視頻監控管理平臺在模擬視頻監控時代，系統的核心是視頻矩陣，信號采集、傳輸、顯示、存儲都是模擬信號，管理控制系統可以通過電路開關獨立工作，不依賴于任何軟件。隨著計算機技術的普及，視頻圖像數字化、網絡化，監控系統的架構不再像矩陣一樣集中管理控制，監控的范圍也越來越大，設備也原來越分散。小規模的監控局點通過DVR可以完成管理控制，高清網絡攝像機的流行，讓NVR有了替代DVR的趨勢。在大規模的視頻監控系統中，主要還是由功能豐富的視頻監控管理平臺進行管理控制。6.1視頻監控管理平臺概述視頻監控系統經歷了四個發展階段，第一代視頻監控系統是采用閉路電視系統構建的模擬系統，由攝像機、監視器、磁帶錄像機等構成，由于不能對前端進行控制且價格昂貴、操作管理復雜、擴展能力差、很難實現較大系統的要求，已經逐漸被淘汰。第二代視頻監控系統是以數字硬盤錄像設備為核心的視頻監控系統。第三代視頻監控系統是數字網絡視頻監控系統。第四代視頻監控系統是智能高清網絡視頻監控系統。由視頻監控管理平臺的發展歷程可以看出，每一代視頻監控系統的進化，作為整個系統的核心，視頻監控管理平臺也隨著行業需求的不斷變化而豐富功能。管理平臺顯示的界面是面向最終用戶，可用性、可維護性非常重要。6.2DVR平臺數字視頻錄像機(或叫硬盤錄像機)，簡稱DVR(DigitalVideoRecorder)，是伴隨多媒體技術發展起來的，開始于20世紀90年代末，在本世紀初得到了迅猛發展，DVR是集多畫面顯示預覽、錄像、存儲、PTZ控制、報警輸入等多功能于一體的計算機系統。DVR是視頻監控數字及IP時代最早的先行者，首先實現了視頻圖像的數字化錄像。初期的DVR是“磁帶錄像機VCR”的替代產品，相比磁帶錄像機，DVR具有如下優點：（1）實現了對視頻、音頻的數字化，便于傳輸和存儲（2）以計算機系統作為載體，使用和操作更簡單、方便（3）采用模塊化的軟硬件設計，便于擴展和維護（4）數字視頻資料可以長期保存而圖像質量不會失真（5）錄像資料的回放和檢索更加方便快捷從產品形態上看，DVR可以分為兩種，一種為工控式DVR,另一種為嵌入式DVR。從出現的時間上分，DVR可分為第一代和第二代。第一代DVR為工控式DVR,第二代DVR包括嵌入式DVR和第二代工控式DVR。6.2.1DVR工作原理DVR的核心功能是模擬音視頻的數字化、編碼壓縮與存儲。模擬音視頻通過相應的音視頻A/D轉換器轉換為數字音視頻信號并輸入到編碼芯片中，編碼芯片根據系統配置，將此音視頻信號壓縮編碼為H.264格式（或其他標準，如MPEG-4,,H.265等）的音視頻數據。CPU通過PCI總線將編碼后的音視頻數據存入本地硬盤中。當需要本地回放時，通過讀取硬盤中的音視頻數據并發送到解碼芯片，解碼芯片解碼并輸出到相應的D/A轉換器中，完成錄像資料的回放；需要遠程回放時，通過讀取硬盤中的音視頻數據并發送到網絡接口，這樣遠程工作站或解碼器就可以實現視頻圖像的還原顯示過程（解碼過程）。6.2.2DVR配置及接口DVR的配置及接口決定了DVR的功能是否強大，如支持的分辨率、硬盤數量及容量、視頻輸入輸出數量、報警接口數量等。圖6-1是典型的DVR背板接口示意圖。圖61（1）通道數量通道數量包括視頻及音頻通道數量，通常一臺設備支持4~16個視頻通道輸入，但是由于視頻編碼工作由編碼芯片完成，因此，不同的分辨率及幀率下，實際支持的通道數量是不同的，如一個支持16路CIF實時分辨率的DVR,如果需要支持4CIF實時錄像，可能只可以支持4路，主要是考慮到DVR內部的DSP芯片實時編碼運算能力。在實際運用中，支持超大通道數量的DVR在穩定性、實用性方面不可取，目前市場上，16路DVR在性價比、穩定性上是比較合適的。（2）存儲空間存儲空間是早期的DVR設備的一個重要指標，因為DVR機箱空間有限，因此本地的存儲空間不大，通常最多支持8塊硬盤介入。后期，DVR支持擴展存儲功能，可以用DAS進行大容量的本地存儲苦戰，也支持SAN、NAS等存儲方式。（3）輸入輸出輸入輸出功能主要實現報警輸入聯動及現場輔助設備的輸出控制。很多情況下，DVR實質是小型安防集成平臺，報警輸入端子通常是開關量形式，用來連接出發設備的信號，通常支持6~18個，報警輸出多為開關量或繼電器形式，通常每臺DVR設備配置4?8個輸出接口。（4）聯網功能聯網能夠實現多臺設備的遠程瀏覽、遠程回放等功能。對于通道數量較少的DVR,—般配置百兆的網口，如果路數較多，通常配置千兆的網口。6.2.3DVR的關鍵技術DVR主要要解決的問題就是如何平衡圖像質量與芯片處理能力、帶寬、存儲之間的矛盾，那么，追根溯源，是對算法的要求。因此，迫切需要一種算法，在有限的芯片資源、有限的帶寬、有限的存儲空間限制下，盡可能給用戶最好的圖像質量，這就是DVR產品的關鍵所在，除此之外，DVR在網絡傳輸、錄像存儲、軟件應用、智能分析等方面的功能也是非常關鍵的。DVR的關鍵技術包括以下幾個方面：A/D轉換芯片■編碼壓縮芯片視頻編碼壓縮算法DVR應用軟件功能智能視頻算法■存儲技術應用6.3NVR平臺DVR受限于同軸電纜傳輸模擬信號不超過300米，多次模擬信號的中繼會導致圖像效果下降，隨著數字視頻技術的演進，由安訊士首先發明了網絡攝像機(IPC),通過IP網絡的傳輸，視頻圖像完全沒有衰減。于是，DVR的替代產品NVR出現了。因此NVR是完全基于網絡的全IP視頻監控解決方案，基于網絡系統可以任意部署及后期擴展，是比其它視頻監控系統架構(模擬系統、DVR系統等)更有優勢的解決方案。6.3.1NVR工作原理接入NVR的視頻流是不需要編碼壓縮的數字媒體流，NVR的核心功能就是視頻流的存儲與轉發。NVR配置本地視頻輸入輸出接口、鍵盤及鼠標等接口，用來實現本地化的視頻操作應用，對于一些小型項目，可以直接以顯示器連接到NVR上而無需再單獨配置電腦，其應用方式與DVR類似。NVR通常是在大型、分布式的項目應用，通常安裝在環境良好的機房機柜內，而視頻工作站連接到網絡上便可實現所有功能。6.3.2NVR配置及接口NVR采用開放的IP架構，需要與編碼器、管理平臺、操作系統、網絡傳輸及存儲設備配合使用，實現完整的功能。因此，NVR具有良好的集成能力，無論在視頻的互聯互通方面，還是與報警、門禁等系統的融合上，都更加方便靈活。另外，NVR可以基于通用的服務器及操作系統運行，因此，逐漸打破了安防監控領域設備專有、封閉的格局，逐漸與IT融合，進一步有利于用戶購買及維護。圖6-2是典型的NVR背板接口示意圖。圖6-2（1） 視頻通道單臺NVR能夠支持的視頻通道、音頻通道數量不是沒有限制的，取決于不同廠商的NVR軟件機制。NVR是集成存儲的額設備，單臺設備能夠支持的通道數量越多，那么服務器平臺成本、操作系統成本、機房空間成本就會越低，因此系統通道容量是衡量NVR的一個很重要的指標。但是，衡量視頻通道數量是有前提條件的，因為不同碼流的視頻，其對硬件、軟件資源的消耗不同，從而導致NVR能夠支持的通道容量也不同。比如一臺NVR，最多可以支持CIF@RT通道150個，但對4CIF@RT通道可能僅僅支持40個，而如果需要支持音頻通道，數量可能更低，因此NVR通道容量必須是基于一定前提條件給出的。目前行業主流NVR對于4CIF@RT通道的支持數量一般可到30以上的水平。（2） 存儲空間NVR是運行在服務器平臺上，服務器通過NAS、SAN、DAS等方式連接各種類型的磁盤陣列，NVR需要對所分配的磁盤空間進行管理并寫入視頻流，每臺NVR能夠支持的磁盤容量也是有限的，也就是說每臺NVR至多支持的存儲空間是有限制的，那么，與之相應的視頻通道的存儲時間也相應受到限制。6.3.3NVR的關鍵技術NVR主要要解決的問題就是系統容量、可靠性存儲機制以及冗余機制。列舉幾種NVR的關鍵技術：支持的視頻通道個數：目前主流NVR應該支持16路以上720P實時視頻壓縮方式：目前主流為H.265和H.264編碼方式支持音頻方式：一般支持與視頻路數相當的音頻輸入，并支持雙向語音對講雙碼流：雙碼流是為解決存儲質量和瀏覽帶寬矛盾而產生的技術報警輸入輸出：一般支持多路干節點報警輸入，多路繼電器輸出■視頻分析：將視頻分析功能集成在NVR中可以實現更好的靈活性本地視頻輸出：可以在小型應用中節省成本，也可以作為問題定位時的視頻輸出除了以上關鍵技術需要清楚了解，還需要知道一些隱性的參數，如：單臺NVR能夠支持最多并發用戶訪問數量；單機NVR能夠支持的最大存儲空間；NVR目前已經支持的IP攝像機或編碼器列表及具體功能。視頻監控管理平臺介紹對于B/S架構而言，用戶不需要安裝特定的客戶端軟件，只需要使用普通的網頁瀏覽器（如IE等）訪問服務器地址（通常為域名），使用用戶名和密碼登錄即可獲取到設備列表，從而實現遠程視頻監控。B/S架構優勢：通用性與便利性，用戶可以隨時隨地使用系統，而無需專門的計算機，甚至手機訪問也是非常容易，主要滿足用戶在異地訪問的便利性要求。B/S架構劣勢：基于互聯網設計，用戶需要在連接互聯網的計算機上使用，對于部分限制訪問互聯網的用戶來說，比較麻煩。圖6-3以浙江宇視科技股份有限公司的VM5.0（VideoManager5.0視頻管理服務軟件）為例，如上圖6-3所示，是專門針對安防監控應用開發的視頻監控管理服務軟件，采用IMOS架構，只處理管理信令，不對視頻流做處理。集用戶認證、視頻管理、設備管理、控制管理、任務管理、日志管理、報警管理、電子地圖、電視墻管理功能于一身。同時支持海量的監控前端管理。可以滿足各種大、中型安防視頻監控系統的應用。視頻監控管理平臺架構視頻監控管理平臺通常是基于Windows或Linux操作系統，以數據庫系統作為基礎數據平臺，以網絡作為傳輸介質，以TCP/IP作為通訊協議。視頻監控管理平臺架構通常采用模塊化的軟硬件架構，系統的數據庫、核心軟件、核心服務、虛擬矩陣支持、文件服務、目錄服務、報警服務等可以安裝在一臺服務器上，也可以部署在分布的多臺服務器上，以上各個組件之間通過網絡進行連接通訊。通常，視頻監控管理服務器運行之后，需要定期對系統中所有的成員（DVR、NVR、編碼器、解碼器等）進行狀態輪詢，即以廣播形式對所有成員點名（keeplive），然后所有成員需要以單播形式反饋狀態信息給視頻管理服務器，得到反饋后刷新核心數據庫，并定期更新設備列表，進而實現實時視頻瀏覽或錄像回放等操作。整個平臺負責系統設備的管理、設備的接入、設備的注冊、邏輯連接、設備狀態監測、用戶的管理、用戶的接入、信令的轉發、報警聯動關系、系統日志的存儲等。目前主流的視頻監控管理平臺架構根據系統數據庫、程序、服務、媒體服務等構件的分布方式，可以分成完成集中型和完全分散型。6.5.1完全集中型此架構下，系統數據庫、核心程序、核心服務、報警服務、文件管理等所有信息及服務均運行在完全集中的中央服務器中，僅僅是將媒體流部分功能（視頻存儲與分發）在單獨的服務器上運行。此模式系統架構簡單、資源管理方便，但是對于大型系統，中央集權的架構可能成為瓶頸而存在不穩定因素。完全集中式的架構如圖64所示。圖646.5.2完全分散型在完全集中的架構中，在中央管理服務器上部署數據庫、核心程序、核心服務，這樣的好處是系統資源集中，對于設備管理、權限分配、PTZ控制、報警聯動等都容易實現，但是，過于集中的架構方式，很容易讓核心數據庫成為系統的瓶頸。雖然媒體流數據不經過核心服務器，但是對于大型系統，幾百甚至上千路的系統，核心服務器需要巡檢所有設備、需要建立大量的用戶連接/響應大量的請求、需要寫入大量的系統日志，因此，可能造成系統負荷過高而宕機。在分散型的架構中，系統數據庫、程序、服務、流媒體、文件管理、報警管理、網管等所有資源及服務運行在分散的多個的服務器中，各個功能模塊分別完成虛擬矩陣、報警管理、媒體處理、視頻分析、用戶認證、存儲管理等各種不同的功能，各個模塊通過網絡連接通訊、信息交互構成完整的系統，呈現給用戶的是“整體服務功能”。此架構避免了單機服務器的一些瓶頸，提高了整體系統性能及靈活分布性。完全分散式的架構如圖65所示。視頻監控管理平臺常見業務IP監控系統基于成熟的網絡技術、標準的控制信令協議以及開放式架構，大大的豐富了監控系統的業務。IP監控系統的基本業務包含系統功能配置、監控業務、系統維護三大模塊。6.6.1系統功能配置首先要對整個系統按照客戶的實際使用需要，完成整體的配置，包含不局限于以下功能：本地配置：對全局的視頻參數、云臺參數、多屏參數、水印參數、告警聲音等進行設置。告警參數配置：實時告警參數、過車告警圖片彈出框配置、告警聯動到監視器恢復原碼流配置等。License管理：License即授權許可證書，License文件定義了系統可以管理的設備和資源的授權許可信息。在該配置項科研獲取、導入License相關信息。模板管理：批量配置同型號設備，或是設置存儲計劃模板，批量下發配置。升級管理：配置設備上線自動升級或按時間計劃升級。組織管理：添加、修改、刪除各級監控組織。資源劃歸：將組織A的現有資源（如攝像機、監視器、告警輸出、告警源）劃歸給組織B，以實現資源共享，這樣組織B中有權限的用戶也可以對該資源進行操作。例如：當組織A中的攝像機1劃歸到組織B后，組織B中有實況權限的用戶也可以對攝像機1進行實況操作。角色管理：角色是一組操作權限的集合。當把某角色分配給某個用戶后，該用戶就擁有了該角色中定義的所有權限。通過角色管理，可以方便地實現用戶權限的管理和分配。用戶管理：用戶是系統管理和操作的實體。在分配了相應的角色權限后，用戶登錄到系統即可以執行相應的系統管理和操作。設備管理：在整個系統中對某個設備進行配置操作，使該設備接入到視頻管理平臺中來。6.6.2監控業務監控業務是視頻監控管理平臺的主要業務，一般通過客戶端來實現具體的監控業務，業界常見的有B/S架構及C/S架構，兩種不同模式，具體業務功能名稱可能不一樣，實現的效果類似。實況播放：實況播放就是通過視頻窗格或監視器實時播放攝像機所拍攝到的音視頻信息。輪切業務：輪切就是通過某個視頻窗格或監視器循環播放輪切資源中各個攝像機實況圖像的一種資源集合。組顯示業務：組顯示業務操作就是播放某個攝像機組中所有攝像機的實況。輪巡：是指在多個視頻窗格或監視器上按照一定時間間隔對多個攝像機循環播放實況。拼接業務：拼接業務一般包含全景拼接、大屏拼接、數字矩陣拼接三方面內容。全景拼接技術是指將三個前端傳來的圖像進行拼接，去除重疊部分，校正變形部分，最后拼接成一幅高分辨率的圖像。通過大屏拼接，您可以將1路視頻圖像拼接放大到多屏播放。如下圖，就是把單屏圖像放大為2X2的大屏拼接播放。數字矩陣頁面能夠顯示特定組織下包含的所有監視器，并能在監視器上進行多種媒體業務的操作。圖66巡航業務：通過配置預置位、巡航路線、巡航計劃，云臺攝像機即可按照既定路線或計劃進行巡航。云臺控制：云臺控制可以遠程控制云臺的旋轉角度，攝像機的光圈大小、聚焦程度、雨刷開關、變倍等，并能夠進行云臺鎖定操作。系統還支持云臺控制優先級機制、云臺自動解鎖和釋放以及預置位的設置，選擇云臺攝像機的巡航線路錄像回放：確保所需攝像機有錄像記錄后，可進行檢索錄像、點播回放、下載錄像等操作。告警業務：已配置告警訂閱功能后，可以通過告警頁面查看和確認實時告警、預案告警、歷史告警和告警處理記錄，及時地了解設備的異常情況、定位系統問題。對講廣播：可以用于客戶端與終端之間的終端對講、終端廣播以及客戶端與客戶端之間的用戶對講和用戶廣播。地圖業務：可以上傳地圖，并在地圖上添加攝像機、組織站點、熱區等，可以直接在地圖上進行相關業務操作。槍球聯動業務：槍球聯動功能可快速且清晰查看監控范圍內的局部細節。該功能有效結合槍機和球機的特點，利用槍機監控全局，針對局部細節使用球機高倍率變焦查看細節。6.6.3系統維護任何一套電子系統都需要檢查和維護才能維持長期的7*24小時不間斷的運行，視頻監控系統也不例外，定期地巡檢和維護是非常有必要的。系統維護功能模塊就是通過設備自身設計的信息收集，有效分析故障。操作日志：通過日志記錄了所有登錄到系統上的用戶行為。系統備份：可以分別對系統配置、數據庫和系統日志進行備份，然后導出至客戶端本地進行保存，也可全部備份或導出。若選擇導出全部信息，則除了導出系統配置、數據庫和系統日志，還將導出客戶端信息（包括客戶端控件日志和操作系統、顯卡、IE瀏覽器信息），方便系統維護。數據庫恢復：可以通過已備份的數據庫文件，對系統的數據庫進行恢復。攝像機存儲報表：通過攝像機存儲報表功能，可以查詢攝像機對應的存儲信息（包括存儲設備名稱、存儲計劃制定與啟動情況、存儲狀態等）。故障設備統計：自動或手動統計本域設備及其下級域共享給本域設備的故障報表，并以報表形式顯示。故障頻次統計：自動統計本域設備及其下級域共享給本域設備的故障頻次，并以報表形式顯示。歷史故障設備統計：顯示故障設備統計的歷史信息。視頻監控管理平臺的智能業務從2000年左右到現在，經過20年左右的發展，人工智能從泛智能階段演進到專業智能，直至現在廣泛流行的深度智能。安防行業擁有著源數據信息量最大、數據層次最豐富以及安防業務的本質訴求與AI技術邏輯高度一致的兩大特性，所以安防是人工智能最具市場空間的應用領域。6.7.1智能業務技術背景在視頻監控系統中，監視器與攝像機的比例一般都是“一對多”，無法監視所有的攝像機，并且通過人工方式盯著監視器看，無法一直集中精力并及時發現可疑行為，而出現事件后，監控平臺的錄像需要在事后調查使用，需要調閱大量的圖像。因此將監控人員從海量的無效數據解放出來，快速檢索到一定特征的視頻資料，是視頻監控系統智能業務的發展之道。智能業務目前主要有前端（IPC或智能編碼器）智能、后端（智能業務服務器）智能或“前端+后端”三種架構。所謂前端智能，是把圖像智能分析與視頻監控結合起來，讓監控系統能檢測到一些有固定規律的事件，在一定程度上降低人力操作。如最常見的周界智能應用，通過禁區、絆線在攝像機畫面中設定一個敏感區域，一旦有移動物體進入該區域，就會觸發告警并通過平臺聯動在大屏上彈出對應攝像機的實時圖像，通過警燈、警鈴來提醒安保人員第一時間處理事件。節約網絡帶寬，解決服務器瓶頸問題：后端服務器進行實況分析時必須要額外獲取一路實時視頻流，不管這路視頻流是直接從前端獲取還是從流媒體服務器轉發獲取，都會在前端或者后端造成額外的帶寬消耗，而且隨著需要分析的前端點位數量的增加，服務器的計算資源消耗會越來越大、帶寬占用越來越高，很容易使服務器成為瓶頸。而智能前置化后，攝像機只需要額外傳輸分析結果給后臺，相對于視頻流，所傳輸的這部分數據占用的帶寬幾乎可以忽略不計。降低系統建設成本：首先后端智能分析服務器已經增加了一筆成本，其次后端常見的智能分析服務器并發處理能力在30路D1、20路720P、10路1080P左右，如果要提高并發處理能力，要么提高服務器配置，要么是增加服務器數量，但不論哪種都會使系統建設成本繼續提升。而智能前置后，單臺攝像機的成本幾乎沒有增加，但可以大大減少服務器相關的成本。分析更精確：前端圖像在編碼后通過網絡傳送給后端服務器，后端服務器再解碼進行分析，這個過程中編碼、解碼、網絡傳輸中可能存在的丟包都會影響圖像分析的準確率，而智能前置化后直接在本地進行分析，結果會更精確。可擴展性更高：在一個項目中，不同點位的攝像機需要不同的智能分析，如周界附近需要越界報警分析、出入口需要人臉抓拍、路面上需要車牌識別……智能前置化使得配置這些智能分析應用非常方便，只需要更換相應的軟件版本或者啟用相應的軟件功能即可。而且一些特殊行業中的特殊智能應用完全可以開放接口由專業的人來進行算法開發，相較于后端智能可擴展性大大提升。優化智能算法消除誤報漏報：在看到前端智能好處的同時，也不能忽視目前前端智能準確率低、環境適應能力弱等不成熟的地方，雖然配置了智能前端設備，但在實際應用中過高的誤報率和漏報率讓安保人員心力交瘁，最后不得不放棄使用。如最常見的周界防范應用，當有物體通過畫面中設置的絆線時，攝像機通過圖像分析并不能準確判斷穿越物體是人還是動物，這導致了誤報；部分攝像機通過一些條件來降低誤報率，比如設置大于100個像素以上的物體穿越絆線才觸發告警，但由于攝像機成像近大遠小，遠處的闖入者或者矮小、蹲行的闖入者就不會觸發告警，即在誤報率下降的同時漏報率會提升。而環境適應能力，特別是光線變化的適應能力一直是智能分析的短板，即使白天高準確率的智能分析，一到了夜間可能也會基本不可用。其實這些問題主要還是由于智能算法的成熟度，攝像機芯片、Sensor等主要器件性能的原因共同導致的。隨著技術的發展，準確率低、環境適應能力弱等問題都會得到解決。最近隨著星光級攝像機的推出，低光照下的智能分析已經得到很大發展，現在一些廠商推出的星光級攝像機，就充分考慮各種光照突變、惡劣氣候等使用環境，在微光下還能提供高準確率的絆線、禁區、人臉抓拍等智能應用，并且還能抵抗樹葉晃動、陰影變化等所帶來的干擾。在“前置分析”的智能時代，后端的管理顯得暗淡了些，但在智能化進程發展過程中，很長一段時間內，視頻監控系統的智能分析功能都是采用中心分析的方式來實現。這種方式有其獨特的優勢，比如后端分析模式方便排除故障，并可以有效的解決存儲容量的壓力；比如不需要前端攝像機具有智能分析功能，只需要上傳視頻流給智能分析服務器即可；再比如因為硬件結構決定了智能分析服務器具有超高的處理性能，一臺智能分析服務器可以同時處理幾十路前端視頻流等等。后端服務器可以應用更為復雜的算法，分析運算集中化使基于后端服務器的選擇獲得了大量機會。設備配置和設備故障排除變得簡化，用戶在一個地方就可完成安裝或修改，可操作性得到了保障。智能分析服務器在市場上