疏而不漏——腾讯如何编织数据中心视频监控网络？(设备选型与布局)
疏而不漏——腾讯如何编织数据中心视频监控网络？(设备选型与布局)
摄像机应该如何选型？
数据中心视频监控如何做到“无死角覆盖”？
面对未来对视频进行结构化分析的需求，以及从事后被动响应转向事前主动发现的趋势，我们应该如何提前在视频监控建设阶段就做好布局？
本文将从设备选型与布局、组网架构与资源计算两个方面，为您揭晓“腾讯是如何编织数据中心视频监控网络”的。
备注：即使GB50314-2015《智能建筑设计标准》，GB50348-2018《安全防范工程技术标准》，以及GB 50395-2007《视频安防监控系统工程设计规范》给出了一定的指导。但在实际执行时，仍然面临摄像机选型、架构设计、网络带宽计算、摄像机布局等落地问题。
设备选型
摄像机的种类繁多，主要有“样式”、“焦距”、“视角”、“结构”等参数。
不同的摄像机分类方法
样式：枪机、半球、球机；
焦距：短焦、中焦，长焦；
视角：广角、标准，远摄镜头等；
结构：固定光圈、手动光圈、定焦镜头、变焦镜头、电动镜头等。
摄像机样式选择
枪机：枪机更方便选择不同焦距，所以通常用在室外和关键卡口。而且，枪机霸气的外观还有震慑的作用。对数据中心而言，枪机一般考虑用在方便架设，且焦距和角度相对固定的地方，比如园区围墙，道路、建筑外墙。
半球：半球外形更小巧，相比枪机，更加隐蔽且没有突兀感，所以往往用在室内。在数据中心内部，半球主要用在比较方便吊顶安装的地方，比如冷热通道、值班室、会议室、走廊等。
球机：球机可以实现360度水平以及垂直方向的旋转，并且有强大的对焦和缩放能力。所以，数据中心的各个业务楼门口、园区大门口等需要对视频进行缩放、旋转以及大面积监控的区域首选球机。
图1 各种摄像机类型
摄像机分辨率
摄像机的分辨率即像素密度，代表了摄像机本身的清晰度，像素越多，图像的密度就越大，对细节的表现力就越好，相应的就会占用更多存储空间和传输带宽。
摄像机的编码方式
编码方式是特定的软件算法，它将采集到的原始视频进行压缩，便于网络传输和视频存储。目前网络摄像机（IP Camera）日益流行，它集成了编码器，插上POE交换机即可使用，而且它内置了web网页，可以对视频进行实施浏览和参数设置。当前摄像机主流的编码方式为H.264和H.265，理论上，通过H.265进行编码的视频码流要比H.264的节约40%左右。但H.265受限于专利费以及技术难度等，普及率低于H.264。
摄像机夜视能力
说到摄像机的夜视能力，首先要选择摄像机的日夜转换模式：电子式or机械式（ICR）。目前红外ICR更为主流，摄像机在低照度场景中，通过转换成黑白模式来提高摄像机的灵敏度。另外一个要考虑的是摄像机的最低照度支持，即摄像机能正常输出图像的最低照度值，一般用Lux来表示。目前常用的划分包括：
- 普通型：1~3 LUX
- 月光型：0.1 LUX 左右
- 星光型：0.01 LUX以下
- 红外型：0 LUX 利用红外灯补光拍摄
在选择最低照度时，还需要关注摄像机的最低工作照度值是在彩色还是黑白色彩模式下取得的，彩色比黑白模式更难实现低照度下正常工作。
摄像机焦距选择
错误的焦距选择可能造成相关摄像机完全不能发挥使用效果。摄像机焦距常见的有2.8mm，4mm，6mm，8mm，12mm；简单来讲，焦距越小可以看到的视觉范围越大，但是清晰可视的距离越短。可以用以下的图形来做个总结：
图2 摄像机不同焦距可视角度以及适用距离
以上的图形提供了一个选项上大概的参考，可视角度上就算同样的焦距，不同型号摄像头也不完全一样，各个厂家的设计也略有差别。如果要较精准计算，根据图像成像的原理，有如下的公式：
图3 摄像机成像原理简图
其中f代表焦距，约等于摄像机中心到CMOS的距离，h1代表摄像CMOS感光面积的高度，n代表镜头中心到被摄物体的距离，h2代表被摄物体的的真实高度。
图2和图3都能说明，如果焦距f越短或者CMOS的尺寸越大，摄像机的视角范围就越大。
摄像机的其他参数
在选择摄像机时，还需要考虑摄像机的IP防护等级、宽动态、背光补偿、强光抑制、协议支持等需求。
对于数据中心使用的摄像机，在户外至少要求IP67的防护等级。为了在各种极端条件下得到更好的图像效果，宜选择有宽动态、背光补偿、强光抑制、CMOS尺寸大、光圈较大、红外夜视的距离不低于50米的摄像机。
环境布局说明
设备布局
当选择了较长焦距的摄像头，近处的图像会存在视角盲区。在进行摄像机布局时，要综合考虑摄像机的焦距、可视角度、立杆高度等参数进行布局。为简化计算，本文不考虑景深的细微差别，摄像机的上视线按水平处理，相邻摄像机以对称设计。
图4 摄像头视觉覆盖模型
上图中，c为摄像机的立杆高度，d为相邻摄像机之间的部署距离，a为摄像机立杆下的盲区距离。在实际布局时，部署距离d需要重点考量。摄像机立杆高度c受层高、成本、方便维护等因素影响，室内一般2.5-3米，室外3.5-6米。
室内长走廊及通道覆盖
如果满足双向无盲区覆盖需求，需满足如下的Rule：
Rule（1）: 图中，2a必须小于d。如果2a > d，会出现下图红色阴影部分的盲区。
图5 盲区示意图
Rule（2）：图中，考虑到现场的实用性，Z-X之间的距离要小于公式1计算出的距离n。即两对相邻摄像机之间的最大距离建议为：d=n-a。
微模块/TB通道覆盖
以腾讯数据中心微模块为例，其封闭冷通道内部有对射的2台半球摄像机，我们可以根据公式（1）来计算摄像机的焦距。微模块通道内部距离为d=n=8.5米；h1仍然1/2.7的CMOS，高度为3.96mm，假设希望人物在对端较大可以占画面1/3，则h2=1.7*3=5.1米。代入公式1中：
因此对于微模块应用，可以考虑6mm的摄像头，但还需再根据摄像机的可视角度，确保满足Rule（1）满足。6mm摄像头可视角度假定为48°，微模块内部高2.5米。计算出其杆下盲区a=2.5*tan(90-48)=2.25米，满足Rule（1），因此微模块可以选择6mm的摄像头在通道2端对射布局。
房间覆盖
针对库房、监控值班室、会议室等区域的规划，需要根据房间的具体大小进行设置，因为房间内部是一个相对宽角度的立体空间，为了扩大可视面积，应选择中小焦距的摄像机。比如对小于100㎡的房间，可以考虑4mm焦距的半球，安装在入口上方以及正对入口的对角。对于其他面积更大，或存安保等级更高的空间（比如存放光模块等设备的库房），则需要增补合适焦距的摄像机。
在IT机房、冷冻站等设备房间内布置摄像头，要避免设备、立柱等对摄像头视线的遮挡。确保合理的摄像头密度，使得各设备形态、设备间走道，长通道、特别是涉及到设备操作的区域，均被完全覆盖到。
室外摄像机布局说明
当在室外布局摄像机时，可以安装在更高的地方。另外室外园区范围较大，为了节约成本，相比室内，d的数值也会更大。另外室外布局时，需要综合考虑人员、车辆的进出路线，构成两层多线的防区：即在围墙、大门构筑第一层监控防线；各建筑出入口构成第二层监控防线。两层防线之间，各个道口通过视频串联成多条监控防线。
第一层防线：园区大门及围墙
园区大门处：需要在大门内侧设立固定的枪机，能够覆盖整个大门区域，可以安装在入园通道的两侧或保安室挂角。要求能够看清进出园区车辆的牌照和外观，建议采用4mm左右的摄像头，立杆高度4米。在园区出入口的外侧，如有需要还可以增加一台立杆高度6米的高速球机，搭配云台和自动变焦摄像头，帮助值班人员观察。
园区周边围墙：将整个园区成环设置枪机，可以在地面或者墙头立杆安装，高度4米左右。在围墙转角处，需要加设高速球机，搭配云台和自动变焦摄像头，立杆高度6米左右。由于围墙不需要检查大范围的可视角度，可以参考室内的长走廊模式，布置12mm焦距的摄像头。在周边围墙的一些高风险位置，比如围墙少人走动、靠边坡等路段，也需要参考大门的做法，加装球机。
对围墙摄像机选型以及部署距离，需要能够满足后续智能视频分析的需要，比如越线告警、移动侦测等。
第二层防线：各建筑出入口及周边
对建筑的各个出入口，包括建筑大门、车辆出入口、卸货区、天面和地面的各个消防出入口等都需要完全覆盖。数据中心大堂和卸货区是人员出入的主要通道，除了安装半球或者枪机以外，建议根据现场情况吊高安装高速球机，且规格可以适当加高，确保覆盖整个大堂和卸货区。
另外大楼周边四个转角，建议挂墙安装四对枪机分别观察大楼的四个立面，以便发现翻窗户、翻通风口等异常情况，也可以作为建筑周边大楼监控的补充。还可以考虑在建筑屋面顶层角落，立杆加装一台快速球机，以便观察屋面顶层整体，以及建筑周边的全局情况。
多线：各道路、交叉路口、活动区域，道路沿线布置的摄像头，相比长走廊和围墙，要求可视角度会更宽，需要一定程度上兼顾道路，以及道路两旁绿化区域的监控。因此建议布置6-8mm焦距的摄像头，并适当降低摄像头布局的距离。在道路拐角处，需要从零开始计算摄像头的部署距离。
对于交叉的重要路口，除沿路面布置的摄像机以外，需要在附近围墙或者单独立杆增布摄像机。对于停车场、自行车棚、篮球场等人员活动较多的区域，需要单独增加小焦距广角摄像机对活动区域进行覆盖。
其他