智能建筑安防應用邁入高清時代

文｜杭州海康威視數字技術股份有限公司 胡洪剛

1 高清監控的應用優勢分析

在數字監控向集中化、智能化、多級化方向發展的過程中，“高清”技術的應用日漸成為重要的應用趨勢。

對于用戶而言，傳統的標清監控系統只記錄事發經過，難以提供更多關鍵細節，無法推動監控應用層次和效能的提升，因此需要通過應用新的技術來改變這種現狀；就技術和產品發展而言，標清技術的發展已經接近極限，繼續發展的空間已經不大；對于市場而言，也急需新的產品來刺激增長。高清技術恰恰滿足了以上多方的需求，成為了現在和未來發展的方向。所謂的“高清”，首先關注的就是細節。對于細節呈現能力的要求，不僅僅是為了滿足用戶感觀的要求，更是為了支持安防取證、現場掌控——銀行、大型場館關鍵部位、出入口等場合，其監控的單位面積像素要求比一般僅需要完成事態查看的場合高一倍以上。圖像越清晰，細節越明顯，觀看體驗就越好，智能分析等應用業務的準確度也越高。無論從分辨率、顯示效果還是流暢度來看，高清監控都比標清監控更有優勢。

高清監控的優勢不僅僅是畫面清晰。除了畫面清晰度提高以外，高清監控的監視場景范圍也增大了許多。例如，對于道路監控應用，如果采用標清攝像機，每臺攝像機只能覆蓋一個車道；而采用高清攝像機，每臺能夠覆蓋兩到三個車道——如此整個工程中攝像機的數量就減少了一多半，工程安裝和布線的工作量也得以減少，總體成本也不比標清高。再如銀行監控，由于環境特殊，一般不允許使用球機，都是使用多個槍機來覆蓋全場。如果使用高清監控，不僅監控圖像清晰度能夠提高，而且攝像機路數也會減少，還能使工程安裝和布線變得簡潔。隨著高清逐漸的普及，總體成本也會下降。

進入2010年后，上海世博會、廣州亞運會等重大契機，以及無線網絡傳輸、GPS定位、移動通信、智能識別——市場和技術的雙重推動力，促使高清監控在智能建筑、金融銀行等重點行業步入了實戰化應用階段。

2 高清監控在智能建筑中的應用

對于最終用戶來說，要實現真正意義上的高清監控，滿足“看得清”的監控需求，就必須保證監控系統在視頻的采集、編碼、傳輸、實時預覽、錄像存儲和回放等各個環節全面支持高清信號。

監控系統的一般結構如圖1所示。

將圖1所示系統架構與一般智能建筑的實際情況相結合，我們可以清晰地把監控系統分為前端子系統、傳輸子系統、存儲子系統以及顯示與控制子系統幾部分。

圖1 監控系統結構圖

2.1 前端子系統

在高清技術得到應用之前，智能建筑的監控系統一般采用摸擬架構，需要大量的從前端到后端點對點的同軸電纜、視頻分配器、電源線、控制線等。而在智能建筑的“四道防線”（如圖2所示）的重點部位采用網絡化高清攝像機后，在視頻源上保證了對重點區域的高清監控，用一根網線即可傳輸視頻、控制信號和供電，大大減少了使用線材的類型和所需的配套設備及材料。

周界及對外出入口

園區內主干道路、主要路口、室外制高點區域

建筑物室內公共區域

建筑物內重點

防護區域

圖2 智能建筑的“四道防線”示意圖

以海康威視推出的高清網絡攝像機為例，在前端對高清視頻進行高效壓縮處理后，產生的音視頻碼流為4Mbps～12Mbps，通過以太網絡傳輸，傳輸成本與標清監控網絡化傳輸成本相當。

2.2 傳輸子系統

目前，高清視頻信號的傳輸方式有模擬、數字、網絡三種，前兩種用于傳輸無損、無壓縮的模擬和數字高清信號。模擬高清信號一般采用YPbPr分量傳輸，一路高清視頻信號需要三根同軸線纜同時傳輸，線纜使用量非常大。雖然分量傳輸可以通過第三方設備延長傳輸距離；但由于其傳輸的信號是模擬信號，經遠距離傳輸后有損，因此不適合于高清監控。數字高清信號一般采用DVI、HDMI或者 HD-SDI傳輸，其中 DVI和HDMI的傳輸距離只有幾米，不適合用于監控傳輸；HD-SDI雖可以傳輸百米左右，但對同軸電纜的要求很高，線纜的價格也非常昂貴，因此中大規模的監控應用也只能望而卻步。

網絡高清信號傳輸，顧名思義，是以網絡傳輸方式傳輸網絡高清視頻信號，在智能建筑行業中常采用星型架構的以太網絡實現高清網絡視頻信號的傳輸。其傳輸距離根據選用的線路不同，從百米到幾十公里不等。與模擬、數字這兩種方式相比，其造價相對較低，且性能穩定；是目前在高清監控系統中應用范圍最廣的一種高性價比的傳輸方式。

目前，以太網帶寬已經實現了100/1000Mbps到桌面（終端設備），核心單端口帶寬可達萬兆。因此，智能建筑內的局域網絡完全可以擔負起任何大規模網絡高清監控系統的高清信號傳輸。

在廣域網上，高清視頻的傳輸受到帶寬的限制，加強廣域網帶寬建設是解決這一問題的重要途徑。另外，通過應用流媒體轉發、組播等技術，可以降低多個用戶訪問同一視頻源時對帶寬的重復占用，也有助于減輕高清視頻網絡傳輸的帶寬壓力。

2.3 存儲子系統

目前，安防系統常用的存儲方式有DAS直連、NAS網絡硬盤和IP-SAN等，其中IP-SAN方式采用IP構架的以太網傳輸，具備良好的可擴展性、可共享性，分攤應用成本較低，是目前大中型集中監控存儲的主流技術之一。這些存儲方式所采用的都是IT行業非常成熟的技術；存儲介質也多半是采用IT行業通用的數據硬盤，容量一般在TB級以上（按720P視頻圖像每路每小時的數據量為1GB計算，1TB的數據硬盤大約可存儲720P的視頻圖像單路錄像1000小時或者1000路同時錄像1個小時的數據），2TB的數據硬盤也逐漸走入了人們的視線。隨著具體高清監控項目規模的不斷增大，大型高清監控系統PB級海量存儲解決方案將得到普遍應用。

高清監控系統對高清視頻存儲的安全性，特別是存儲的視頻錄像安全回放的要求很高。視頻能否回放取決于四個方面的問題。

（1）存儲設備的混合讀寫性能是否足夠強，以保證可在大量高清視頻寫入的同時支持多路視頻的回放。混合讀寫性能不夠強，不僅影響正常的視頻寫入和回放，嚴重時還有可能造成后續視頻完全無法寫入。

（2）存儲系統的安全性和穩定性如何。采用先進的RAID技術、高可靠的企業級磁盤可有效降低因為磁盤損壞而造成數據丟失，保證高清視頻實時可用。

（3）存儲系統是否有數據備份的措施。重要場所的監控圖像或普通場所某時段的重要監控圖像往往需要備份，以確保在一段時間內隨時可用。一般在采集視頻時可將其同時保存到多臺存儲設備，或先保存單個文件，之后再將其復制到另一臺存儲設備等方式來實現。對重要視頻文件的多重保存或備份是設計高清監控系統時必須考慮的問題。

（4）平臺軟件媒體管理系統的有效性。支持使用者通過關鍵字，快速、準確、有效地檢索到目標視頻是媒體管理系統的重要指標。如果這一點不能保證，高清視頻即使保存下來，也有可能無法被檢索到、無法用于圖像調用和圖像分析，那么圖像存儲就將變得沒有意義。

此外，智能分析和數據挖掘功能也在存儲系統中充分展現了各自的應用價值。以智能建筑項目為例，隨著存儲時間由3個月或半年擴展到一年，加上前端監控點位的后期擴展，其監控系統需要的存儲容量將不斷增大。若加裝智能分析模塊并將其與時間、報警觸發存儲相結合，將使視頻存儲所需要的空間大幅減少。在一些重要場合（如機場、海關）的出入口，也可將高清攝像機抓拍的人臉或車牌視頻與后臺存儲數據庫中的黑名單進行比對，判斷目標是否為犯罪嫌疑人或違法車輛等，若與黑名單信息相吻合則進行報警并聯動配套系統。

2.4 管理平臺

智能建筑行業項目規模越來越龐大，智能化系統之間，特別是各類安全防范系統整合的趨勢越來越明顯，一套強大的管理軟件必不可少。如圖3所示，基于SOA的松耦合架構設計的管理平臺可以支持便捷的多系統集成管理；平臺通過Web Service提供系統服務，為第三方系統集成提供標準接口服務。

圖3 管理平臺示意圖

一個強大的管理平臺應具備多級安全認證機制，支持完善的權限管理功能；特別是對于垂直集中的管理機制平臺，授權管理（是否給某個用戶以操作權限）與級別控制（給不同級別的用戶以不同的控制管理、操作權限）的重要性顯得尤為突出。在軟件架構方面，C/S結構和B/S結構各有所長，可以根據對監控系統的不同需求按需選擇；但是C/S架構的軟件系統的功能應用可以做得更豐富，通信開銷更少，因此筆者建議以C/S結構為主。

在硬件方面，考慮到需要保護原有模擬系統的投資和滿足未來擴展的需求，硬件綜合平臺對新、舊系統的高度整合和集成功能，例如同時支持摸擬、網絡和高清數字（如HDMI、DVI、HD-SDI等）接入，同時支持高清和標清系統，支持智能分析功能，擁有完善的高清編解碼功能，能支持大屏拼接管理功能以降低控制器的二次投資，支持大規模多級組網等，也非常重要。

2.5 顯示系統

后端的顯示設備一般有CRT、LCD、PDP三種。而高清顯示效果必須要使用大尺寸、支持高清分辨率的顯示器才能表現出來，采用拼接墻技術是當前主流的做法，智能建筑群的大型指揮中心、體育場館等大都使用拼接大屏。DLP是目前的各種拼接屏中最成熟的產品，但LCD拼接墻也正在逐漸搶占市場；就清晰度來說，LCD完全可以滿足1080p的使用要求。新的顯示技術(如OLED高清等)也都已將高清晰指標放在最重要的位置，而各類顯示屏也都將16∶9的寬屏作為高清產品的標準規格。

在接口方面，高清數字接口也成為了液晶拼接屏的標配，常見的DVI、HDMI、HDSDI等接口都廣泛應用在不同型號和廠家的顯示設備中。不同的接口有各自的優點。譬如，DVI接口的傳輸完全采用了數字格式，保證了視頻源到顯示終端傳輸過程中信息的完整性，可以得到更快捷的傳輸速度以及更清晰的影像。再如HDMI接口，沒有DVI的接口面積過大、不能傳輸音頻等缺點；雖然最高傳輸速度低于DVI（DVI可達8Gbps，HDMI為5Gbps，HD-SDI接口在傳輸最高畫質的HDTV信號時的最高傳輸速度為2Gbps)，但支持八聲道、單聲道等多種形式的數碼音頻傳輸，無需單獨使用音頻連接線；同時其連接線的長度也可以達到20多米（DVI線超過8m就會影響畫質）。與DVI接口相比，HDMI不僅擁有更高的帶寬和分辨率等，還能集視頻傳輸和音頻傳輸于一身，大幅簡化線纜的連接。

3 高清監控整體解決方案

綜上分析，要實現高清監控，全面滿足高清監控，特別是智能建筑行業的高清監控需求，必須要有優秀、完整的高清監控設備和解決方案。以海康威視推出的整體高清監控解決方案為例，其完整的產品線涵蓋前端視頻采集、編碼、傳輸、存儲、控制、解碼輸出、大屏顯示，乃至中心管理平臺等——200萬像素CCD高清網絡攝像機可實現高清視頻圖像實時傳輸；DS-9000系列混合DVR兼有DVR和NVR的功能，可同時支持摸擬和數字接入，并可接入高清網絡攝像機，實現高清錄像和回放等；高清解碼卡/器支持高清解碼；視頻綜合管理平臺具有完善的矩陣功能，同時支持高清、標清和網絡IP矩陣，同時支持摸擬和數字接入，支持大規模組網、支持海量存儲等眾多功能——相關產品和解決方案在2010年上海世博會等眾多標志性項目中的廣泛應用，充分證明了智能建筑安防應用已經邁入高清監控時代。