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    高清晰嵌入式DVR在的应用方案

    作者:施工队长    来源:成都系统集成公司    更新时间:2011-3-8 19:50:32    设计指数:          ★★★ 

      某集团是拥有数十万员工的国际大型企业,在中国,以深圳为基础的各种生产基地,遍布了大半个中国,集团公司对包括总部在内的各个分公司提出了视频监控的要求,要求对所有分公司、厂区等进行视频监控,按照行政机构等进行分级管理,同时按照事业性质、业务性质进行分权限管理,集团总部能对集团所有监控点进行抽检和实时监控。

      需求中对视频质量提出了较高的要求,基本都需要使用高清DVR,采用D1画质进行录像和远程传输;需求中最重要也是用户最强调的部分是网络带宽与高清晰视频的冲突、集中管理和分布式管理与权限控制的复杂关系等;另外,需求中说明了现有监控系统是采用国内一家企业的DVR产品,新建的监控系统需要对其兼容;需求中还特别强调了监控中心电视墙等主题内容,同时,各级监控中心之间的权限控制和调度等。方案中将会重点解决用户所关心的系统负载能力问题和功能实现的可行性。

    系统方案实现

    监控中心系统构造

      NVP分布式集群视频管理系统包含多个监控中心,或者叫做一个总监控中心和多个分控中心,总分控中心和分控中心的实现原理一致,一个监控中心包含了NVP管理平台、NVT视频转发模块、NSC视频存储模块、NVPMO视频解码模块、NVPWeb Web服务器、NVPClient平台客户端软件等六大部分。图2是一个典型的监控中心的拓扑图,描述了这六大模块的连接关系和主要功能。

    图2  NVP平台网络拓扑图

      图2是一般NVP系统的数据流向图和管理逻辑关系图,粗实线表示系统中数字视频的数据流向,虚线表示各模块之间存在相互逻辑关系,事实上,系统各个模块都是由NVP模块统一管理和调度,任何一个模块启动都是先跟NVP进行连接,然后找到自己的任务列表,并与相关的模块进行通讯。

     1.NVP管理所有的前端设备(DVR和摄像机);
      2.NVP管理所有的用户;
      3.NVP管理NVT,并负责调度,在多个NVT存在的情况下,需要均衡网络负载和NVT负载,尽可能使各模块工作负载均衡;
      4.NVPMO、NSC、NVPWeb等模块同样受到NVP控制和调度;
      5.NSC通过接受NVT的视频数据存储到磁盘阵列中;
      6.用户可以通过客户端软件、IE、电视墙三种途径获得现场实况图像。
    换言之,NVP监控中心系统是由NVP模块主导和控制的各个模块的组合,任何网路活动都需要NVP进行授权和调度。

    分布式集群管理系统

      上述描述了监控中心的原理和数据流向,以及权限管理的逻辑,分布式集群视频管理系统是根据现场分布状况(地理)、网络状况、重要性等级、监控密度等,从用户的实际需求出发,将各个监控中心分布在不同的区域,然后,由一个总的监控中心统一管理的分布式监控系统。分布式管理系统最根本的需求是各个监控中心的数据同步与共享。


     
    图3分布式集群管理系统网络拓扑图(级联)

      图3中描述了6个监控中心的组合,其中包含监控中心、分控中心-1、分控中心-2、分控中心-3、分控中心-3-1、分控中心-3-2,其中分控中心-3-1、分控中心-3-2是隶属于分控中心-3管理。
    由图3可以看出,分布式管理的结构使得任何一个监控中心都可能存在下级分中心或者上级总中心,在使用中常常根据用户实际情况(行政机构、地域分布等)进行监控中心的数量设置。每一个监控中心可以根据需要配置相关的设备,如:电视墙、存储服务器等。

     

    系统模块

    前端设备

      前端设备采用高清晰嵌入式DVR产品,根据用户需要,采用不同的摄像机,以满足用户对不同监控点的监控。

      本方案中采用TM87系列高清晰嵌入式硬盘录像机,录像分辨率为704*576,采用灵活多变的录像方式。
    DVR应用为成熟产品,已经在各个行业应用多年,本方案中不再赘述,仅提出一个典型的应用方案。如图4所示:


     
    图4 DVR的典型应用

    NVP主控平台

      NVP主控平台是监控系统的核心,它负责所有辖区内所有设备的管理和调度。
      NVP程序主要在后台运行,信息栏可以看到已经设置的所有的摄像机情况和数量,以及用户登录情况。
      NVP平台配置软件
      NVP是NVP分布式集群视频管理系统的核心,其配置软件能否简单易行是决定本系统能否推广的基础,根据多年的现场经验,软件的人机友好性能是决定软件是否成为用户的选择的关键,在本系统中充分的考虑到了这一点。
      NVT转发服务器
    NVT转发服务器是本系统的关键部分,负责所有音视频数据的转发,同时,NVT受到NVP的控制和调度,特别是在NVT运行不均衡的时候,NVP需要适时地对NVT负载进行调整。

     


     
    图5 NVT运行界面


     
    图6  NVT运行界面(设备列表及设置界面)

      从图5、图6中可以看出,NVT转发平台具有详细系统日志记录和跟踪功能,一旦系统出现异常,管理员可以根据日志记录进行问题分析,及时修复系统。NVT软件的设置非常简单,如果使用默认端口的话,该软件的设置仅仅是只需要知道NVP中心的IP即可。

     

    NSC存储服务器

      NSC存储服务器是进行分布式集中存储的设备,对于某一个监控中心来说,属于集中存储,但是,在整个大的系统中来说,又算是分布存储设备,它分布在整个系统的若干个监控中心和分控中心。

      NSC存储服务器完全受NVP平台控制和调度,所有音视频数据保存在磁盘阵列中,数据存储信息保存在MYSQL数据库中。

      NSC存储服务器的设置也非常简单,仅仅需要设置NVP平台服务器的IP和MYSQL数据库服务器的IP地址。
    NVPMO显示服务器

      NVPMO是监控中心建立电视墙的关键服务器,本系统为了解决多种前端设备的兼容问题,抛弃了传统的数字信号还原模拟信号的做法,而是采用软件方式代替,NVPMO采用的方法是电视墙上的每一个监视器采用一台显示服务器控制,每台显示服务器可以同时显示一个或者多个视频(从效果考虑,建议使用一个或者四个视频)。

      由于是软件解码方式,所以,兼容各种不同的前端DVR设备仅仅需要软件升级,而不需要更换硬件。
    显示服务器的安装维护非常方便,通常建议采用GHOST软件对已经安装/设置好的软件进行备份,一旦计算机出现故障,则可以简单恢复,而不影响系统的其他部分功能。

    图7是显示服务器的显示界面。


     
    图7  NVPMO显示服务器

     NVPMO显示服务器是由多媒体显示平台全权控制,不需要任何参数配置。
      显示服务器的配置软件(多媒体显示管理平台)
      多媒体显示管理平台,又称显示服务器配置软件,是专门对电视墙进行设置的软件,可以控制和管理电视  墙中的任何一台显示服务器,包含显示服务器IP地址和显示模式等。

    电子地图


     
    图8 电子地图设置

      图8中展示了本系统电子地图的设置方式,首先设置一张地图,然后就可以在地图上放置摄像机,使用的时候只需要打开相应的地图,点击有权限的摄像机就可以查看该摄像机的视频。

      Web服务器

      Web服务器是和NVP配套使用的代替客户端的用户端产品,它可以让用户不安装客户端软件就可以轻松实现远程视频查看。

      Web服务器是和NVP平台绑定安装的,只要开通了Web服务器功能,用户便可以通过IE访问NVP平台,使用自己的用户名和密码,就可以看到网页。

      为了安全起见,IE浏览功能仅仅提供最基本功能,如:远程看视频、远程控制等,不提供远程下载和参数设置等高级功能。

      客户端软件

      客户端软件是用户与本系统的最关键和最直接的人机接口,本系统中体现了最友好的人机接口,用户仅仅需要知道中心服务器IP地址、用户名、密码等最基本的信息,就可以看到自己权限范围内所有的摄像机视频,而不需要记忆各个监控点的DVR产品之品牌、型号、操作方法、用户名和密码等个性信息,完全可以抛开繁琐的由于产品的差异造成的困惑,简便易行。

      客户端软件根据权限不同可以获得不同的摄像机列表,用户可看即可操作,但是,预览权限和控制(云台镜头)是独立的,只有用户权限大于摄像机查看、控制权限才可以进行查看和控制。

      客户端软件的使用非常简单,用户仅仅需要知道NVP中心的IP地址、系统给自己分配的用户名和密码就可以通过客户端软件进行远程监控了。使用中用户可以随时修改自己的密码,设置自己感兴趣的摄像机进行单独分组,也可以实现循环切换查看。

      用户可以使用电子地图方式查看远程视频,使用更方便,可以更为直观的在地图上查找你自己需要的摄像机。

      客户端软件除了实时查看远程视频之外,还可以回放DVR上的文件和集中存储服务器上的录像文件以及客户端自己记录的录像文件。

      客户端的使用没有地域限制,只要客户端能够连接NVP平台,就可以使用客户端软件,系统重点对用户权限进行控制和管理。
     
      系统方案技术关键点

      分布式视频监控与数据同步

      在本方案中,显著特点是采用分布式集群监控模式,即根据用户现场实际情况,按区域分布情况建立独立的监控中心,然后将所有的监控中心级联形成多层次的监控体系。

      在监控系统中,除了要对不同的前端设备进行统一之外,更重要的是需要对所有监控中心的数据进行同步。

      首先,地图同步,即在任何监控点设置的地图需要进行全网同步,让网络中的任何用户都能共享已经设置好的监控地图;

      其次,用户数据同步,即所有的注册用户信息统一,将不同监控点注册的用户进行统一管理,不管用户处于什么位置,将会受到系统统一的管理和控制;

      第三,设备数据同步,即所有的DVR设备、摄像机设备、NVT转发服务器、监控中心平台等数据同步,任何监控中心一旦设置了与上级NVP平台级联,则数据会自动同步,以便管理;

     

      网络带宽与数据流控制

      NVP分布式集群视频管理系统的主要特点之一是要均衡网络负载,在网络中的任何NVT转发服务器是视频数据传输的关键,每台NVT转发服务器可能因为摄像机区域分布以及网络带宽等原因造成部分NVT转发服务器负载过重,NVP分布式集群视频管理的目的就是要通过统一调度,实现NVT转发服务器的负载均衡,在系统中,如果出现负载不均衡的情况时,系统会自动调度,让负载较少的NVT转发服务器增加转发数量,减轻负载较重的NVT转发服务器负载。

      实现的原理是:首先判断在此区域的转发服务器数量和需要转发的视频通道数量,然后进行均衡调度。如:某区域有1000路视频,常常会有100路进行转发,该区域同时有3台转发服务器,则,当第一台NVT转发服务器(NVT-1)转发数量超过20路时,开始使用下一台NVT转发服务器(NVT-2),当NVT-2的转发数量也超过20时,开始启用第三台转发服务器(NVT-3),当NVT-3也超过20路转发时,又开始从第一台转发服务器(NVT-1)开始增加负载,增加10路之后,开始在第二台转发服务器上增加负载,如此循环,直至所有NVT转发服务器相对均衡。换句话说,转发服务器完全受到NVP主控平台的调度,根据转发数量和转发服务器数量进行均衡转发,以避免部分转发服务器负载过重。

      网络均衡,系统会根据一段运行结果进行分析网络带宽及实际流量,如果某些区域的网络带宽已经不能胜任转发需求时,尽管没有达到转发服务器的额定负载能力,系统也会中断后续的转发服务器,以保障已有的转发服务器正常工作,此时,用户需要考虑重新增加带宽或者调整转发策略。

      如果所有的转发服务器都负载过重时,系统会中断后续的转发服务器,这时,用户需要根据实际情况增加转发服务器或网络带宽。

      设备权限、用户权限管理与控制

      NVP分布式集群视频管理系统对摄像机进行权限处理,摄像机权限分为类别权限、监看权限和控制权限,监看权限和控制权限采用1-16数字表示,数字越大,权限越高,类别权限用文字表示,仅仅对摄像机进行分类,以满足各种不同的行政架构管理。

      NVP对用户的权限控制只有一个权限数字,如果该数字不小于摄像机的权限数字时,该用户可以对该摄像机进行监看或者控制(常常有些时候,摄像机的监看权限和控制权限并不一致),这里还有一个前提就是用户必须有该摄像机的类别权限。

      如:一个摄像机的类别是“后勤”,监看权限为5,控制权限为8,一个用户的类别是“后勤”,权限值是6,则该用户使用的客户端软件的摄像机列表中会显示该摄像机,该用户可以监看该摄像机,但是不能控制该摄像机的云台、镜头等,如果另一个用户的类别也是“后勤”,权限值是4,则,在该用户的客户端的摄像机列表中就不会显示该摄像机。

      由于是全网同步,在所有的分控中心和监控中心都会有这些同步的权限数据,任何一个用户在网络的任何位置都可以使用自己的用户名和密码登陆,摄像机列表中会自动显示自己权限内能看的摄像机。

      另一个重点是,通过类别的管理,可以实现行政机构性质的分类管理,如后勤的用户只能察看后勤范围内的摄像机,当然,一个用户可以拥有多个类别,如“后勤”、“总裁”,如果拥有了这两个类别,该用户就可以监看或控制两个类别的摄像机,前提是权限值不小于摄像机的相关权限。

      采用类别和权限控制方式,配合全网同步的权限数据,可以很好的实现全网统一管理和调度。

      设备兼容性与人机友好

      NVP分布式集群视频管理系统的主要任务是将设备与用户分离,避免了传统集中监控系统中一个用户需要安装几套不同的客户端软件的方式,使操作更简单。

      NVP系统采用三层概念,即前端设备层、中间层、用户层,在中间层对所有的前端设备进行统一的归口处理,使在用户层的人机对话方式完全统一,用户只需要知道监控中心的地址和分配给自己的用户名/密码就可以实现远程监看和控制,甚至可以通过IE浏览方式监看远程视频,使用极其方便。

      在客户端,采用可见即可操作方式设计,只有该用户拥有权限的摄像机才会出现在该用户的摄像机列表中,用户完全不需要从众多的摄像机中进行繁琐的选择,根据实际经验,一般一个用户(管理员除外)一般情况就是负责20-30个摄像机,所以,不会显得繁琐。

      系统对所有的设备(DVR、摄像机、监控中心等)都使用别称方式,每个设备都有一个通俗易懂的名称(中文或者英文),增加系统的可用性,减轻了用户对设备的记忆需求。

      在本系统中,与用户有交互的除了主要的客户端之外,还有电子地图,电子地图更是一个更容易让人查阅的浏览工具,用户在地图中可以轻易的查找到自己希望监看的摄像机。

      总而言之,NVP分布式集群视频管理系统以减轻用户操作难度为根本目的,进行大型的网络集群视频监控,让用户在大中取小,繁中取简,尽可能简化操作难度和管理难度。


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