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　　數字編解碼器部分

　　視頻編碼器主要將模擬視頻和控制信號轉換為數字視頻和控制數據流，同時還接入拾音器信號、手動報警按鈕的報警信號，并可輸出繼電器信號來驅動外部報警設備。

　　目前國內外大型的數字安防項目(1500路以上)采用的視頻編碼技術主要以MPEG-2和MPEG-4為主的使用空間及時間冗余的技術，而H.264格式在機場的大型應用案例少。

　　從產品標準化方面看，MPEG-2格式是最為標準和成熟的壓縮格式，雖然不是最新的標準，但各個廠家的不同產品可以實現硬件的互編互解，而MPEG-4和H.264目前只能實現軟體的互編互解。

　　由于系統(tǒng)必須按期保質完成，經過嚴密的招標流程，最終選用了技術較成熟、產品穩(wěn)定、圖像質量較好的MPEG-2編碼技術，系統(tǒng)采用MPEG-2編碼格式進行視頻壓縮、視頻傳輸和視頻存儲，最高支持PAL制式下720×576像素，4CIF分辨率，25fps實時編碼，并可靈活向下調整。

　　在匯聚機房按照“同類型的攝像機接入同類型的編碼器”原則，將攝像機接入到視頻編碼器，然后通過安防網絡將視頻信息傳輸到網絡視頻存儲服務器進行存儲。

　　數字視頻網絡傳輸

　　網絡系統(tǒng)是數字監(jiān)控系統(tǒng)的基石，數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)所有的視音頻、報警和控制信號通過獨立的視頻專用網絡傳輸，是一個集數據、視頻為一體的網絡通信平臺，網絡中既有實時視頻碼流、錄像碼流、又有回放碼流，流量非常大，因此必須做好網絡系統(tǒng)的規(guī)劃設計。

　　安防網絡連接系統(tǒng)各類匯聚機房、核心設備機房及分控機房，如匯聚機房、聯合設備機房以及安全、供油、安檢、衛(wèi)檢、行李、邊防、海關、商業(yè)、消防、車庫、出入境等分控機房。網絡中接入的攝像機總數約為2200路，每路圖像的碼流為2Mbps~6Mbps，絕大多數圖像的碼流固定設置為3~4Mbps。所有攝像機的模擬視頻流量匯聚至相應的匯聚機房內的編碼器轉化為數字流量，然后進入安防網絡。

[nextpage]　　網絡結構

　　采用三層網絡架構，即將網絡分為：核心層、匯聚層和接入層。以TOC為核心，TOC內兩臺核心層交換機作為整個網絡核心，統(tǒng)一提供與各匯聚點和所有外部單位接入點的互聯，實現全網的數據交換。模塊化的網絡架構設計使網絡的深化設計更為靈活，同時方便網絡的實施和排障。

　　整個系統(tǒng)采用雙核心、雙鏈路設計，每臺匯聚交換機均通過雙光纖路由分別接入到兩臺核心交換機，有效避免單點失效，充分保證了設備間的互聯。同時系統(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絡系統(tǒng)全網路由能快速收斂。

　　按照設計階段用戶需求分析，考慮到廣播風暴的問題，將用戶應用類型分為：邊防、POS、門禁、航站樓進出通道、安檢、登機橋、行李、飛行區(qū)、停車庫、電梯、道路、公共區(qū)域等12類，每種應用相對較為獨立，且對應攝像機的點位相對集中。按照機房布局的實際情況，在網絡上將以上每種應用劃為一個邏輯區(qū)域(VLAN)，將應用劃分為邏輯區(qū)域有以下優(yōu)點：實現區(qū)域間的相對獨立，有利于區(qū)域內部的故障隔離;便于實現基于區(qū)域的訪問控制。

　　基于以上的邏輯區(qū)域劃分，同時結合三層網絡架構的相關設計，將各個邏輯區(qū)域對應到三層網絡架構的匯聚層上，每個匯聚層設備上以及其所連的接入層設備上均只連接對應應用類型的終端。

　　考慮到碼流對網絡的影響，不僅設計采用了以組播為主的工作模式，每個匯聚機房到TOC聯合設備機房的網絡都采用了全星型的雙千兆，部分為萬兆鏈路，為數字系統(tǒng)的順暢的調用、存儲和回放提供了足夠的帶寬資源。

　　傳輸協議

　　考慮到系統(tǒng)存儲和調用的效率，設計在各匯聚機房和TOC聯合主機房之間的網絡采用了二層協議，保證了系統(tǒng)存儲的高效率，降低了延時;同時在各監(jiān)控中心與TOC聯合主機房之間采用了三層路由協議。

　　視頻網絡從流量上來分析是一個典型的點到多點的應用網絡，數據流從編碼器發(fā)出給相應的接受者(如NVR、工作站、解碼器等)。TCP/IP技術一般都是針對點到點的傳遞或者廣播的方式傳遞，對于這樣需多點傳送的數據傳遞方式，傳統(tǒng)的技術需將這些大量的流業(yè)務復制多份來發(fā)送，這樣對整個網絡帶寬的消耗以及對網絡設備的壓力是可想而知的。組播技術不需服務器針對不同的目的地址復制多份相同內容，然后交遞給網絡傳遞，它僅僅需要一份，由路由器、交換機支持組播的特性，去分別向加入了這個組播組的用戶傳送。當然，所有網絡設備必須具備組播感知(Multicast Aware)的高級能力。

　　此外，網絡方案還在冗余、可靠性、網絡安全性及管理方面的進行了考慮。

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[nextpage]　　海量數據網絡存儲

　　不論是數字系統(tǒng)還是模擬系統(tǒng)，存儲(錄像)系統(tǒng)都是監(jiān)控系統(tǒng)中最為關鍵的環(huán)節(jié)，而性能優(yōu)良、穩(wěn)定的存儲設備是實現高可靠錄像的前提。

　　網絡視頻存儲服務器(NVR)主要負責前端視頻信號的存儲和回放。每臺NVR具備管理64路視頻的能力，根據錄像、回放比例按照7：3的要求，并適當考慮余量，每臺NVR按照管理40路視頻來配置。需要強調的是，在本系統(tǒng)中客戶端對實時視頻的調用不經過NVR服務器轉發(fā)，這大大降低了NVR服務器的負載，避免NVR服務器成為系統(tǒng)瓶頸。

　　對于海量的數字視頻存儲負荷非常大，必須事先對帶寬進行詳細計算，同時還需要計算實際所需要的存儲磁盤空間，并確定初步模擬測試方案，對磁盤存儲性能進行測試，計算過程需要假定以下參數：存儲系統(tǒng)吞吐率、需要存儲的通道視頻數、每個通道的視頻碼流、視頻讀寫百分比、磁盤存儲空間需求計算等，計算方式為：存儲空間=通道數×碼流×保存時間。例如20個通道，每個通道碼流3Mbps,計劃保存30天。則：20×3Mbps×3600s×24×7/8=4.5TB，由于每個攝像機的場景隨時變化，碼流也是動態(tài)的，因此磁盤空間計算會存在少量偏差。

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

　　DAS、NAS、SAN及ISCSI是目前主流的存儲技術，經過充分的技術比較和測試，考慮到本期CCTV對性能和容量的要求，所以選擇了FC SAN存儲，采用分布與集中相結合的多個SAN區(qū)域網絡存儲方式，即存儲設備集中在一個聯合設備機房內，而服務器對存儲的訪問采用的是分布式的方式。NVR通過SAN方式訪問磁盤陣列，每個用戶類型采用一臺存儲及兩臺SAN交換機的接入方式，每臺NVR均通過兩個4GB的光纖鏈路分別接入SAN網絡的兩臺SAN交換機，最大限度保證存儲鏈路冗余，使得應用系統(tǒng)能夠滿足性能，不會出現應用系統(tǒng)間性能沖突，安全性也可以保障，同時可用性也得到體現。

　　應用軟件及接口

　　軟件是數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心，尤其是實現視頻傳輸、管理和操作的核心視頻控制軟件(也稱為虛擬矩陣軟件)。用戶通過視頻監(jiān)控軟件進行日常的監(jiān)控功能應用，系統(tǒng)管理員也需要使用視頻監(jiān)控軟件對監(jiān)控系統(tǒng)中硬件軟件資源進行全面的管理和維護。

　　整個系統(tǒng)共有約18個分控(監(jiān)控)中心。用戶在分控中心進行監(jiān)控和管理。分控中心用戶通過工作站、監(jiān)視器兩種顯示方式查看視頻圖像，系統(tǒng)提供了一個完整的分布式軟件管理界面，保證在安防網絡中任何一臺工作站上，只要權限許可就控制、配置和診斷整個數字系統(tǒng)。

　　本項目在TOC聯合設備機房設置了兩臺專用集成服務器，用于完成視頻監(jiān)控系統(tǒng)與其它各類安防應用系統(tǒng)聯動協議轉換。

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

　　接口軟件包括：門禁系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)、行李系統(tǒng)、時鐘系統(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)間進行信息交互，因此應盡早明確需求，由于安防系統(tǒng)網絡一般為專用網，與其他系統(tǒng)連接需設置防火墻，因此系統(tǒng)間盡可能傳遞控制信號，即視頻流數據盡量不要穿過防火墻，而采用解碼器提供模擬視頻的方式。

　　智能、高清和標準化應用與展望

　　單純的數字化視頻系統(tǒng)并沒有真正發(fā)揮數字系統(tǒng)優(yōu)勢，系統(tǒng)還缺少智能化的功能，無法自動分析、識別和處理系統(tǒng)中有用的信息及圖像，無法做到預/報警功能，真正減少工作人員的工作量。在浦東機場應用中，考慮到目前視頻分析產品在國內尚處于起步階段，分析軟件對不同場合的識別能力有差異，且工作人員使用經驗還不足，因此選擇了40路進行人流計數、停車報警及防尾隨等應用。

　　另外，近兩年高清技術成為監(jiān)控行業(yè)的新熱點。高清1920×1080分辨率是標清704×576分辨率的5倍多，其清晰度優(yōu)勢極其明顯，因此隨著200萬、300萬甚至500萬像素的高清監(jiān)控技術的日漸成熟和設備成本逐步降低，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)的復雜，要求建設機場視頻監(jiān)控系統(tǒng)時必須引入集成化綜合平臺的理念，在保證各應用子系統(tǒng)工作獨立性的基礎上，通過系統(tǒng)間接口使各子系統(tǒng)間能夠互聯互通、無縫集成，從而達到信息共享、聯動控制的目的。在系統(tǒng)方案方面需要選擇開放性和兼容性以及標準化方面優(yōu)良的平臺，在建設過程中逐步引入綜合平臺的理念和智能化技術，通過總結經驗逐步形成建設標準，充分考慮系統(tǒng)的集成性、可擴展性、開放性、二次開發(fā)的便利性等，使系統(tǒng)在未來的擴展建設上具有更大的靈活性和自主權。

　　(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、張建軍現任職于上海機場建設指揮部)

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