如何設計體育館高清監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控作為安防系統(tǒng)重要的組成部分，在體育場館安防系統(tǒng)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(jiān)控項目中，大部分仍是基于數(shù)、模混合的標清視頻監(jiān)控方案，如北京奧運“鳥巢”視頻監(jiān)控項目800多個監(jiān)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(tǒng)一管理控制、視頻分發(fā)、數(shù)字矩陣輸出電視墻，但系統(tǒng)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(jiān)控技術搭建視頻監(jiān)控系統(tǒng)越來越多。

隨著視頻監(jiān)控技術的發(fā)展，高清已經(jīng)成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。本文根據(jù)體育場館的特點及需求，結(jié)合整體高清的理念，淺談高清視頻監(jiān)控技術在體育場館的應用。

系統(tǒng)整體架構(gòu)

體育場館監(jiān)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(jiān)控點靈活分散、監(jiān)控環(huán)境復雜多變的問題。整套安保系統(tǒng)除視頻監(jiān)控外還包括如出入口控制、安檢系統(tǒng)、報警系統(tǒng)等其它子系統(tǒng)，需通過后臺管理平臺統(tǒng)一管理、實現(xiàn)融合。同時大型場館安保存在移動監(jiān)控的需求，因此采用無線傳輸?shù)姆绞浇鉀Q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(xiàn)監(jiān)控資源共享。

場館總監(jiān)控中心作為系統(tǒng)的“核心大腦”，分別部署了視監(jiān)控平臺核心組件VSMC(Video stream management center)，以及數(shù)據(jù)存儲管理組件VSMC-IM(Information management)流媒體分發(fā)組件VSMC-MD(Video On Demand)，以及第三方異構(gòu)平臺接入組件VSMC-DG，組成功能強大的監(jiān)控管理平臺，具有系統(tǒng)的最高功能和權(quán)限。整個系統(tǒng)采用集中存儲與分布存儲相結(jié)合，在場館總監(jiān)控中心采用數(shù)據(jù)直存的IP-SAN集中存儲，保證存儲數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)本地實時監(jiān)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(nèi)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(tài)視頻數(shù)據(jù)源的接入。達到靜態(tài)監(jiān)控圖像和動態(tài)監(jiān)控圖像的有機結(jié)合，形成真正的無縫監(jiān)控系統(tǒng)。

前端監(jiān)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(jiān)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(tǒng)標清視頻監(jiān)控系統(tǒng)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(jié)(通常位于傳統(tǒng)尺寸圖像的上部和下部)。在系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、維護方面，基于IP的高清攝像機較傳統(tǒng)標清攝像機具有不可比擬的優(yōu)勢。

在體育場選擇高清網(wǎng)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(jié)省存儲空間；如果發(fā)生報警時候，自動轉(zhuǎn)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(wǎng)絡傳輸及光纖自愈環(huán)網(wǎng)

針對體育場館監(jiān)控的特點，視頻監(jiān)控傳輸將以IP網(wǎng)絡為主，以無線覆蓋為輔助。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，廣泛使用的組網(wǎng)形式是星形組網(wǎng)形式，也有部分場合采用的是基于交換機來構(gòu)建以太網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)絡進行組網(wǎng)和基于PON分光技術進行組網(wǎng)。

星形組網(wǎng)形式簡單方便，但是不能提供可靠性保護；交換機以太網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)絡組網(wǎng)形式則是把交換機連接成環(huán)，通過在交換機上使能EAPS協(xié)議來實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)功能，但其不能有效保護到終端設備。光纖自愈環(huán)網(wǎng)既能實現(xiàn)對視頻傳輸?shù)目煽勘Ｗo，又可節(jié)省光纖資源的新型組網(wǎng)方式。

光纖自愈環(huán)網(wǎng)基于環(huán)網(wǎng)協(xié)議。環(huán)網(wǎng)協(xié)議是一個專門應用于編碼器、IPC網(wǎng)絡攝像機終端的鏈路層協(xié)議，可以防止環(huán)路上產(chǎn)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(shù)據(jù)傳輸鏈路，從而提供高可靠性的保護，保證視頻數(shù)據(jù)業(yè)務流量能夠正常傳輸。這種采用前端設備組環(huán)網(wǎng)、掛接的方式，方便擴展前端高清網(wǎng)絡攝像機接入。對于網(wǎng)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(jiān)控覆蓋面，又可實現(xiàn)應急監(jiān)控點位置的靈活調(diào)整與部署。

編解碼與存儲

高清視頻解碼器主要功能是從網(wǎng)絡上獲取視音頻數(shù)據(jù)流，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換還原為模擬信號，輸出到監(jiān)視器、接拼大屏等監(jiān)控顯示設備。作為高清視頻監(jiān)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(wěn)定可靠適合長時間運行。

iSCSI裸塊直存寫入IPSAN網(wǎng)絡存儲

高清視頻監(jiān)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(fā)寫入問題，也存在長時間、大容量存儲的空間問題。

從監(jiān)控存儲發(fā)展來看，傳統(tǒng)模、數(shù)混合方案，存儲核心設備主要是DVR，后期發(fā)展到存儲服務器加磁盤陣列的DAS結(jié)構(gòu)。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(tǒng)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(zhuǎn)發(fā)的瓶頸，存在轉(zhuǎn)發(fā)效率、穩(wěn)定性不足及成本偏高等問題。

因此新一代的高清視頻監(jiān)控后臺存儲均在搭建在IPSAN網(wǎng)絡存儲架構(gòu)下的。IPSAN存儲系統(tǒng)支持1080P、720P高清視頻的大容量并發(fā)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(tǒng)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(shù)據(jù)直接存儲到IPSAN，大幅提高了并發(fā)寫入效率(如圖5所示)?；贗PSAN的高清視頻監(jiān)控存儲一般應具有如下特性：

·支持網(wǎng)絡攝像機通過iSCSI協(xié)議將裸塊直存到IPSAN；

·支持對IPSAN資源的管理、狀態(tài)維護；

·封裝IPSAN管理虛擬接口，可集成異構(gòu)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(jiān)控業(yè)務的裸盤存儲技術，硬盤存儲去除了文件系統(tǒng)的開銷，存儲性能更高，避免了復雜的文件系統(tǒng)處理機制，穩(wěn)定性更高，同時完全避免文件系統(tǒng)的碎片問題；

·IPSAN支持分布式部署，集中管理。

管理平臺軟件

監(jiān)控管理平臺是整套監(jiān)控系統(tǒng)的核心。支持對轄域內(nèi)的所有設備進行統(tǒng)一集中的管理、配置以及狀態(tài)維護。支持域間干線資源管理、數(shù)據(jù)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(tǒng)的情況，視頻監(jiān)控管理平臺同時支持與其它子系統(tǒng)進行對接，實現(xiàn)多用戶跨平臺調(diào)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(quán)遠程訪問相關視頻資料。

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

高清視頻監(jiān)控管理平臺應該具備先進的系統(tǒng)架構(gòu)，其應符合相關標準規(guī)范，支持互聯(lián)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(tǒng)架構(gòu)

·管理平臺采用GSSP全局監(jiān)控服務協(xié)議，充分整合IP網(wǎng)絡、視頻、存儲、信令等領域的技術；

·平臺完全遵循SIP規(guī)范，符合DB33標準，支持域間資源共享；

·平臺基于Linux操作系統(tǒng)，并且提供細致的權(quán)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(tǒng)最大支持200000路攝像機；

·支持全網(wǎng)設備統(tǒng)一批量配置、升級；

·支持NTP時間同步協(xié)議。

結(jié)語

高清視頻監(jiān)控不僅可為體育場館提供監(jiān)看、錄像的高清體驗，同時可以為智能視頻分析、視頻數(shù)據(jù)挖掘提供絕佳的視頻素材。需要強調(diào)的是高清視頻監(jiān)控不能局限于某一部分的高清實現(xiàn)，而應將其作為整體解決方案統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設計，應考慮到系統(tǒng)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。