占裸容量的10%左右。

　　DAS、NAS、SAN及ISCSI是目前主流的存儲(chǔ)技術(shù)，經(jīng)過(guò)充分的技術(shù)比較和測(cè)試，考慮到本期CCTV對(duì)性能和容量的要求，所以選擇了FC SAN存儲(chǔ)，采用分布與集中相結(jié)合的多個(gè)SAN區(qū)域網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)方式，即存儲(chǔ)設(shè)備集中在一個(gè)聯(lián)合設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)，而服務(wù)器對(duì)存儲(chǔ)的訪問(wèn)采用的是分布式的方式。NVR通過(guò)SAN方式訪問(wèn)磁盤陣列，每個(gè)用戶類型采用一臺(tái)存儲(chǔ)及兩臺(tái)SAN交換機(jī)的接入方式，每臺(tái)NVR均通過(guò)兩個(gè)4GB的光纖鏈路分別接入SAN網(wǎng)絡(luò)的兩臺(tái)SAN交換機(jī)，最大限度保證存儲(chǔ)鏈路冗余，使得應(yīng)用系統(tǒng)能夠滿足性能，不會(huì)出現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)間性能沖突，安全性也可以保障，同時(shí)可用性也得到體現(xiàn)。

　　應(yīng)用軟件及接口

　　軟件是數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心，尤其是實(shí)現(xiàn)視頻傳輸、管理和操作的核心視頻控制軟件(也稱為虛擬矩陣軟件)。用戶通過(guò)視頻監(jiān)控軟件進(jìn)行日常的監(jiān)控功能應(yīng)用，系統(tǒng)管理員也需要使用視頻監(jiān)控軟件對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)中硬件軟件資源進(jìn)行全面的管理和維護(hù)。

　　整個(gè)系統(tǒng)共有約18個(gè)分控(監(jiān)控)中心。用戶在分控中心進(jìn)行監(jiān)控和管理。分控中心用戶通過(guò)工作站、監(jiān)視器兩種顯示方式查看視頻圖像，系統(tǒng)提供了一個(gè)完整的分布式軟件管理界面，保證在安防網(wǎng)絡(luò)中任何一臺(tái)工作站上，只要權(quán)限許可就控制、配置和診斷整個(gè)數(shù)字系統(tǒng)。

　　本項(xiàng)目在TOC聯(lián)合設(shè)備機(jī)房設(shè)置了兩臺(tái)專用集成服務(wù)器，用于完成視頻監(jiān)控系統(tǒng)與其它各類安防應(yīng)用系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)協(xié)議轉(zhuǎn)換。

　　客戶化部分軟件部分需要考慮以下主要功能：靈活的用戶權(quán)限和級(jí)別、電子地圖、中央事件管理系統(tǒng)、設(shè)備的配置管理和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)管理等。

　　接口軟件包括：門禁系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)、行李系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)以及第三方監(jiān)控系統(tǒng)等的接口。接口需要在不同子系統(tǒng)間進(jìn)行信息交互，因此應(yīng)盡早明確需求，由于安防系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)一般為專用網(wǎng)，與其他系統(tǒng)連接需設(shè)置防火墻，因此系統(tǒng)間盡可能傳遞控制信號(hào)，即視頻流數(shù)據(jù)盡量不要穿過(guò)防火墻，而采用解碼器提供模擬視頻的方式。

　　智能、高清和標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用與展望

　　單純的數(shù)字化視頻系統(tǒng)并沒(méi)有真正發(fā)揮數(shù)字系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)還缺少智能化的功能，無(wú)法自動(dòng)分析、識(shí)別和處理系統(tǒng)中有用的信息及圖像，無(wú)法做到預(yù)/報(bào)警功能，真正減少工作人員的工作量。在浦東機(jī)場(chǎng)應(yīng)用中，考慮到目前視頻分析產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段，分析軟件對(duì)不同場(chǎng)合的識(shí)別能力有差異，且工作人員使用經(jīng)驗(yàn)還不足，因此選擇了40路進(jìn)行人流計(jì)數(shù)、停車報(bào)警及防尾隨等應(yīng)用。

　　另外，近兩年高清技術(shù)成為監(jiān)控行業(yè)的新熱點(diǎn)。高清1920×1080分辨率是標(biāo)清704×576分辨率的5倍多，其清晰度優(yōu)勢(shì)極其明顯，因此隨著200萬(wàn)、300萬(wàn)甚至500萬(wàn)像素的高清監(jiān)控技術(shù)的日漸成熟和設(shè)備成本逐步降低，高清必將成為下一代監(jiān)控系統(tǒng)的主要特征。

　　此外，規(guī)模的龐大和系統(tǒng)的復(fù)雜，要求建設(shè)機(jī)場(chǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)必須引入集成化綜合平臺(tái)的理念，在保證各應(yīng)用子系統(tǒng)工作獨(dú)立性的基礎(chǔ)上，通過(guò)系統(tǒng)間接口使各子系統(tǒng)間能夠互聯(lián)互通、無(wú)縫集成，從而達(dá)到信息共享、聯(lián)動(dòng)控制的目的。在系統(tǒng)方案方面需要選擇開(kāi)放性和兼容性以及標(biāo)準(zhǔn)化方面優(yōu)良的平臺(tái)，在建設(shè)過(guò)程中逐步引入綜合平臺(tái)的理念和智能化技術(shù)，通過(guò)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)逐步形成建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮系統(tǒng)的集成性、可擴(kuò)展性、開(kāi)放性、二次開(kāi)發(fā)的便利性等，使系統(tǒng)在未來(lái)的擴(kuò)展建設(shè)上具有更大的靈活性和自主權(quán)。

　　(本文作者宋紹鋒任職于英格索蘭博康系統(tǒng)工程有限公司上海分公司，殷振慧、張建軍現(xiàn)任職于上海機(jī)場(chǎng)建設(shè)指揮部)

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