智能建筑安防应用迈入高清时代

文｜杭州海康威视数字技术股份有限公司 胡洪刚

1 高清监控的应用优势分析

在数字监控向集中化、智能化、多级化方向发展的过程中，“高清”技术的应用日渐成为重要的应用趋势。

对于用户而言，传统的标清监控系统只记录事发经过，难以提供更多关键细节，无法推动监控应用层次和效能的提升，因此需要通过应用新的技术来改变这种现状；就技术和产品发展而言，标清技术的发展已经接近极限，继续发展的空间已经不大；对于市场而言，也急需新的产品来刺激增长。高清技术恰恰满足了以上多方的需求，成为了现在和未来发展的方向。所谓的“高清”，首先关注的就是细节。对于细节呈现能力的要求，不仅仅是为了满足用户感观的要求，更是为了支持安防取证、现场掌控——银行、大型场馆关键部位、出入口等场合，其监控的单位面积像素要求比一般仅需要完成事态查看的场合高一倍以上。图像越清晰，细节越明显，观看体验就越好，智能分析等应用业务的准确度也越高。无论从分辨率、显示效果还是流畅度来看，高清监控都比标清监控更有优势。

高清监控的优势不仅仅是画面清晰。除了画面清晰度提高以外，高清监控的监视场景范围也增大了许多。例如，对于道路监控应用，如果采用标清摄像机，每台摄像机只能覆盖一个车道；而采用高清摄像机，每台能够覆盖两到三个车道——如此整个工程中摄像机的数量就减少了一多半，工程安装和布线的工作量也得以减少，总体成本也不比标清高。再如银行监控，由于环境特殊，一般不允许使用球机，都是使用多个枪机来覆盖全场。如果使用高清监控，不仅监控图像清晰度能够提高，而且摄像机路数也会减少，还能使工程安装和布线变得简洁。随着高清逐渐的普及，总体成本也会下降。

进入2010年后，上海世博会、广州亚运会等重大契机，以及无线网络传输、GPS定位、移动通信、智能识别——市场和技术的双重推动力，促使高清监控在智能建筑、金融银行等重点行业步入了实战化应用阶段。

2 高清监控在智能建筑中的应用

对于最终用户来说，要实现真正意义上的高清监控，满足“看得清”的监控需求，就必须保证监控系统在视频的采集、编码、传输、实时预览、录像存储和回放等各个环节全面支持高清信号。

监控系统的一般结构如图1所示。

将图1所示系统架构与一般智能建筑的实际情况相结合，我们可以清晰地把监控系统分为前端子系统、传输子系统、存储子系统以及显示与控制子系统几部分。

图1 监控系统结构图

2.1 前端子系统

在高清技术得到应用之前，智能建筑的监控系统一般采用摸拟架构，需要大量的从前端到后端点对点的同轴电缆、视频分配器、电源线、控制线等。而在智能建筑的“四道防线”（如图2所示）的重点部位采用网络化高清摄像机后，在视频源上保证了对重点区域的高清监控，用一根网线即可传输视频、控制信号和供电，大大减少了使用线材的类型和所需的配套设备及材料。

周界及对外出入口

园区内主干道路、主要路口、室外制高点区域

建筑物室内公共区域

建筑物内重点

防护区域

图2 智能建筑的“四道防线”示意图

以海康威视推出的高清网络摄像机为例，在前端对高清视频进行高效压缩处理后，产生的音视频码流为4Mbps～12Mbps，通过以太网络传输，传输成本与标清监控网络化传输成本相当。

2.2 传输子系统

目前，高清视频信号的传输方式有模拟、数字、网络三种，前两种用于传输无损、无压缩的模拟和数字高清信号。模拟高清信号一般采用YPbPr分量传输，一路高清视频信号需要三根同轴线缆同时传输，线缆使用量非常大。虽然分量传输可以通过第三方设备延长传输距离；但由于其传输的信号是模拟信号，经远距离传输后有损，因此不适合于高清监控。数字高清信号一般采用DVI、HDMI或者 HD-SDI传输，其中 DVI和HDMI的传输距离只有几米，不适合用于监控传输；HD-SDI虽可以传输百米左右，但对同轴电缆的要求很高，线缆的价格也非常昂贵，因此中大规模的监控应用也只能望而却步。

网络高清信号传输，顾名思义，是以网络传输方式传输网络高清视频信号，在智能建筑行业中常采用星型架构的以太网络实现高清网络视频信号的传输。其传输距离根据选用的线路不同，从百米到几十公里不等。与模拟、数字这两种方式相比，其造价相对较低，且性能稳定；是目前在高清监控系统中应用范围最广的一种高性价比的传输方式。

目前，以太网带宽已经实现了100/1000Mbps到桌面（终端设备），核心单端口带宽可达万兆。因此，智能建筑内的局域网络完全可以担负起任何大规模网络高清监控系统的高清信号传输。

在广域网上，高清视频的传输受到带宽的限制，加强广域网带宽建设是解决这一问题的重要途径。另外，通过应用流媒体转发、组播等技术，可以降低多个用户访问同一视频源时对带宽的重复占用，也有助于减轻高清视频网络传输的带宽压力。

2.3 存储子系统

目前，安防系统常用的存储方式有DAS直连、NAS网络硬盘和IP-SAN等，其中IP-SAN方式采用IP构架的以太网传输，具备良好的可扩展性、可共享性，分摊应用成本较低，是目前大中型集中监控存储的主流技术之一。这些存储方式所采用的都是IT行业非常成熟的技术；存储介质也多半是采用IT行业通用的数据硬盘，容量一般在TB级以上（按720P视频图像每路每小时的数据量为1GB计算，1TB的数据硬盘大约可存储720P的视频图像单路录像1000小时或者1000路同时录像1个小时的数据），2TB的数据硬盘也逐渐走入了人们的视线。随着具体高清监控项目规模的不断增大，大型高清监控系统PB级海量存储解决方案将得到普遍应用。

高清监控系统对高清视频存储的安全性，特别是存储的视频录像安全回放的要求很高。视频能否回放取决于四个方面的问题。

（1）存储设备的混合读写性能是否足够强，以保证可在大量高清视频写入的同时支持多路视频的回放。混合读写性能不够强，不仅影响正常的视频写入和回放，严重时还有可能造成后续视频完全无法写入。

（2）存储系统的安全性和稳定性如何。采用先进的RAID技术、高可靠的企业级磁盘可有效降低因为磁盘损坏而造成数据丢失，保证高清视频实时可用。

（3）存储系统是否有数据备份的措施。重要场所的监控图像或普通场所某时段的重要监控图像往往需要备份，以确保在一段时间内随时可用。一般在采集视频时可将其同时保存到多台存储设备，或先保存单个文件，之后再将其复制到另一台存储设备等方式来实现。对重要视频文件的多重保存或备份是设计高清监控系统时必须考虑的问题。

（4）平台软件媒体管理系统的有效性。支持使用者通过关键字，快速、准确、有效地检索到目标视频是媒体管理系统的重要指标。如果这一点不能保证，高清视频即使保存下来，也有可能无法被检索到、无法用于图像调用和图像分析，那么图像存储就将变得没有意义。

此外，智能分析和数据挖掘功能也在存储系统中充分展现了各自的应用价值。以智能建筑项目为例，随着存储时间由3个月或半年扩展到一年，加上前端监控点位的后期扩展，其监控系统需要的存储容量将不断增大。若加装智能分析模块并将其与时间、报警触发存储相结合，将使视频存储所需要的空间大幅减少。在一些重要场合（如机场、海关）的出入口，也可将高清摄像机抓拍的人脸或车牌视频与后台存储数据库中的黑名单进行比对，判断目标是否为犯罪嫌疑人或违法车辆等，若与黑名单信息相吻合则进行报警并联动配套系统。

2.4 管理平台

智能建筑行业项目规模越来越庞大，智能化系统之间，特别是各类安全防范系统整合的趋势越来越明显，一套强大的管理软件必不可少。如图3所示，基于SOA的松耦合架构设计的管理平台可以支持便捷的多系统集成管理；平台通过Web Service提供系统服务，为第三方系统集成提供标准接口服务。

图3 管理平台示意图

一个强大的管理平台应具备多级安全认证机制，支持完善的权限管理功能；特别是对于垂直集中的管理机制平台，授权管理（是否给某个用户以操作权限）与级别控制（给不同级别的用户以不同的控制管理、操作权限）的重要性显得尤为突出。在软件架构方面，C/S结构和B/S结构各有所长，可以根据对监控系统的不同需求按需选择；但是C/S架构的软件系统的功能应用可以做得更丰富，通信开销更少，因此笔者建议以C/S结构为主。

在硬件方面，考虑到需要保护原有模拟系统的投资和满足未来扩展的需求，硬件综合平台对新、旧系统的高度整合和集成功能，例如同时支持摸拟、网络和高清数字（如HDMI、DVI、HD-SDI等）接入，同时支持高清和标清系统，支持智能分析功能，拥有完善的高清编解码功能，能支持大屏拼接管理功能以降低控制器的二次投资，支持大规模多级组网等，也非常重要。

2.5 显示系统

后端的显示设备一般有CRT、LCD、PDP三种。而高清显示效果必须要使用大尺寸、支持高清分辨率的显示器才能表现出来，采用拼接墙技术是当前主流的做法，智能建筑群的大型指挥中心、体育场馆等大都使用拼接大屏。DLP是目前的各种拼接屏中最成熟的产品，但LCD拼接墙也正在逐渐抢占市场；就清晰度来说，LCD完全可以满足1080p的使用要求。新的显示技术(如OLED高清等)也都已将高清晰指标放在最重要的位置，而各类显示屏也都将16∶9的宽屏作为高清产品的标准规格。

在接口方面，高清数字接口也成为了液晶拼接屏的标配，常见的DVI、HDMI、HDSDI等接口都广泛应用在不同型号和厂家的显示设备中。不同的接口有各自的优点。譬如，DVI接口的传输完全采用了数字格式，保证了视频源到显示终端传输过程中信息的完整性，可以得到更快捷的传输速度以及更清晰的影像。再如HDMI接口，没有DVI的接口面积过大、不能传输音频等缺点；虽然最高传输速度低于DVI（DVI可达8Gbps，HDMI为5Gbps，HD-SDI接口在传输最高画质的HDTV信号时的最高传输速度为2Gbps)，但支持八声道、单声道等多种形式的数码音频传输，无需单独使用音频连接线；同时其连接线的长度也可以达到20多米（DVI线超过8m就会影响画质）。与DVI接口相比，HDMI不仅拥有更高的带宽和分辨率等，还能集视频传输和音频传输于一身，大幅简化线缆的连接。

3 高清监控整体解决方案

综上分析，要实现高清监控，全面满足高清监控，特别是智能建筑行业的高清监控需求，必须要有优秀、完整的高清监控设备和解决方案。以海康威视推出的整体高清监控解决方案为例，其完整的产品线涵盖前端视频采集、编码、传输、存储、控制、解码输出、大屏显示，乃至中心管理平台等——200万像素CCD高清网络摄像机可实现高清视频图像实时传输；DS-9000系列混合DVR兼有DVR和NVR的功能，可同时支持摸拟和数字接入，并可接入高清网络摄像机，实现高清录像和回放等；高清解码卡/器支持高清解码；视频综合管理平台具有完善的矩阵功能，同时支持高清、标清和网络IP矩阵，同时支持摸拟和数字接入，支持大规模组网、支持海量存储等众多功能——相关产品和解决方案在2010年上海世博会等众多标志性项目中的广泛应用，充分证明了智能建筑安防应用已经迈入高清监控时代。