摘要：数字式监控系统DVM打破传统的视频录像方式，提供移动侦测、高级视频分析等特色功能，采用强大的安防集成平台EBI作为管理软件，实现远端或就地的视频监控功能。
关键词：DVM、主备数据库服务器、主备摄像机服务器、网络、存储、视频分析
1.1系统概述
霍尼韦尔的DVM是一个可扩展的数字式CCTV监控系统， DVM还能与安防领域的其他系统通过霍尼韦尔公司另一款同样优秀的集成平台EBI进行集成。EBI系统还能够对设施管理的其他内容，诸如楼宇自控和消防报警系统等进行监控。
DVM可以被应用到从便携的移动终端（笔记本或是智能手机、PAD）到运行微软操作系统（包括Windows系统，SQL数据库以及IE浏览器）的大型服务器以及高性能存储设备。DVM同样是一个高度灵活的架构系统，能够从一个仅有几台摄像机的小型系统做到包含几千台摄像机和大量服务器、工作站和存储设备的超大型安防系统。
DVM支持网络摄像机或者是通过视频编码器接入的模拟摄像机。它为将一个模拟系统升级到数字系统提供了一个平滑的解决方案，同时，更可以搭建一个纯粹的IP监控系统解决方案。对于一个模数混合式系统，DVM还能提供诸如视频分析，单独对每一个摄像机的录像以及观看进行配置，从而形成一个高效，可扩展以及高性价比的视频管理系统。
1.2系统典型架构
DVM是依据工业标准的开放网络，PC硬件和应用软件，能够采用性价比高而且性能卓越的软硬件产品。采用已经在市面上畅销的主流产品，包括各式摄像机、PC、存储以及网络设备，而不需要去购买某家品牌的专有产品。不同于厂家专有的数字硬盘录像机（DVR）和网络硬盘录像机（NVR），DVM允许将系统的软件和硬件的升级分开。这种做法将大大降低系统运行费用，也能保护业主在未来升级上的投资。采用市面上能够买到的通用产品的另一个好处是确保DVM能够轻松的接入业主目前的系统当中，从而简化运营流程，降低系统运行成本。
一个基础的系统架构包括一个数据库服务器（Database Server）和一台摄像机服务器（Camera Server）,对于一个小型系统，这两者可以安装在一台服务器服务器上。对于较多的摄像机系统，只需要增加相应台数的摄像机服务器，备用摄像机服务器以及分析服务器添加到系统体系之后，就能够胜任整个被控区域的监视任务。大型的企业（Multi-site,多现场统一管理）可以将多个DVM系统集成到一个统一的平台上。
DVM能够集成现有的模拟CCTV设备成为一个纯粹的数字式解决方案，以利用开放的TCP/IP网络技术来驱动采用软件驱动的摄像机的切换和控制，以及存储。这样整个系统的网络就变成了一个虚拟的矩阵切换设备。这种革新性的架构将能够更加轻松的安置和重置摄像机，而不需要铺设额外的同轴电缆。新的CCTV监视器需要一台连接网络的PC以及适宜的软件。事实上，任何能够连接进入网络的的PC，被授予适当的权限后，都能够监控DVM系统。
DVM的高可靠性架构让它成为当今市面上最为可靠的数字安防系统之一。对于大多数系统来说，DVR（数字视频录像机）或是NVR（网络视频录像机）的故障通常意味着需要更换设备，这会增加硬件和生命周期的成本。通过霍尼韦尔的DVM系统，数据库和摄像机服务器可以采用冗余配置，因此当首选的服务器出现宕机的时候，系统能够迅速切换到备用服务器。这样系统失效的可能性就能够大幅降低，而整个系统对摄像机的图像观看以及录像就能够得到保留。
典型DVM系统架构
所有被DVM记录的视频都被存储在标准的IT存储平台之上，能够街上存储空间以及维护成本。因为DVM采用市面通用的PC，业主可以采用满足其IT部门要求的标准的设别，以保证存储、服务器以及客户端硬件的更换更加迅速、性价比更高。DVM的摄像机在很多情况下都是直接连接到IP网络，所以当服务器需要被替换时，只需要插拔电源线以及网络连接就可以完成整个任务。如果采用PoE供电的摄像机，则将进一步简化升级和替换流程。比起替换DVR时需要插拔多个（超过32个）同轴电缆连接，更换摄像机服务器（流媒体服务器）的操作会简单很多。
与普通的NVR系统相比，DVM的配置更加灵活与稳定。根据不同的系统，每一台流媒体服务器可以容纳几台、几十台以至于上百台的摄像机（摄像机的管理和流媒体转发能力由承载视频业务的服务器的能力确定）。该服务器可以由Honeywell提供，也可以采用业主目前已有的IT基础系统，不仅支持传统的服务器管理模式，也支持完全的服务器虚拟化，进而支持云管理模式。
采用VMware系统结构示意
采用RAID-1（硬盘镜像）将为DVM系统的数据库服务器提供免疫故障的能力。而且，采用冗余的数据库服务器将能够在其中一台服务器宕机的时候，仍然维持DVM系统的正常运转。DVM摄像机服务器既可以采用RAID-5（硬盘的校验冗余）或者RAID1+0（镜像硬盘中的区域设置）。
DVM系统主要包括以下组件：
?（冗余）数据库服务器
?（冗余）摄像机服务器
?视频分析服务器
?安全或控制服务器
?操作员工作站
?IP接口的控制键盘
?网络摄像机或者网络视频编码器
?网络基础设施
1.3DVA架构
DVA是Digital Video Architecture（离散视频架构）的简称。DVM允许连接多个数据库服务器，使他们能够在各个监控系统间互相分享实时视频和录像视频，从而构成离散式的视频监控系统。
各个监控系统之间的通讯连接应该能够通过相应配置以传输视频信息以及系统事件信息。
其中一个监控系统中满足系统配置的操作员，根据其被给予的安防配置，可以在本地的工作站上观看其他相连接系统（远端系统）的实时以及录像视频。操作员也可以控制远端系统的具有PTZ功能的摄像机。
远端或者本地摄像机都可以在本地工作站上显示，都在本地的操作员显示界面上呈现。远端系统不允许同时有第二个操作员工作站接入来获取远端摄像机的画面。
本地操作工作站才有管理权限修改系统的配置，远端接入的工作站仅能浏览，不能修改。
1.4与安防管理平台EBI的集成
DVM可以无缝与Honeywell的集成安防平台EBI融合，包括对统一用户界面（Station客户端），报警和事件管理子系统，以及安防控制器的集成。现在您的安防系统，建筑设备管理系统（BMS）以及CCTV系统都能够集成起来，使得您的操作员能够在一台Station客户端上查看和控制所有这些子系统。
与EBI的集成包括：
?完整从EBI上对DVM完成控制、查看以及配置功能
?DVM的Console客户端可以直接从EBI的Station客户端的定制化显示界面中拖拽摄像机，加入到前者的工作空间中，以便于快速查看视频影像。
?将建筑设施中各个区域的集成，摄像机也可以被当作是同样区域中的数据点集合。通过这种方式，可以设定成操作员只能浏览和控制自己被授权区域的摄像机。
?集成性的基于操作员的安防管理体系
?集成性的基于Station客户端的安防管理体系
?EBI中的报警和事件都可以作为触发摄像机录像或是让Station客户端（或者报警显示器）自动显示特定摄像机画面的条件
?利用EBI高级报警管理工具可以增强报警管理功能，包括多层级的报警流程管理功能
?EBI报警与时间管理功能提供直接接入能力，使得任何录像都可以由EBI的报警/事件或是移动侦测来触发，极大的降低操作员用来搜寻与事件相关视频的时间
?通过EBI定制的显示界面能够浏览和录制摄像机影像。HMIWeb界面创建器（HMIWeb Display Builder）提供ActiveX控制，它可以被嵌入到定制的显示界面或是弹出的显示窗口中，用以显示实时或是录像视频，或是PTZ操作和录像控制
?所有DVM系统的报警/事件都会被显示在EBI的报警和事件总结显示界面中
?系统报告：DVM作为标准事件报告的主机，这些报告来源于EBI的报告服务器中，包括系统状态、配置和使用信息
与EBI集成将允许DVM能够以自动录像或是视频调取等方式响应EBI的报警和事件，使得系统更少依赖于操作员观察，有利于实时的做出决策。操作员将更少受到由于太长时间监视太多摄像机带来的过量信息造成的不良影响；而使得他们将自己的注意力只集中在非常事件或是威胁情况所产生的信息上。操作员不必紧盯监控电视墙在无数的视频图像中找到少量真正有用的视频。
这种视频查看能力，加上能够监控整个建筑设施的能力，能提高生产效率，增加情景认知能力以及异常时间管理能力，为操作员提供一个先进的安防运营管理。
1.5视频管理和流媒体转发
在系统的管理层，DVM主要包括3种服务器：数据库服务器，摄像机服务器，视频分析服务器；并可以与外部的综合报警服务器以及工业系统服务器集成。
1.5.1数据库服务器
DVM数据库服务器为所有的系统配置提供中央集中的、冗余的管理，并能实时记录系统的各项运行记录。
数据库服务器的任务包括：
?管理系统的数据库，包括：
?系统配置
?摄像机配置和参数设定
?视频编码器或者IP摄像机的输入/输出端口的配置和设定
?录像的配置和设定
?实时视频的配置和设定
?运行数据的细节，包括录像和审核记录日志
?操作员视窗的配置，使之能同屏显示多个摄像机
?录像，输入信号监测，输出信号转换以及视频分析的时间计划
?操作员安防设置细节
?监控和报警显示器的配置
?IP CCTV控制键盘的配置
?视频分析的配置，包括：
o运动运动侦测
o智能视频分析
o摄像机防篡改侦测
?管理操作员工作站和摄像机服务器之间的通信
?允许安防系统或控制系统能够自行根据报警/事件启动录像
?支持同时对多个安防系统或是控制系统服务器的连接
?每个系统连接的服务器应能从DVM系统中收到报警信号，激活事件，观看实时或是录像视频
?报告系统通向集成控制系统或是安防系统的摄像机故障和录像故障
?提供完整的系统活动的审核记录，包括系统状态和操作员行为
?数据库服务器完全采用微软SQL Server 2008作为数据库引擎。不支持其他类型的数据库。
?采用微软Windows Active Directory管理系统接入
1.5.1.1备用数据库服务器
DVM支持热冗余系统，主备服务器无缝切换。备用的数据库服务器应能实时的与主数据库服务器同步，确保它的数据是最新的且能够实时应对可能发生的主机宕机。
系统捆绑（Clustering）不是作为实现系统数据库服务器冗余的合理方式。而完全做出一个冗余的系统也不是实现系统冗余的合理方式。
DVM系统能够同时运行两台配置相近的计算机实现热备冗余，在任一时刻其中一台服务器都会作为主服务器而另一台作为热备服务器。系统支持在线的数据库复写机制。
每台数据库服务器都会扫描摄像机服务器，或要求所有的摄像机服务器将更新信息都发送给这两台数据库服务器都是不能接受的。数据库的复写必须要基于每一次系统数据交换活动（transaction），有以下亮点原因：
?保证复写的备用服务器能够实时的与主服务器保持一致
?避免摄像机服务器在不必要的重复轮询活动中不停装载信息
系统必须满足冗余系统中的一台服务器在因维护保养而需要移出时不至于中断系统运行，而当这台服务器重新加入系统时，它又能自动与系统的数据库重新同步，这个过程同样不会影响系统运行。
1.5.2摄像机服务器
DVM系统支持以下两种类型的摄像机服务器：
?主摄像机服务器
?备用摄像机服务器
DVM系统支持摄像机服务器的冗余配置，即当主摄像机服务器不处于运行状态时，由备用摄像机服务器接替它前者的职能。
摄像机服务器需要依靠摄像机服务器上关于所有摄像机的数据库信息。
系统支持多台摄像机服务器，在软件上并没有规定摄像机服务器可以同时接入摄像机的数量上限。
1.5.2.1主摄像机服务器
主摄像机服务器在系统正常工作状态中管理所有摄像机的运行。它们必须具备能够支持大量在线视频存储的磁盘空间，并且能够通过大容量归档机制将存储的视频转换为离线的媒体文件。
摄像机服务器应当：
?管理从视频编码器或是IP摄像机中传输的实时视频和视频音频复合信号
?将实时或是录像视频或是音视频复合信号转发给操作员工作站
?将实时视频转发给监控显示器或报警显示器
?将实时视频转发给视频分析服务器用以通过多种视频分析算法分析视频内容
?从视频分析服务器中接收分析事件，并基于预先设置处理这些事件
?从操作员工作站或者操作员控制键盘接收操作指令并且将它们发送给摄像机执行
?储存实时视频或是音视频复合信号到硬盘
?将以前存储的视频或是音视频复合信息转存到媒体存储区域以便于以后的归档处理
?从媒体存储区域追溯视频或是音视频符合信息
?通过简单和先进的视频动态侦测算法分析敏感区域内部的实时视频
?MPEG4格式输出视频录像
?提供对摄像机被篡改活动的监测：
o改变视场范围
o画面模糊
o摄像机变盲或被遮挡
?从IP摄像机或是编码器的数字输出接口接受事件信息，并且以预设方式响应这些事件，包括以下方式：
o启动1台或多台摄像机的录像
o向安防系统或控制系统发送报警信息
?将输出信号传递给IP摄像机或编码器的输出端口
?能够执行双向通信功能，可以将现场的音视频信号转给操作员工作站，并能够将来自操作员工作站的音频信号发送到相关的现场设备
?监控连接IP编码器的模拟摄像机的视频丢失状态。用户显示界面上应当能够即时显示模拟摄像机的视频丢失状态
1.5.2.2备用摄像机服务器
备用摄像机服务器能够为系统提供摄像机服务器层面的冗余保障。
在发生故障时，主服务器自动切换到备用服务器，一旦备用服务器接替主服务器工作，那么它将不再会作为其他任何主服务器的备用服务器，直到它所替代的那台主服务器恢复正常工作。
用户界面应当能够显示整个系统的现在状态的总览，包括主服务器的数量，备用服务器的数量，以及它们的状态。
为了配置的便利，配置都是在摄像机服务器级别做出，而不需要每台摄像机单独配置。
1.6视频传输
摄像机网路架构图如下图所示：
网络架构图（示例）
数字监控系统的特点是其视频信号采用数字传输，数字交换、数字存储、数字检索和控制，如上图所示，建议采用星型网络结构，接入层网络至少采用100Mbps/1000Mbps 自适应网结构，管理层网络须采用10000Mbps(10Gbps) 网结构,并采用冗余设计。
应采用三层交换机，必须具有编程能力，支持组播管理(单播，组播，转播)，即要支持IGMP （Internet Group Member Protocol），否则在多人同时监控多路信号，及同时多路实时录像时将会造成网络拥塞。
接入交换机推荐采用Cisco的WS-2960，提供10/100/1000M电缆接口，可通过千兆光纤直接上联至位于二级中心的汇聚交换机3750。
服务器用交换机在服务器/存储平台的网络连接特考虑采用2960交换机，2960专门用于数据中心的服务器连接。采用双电源高可靠设计，同时单物理端口提供多个硬件QoS队列，可对不同的业务提供高质量服务保障。2960再采用千兆光纤连接至核心交换机4500。
核心交换机建议采用双台4500，单台交换机采用多电源作热冗余保护。服务器接入交换机也采用2960，双电源作为热冗余保护。正常情况下核心交换机均可转发业务流量，当单电源出现故障时，仍有另一个电源仍可提高服务。当其中一台核心交换机宕机时，另一台核心交换机可以马上切入继续完成数据的交换转发功能。
1.7视频存储
视频监控系统建议采用IP SAN阵列集中存储的解决方案，国家安防规范的通常要求30天存储，存储的容量根据项目情况进行计算。
1.8高级视频分析功能
DVM系统除了传统的视频实录功能，还可以提供更先进的视频分析功能、运动侦测功能，DVM的视频内容分析包括以下选项：
?标准图像运动侦测：采用像素变换率算法，通过适用于明亮的室内区域。每一帧图像都被用来和上一帧图像对比，通过判定内容的不同判断画面中是否出现了运动（取决于图像敏感度设定）。标准的图像运动侦测是本产品的基本功能。
?高级图像运动侦测：采用先进的适应性算法，他能够自动向周围学习并且适应周围环境。这使得算法能够自动忽略比如雨，雾，尘土，树枝摆动以及灯光渐变等环境变化。该算法适合于室内和室外使用。
?霍尼韦尔智能视频分析：提供经过这个场景的人和车辆的自动侦测、分析以及分类功能。它通过降低环境因素，如雨、雪、阴影、反射、飞鸟、晃动树枝等诱因，极大降低误报率。
DVM的视频分析功能能够排除产生误报警的空间，误报警会造成不必要的对操作员的干扰。敏感区域（Region of interest）的设定能够匹配侦测区域并且消除可能造成误报警的源头。区域的形状最多可以由10个顶点构成，因此我们可以根据所需要侦测区域的要求进行敏感区域的限定，比如停车场，周界护栏，小路等。
DVM的视频分析功能不只是简单重复现今CCTV系统的主流功能，它还能提供：
?连续的（每天24小时或是每周7天）或是按照时间计划（只在特定时间内运行）的视频侦测。
?系统能够自动执行以下任务：
o在EBI（按照预设的优先级）产生报警
o启动录像——采用或者不采用事件前录像功能，能够按照一段固定事件录像，或者以特定的动作为标志停止录像（在预设的固定时间内没有侦测到任何动作）
o在客户端或工作站上显示摄像机拍摄的实时录像
?可以单独对每一个敏感区域进行调试，最大程度降低误报率
?可以通过在调试模式下的实时视频窗口同时调试（tuning）以及测试“敏感区域”的算法。工程师因此能够在调试和测试算法时避免遇到真的侦测信息的干扰
?支持某些基于编码器或是摄像机的运动侦测算法。
参考文献：
[1]霍尼韦尔DVM500系统产品技术手册
[2]霍尼韦尔 DVM500系统产品方案介绍
论文作者:李蠡
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第14期
论文发表时间:2017/10/16
标签：服务器论文; 摄像机论文; 系统论文; 视频论文; 操作员论文; 冗余论文; 录像论文; 《建筑学研究前沿》2017年第14期论文;