浅谈：高清网络摄像机在印钞厂应用

　　需求背景

　　目前，无论是在全球，还是在中国安防市场，视频监控的数字化进程都在迅速发展中，在这种大的环境背景下，新的安防项目必然要进行传统安防仿真系统与数字化安防系统的比较，在性能和成本权衡中选择适合自己的解决方案。而对于数字化安防系统，其最大的特点是智能化、网络化和高清化，其更利于系统的集成和综合管理。

　　根据我们企业20多年安防系统的应用发展来看，伴随着新技术发展的同时，安防系统发挥作用的需求也在不断地提升。从最初的保障生产过程的产品安全，到目前要求能清晰地看清员工作业和操作细节，需求已从图像记录发展到图像录像回放能看清楚具体的操作人员，这些变化都促使我们在新建项目中，对系统的性能和功能作深入的调研，确定较佳的安防系统解决方案。

　　网络摄像机特点

　　在安防系统的数字化进程中，产品设备从视频编码器到网络高清摄像机都是以技术不断创新来适应个性化需求。视频编码器将仿真摄像机信号经编码(双码流 MPEG-4)变成数字信号传输， 视频信号高达 4CIF 实时25FPS。高清网络摄像机则将编码、智能分析前置，集成于前端摄像机，以降低传输带宽和服务器的压力，图像的质量达到720P/1080P高清标准。在标清视频中，一路图像的码率为512K~2M，而高清视频中，一路视频的码率为4M~20M，这些性能又对录像存储提出了新的要求和挑战，也对视频专用网络的性能提出更高的要求。

　　网络摄像机分辨率

　　分辨率的高低是判定图像清晰度的首要条件，网络摄像机的分辨率最低是720P，它的像素数大约是CIF的9倍，而1080P的像素数大约是CIF的20倍(分辨率对比表见表1)。百万像素高清网络摄像机的发展也可以说是一日千里， 130万、200万、300万、500万像素产品都已陆续上市，为了能确实掌握事件细节，能够呈现“清晰”且“无死角”的影像画面，人们在不断追逐着“高清”的发展脚步。

　　CCD和CMOS传感器

　　按感光组件划分，网络摄像机也可分CCD和CMOS两种。成像方面，在相同的像素下，CCD的成像通透性、明锐度都较好，色彩还原、曝光都满足基本标准。但CCD网络摄像机成本较高。由于CMOS传感器响应速度比CCD快，因此CMOS更适合高清监控大数据量的特点，成本也较低。目前，大多数高清网络摄像机都采用CMOS传感器，许多厂商都在不断改进CMOS高清网络摄像机对照度要求高的问题，使CMOS传感器在高清网络摄像机中得到更广泛的应用。

　　编码方式

　　在视频监控系统中，视频压缩方式主要有M-JPEG、MPEG-4、H.264三种，同等的图像质量条件下，H.264的数据压缩比MPEG-4高1.5~2倍，H.264压缩后的容量只有MPEG-4 的20%，这意味着相同的存储容量，H.264的存储将是MPEG-4的5倍。而高清网络摄像机都具有这三种视频压缩方式，可根据不同的定位配置不同的编码方式。例如，将较低码流的H.264视频压缩格式的D1图像传向原端，给客户进行实时的监看。同时，将H.264视频压缩格式实时或抽帧图像传入存储服务器进行录像，另外还可以在报警的时候传输JPEG的图像，便于事后进行放大确认，寻找可疑的对象等。

　　智能分析功能

　　在高清网络摄像机中已实现的智能分析功能有：视频遮挡与视频丢失侦测，视频变换侦测、视频模糊侦测、视频移动侦测、物品遗留识别、人群运动及拥堵识别等等。这些功能不仅与高清网络摄像机的智能分析功能有关，还与第三方管理平台软件的功能有关联，这些智能分析功能进一步应用，更推进了高清网络摄像机的应用发展前景。

　　网络摄像机选用测试对比

　　鉴于高清的意义与视频监控系统发展趋势。在2011年上旬，我单位选择了多款主流的720P网络摄像机，通过在生产工序的实际应用与测试，将720P网络摄像机的实际使用效果与仿真摄像机的图像效果进行对比，在同一场景(照明效果一样，位置相同)，同样的计算器设备抓拍一张D1分辨率下的回放显示图像，与抓拍的720P网络摄像机图像效果进行比较，720P网络摄像机图像的码流分别选择1M、1.5M、2M等，1M 因720P的高清图像信息量较大，1M带宽会有部分信息丢失的现象，但得益于720P的高质量原始图像，画面效果与D1相当，略超过之；1.5M，码流达到1561kbps，说明720P信息量较多，1.5~1.6M带宽基本覆盖，此时图像略有变化则码流上升10%，此时，图像超过D1水平体现720P效果；2M以上720P信息更完美体现，细节越来越丰富；2.5~3M以上图像效果极其优秀，但录像容量太大。所以在现有条件下，录像码流考虑1.5~2M左右将是不错的解决方案，都体现出720P的图像水平。

　　当时选择了多家一线品牌的产品进行对比，其中包括安讯士、博世、松下、索尼、海康威视的720P网络摄像机，都是CMOS传感器件的720P网络摄像机。在1.5~2M左右码流，图像抓拍的效果都优于仿真D1图像。当然图像数据的容量也有所增加。安讯士产品的码流控制好一些，码流能控制在1M/S多。博世双码流功能较好，这样，在图像显示和存储时可根据需要选择不同的码流。 总之，这些品牌的视频图像质量都能满足目前印钞单位的实际需求，只须综合考虑系统设备的整体配置的性价比，以较合理的投资获得较好的系统效果。

　　系统总体设计

　　系统架构

　　前端高清设备所带来的视觉感官，只有终端管理平台方能呈现。如果没有配套的管理软件，客户往往无法实现对网络摄像机的管理，一般需要提供系统平台管理软件，或者按照平台对接方式提供相关协议实现对接，也就是说，对于高清网络摄像机的应用必须提供整体系统解决方案，它涉及网络传输、网络规划、视频存储、图像转发、图像上墙显示，幷可对高清海量图像数据进行智能化管理和检索等诸多技术解决方案。所以在企业新安防系统设计时，要设计选择网络视频管理平台，以此为主线，考虑网络结构，设备中心和控制中心的配置模式，因新工房是独立的多层建筑，设备控制中心设在建筑的二层，考虑这种结构和投资的因素，可选择分布式结构(系统拓扑图如图1所示)。

　　设备中心

　　新工房监控系统将设备集中配置于二层设备中心，主要包括存储设备和汇聚交换机，以及报警和门禁控制主机等。建议设备中心配置管理分终端，方便于设备调试和巡查监视。

　　控制中心

　　老监控中心需升级网络核心交换机，建议将数字视频管理平台设在老监控中心，以便于图像回放和检索。图像的显示也设在老监控中心，网络门禁控制主机也接入老监控中心门禁服务器，进行统一设防/撤防操作。

　　网络结构

　　新工房安防系统以安防专业网络为基础进行综合布线，因为网络摄像机信号交互，依赖于网络，网络视频监控系统就是通过网络进行视频监控系统部署和应用实现。网络环境是基础，一个好的网络环境，才能对网络视频的流畅性和实时性提供一个良好的保障。选用高清网络摄像机都可以采用三级网络结构，百兆接入交换机、千兆汇聚交换机和核心交换机。核心交换机采用双冗余双备份。交换机和链路之间为千兆交换，万兆链路，以便未来发展的扩展和冗余，构成安防专业网络结构，并充分考虑网络安全和冗余性。

　　网络容量计算

　　接入网，新工房若采用720P网络摄像机，视频流码率4M，存储码率1.5M，码率系数为1.2，每路负载=(4+1.5) ×1.2=6.6M，按24口百兆埠计算，接入交换机的幷发流量为24×6.6=158.4M，按48口百兆埠计算，接入交换机的幷发流量为48×6.6=384M，设计采用千兆(双口)上联到汇聚交换机，带宽完全够用。

　　新工房视频流接入老监控中心，新工房若全部采用720P网络摄像机，视频硫码率4M，码率系数为1.2，每路负载=4×1.2=4.8M，407路视频流量=407×4.8=1953.6M， 新工房和老监控中心采用万兆链路，带宽完全够用。

　　存储容量计算分析

　　以新工房全部采用720P网络摄像机方案，计算系统存储容量，网络摄像机存储码率选择为每路视频2M/S，新工房407台摄像机，407路视频需存3个月：

　　407×2×60×60×24×90/8/1024/1024=755TB=378块2TB硬盘×20%损耗=454块2TB硬盘，

　　共计908TB，是海量存储。

　　若码率选择为每路视频1.5M/S，407路需存3个月：

　　407×1.5×60×60×24×90/8/1024/1024=566TB=283块2TB硬盘×20%损耗=340块2TB硬盘，共计680TB。仍是海量存储。