第一章概述

　　1.1項目背景

　　隨著社會的高速發(fā)展，知識時代的來臨，教育成為個人、甚至社會的重點關(guān)注話題之一，啟蒙教育更成為了各界關(guān)注的焦點。

　　現(xiàn)代人的生活節(jié)奏隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展在不斷地加速，繁忙工作的需要，讓人分身乏術(shù)，甚至于一些家長不得不將很小的孩子交給幼兒園代為看管。

　　對于家長來說，將孩子交由幼兒園管理，必定會慎重選擇。面對眾多可供選擇的幼兒園，家長會將各方面進(jìn)行對比。教學(xué)條件，師資力量固然是各個幼兒園的競爭重點，但是環(huán)境，安全等也是不可忽視的方面。采用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)作為教學(xué)管理輔助，家長在家、在辦公室甚至出差在外都可隨時觀看孩子在幼兒園的情況，不僅能讓家長放心地把孩子交給學(xué)校，更可讓家長看到學(xué)校的管理實力。這在無形中使得學(xué)校的競爭實力倍增。

　　隨著監(jiān)控技術(shù)的不斷發(fā)展，已經(jīng)有越來越多的幼兒園開始采用監(jiān)控系統(tǒng)作為學(xué)校的輔助設(shè)備。采用監(jiān)控系統(tǒng)已成為許多幼兒園智能化管理的新趨勢。

　　1.2設(shè)計依據(jù)

　　根據(jù)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求和國家有關(guān)法規(guī)的要求及幼兒園的實際需求和特點，經(jīng)研究、分析設(shè)計本系統(tǒng)方案，該系統(tǒng)具有性能先進(jìn)、質(zhì)量可靠、經(jīng)濟(jì)實用等特點，而且該系統(tǒng)具有方便擴(kuò)展、與其它信息系統(tǒng)實現(xiàn)無縫連接的能力。

　　依據(jù)的相關(guān)規(guī)范包括：

　　《中華人民共和國公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》GA241.9-2000

　　《工業(yè)電視系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》GBJll5—87

　　《遠(yuǎn)動設(shè)備終端通用技術(shù)條件》GB/T16435-1996

　　《建筑電器設(shè)計規(guī)范》JGJ/T16-92

　　《軟件工程國家標(biāo)準(zhǔn)》

　　《電氣裝置安裝工程施工及驗收規(guī)范》

　　《安全防范工程程序與要求》GA/T75-94

　　《安全檢查防范系統(tǒng)通用圖形符號》GA/T74-94

　　《社會公共場所安全防范工種設(shè)計規(guī)范》[nextpage]

　　《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ/T16-92

　　《民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB50198-94

　　《信息技術(shù)軟件生存期過程》GB/T8566-1995

　　《計算機(jī)軟件產(chǎn)品開發(fā)文件編制指南》GB/T8567-1988

　　《計算機(jī)軟件需求說明編制指南》GB/T9385-1988

　　《軟件工程術(shù)語》GB/T11457-1995

　　《計算機(jī)軟件質(zhì)量保證計劃規(guī)范》GB/T12504-1990

　　《計算機(jī)軟件配置管理計劃規(guī)范》GB/T12505-1990

　　《軟件維護(hù)指南》GB/T14079-1992

　　《計算機(jī)軟件可靠性和維護(hù)性管理》GB/T14394-1993

　　《軟件支持環(huán)境》GB/T15853-1995

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　　1.3設(shè)計原則

　　通過認(rèn)真分析幼兒園視頻監(jiān)控需求，我們在幼兒園視頻監(jiān)控設(shè)計方案中將遵循以下的原則：

　　(1)先進(jìn)性

　　應(yīng)充分考慮信息化社會迅速發(fā)展的趨勢和幼兒園視頻監(jiān)控的本身特性、管理要求，在技術(shù)上適當(dāng)超前，所采用的技術(shù)和設(shè)備應(yīng)能保證滿足信息化發(fā)展的需要，保證幼兒園圖像建設(shè)的需要。應(yīng)考慮發(fā)展的需要，使系統(tǒng)與未來擴(kuò)展的設(shè)備有互聯(lián)性與互操作性。系統(tǒng)建成后，其系統(tǒng)整體技術(shù)性能完全可以達(dá)到世界先進(jìn)水平，并能在一定時期內(nèi)保持技術(shù)領(lǐng)先的地位。

　　(2)可靠性

　　系統(tǒng)必須具有高度的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。在設(shè)計弱電各子系統(tǒng)時，應(yīng)從系統(tǒng)配置、軟件結(jié)構(gòu)、設(shè)備選擇、技術(shù)服務(wù)等諸方面進(jìn)行綜合考慮，選用技術(shù)上成熟的、具有發(fā)展前景的國內(nèi)知名品牌產(chǎn)品。設(shè)計的系統(tǒng)和選用的產(chǎn)品能夠確保在24小時連續(xù)工作模式下無故障運行。系統(tǒng)管理平臺上也采用授權(quán)、密碼、口令、驗證、確認(rèn)等手段，能確保系統(tǒng)設(shè)備可靠、無誤的工作，確保應(yīng)用可靠。

　　(3)實用性

　　一個系統(tǒng)是否實用、適用，是否符合實際應(yīng)用是最主要的。我們在考慮系統(tǒng)的設(shè)計方案時，充分考慮管理的需要，又要考慮到具體職能部門的機(jī)構(gòu)設(shè)置、管理模式、崗位分配、崗位職能等。使本系統(tǒng)適應(yīng)于現(xiàn)代化辦公的需要。

　　(4)可用性

　　弱電系統(tǒng)工程對營造現(xiàn)代化的辦公、休閑環(huán)境和氣氛起到很重要的作用，因此我們提供的“各弱電子系統(tǒng)”持續(xù)可用，所選用的產(chǎn)品均具有很高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和制造水平，其平均無故障工作時間長，即使發(fā)生臨時性故障，產(chǎn)品維修維護(hù)方便，故障后需恢復(fù)正常工作的時間極短。即使在出現(xiàn)重大的故障時，如黑客攻擊、網(wǎng)絡(luò)癱瘓等，各子系統(tǒng)仍備有本地數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，并備有人工輸入信息的操作截面，使授權(quán)的操作員能及時處理各類問題，確保系統(tǒng)仍能正常工作和操作。

　　(5)可維護(hù)性和可擴(kuò)展性

　　本系統(tǒng)全部采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)用軟件中具有一定的開放性，設(shè)置擴(kuò)展接口，以滿足今后系統(tǒng)的擴(kuò)展、升級要求，充分保護(hù)用戶投資。

　　(6)集成性

　　充分考慮本系統(tǒng)各子系統(tǒng)及以后系統(tǒng)的擴(kuò)展，以便實現(xiàn)集中管理、監(jiān)測和分散控制，達(dá)到信息共享。

　　(7)安全性

　　安全性和可靠性是密不可分的。本系統(tǒng)的設(shè)計具有高度的安全性和保密性，通過對系統(tǒng)分級保護(hù)、數(shù)據(jù)存儲權(quán)限的控制等手段，并具有病毒探測、薄弱環(huán)節(jié)分析、密碼管理功能，可以有效的防止各種形式的對系統(tǒng)的非法侵入和攻擊。

　　系統(tǒng)的所有終端用戶在對系統(tǒng)進(jìn)行操作和訪問之前都必須進(jìn)行注冊登記。系統(tǒng)將根據(jù)注冊所得的用戶唯一標(biāo)識和密碼來控制此用戶的訪問權(quán)限，以防止非法操作。不同級別的授權(quán)才具有相應(yīng)的操作權(quán)限。

　　系統(tǒng)的安全操作除采用軟/硬件保護(hù)性措施外，還與操作人員的素質(zhì)和管理制度密不可分。管理部門應(yīng)建立嚴(yán)格的“安全操作規(guī)程”，由操作者執(zhí)行并“按章操作”。

　　依據(jù)以上設(shè)計原則，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)充分考慮當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的潮流，并緊密結(jié)合我國的實際情況，在本系統(tǒng)設(shè)計中一切以先進(jìn)、實用、可靠、追求高性能價格比，滿足幼兒園視頻監(jiān)控管理平臺需求為本。

　　第二章建設(shè)目標(biāo)與任務(wù)

　　2.1建設(shè)目標(biāo)

　　根據(jù)幼兒園的實際需求和特點進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計依據(jù)根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合幼兒園實際情況制定出幼兒園視頻監(jiān)控的建設(shè)目標(biāo)：

　　2.1.1圖像的實時監(jiān)控

　　幼兒園管理者及幼兒家長經(jīng)過系統(tǒng)管理授權(quán)后能夠通過網(wǎng)絡(luò)對前端攝像機(jī)的圖像進(jìn)行圖實時調(diào)閱并且可以通過手動或自動操作，對前端的云臺攝像機(jī)的各種動作進(jìn)行遙控。

　　2.1.2圖像存貯與管理

　　圖像信息采用管理服務(wù)器集中存儲方式，客戶端也可以存貯重要事件圖像信息，提供用戶遠(yuǎn)程下載錄像和錄像回放。系統(tǒng)支持多種錄像檢索方式，可使用戶方便快速的檢索到需要的信息。

　　2.2建設(shè)任務(wù)

　　本次建設(shè)任務(wù)要實現(xiàn)以下目標(biāo)：

　　充分利用網(wǎng)絡(luò)資源建立覆蓋幼兒的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過系統(tǒng)管理員權(quán)限分配，使經(jīng)過授權(quán)的校園管理者及家長在權(quán)限許可范圍內(nèi)的進(jìn)行系統(tǒng)的操作管理，充分開發(fā)圖像信息資源實現(xiàn)決策支持的科學(xué)化，同時預(yù)留接口，便于與其他系統(tǒng)連接或者系統(tǒng)的升級，避免資金的重復(fù)浪費。

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　　第三章需求分析

　　3.1功能需求分析

　　幼兒園網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

　　活動場所監(jiān)控：孩子們在玩耍時，往往不會在意到一些安全問題，老師也不可能全面地照顧到每一個孩子。將幼兒園網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)安裝在孩子們的活動場所，可以最直接得了解到孩子們的成長情況，同時，也可以注意到孩子們在玩耍過程中的安全問題。

　　休息場所監(jiān)控：對于幼兒園的孩子們，由于年齡還很小，并不能夠做到自己照顧自己，在睡覺的時候，經(jīng)常會有被子沒蓋好、睡覺姿勢不正確等等情況，這就需要老師們在休息室一直巡視。但是，有限的人手、有限的精力，不可能全面得照顧他們，同時也會影響到孩子們的休息。將幼兒園網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)安裝在孩子們的休息場所，可以全面地了解到孩子的休息情況。通過該系統(tǒng)，老師們不必一直待在休息場所，特別在夜晚，只需要在一個地點監(jiān)看孩子們的休息情況即可。這樣可合理減少人力的投入，減少管理成本，提高工作效率。

　　家長遠(yuǎn)程探看：作為孩子的家長，或多或少都想了解自己的孩子在學(xué)校的學(xué)習(xí)、生活情況，特別是對于寄宿的孩子，家長多少還是有些不放心的。利用幼兒園網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控互動系統(tǒng)，孩子家長無論是在本地、外地甚至于國外，只要具備網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，便可通過系統(tǒng)客戶端登錄到監(jiān)控點，看到孩子的實時情況，抓拍到孩子日常生活中珍貴的視頻資料，同時，還可以通過系統(tǒng)設(shè)置的通話功能，與監(jiān)控點進(jìn)行通話交流。這樣一來，真正解決了家長的后顧之憂，家長也就可以更加放心地把孩子交給學(xué)校。這也無形中顯現(xiàn)出學(xué)校的實力，增添了學(xué)校的美譽(yù)度。

　　提高教學(xué)質(zhì)量：系統(tǒng)可以對監(jiān)控點的實時場景進(jìn)行錄像，并將錄像資料存儲。利用該功能，幼兒園可以將孩子的一些日常學(xué)習(xí)、生活等情況錄制下來，進(jìn)行一系列的分析，并制訂出適合孩子們的教育方式，積極地開發(fā)孩子們的內(nèi)在潛能，提高師資水平和教學(xué)質(zhì)量。

　　匯總成長資料：通過幼兒園網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，學(xué)校可以將實時的情況進(jìn)行錄像并保存，可用以真實再現(xiàn)孩子的學(xué)習(xí)、成長歷程。

　　增添宣傳途徑：幼兒園可以將一些相關(guān)的監(jiān)控點公開到一些宣傳媒體中(平面媒體和視頻媒體都可)，讓家長不必親臨幼兒園就可以看到學(xué)校的具體情況，增添了家長了解學(xué)校的途徑，并且也可以減少過多接待學(xué)生家長的參觀而帶來的對園區(qū)教學(xué)的影響。

　　3.2.網(wǎng)絡(luò)需求分析

　　為滿足幼兒園網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的業(yè)務(wù)需要，同時考慮到其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要，通過校園內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)連接中心監(jiān)控室到前端監(jiān)控源。

　　監(jiān)控中心也是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)字視頻監(jiān)控會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)傳輸將會帶來數(shù)據(jù)流的壓力，以及設(shè)備交換壓力，為了達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚俜€(wěn)定性，高端智能交換機(jī)作為中心的核心交換設(shè)備。

　　前端鏈路建設(shè)實際上就是前端編碼器與監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)問題。按照每路D1圖像應(yīng)該最大需要2M帶寬(每路圖像在CIF的情況下的時候，帶寬在384K~512K之間可調(diào))。

　　3.3存儲空間分析

　　磁盤容量的計算方法：

　　D1畫質(zhì)下占用的帶寬約為1.5M~2M/bps，cif畫質(zhì)下帶寬占用約為512K/bps。

　　每一路碼速率(Kb)/8=A;注：除以8是從Bit到Byte的轉(zhuǎn)換，設(shè)備碼速率的單位為Kbit,而磁盤容量最小單位是Byte;

　　A×3600秒×24小時=B;注：B為每天所需要的存儲空間;

　　B×編碼器數(shù)量×錄像需要保存天數(shù)=C;注：C是所有編碼器需要保存天數(shù)的總計存儲空間;

　　最后得到的“C”就是最后所需的錄像空間的大小，單位是KB。按照1000KB=1MB，1000MB=1GB，1000GB=1TB轉(zhuǎn)換即可計算出所需的總計存儲空間。

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　　第四章系統(tǒng)總體設(shè)計

　　4.1設(shè)計思路

　　在幼兒園的各個班級、活動室、餐廳、室外活動區(qū)、大門口等重要公共場所安裝各種類型的攝像機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器進(jìn)行視音頻圖像信息的壓縮編碼并且利用校園網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，幼兒園監(jiān)控中心人員對所有的音視頻圖像進(jìn)行存儲與管理，同時幼兒家長也可以通過Internet遠(yuǎn)程監(jiān)控幼兒在學(xué)校的學(xué)生生活情況。

　　設(shè)計方案充分考慮了后期的擴(kuò)容、管理變更等可能的建設(shè)要求。本次設(shè)計思路如下：

　　1、根據(jù)要求，本次設(shè)計采用一級結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)“大容量、多畫面處理、實時錄像和回放、聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控”的目標(biāo)。

　　2、本次設(shè)計系統(tǒng)便于以后系統(tǒng)用戶的安裝、操作和今后的維護(hù)便利;

　　3、系統(tǒng)設(shè)計考慮了各種兼容要求和擴(kuò)容要求：包括監(jiān)控點后期擴(kuò)容、系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)容、臨時授權(quán)用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控等各種可能擴(kuò)容方式下對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的兼容和便利性，設(shè)計的系統(tǒng)能夠滿足兼容和平滑擴(kuò)展的要求。

　　4、系統(tǒng)設(shè)計對網(wǎng)絡(luò)傳輸路由具有良好的適應(yīng)性，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源的情況，在不同的網(wǎng)絡(luò)帶寬下可以靈活設(shè)置編碼格式，獲得不同的圖像質(zhì)量。

　　5、本次設(shè)計的系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)和開發(fā)的，系統(tǒng)軟件全部采用通用的主流標(biāo)準(zhǔn);如系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議、接口標(biāo)準(zhǔn)通用等;適合化工系統(tǒng)各個標(biāo)準(zhǔn)子系統(tǒng)的集成。

　　6、系統(tǒng)考慮了操作冗余、數(shù)據(jù)安全和遠(yuǎn)程鑒權(quán)等技術(shù)手段，保障系統(tǒng)安全運行和不受外部入侵，完善的身份認(rèn)證能力，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

　　7、在技術(shù)性價比上，方案采取實用的原則，不追求高端設(shè)備的堆砌，而是本著實用的原則進(jìn)行了科學(xué)的配置建議，以求達(dá)到最大的技術(shù)性價比。

　　數(shù)字網(wǎng)絡(luò)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備是視頻服務(wù)器和平臺化監(jiān)控系統(tǒng)軟件。

　　視頻服務(wù)器采用嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)。攝像機(jī)送來的視頻信號在網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器數(shù)字化后由高效壓縮芯片壓縮，通過內(nèi)部總線送到網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，網(wǎng)絡(luò)上用戶可以直接在PC機(jī)上通過CSVision監(jiān)控客戶端軟件觀看視頻服務(wù)器傳送過來的攝像機(jī)所拍攝的圖像，還可以控制攝像機(jī)鏡頭和云臺的動作或?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行配置操作。

　　由于視頻服務(wù)器可以直接連入局域網(wǎng)，達(dá)到即插即用，省掉多種復(fù)雜的電纜，安裝方便(僅需設(shè)置一個IP地址)，用戶也無需安裝任何硬件設(shè)備，僅通過PC機(jī)用瀏覽器即可觀看。

　　網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)妥善處理了數(shù)字與模擬系統(tǒng)的結(jié)合，其優(yōu)點主要包括：

　　布控區(qū)域廣闊

　　•視頻服務(wù)器直接連入網(wǎng)絡(luò)，沒有線纜長度和信號衰減的限制，同時網(wǎng)絡(luò)是沒有距離概念的，徹底拋棄了地域的概念，擴(kuò)展布控區(qū)域;

　　•系統(tǒng)具有幾乎無限的無縫擴(kuò)展能力;

　　•所有設(shè)備都以IP地址進(jìn)行標(biāo)識，增加設(shè)備只是意味著IP地址的擴(kuò)充;

　　•可組成非常復(fù)雜的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò);

　　•采用基于視頻服務(wù)器為核心的監(jiān)控系統(tǒng)，在組網(wǎng)方式上與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控和基于PC平臺的監(jiān)控方式有極大的不同，由于視頻服務(wù)器輸出已完成模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換并壓縮，采用統(tǒng)一的協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，支持跨網(wǎng)關(guān)、跨路由器的遠(yuǎn)程視頻傳輸;

　　•視頻服務(wù)器實際上基于嵌入式電腦技術(shù)，采用嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)，又由于視頻壓縮和網(wǎng)絡(luò)功能集中到一個體積很小的設(shè)備內(nèi)，直接連入局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)，即插即看，系統(tǒng)的實時性、穩(wěn)定性、可靠性大大提高。

　　前端一體化、視頻數(shù)字化、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化是視頻監(jiān)控系統(tǒng)公認(rèn)的發(fā)展方向。第四代以計算機(jī)技術(shù)及圖像視頻壓縮、圖像傳輸技術(shù)為核心的新型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，解決了模擬系統(tǒng)的諸多弊端，是以信息技術(shù)為核心的電子技術(shù)發(fā)展的必然。

　　圖像壓縮處理技術(shù)

　　目前比較流行的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)有：MJPEG、H.261、H.263、MPEG-1、MPEG-2、H.264等。H.264標(biāo)準(zhǔn)是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/IEC下轄的運動圖像專家組(MovingPictureExpertsGroup,簡稱MPEG)于1999年制定的專門用于多媒體信息內(nèi)容訪問的、適宜于各種帶寬下傳輸?shù)膱D像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，不僅是目前最新的國際標(biāo)準(zhǔn)，也是目前最適合圖像監(jiān)控系統(tǒng)的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。H.264技術(shù)目前已被國際各大知名廠商采納為國際互聯(lián)網(wǎng)(Internet)和第三代移動通訊系統(tǒng)(3G)進(jìn)行圖像傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。

　　H.264標(biāo)準(zhǔn)的編碼是基于對象的，這樣就便于操作和控制對象，而以前傳統(tǒng)的圖像壓縮技術(shù)是基于幀的。在傳輸帶寬有限制的情況下，傳統(tǒng)圖像壓縮技術(shù)的圖像質(zhì)量是幀平均的，而H.264標(biāo)準(zhǔn)可以對用戶感興趣的對象分配較大的帶寬，而對用戶不感興趣的對象分配較小的帶寬，從而大幅度地提高了在同等帶寬下圖像的主觀質(zhì)量。H.264標(biāo)準(zhǔn)還吸收了傳統(tǒng)圖像壓縮技術(shù)的許多優(yōu)點，在帶寬可以得到保證的情況下，其圖像質(zhì)量可以達(dá)到MPEG-2(即DVD)的標(biāo)準(zhǔn)。同時，其圖像傳輸延遲很小，一般低于0.5秒，非常適合圖像監(jiān)控系統(tǒng)的要求。

　　先進(jìn)的分布式服務(wù)器集群架構(gòu)

　　隨著數(shù)字網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模的快速發(fā)展，客戶對系統(tǒng)訪問的響應(yīng)時間、監(jiān)控圖像質(zhì)量以及所提供服務(wù)的可靠性、即時性等要求也越來越高，使得以單臺服務(wù)器來支撐整個網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)已無法滿足客戶需求。取而代之的是一組服務(wù)器群。我公司的CSVision網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)利用第四層至第七層通信管理技術(shù)，可以根據(jù)服務(wù)器實際的響應(yīng)時間，平衡服務(wù)器群中所有服務(wù)器之間的通信負(fù)載，從而提高整個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的性能和響應(yīng)能力，提高服務(wù)器群的效率，節(jié)省投資。

　　負(fù)載均衡是由多臺服務(wù)器以對稱方式組成一個服務(wù)器群集，除主服務(wù)器外其他從服務(wù)器都具有同等地位，均能單獨對外提供服務(wù)。通過特定的負(fù)載均衡技術(shù)，將外部客戶請求視服務(wù)器群集中各服務(wù)器上的負(fù)載狀況合理分配到某臺服務(wù)器上，負(fù)載均衡技術(shù)根據(jù)實際響應(yīng)時間制定優(yōu)先響應(yīng)策略，從而提高系統(tǒng)性能、優(yōu)化流量管理、提高服務(wù)器群集性能，保證系統(tǒng)正常運行的高可用性和高可靠性。如果訪問量超出了服務(wù)器的響應(yīng)能力，只需增加服務(wù)器數(shù)目就可平滑升級。由于采用了負(fù)載均衡技術(shù)，進(jìn)一步強(qiáng)化了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和持續(xù)性。它也支持路徑外返回模式，即繞過流量分配器，為急于等待大量訪問請求響應(yīng)的客戶提供更快的響應(yīng)服務(wù)。

　　我公司在CSVision網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中提出并運用了先進(jìn)的MAXROUTER負(fù)載均衡算法(對個別服務(wù)器配置最大連接數(shù)閥值或加權(quán)值)以及基于實際響應(yīng)時間的智能流量分配算法，在性能不同的服務(wù)器之間進(jìn)行負(fù)載平衡，充分利用服務(wù)器群中的每一臺服務(wù)器，保護(hù)用戶投資。位于主服務(wù)器上的負(fù)載均衡模塊能定時監(jiān)測從服務(wù)器的可用性，包括物理連接、服務(wù)器運行狀況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某臺從服務(wù)器不能提供內(nèi)容訪問時，主服務(wù)器自動把用戶請求分配到其他健康的服務(wù)器上，從而保證了用戶的訪問服務(wù);同時負(fù)載均衡模塊可通過設(shè)置每臺服務(wù)器能承受最大的會話數(shù)、設(shè)置溢出服務(wù)器、備份服務(wù)器等手段來進(jìn)一步保證系統(tǒng)連接的可靠性(根據(jù)實際系統(tǒng)需求用戶可要求定制)。

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　　多級組網(wǎng)

　　可按多級組網(wǎng)的方式，形成大規(guī)模的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，高一級的監(jiān)控中心能管理和監(jiān)控低一級監(jiān)控中心的運行。組網(wǎng)經(jīng)濟(jì)，基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，利用寬帶資源或客戶原有資源，成本低。平臺統(tǒng)一升級，維護(hù)成本低。

　　先進(jìn)的視頻流調(diào)度管理

　　支持多種傳輸協(xié)議(TCP、UDP、RTP)和多種傳輸方式(單播、廣播、組播)，支持多級轉(zhuǎn)發(fā)模式。

　　系統(tǒng)擴(kuò)容方便

　　用戶可根據(jù)業(yè)務(wù)需要隨時增加前端監(jiān)控點的數(shù)量。CSVision系統(tǒng)是一個開放的、通用的視音頻處理平臺，可制定相定的功能模塊。

　　擴(kuò)展性強(qiáng)

　　可與其它標(biāo)準(zhǔn)接口的設(shè)備配套使用。系統(tǒng)接供OCX控件和DLL動態(tài)庫，可與其它信息管理系統(tǒng)集成。

　　先進(jìn)穩(wěn)定的C/S結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)主干框架采用C/S結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，系統(tǒng)穩(wěn)定，且高度保密，非常適合專業(yè)部門使用。在C/S結(jié)構(gòu)下，系統(tǒng)有嚴(yán)格的用戶身份認(rèn)證機(jī)制，對用戶的合法性及權(quán)限有嚴(yán)密的控制。系統(tǒng)內(nèi)，客戶端與服務(wù)器之間有專有的通訊協(xié)議，可防止竊聽和復(fù)制，從而達(dá)到系統(tǒng)的整體安全和保密效果。另外從總體系統(tǒng)安全性上考慮，由于B/S結(jié)構(gòu)是建立在瀏覽器基礎(chǔ)上的，功能上就受到瀏覽器本身功能的限制，如瀏覽器不支持直接寫屏，很多時候會造成系統(tǒng)顯示的不必要延時等。而且目前網(wǎng)絡(luò)上的絕大多數(shù)病毒是針對瀏覽器的，所以導(dǎo)致整個監(jiān)控系統(tǒng)易受到攻擊，給日常工作帶來不必要的麻煩。因此，建議采用專業(yè)的C/S結(jié)構(gòu)。

　　考慮到部門領(lǐng)導(dǎo)或某種場合下使用的方便性，CSVision系統(tǒng)配置了專門的插件，用戶可通過瀏覽器訪問系統(tǒng)的服務(wù)器，后臺自動安裝該插件后，用戶即可方便使用該系統(tǒng)的全部功能，使用效果上和B/S幾乎沒有差別。

　　多級用戶管理機(jī)制

　　系統(tǒng)用戶設(shè)立多級管理模式，從視頻管理服務(wù)器完成所屬用戶和站點的建立、權(quán)限管理工作，并向管理中心主視頻管理服務(wù)器數(shù)據(jù)庫備份。主視頻管理服務(wù)器完成所有用戶和所有站點的建立、權(quán)限管理工作，管理中心用戶具有最高級別的管理權(quán)限。各個用戶依據(jù)不同權(quán)限、不同管理范圍、不同優(yōu)先權(quán)進(jìn)行對詢問記錄的查看和控制。

　　數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

　　TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是目前最流行也是最穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。CSVision視頻監(jiān)控系統(tǒng)在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之上開發(fā)了專用通訊層，針對圖像數(shù)據(jù)的混合傳輸做了優(yōu)化處理，適合多點視頻和數(shù)據(jù)的并發(fā)傳輸，降低了系統(tǒng)資源的占用率。該通訊層支持多種TCP/IP協(xié)議的傳輸，包括TCP、UDP、RTP和組播等。組播是一種允許一個或多個發(fā)送者(組播源)發(fā)送單一的數(shù)據(jù)包到多個接收者(一次的，同時的)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。組播源把數(shù)據(jù)包發(fā)送到特定組播組，而只有屬于該組播組的地址才能接收到數(shù)據(jù)包。組播可以大大的節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬，因為無論有多少個目標(biāo)地址，在整個網(wǎng)絡(luò)的任何一條鏈路上只傳送單一的數(shù)據(jù)包。它提高了數(shù)據(jù)傳送效率，減少了主干網(wǎng)出現(xiàn)擁塞的可能性。組播組中的主機(jī)可以是在同一個物理網(wǎng)絡(luò)，也可以來自不同的物理網(wǎng)絡(luò)。

　　數(shù)據(jù)存儲、處理、分析技術(shù)

　　為了對告警數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，綜合管理系統(tǒng)使用了Microsoft公司的SQLServer數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。并成功地實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫的分布存儲和訪問，有效地降低了系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時，系統(tǒng)支持對數(shù)據(jù)的多種查詢和分析方式。

　　同時系統(tǒng)提供了各類數(shù)據(jù)庫。主要有告警數(shù)據(jù)庫、歷史統(tǒng)計值數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)事件數(shù)據(jù)庫。從而為整體數(shù)據(jù)的存儲、處理及分析提供了強(qiáng)有力的依據(jù)。

　　系統(tǒng)采用文件傳輸協(xié)議進(jìn)行錄像文件的傳輸，防止外來入侵對文件系統(tǒng)的破壞和由于錄像文件過大而帶來的不穩(wěn)定性。

　　4.2總體框架

　　根據(jù)幼兒園視頻監(jiān)控要求，結(jié)合實際情況，設(shè)計如下方案：

　　所有的視頻的傳輸、切換主要是由CSVision1600系列網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器及綜合管理軟件來完成。

　　CSVision1600視頻服務(wù)器能清晰的實時的顯示監(jiān)控畫面的圖像信息，滿足系統(tǒng)的嚴(yán)格要求。

　　對本系統(tǒng)的設(shè)計，我們嚴(yán)格遵照國家及部級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，使整個系統(tǒng)的配置充分的體現(xiàn)科學(xué)合理、實用、經(jīng)濟(jì)的原則，以達(dá)到較高的性能價格比和技術(shù)的先進(jìn)性，同時也使系統(tǒng)的功能和容量都具有可擴(kuò)展性，為今后的升級和擴(kuò)充創(chuàng)造一個較大的技術(shù)空間。

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　　幼兒園網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)管理現(xiàn)主要分為一級管理，下設(shè)一個視頻監(jiān)控中心，所有的前端監(jiān)控源通過網(wǎng)絡(luò)全部接入到監(jiān)控中心的視頻管理服務(wù)器上進(jìn)行統(tǒng)一的管理?？紤]到未來與上級教育部門的聯(lián)網(wǎng)，本系統(tǒng)還提供能與上級部門連接及系統(tǒng)擴(kuò)容的接口。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：

　　系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　4.3分布設(shè)計

　　4.3.1監(jiān)控前端

　　4.3.1.1攝像頭

　　由于整個監(jiān)控體系需要在多個區(qū)域進(jìn)行布防監(jiān)控，包括園區(qū)內(nèi)主要公共場所如教師、休息室、活動區(qū)及園區(qū)出入等，針對不同地方的實際情況和需求安置不同類型的攝像機(jī)，比如在公共活動區(qū)需要安裝球機(jī)，在樓道可以安裝吸頂半球或者槍機(jī)，如果考慮到夜間監(jiān)控或光線不足的地方監(jiān)控可以使用帶紅外燈的攝像機(jī)等。

　　4.3.1.2網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器

　　網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器主要功能就是將前端輸入的模擬視頻信號通過壓縮轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號以方便在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。根據(jù)各監(jiān)控點之間相對集中程度，該系統(tǒng)前端可以采用一路、兩路或者四路的CSVision1600系列網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器,CSVision1600系列網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器支持MPEG4圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，它將攝像頭輸入的模擬視頻信號和話筒語音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并按照TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)送入專網(wǎng)傳輸。CSVision1600系列網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器支持實時圖像傳輸和雙向的音頻對講，支持6路報警輸入和3路報警輸出。同時可以通過網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器上的485接口、RS232接口等可以和多個其他系統(tǒng)進(jìn)行整合。

　　4.3.2視頻監(jiān)控中心

　　監(jiān)控中心建設(shè)包括電視墻顯示系統(tǒng)、服務(wù)器及存儲系統(tǒng)、監(jiān)控管理軟件。

　　監(jiān)控中心配備高性能的管理服務(wù)器并在其上安裝監(jiān)控服務(wù)器軟件，可以對多級服務(wù)器、用戶權(quán)限、視頻錄像回訪和檢索、報警聯(lián)動等功能進(jìn)行管理。

　　根據(jù)監(jiān)控點數(shù)量情況和錄像時間要求，可以在服務(wù)器上添加磁盤陣列或者硬盤擴(kuò)展柜來進(jìn)行海量存儲，同時轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流，用來管理記錄指向到該服務(wù)器的視頻服務(wù)器的視頻流。這樣與前端子系統(tǒng)就建成了一個完全基于網(wǎng)絡(luò)，功能非常強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)。

　　如果監(jiān)控中心要求配置電視墻的話，此時監(jiān)控中心可以配備CSV1600RA單路解碼器可以在每臺顯示器上實時顯示1畫面，通過監(jiān)控管理軟件控制多臺解碼器可以實現(xiàn)所有攝像機(jī)畫面全部輪詢方式顯示。

　　聯(lián)網(wǎng)的授權(quán)用戶都可通過登陸CSVision管理服務(wù)器完成包括查看系統(tǒng)內(nèi)任意一路圖像及錄像文件等操作。

　　4.4安全體系

　　4.4.1物理安全

　　物理安全性主要分設(shè)備自身安全性和網(wǎng)絡(luò)安全性。

　　1)軟件自身安全性

　　對于CSVision軟件，服務(wù)端提供完善的事件日志和系統(tǒng)診斷功能;整套軟件包括日志管理、設(shè)備巡檢、客戶端巡檢、服務(wù)器巡檢、服務(wù)器工作上下文診斷、故障弱化功能;有效的避免了故障的發(fā)生，并能第一時間自愈;

　　2)網(wǎng)絡(luò)安全性

　　幼兒園網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采取獨立的監(jiān)控局域網(wǎng)，保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的基本物理安全性。

　　4.4.2用戶權(quán)限安全

　　監(jiān)控系統(tǒng)的整體架構(gòu)通過多目錄服務(wù)器來統(tǒng)一管理的用戶和監(jiān)控設(shè)備的權(quán)限管理。系統(tǒng)的管理規(guī)則由用戶自行定義，多目錄服務(wù)器的管理模式可以保證系統(tǒng)內(nèi)所有用戶的權(quán)限管理統(tǒng)一，采用身份認(rèn)證技術(shù)最常用的是使用者名稱與密碼或Key認(rèn)證等方式。

　　對于整個系統(tǒng)的用戶安全性，可以采用身份秘密認(rèn)證系統(tǒng)對整個系統(tǒng)的用戶進(jìn)行整個認(rèn)證。

　　擁有統(tǒng)一的用戶權(quán)限管理，每一級機(jī)構(gòu)的用戶只要在自己所屬的監(jiān)控中心開設(shè)帳號、分配權(quán)限即可。以此設(shè)立用戶權(quán)限(可細(xì)分為圖像瀏覽、控制、語音等權(quán)限)。

　　4.4.3監(jiān)控設(shè)備管理安全

　　統(tǒng)一的監(jiān)控設(shè)備管理機(jī)制，所有前端監(jiān)控的信息和權(quán)限由設(shè)備管理服務(wù)器管理，設(shè)備管理服務(wù)器的權(quán)限由目錄服務(wù)器管理，形成一個統(tǒng)一管理機(jī)制。所有的設(shè)備登陸必須經(jīng)過用戶認(rèn)證才能夠登陸。

　　4.4.4網(wǎng)絡(luò)阻塞

　　方案采用分布式的多服務(wù)器群的設(shè)計理念，利用流媒體技術(shù)，完成視頻信號的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)，避免客戶端直接訪問前端攝像機(jī)，降低網(wǎng)絡(luò)流量，避免了大流量數(shù)據(jù)造成網(wǎng)絡(luò)阻塞的問題，同時由于這種結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)在部分子系統(tǒng)出故障時整個系統(tǒng)不會癱瘓，仍然能正常運行。在有限帶寬下處理大流量數(shù)據(jù)主要采用以下技術(shù)避免網(wǎng)絡(luò)堵塞：

　　基于發(fā)端的速率控制

　　因為TCP重傳造成的時延對于實時業(yè)務(wù)質(zhì)量的影響是不能承受的，通常采用UDP包來傳輸實時業(yè)務(wù)。但UDP包沒有提供擁塞控制和質(zhì)量保證的機(jī)制，所有需要在UDP的上層加上擁塞控制的機(jī)制。這個過程主要是通過調(diào)整視頻編碼的速率使其適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬。[nextpage]

　　抽偵策略

　　碼率控制是視頻編碼中一個重要的問題，在超大運動量時，由于運動量的急劇增大，使得這時編出的碼流突然增多。在IP網(wǎng)絡(luò)中，將引起丟包。要解決此問題，在超大運動量的情況下，須采取一定的抽幀策略來降低碼流，使得上述情況避免發(fā)生，同時還要保證圖像的流暢。

　　打包策略

　　限制每次發(fā)送數(shù)據(jù)幀IP通信中物理層要限制每次發(fā)送數(shù)據(jù)幀的最大長度。每當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層接收到要發(fā)送的數(shù)據(jù)報時，它要判斷向本地哪個端口發(fā)送數(shù)據(jù)，并查詢該端口的MTU。IP把MTU與數(shù)據(jù)報長度進(jìn)行比較，如果需要則進(jìn)行分片。分片可以由發(fā)送端或中間路由器執(zhí)行。過多的IP分片會導(dǎo)致如下問題：

　　分片的獨立性導(dǎo)致這些片到達(dá)目的端時有可能會失序;如果對數(shù)據(jù)報分片的是中間路由器，而不是發(fā)送端，那么發(fā)送端就無法知道數(shù)據(jù)報是如何被分片的，當(dāng)一片數(shù)據(jù)丟失，發(fā)送端無法只重傳丟失的數(shù)據(jù)片，只能重傳整個數(shù)據(jù)報或?qū)⒄麄€數(shù)據(jù)報丟棄。因此需要提供打包策略。

　　訪問策略

　　利用組播，就近訪問流媒體服務(wù)器。

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