园区监控系统方案

大型园区监控系统控制软件技术方

案

沈阳先凯丽柯电子工程有限公司

2007年9月

目录

第一章 系统框架设计 ..................................................................................................................... 3 第二章 软件结构 ............................................................................................................................. 6

1. 软件总体结构 ....................................................................................................................... 6 2. 管理中心软件结构 ............................................................................................................... 6 3. 控制中心软件结构 ............................................................................................................... 7 第三章 系统功能描述 ..................................................................................................................... 9

1. 功能概述 ............................................................................................................................... 9 2. 系统管理 ............................................................................................................................... 9

2.1系统管理概述 ............................................................................................................... 9 2.2 接入与状态管理 ........................................................................................................ 10 2.3 监控中心信息查询 .................................................................................................... 10 2.4 巡检及事故通知 ........................................................................................................ 11 2.5 报警布防及报警通知 ................................................................................................ 11 3. 电视墙功能 ......................................................................................................................... 12

3.1 电视墙功能概述 ........................................................................................................ 12 3.2 启动解码器 ................................................................................................................ 13 3.3 显示实时图像 ............................................................................................................ 14 3.4 视频编码器故障处理 ................................................................................................ 16 3.5 回放历史图像 ............................................................................................................ 16 4. 录像功能 ............................................................................................................................. 17

4.1 录像功能概述 ............................................................................................................ 17 4.2 计划录像 .................................................................................................................... 19 4.3 电视墙图像录像 ........................................................................................................ 21 4.4 报警联动录像 ............................................................................................................ 21 4.5 硬盘录像机故障时的热备份录像 ............................................................................ 21 4.6 回放历史图像 ............................................................................................................ 22 5. 报警联动 ............................................................................................................................. 23 第四章 系统性能 ........................................................................................................................... 25

1. 先进性 ................................................................................................................................. 25 2. 数据安全性 ......................................................................................................................... 25 3. 扩展性 ................................................................................................................................. 25

第一章 系统框架设计

本监控系统方案以小平岛为例，该岛3000多个监控网点做一个统筹规划设计。本案将监控系统设计为垂直管理、平行职能按区域规划的两层结构。

监控系统分为前端采集接入；接入点数字化、网络化处理，本区域控制、集中录像、监视；监控中心集中管理、监控等三个部分。

设置“区域监控分中心”、“监控中心”两级监控单位，配置相应的功能服务器和监控控制端。

基于响应并超越用户要求的理念，提供从前端采集、监控站视频综合处理、监控中心系统管理、控制、服务的全套涉及软硬件的无缝解决方案。我们提供全D1画质实时视频监控和回放，监控延时小于300ms；基于C/S架构的软件系统，在一个控制席上便能完成所有监控操作；基于区域的管理垂直管理模式，保证系统安全、有序运行，又明确各岗位的职责；灵活细致的联动，与报警子系统有机结合，在有警情发生时，自动进行图像的切换、录像，报警的提示、记录等处理，实现更智能化的视频监控；强大的网管功能，可在监控中心实现对所有用户、设备的管理和维护。

系统结构图如下：

监控中心管理中心控制中心流媒体服务器存储服务器解码服务器监控分中心控制分中心解码服务器DVR监控分中心控制分中心解码服务器DVR

图1 系统结构图

监控中心作为整个监控系统的管理核心，具备系统功能配置、管理，系统用户权限分配、管理，系统设备配置、管理的权限，在监控中心配置“管理服务器”、“流媒体服务器”、“存储服务器”、“解码服务器”、“监控客户端”等功能服务软件及其配套硬件服务器和PC。 监控分中心实现采集信号的汇总、接入、处理、传输、压缩、监视等功能，配置“DVR”、“解码服务器”、“监控客户端”等服务软件及其配套硬件设施。

监控系统详细结构图：

图释：拾音器：摄像机：报警输入：报警输出：模拟信号线：网络线流媒体服务器：电视墙控制中心存储服务器管理中心解码服务器监控中心网络监控网络解码服务器控制中心监控分中心网络控制中心解码服务器监控分中心网络控制中心解码服务器监控分中心网络图2 监控系统详细结构图

如监控系统总体框架规划中设计，本案设1个监控中心和5个监控分中心，监控中心和监控分中心在本地建设局域网，进行内部联网监控；各监控管理中心之间通过监控专用网络相连接。

监控分中心放置DVR（网络硬盘录像机），实现对前端采集的模拟信号的接入。前端放置拾音器拾取音频信号，进行音频监听和记录；放置摄像机摄取视频信号，进行实时视频监视和记录，以进行实时远程监视和事后调看；放置报警探测设备，对异常警情进行探测，将探测信息以信号量的方式，送入DVR进行数字化处理，供管理中心进行警情管理；放置报警输出设备，对警情、异常等情况进行报警提示，通知处理。

DVR对接入的模拟数据进行数字化处理，将视音频数据压缩后进行本地存储，本地配备足够容量的硬盘进行视音频分散存储。以D1码流1.5Mbps计算，一路一天24小时录像约需13GB的硬盘空间。DVR提供网络传输功能，将压缩码流通过分控中心局域网和监控网络传输给监控分中心及监控中心的各功能服务器进行解码上墙、客户端监控和集中存储。

DVR发送反向控制命令，控制前端摄像机的角度、焦距，根据需要调用预置点、轨迹等，实现按需监控。

分控中心的控制客户端，从总控中心的管理服务器上获取自己的监控权限和功能服务器使用权限，对辖区内的监控点进行远程监控和控制，并控制解码服务器，实现压缩后视频流的解码上电视墙显示。

分控中心解码服务器，提供数字信号解码成模拟信号的反向解码服务，接收分控客户

度端的控制命令，进行监控视音频的解码显示、监听。根据需求，本案中设计的解码服务器具有同时解码20路D1码流的能力。

总控中心设置管理服务器，对监控系统内的所有用户、设备进行配置和管理；设置流媒体转发服务器，对监控中心局域网网内的监控需求和各功能服务器的码流获取需求进行响应，代为建立视音频连接，进行视音频的复制、分发；设置集中存储服务器，对重要的视音频进行中心集中存储记录，如对报警联动视频、人工切换的重点监控视频（如需调看上电视墙的视频）进行集中存储录像，并提供记录的视频的VOD点播服务，响应其他客户端的查看需求。

总控中心设置的电视墙服务器和控制客户端实现的功能与分控中心相同服务器的功能保持一致。

第二章 软件结构

1. 软件总体结构

视频安防监控系统软件基于C/S架构设计，系统功能采用模块化设计。图3是总体结构示意图。

图3 视频安防监控系统软件总体结构示意图

视频安防监控系统软件分管理中心（Server Control）、监控中心（Control Center）与控制中心三部分。

监控中心提供视频安放监控系统的功能服务，包含集中存储服务、电视墙服务、流媒体服务等。

控制中心是一个用户进行监控交互的客户端软件。

管理中心包含一个服务程序和一个数据库，对各监控中心服务模块、控制中心用户、前端设备（硬盘录像机、视频编码器）实施有效管理，管理数据记录在数据库中。

视频安防监控系统软件支持分布式组网，可组建多个监控中心，监控中心之间可形成一个树形结构，最高级别的监控中心可以管理各个分监控中心，上级监控中心可以按权限实时监看下级监控中心管理的监控点。

2. 管理中心软件结构

图4是管理中心模块示意图。

图4 管理中心功能模块示意图

用户管理：对每个控制中心的操作用户做添加、删除和配置等管理，用户管理分管理员、超级用户、普通用户等3个级别。

控制中心管理：对所有控制中心的添加、删除和配置。

服务器管理：对电视墙服务器、集中存储服务器、流媒体服务器等各类功能服务器的添加、删除和配置。

设备管理：对所有前端设备（硬盘录像机、视频编码器等编码设备）的添加、删除和配置。

日志管理：记录用户对管理中心的操作日志等。

网络传输：接收控制中心发送过来的验证请求、网络报文以及通过这个模块于各个控制中心保持心跳。

数据库：读写用户以及控制中心等数据。

3. 控制中心软件结构

Control Center 主要是于前端的设置做直接的操作交互包括预览、录像、回放、远程配置等操作，以及配置控制区域、预览通道、日志管理以及电子地图，同时与Server Control保持心跳。

图5是控制中心软件结构示意图。

图5 控制中心软件框架图

中间件客户端抽象层：是中间件抽象出来的与视频编码设备交互的接口，应用层通过这一层控制设备。

获取码流：主要有两种模式，一种直连一种是通过流媒体。

录像：应用实现管理的所有通道的录像计划，调用集中存储中间件提供的接口给存储服务器发命令控制集中存储服务器以及硬盘录像机的录像。。

解码：包括预览模块的软解码和硬解码两种模式，其中硬解码上电视墙调用电视墙抽象层封装的接口控制前端的电视墙服务器。

参数控制：设置预览的视频参数（亮度、对比度等）以及控制预览画面前端的云台（包括聚焦等）。

远程配置：调用客户端抽象层接口配置设备的所有参数（包括网络、通道、串口、报警、用户等）。

报警：在control center 启动监听被动接收前端服务器上传的所有报警信息，并且在这个模块中将所有的报警信息做脉冲过滤处理。

消息联动：对过滤过的报警信息建立联动关系并且触发所有相关的联动动作启动。 设备管理：编码设备通道的添加、删除及配置的管理，包括各种组合的配置（组的画面分割、组中通道的添加等等）。

日志管理：记录、查询control center所有的操作和报警日志。

网络传输：向上级Control Center 或 Server 发送报警、操作信息，并且上传该control center的运行情况。

第三章 系统功能描述

1. 功能概述

系统功能主要由功能服务模块来实现，主要功能包括：  系统管理  电视墙功能  录像功能  报警联动  流媒体服务

2. 系统管理

2.1系统管理概述

系统管理由管理中心实现。

管理中心是整个系统的核心，各监控中心必须得到管理中心的授权才可以接入系统，同时，管理中心还对监控中心的各类服务器（电视墙服务器，存储服务器，流媒体服务器）、接入的前端编码设备（硬盘录像机、视频编码器）、控制中心的操作用户进行管理。图6是管理中心主界面。

图6 管理中心主界面

管理中心负责对设备的工作状态进行监控，在出现设备掉线/死机的情况下会发出报警并通知相关的监控中心进行处理；管理中心负责接收前端设备的各种报警信号（移动报警/

遮蔽报警/IO报警/系统报警等），对这些报警进行过滤后，发送给相关的监控中心进行处理。

2.2 接入与状态管理

图7是监控中心各类服务器接入系统（系统登录）及保活（工作状态管理）流程图。

图7 监控中心登录及保活流程图

2.3 监控中心信息查询

图8是监控中心信息查询流程图。

图8 监控中心信息查询流程图

查询的信息主要包括操作、报警等日志信息，编码设备、摄像机等状态信息。

2.4 巡检及事故通知

对前端编码设备（硬盘录像机、视频编码器）进行巡检，若发现设备故障，管理中心进行事故通知，由监控中心对事故进行处理。图9是巡检及事故通知流程图。

图9 巡检及事故通知流程图

当监控中心收到事故通知时，如硬盘录像机故障，那么，监控中心启动存储备份任务，及时将故障硬盘录像机的监控点图像，热切换到视频编码器进行传输，集中存储服务器启动这些监控点的录像。如故障硬盘录像机修复，当管理中心获取其状态改变，即通知监控中心停止备份录像。

2.5 报警布防及报警通知

图10是报警布防及报警通知流程图。

图10 报警布防及报警通知流程图

报警源来自前端编码设备（视频编码器），管理中心负责对报警信息进行过滤处理，以减少操作人员的工作量，同时避免报警信息占用网络带宽资源、管理中心服务器系统资源。

管理中心只负责接警，处警由监控中心完成。

3. 电视墙功能

3.1 电视墙功能概述

电视墙功能由管理中心、视频解码服务器（以下简称解码器）、控制中心共同完成，PTZ控制可以由控制中心完成。

本系统中监控分中心电视墙规模为18个监视器，鉴于电视墙规模较大，为便于值班人员进行有效监视，监视器选择单画面显示方式。 多功能大屏幕可做如下用途：

显示手动切换的重要图像； 显示自动切换的报警画面； 显示回放画面； … …

电视墙显示的图像来源于解码器，所以，要进行正常工作，首先要启动相关解码器。管理中心添加解码器，控制中心从管理中心获取服务器列表。确认解码器启动后，控制中心就可通过网络对解码器发送配置、控制等命令。

在预览模式（显示实时图像）下，控制中心通过网络向解码器发送命令，控制某个解码通道到设备获取图像数据，并且显示指定的监控点实时图像；在回放模式（回放历史图像）下，控制中心将指定监控点的视频图像数据发送至解码器并显示图像。

控制中心可发送命令，控制电视墙在视频图像上显示关联解码通道的序号，方便使用者灵活地进行手动切换控制。

当视频编码器发生故障，监控中心将相关监控点图像软切换到硬盘录像机对应图像通道，直到故障排除。

3.2 启动解码器

控制中心将显示已添加的解码器及当前选中解码器的解码通道数。图11是启动解码器的工作流程图。

图11 启动解码器的工作流程图

图12是解码器主界面。

图12 解码器主界面

3.3 显示实时图像

由控制中心进行实时图像的显示控制，图13是控制中心的主界面。

图13 控制中心的主界面

在主界面上弹出解码服务器配置窗口，显示当前选中解码服务器的解码路数，如图14

所示。通过拖动主界面树上的监控点、组、序列、组序列至电视墙界面的窗口来指定电视墙对应窗口显示的监控点实时图像及切换模式。

图14 解码输出通道

切换模式包括：

 拖动通道到电视墙的详细配置界面的通道中显示该通道图像。  拖动组，播放组中配置的所有通道图像。

 拖动序列，实现序列中配置的通道单画面轮循。

 拖动组列表，实现列表按照轮巡时间循环显示列表下的组。

通过控制中心或控制键盘可控制当前选中通道的前端云台。 图15是电视墙显示实时图像的工作流程图。

图15 电视墙显示实时图像的工作流程图

3.4 视频编码器故障处理

当管理中心巡检到视频编码器故障，通知监控中心，监控中心将通过相应的DVR（硬盘录像机）视频通道代替故障视频编码器的相应通道，从而不影响电视墙显示图像。

图16是视频编码器故障处理流程。

图16是视频编码器故障处理流程

3.5 回放历史图像

回放是控制中心模块去存储服务器或硬盘录像机上获取符合查询条件的视频数据进行播放，可以在电脑屏幕播放，也可以上电视墙。

在控制中心主界面中拖动历史图像至电视墙界面的某个窗口（如图17所示），若该窗口正在预览将停止预览，但不影响其它窗口的图像显示及切换。图18是回放历史图像的工作流程图。

图17 电视墙回放历史图像控制界面

图18 回放历史图像的工作流程图

4. 录像功能

4.1 录像功能概述

采用各监控分中心分散存储和监控中心控制室集中存储同时进行的冗余录像模式。

前端监控分中心所有硬盘录像机采用7×24小时定时录像，配置相应容量的硬盘空间使录像资料保存周期满足要求；监控中心控制室的集中存储服务器可根据需要选择进行报警联动录像、电视墙显示图像的录像、前端硬盘录像机故障时的备份录像。所有录像采用循环覆盖方式。

硬盘录像机的分散存储主要记录所有监控点的录像，监控中心控制室的集中存储主要记录报警等事件的录像，实际上是通过网络实现了录像的备份，并且通过网络实现存储数据的回放功能。

在软件中有一个存储服务器模块，所有的数据都是通过网络发命令给存储服务器，服务器接收到命令，通过解析后由网络去视频编码器或者硬盘录像机上获取视频数据并进行存储。在存储的同时存储服务器会建立相关的索引文件以及在数据库中保存相关的录像记录。图19是存储服务器模块的基本软件框架示意图。

图19是存储服务器模块的基本软件框架示意图

存储服务器的基本功能包括：

 支持对磁盘分区进行分组，采用磁盘预分配技术对录像数据进行管理。  支持对服务器的基本运行参数进行调整。  支持以半小时为单位设置录像计划。  提供完整录像计划管理界面。

 内建VOD服务器，支持录像数据的远程查询和点播功能。

 支持远程设置录像计划、启动服务器、停止服务器、实时启停录像等。

图20是存储服务器的主界面。

图20 存储服务器的主界面

整个软件主要的存储功能包括：  计划录像

 电视墙图像录像  报警联动录像

 硬盘录像机故障时的热备份录像  回放历史图像

4.2 计划录像

在控制中心上可以设置对前端的任一通道做存储服务器上的计划录像，并且可以配置其录像计划。图21是录像计划配置界面。

图21 录像计划配置界面

启动了存储服务器后，服务器就会根据设置好的计划去前端的视频服务器（DVR/DVS）获取实时码流，将码流存储到当前存储服务器上。图22是计划录像的工作流程。

图22 计划录像的工作流程

4.3 电视墙图像录像

在控制中心切换图像时给配置好的存储服务器也发相应的开始对该监控点进行远程网络存储的命令，存储服务器则会去远程的视频编码器上获取实时码流做存储。图23是电视墙图像录像的工作流程。

图23 电视墙图像录像的工作流程

4.4 报警联动录像

控制中心一旦收到来自管理中心通知的报警，那么控制中心从前端视频编码器获取联动通道的实时码流，发送命令给存储服务器启动该通道的录像。

4.5 硬盘录像机故障时的热备份录像

控制中心一旦收到硬盘录像机故障等类似报警后，控制中心就开始查找其对应的视频编码器信息，并且立即发送命令给存储服务器要求存储服务器对相应视频编码器的通道图像做远程网络存储。图24是具体的工作流程。

图24硬盘录像机故障时的热备份录像工作流程

4.6 回放历史图像

控制中心可以根据时间检索条件自动去存储服务器或前端硬盘录像机上获取历史图像进行回放，并且可以将图像数据推给解码器控制回放上电视墙。通过拖动主界面树上（图17）的监控点至回放界面（图25所示）的窗口来显示该监控点在指定时间内有录像文件的时间段，并可通过回放状态条来定位回放录像的时间，图26是具体的工作流程。

图25 回放控制界面

图26 回放工作流程

5. 报警联动

在本系统的软件中，由管理中心接收前端所有的报警，管理中心在接收到报警后发送给相应的控制中心，在控制中心可以设置相应的报警需要做的报警联动的动作（图27 所示），控制中心收到报警后对报警做相应的联动处理。

图27 报警联动列表

可以联动的动作主要有：

 弹出相关视频窗口，电脑屏幕或/与电视墙显示  发出不同类型的报警声音  电子地图相关热点闪烁

 控制前端DVS的报警输出状态  触发录像

图28 是具体的工作流程，图29是报警联动界面。

图28 报警联动工作流程

第四章 系统性能

1. 先进性

基于先进的视频编码技术和成熟的网络技术，采用模块化设计的监控系统服务功能，数字图像分辨率达到高清水平的D1（704*576，PAL制式）分辨率；电视墙显示的实时图像水平线速不低于400，垂直线数不低于350；回放的历史图像水平与垂直线数均不低于320；图像传输延时低于300ms。

2. 数据安全性

数据库加密设计：管理中心、控制中心的数据库全部通过私有加密算法加密，从而加强数据库的安全性。

网络传输加密设计：各个模块中的网络传输报文全部经过加密算法后再发送，从而加强网络传输的安全性。

视音频数据加密设计：所有经过编码后的数据全部经过加密后进行网络传输，从而加强视音数据传输的安全性。

视音频数据冗余存储：监控分中心分散存储和监控中心集中存储并存的数据冗余存储设计，保证录像资料的完整性。

3. 扩展性

全部采用TCP/IP协议实现视频编解码设备和各功能服务器的接入，所有监控数据和控制信令的传输基于IP网络，局域网IP资源充裕，可实现系统的轻松扩容升级。