如何設計體育館高清監控系統

視頻監控作為安防系統重要的組成部分，在體育場館安防系統建設中起到了不可取代的重要作用。在可參考的一些大型的體育場館視頻監控項目中，大部分仍是基于數、模混合的標清視頻監控方案，如北京奧運“鳥巢”視頻監控項目800多個監控點采用的方案是DVR、編碼器作為主要前端負責視頻編碼、存儲、熱備，后臺采用平臺管理軟件統一管理控制、視頻分發、數字矩陣輸出電視墻，但系統整體錄像分辨率仍為D1。在2010上海世博會后，廣州亞運會和深圳大運會等新建的大型體育場館，使用全高清視頻監控技術搭建視頻監控系統越來越多。

隨著視頻監控技術的發展，高清已經成為不可逆轉的趨勢。本文根據體育場館的特點及需求，結合整體高清的理念，淺談高清視頻監控技術在體育場館的應用。

系統整體架構

體育場館監控一般包括體育館、體育局辦公樓、體育場、健身廣場及其他分散的場館，其面臨著監控點靈活分散、監控環境復雜多變的問題。整套安保系統除視頻監控外還包括如出入口控制、安檢系統、報警系統等其它子系統，需通過后臺管理平臺統一管理、實現融合。同時大型場館安保存在移動監控的需求，因此采用無線傳輸的方式解決移動應急指揮及盲點覆蓋。武警、消防、公安、其它政府部門通過建設分控中心的方式實現監控資源共享。

場館總監控中心作為系統的“核心大腦”，分別部署了視監控平臺核心組件VSMC(Video stream management center)，以及數據存儲管理組件VSMC-IM(Information management)流媒體分發組件VSMC-MD(Video On Demand)，以及第三方異構平臺接入組件VSMC-DG，組成功能強大的監控管理平臺，具有系統的最高功能和權限。整個系統采用集中存儲與分布存儲相結合，在場館總監控中心采用數據直存的IP-SAN集中存儲，保證存儲數據的可靠性和安全性。在其他相關管理部門如公安、消防等單位設立分控中心或者客戶端，保證數據本地實時監看/實時存儲外，還能提供給相關職能部門做安全保障以及應急使用。在前端接入上，除場館內采用有線接入外，還可以設置外場的無線接入，極好補充動態視頻數據源的接入。達到靜態監控圖像和動態監控圖像的有機結合，形成真正的無縫監控系統。

前端監控攝像機

在體育場館舉辦大型比賽、開幕、閉幕以及其他大型活動時，需監控的點位包括了場館的訓練、比賽場地、各種休息室以及來賓、運動員出入口、通道，還有重要設備、停車場等場所。

傳統標清視頻監控系統壓縮分辨率為D1(720×576)，約41萬像素，而全高清1080P分辨率可達1920×1080，約207萬像素，1080P清晰度約是D1的5倍。同時高清視頻符合HDTV標準，橫縱比為16∶9，可以不顯示不重要的細節(通常位于傳統尺寸圖像的上部和下部)。在系統的安裝、調試、維護方面，基于IP的高清攝像機較傳統標清攝像機具有不可比擬的優勢。

在體育場選擇高清網絡攝像機時，一般其應具有如下基礎特性：

·輸出圖像應該有200萬及其以上有效像素，逐行掃描；達到1920×1080@30幀/秒實時編碼；

·前端攝像機應該支持1080P或者D1實時雙碼流；平時采用D1采集圖像，便于節省存儲空間；如果發生報警時候，自動轉為高清1080P；

·攝像機應該提供SD卡接口，支持SD/SDHC卡本地存儲功能；

·支持音、視頻同步編碼并支持雙向語音對講功能；

·支持多路報警輸入、輸出，串口支持透明通道。

IP網絡傳輸及光纖自愈環網

針對體育場館監控的特點，視頻監控傳輸將以IP網絡為主，以無線覆蓋為輔助。在視頻監控系統中，廣泛使用的組網形式是星形組網形式，也有部分場合采用的是基于交換機來構建以太網環形網絡進行組網和基于PON分光技術進行組網。

星形組網形式簡單方便，但是不能提供可靠性保護；交換機以太網環形網絡組網形式則是把交換機連接成環，通過在交換機上使能EAPS協議來實現環網功能，但其不能有效保護到終端設備。光纖自愈環網既能實現對視頻傳輸的可靠保護，又可節省光纖資源的新型組網方式。

光纖自愈環網基于環網協議。環網協議是一個專門應用于編碼器、IPC網絡攝像機終端的鏈路層協議，可以防止環路上產生廣播風暴，鏈路故障時，具有快速收斂的特點，能夠快速切換數據傳輸鏈路，從而提供高可靠性的保護，保證視頻數據業務流量能夠正常傳輸。這種采用前端設備組環網、掛接的方式，方便擴展前端高清網絡攝像機接入。對于網線、光纜部署不方便的地方，可引入WLAN作為無線延伸。既可擴大監控覆蓋面，又可實現應急監控點位置的靈活調整與部署。

編解碼與存儲

高清視頻解碼器主要功能是從網絡上獲取視音頻數據流，將數字信號轉換還原為模擬信號，輸出到監視器、接拼大屏等監控顯示設備。作為高清視頻監控的后端解碼設備，其應該具備以下基本特性：

·支持1080P/720P/D1/4CIF/ CIF/QCIF等不同分辨率、碼率的自適應解碼輸出；

·同時提供HDMI及BNC輸出口；

·支持4路D1標清碼流合成1路1080P高清輸出；

·支持H.264/MPEG4/MPEG2/MJPEG碼流自適應解碼；

·支持隨路音頻解碼并支持雙向語音對講功能；

·豐富的串行接口及DIDO接口，支持透明通道；

·設備穩定可靠適合長時間運行。

iSCSI裸塊直存寫入IPSAN網絡存儲

高清視頻監控技術應用帶來的另一大壓力在于后臺的存儲。既存在多路高清視頻存儲的并發寫入問題，也存在長時間、大容量存儲的空間問題。

從監控存儲發展來看，傳統模、數混合方案，存儲核心設備主要是DVR，后期發展到存儲服務器加磁盤陣列的DAS結構。這兩種存儲模式雖然簡單實用，方便部署，但都存在一些技術上的弊端。DVR一般不提供RAID保護，不支持熱插拔，錄像安全性不足，錄像資源分散于各DVR，統一管理機制不健全；DAS存儲方式因磁盤陣列加載在存儲服務器后端，存在視頻流轉發的瓶頸，存在轉發效率、穩定性不足及成本偏高等問題。

因此新一代的高清視頻監控后臺存儲均在搭建在IPSAN網絡存儲架構下的。IPSAN存儲系統支持1080P、720P高清視頻的大容量并發寫入，具備多種級別RAID，支持雙主控、雙冗余電源，可納入管理平臺統一管理。支持管理平臺直接對IPSAN組建RAID、劃卷等管理工作。同時采用iSCSI裸塊數據直接存儲到IPSAN，大幅提高了并發寫入效率(如圖5所示)。基于IPSAN的高清視頻監控存儲一般應具有如下特性：

·支持網絡攝像機通過iSCSI協議將裸塊直存到IPSAN；

·支持對IPSAN資源的管理、狀態維護；

·封裝IPSAN管理虛擬接口，可集成異構IPSAN；

·提供錄像秒計檢索、錄像標簽檢索、事件模糊檢索；

·支持針對視頻監控業務的裸盤存儲技術，硬盤存儲去除了文件系統的開銷，存儲性能更高，避免了復雜的文件系統處理機制，穩定性更高，同時完全避免文件系統的碎片問題；

·IPSAN支持分布式部署，集中管理。

管理平臺軟件

監控管理平臺是整套監控系統的核心。支持對轄域內的所有設備進行統一集中的管理、配置以及狀態維護。支持域間干線資源管理、數據面服務器負載均衡和集群管理、電視墻管理。支持資源虛擬化，可按用戶的使用習慣定義資源，方便進行單資源、組資源的操作。

基于體育場館安防存在報警、門禁、消防等多子系統的情況，視頻監控管理平臺同時支持與其它子系統進行對接，實現多用戶跨平臺調用。同時其它安保相關單位，如武警、消防、公安、上級指揮中心、政府部門等需要實時了解場館信息均可通過授權遠程訪問相關視頻資料。

在高標準場館應用中，系統平臺還支持應急預案功能。當發生突發事件時安保人員可依據預案及時、準確地進行相關處理。

高清視頻監控管理平臺應該具備先進的系統架構，其應符合相關標準規范，支持互聯互通，同時應具有柔性的較強的擴展性。典型的管理平臺應該具備如下特性：

先進的系統架構

·管理平臺采用GSSP全局監控服務協議，充分整合IP網絡、視頻、存儲、信令等領域的技術；

·平臺完全遵循SIP規范，符合DB33標準，支持域間資源共享；

·平臺基于Linux操作系統，并且提供細致的權限控制、全面的角色定義以及完善的用戶與角色歸屬關系；

·支持多級多域；

·單域最大支持10000路攝像機，系統最大支持200000路攝像機；

·支持全網設備統一批量配置、升級；

·支持NTP時間同步協議。

結語

高清視頻監控不僅可為體育場館提供監看、錄像的高清體驗，同時可以為智能視頻分析、視頻數據挖掘提供絕佳的視頻素材。需要強調的是高清視頻監控不能局限于某一部分的高清實現，而應將其作為整體解決方案統一規劃、統一設計，應考慮到系統的前端、傳輸、存儲、解碼、管理平臺、顯示等全線的無瓶頸高清整體方案，以此方能應對體育場館復雜多變的應用需求。