海康威视网络高清监控方案(1) - 图文

网络高清视频监控系统

标准化解决方案

杭州海康威视系统技术有限公司

2013年11月

杭州海康威视系统技术有限公司－网络高清视频监控系统标准化解决方案

目 录

目 录 ........................................................................................................ II 第1章 总体概述 ...................................................................................... 7

1.1 设计背景 ........................................................ 7 1.2 现状分析 ........................................................ 7 1.3 需求说明 ........................................................ 8 1.4 设计原则 ........................................................ 8 1.5 设计依据 ........................................................ 9

第2章 系统总体设计 ............................................................................ 10

2.1 设计目标 ....................................................... 10 2.2 设计思路 ....................................................... 11 2.3 总体结构设计 ................................................... 11

2.3.1 系统逻辑结构............................................. 11 2.3.2 系统物理结构............................................. 12 2.4 用户价值体现 ................................................... 13

第3章 前端系统设计 ............................................................................ 15

3.1 概述 ........................................................... 15 3.2 前端系统结构设计 ............................................... 15 3.3 IPC结构特点 ................................................... 16

3.3.1 散热设计................................................. 16 3.3.2 防水设计................................................. 16 3.3.3 除雾设计................................................. 16 3.3.4 防虚焦设计............................................... 17 3.3.5 防刮擦设计............................................... 17 3.4 IPC功能亮点 ................................................... 18

3.4.1 超低照度................................................. 18 3.4.2 强光抑制................................................. 18

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3.4.3 高清透雾................................................. 18 3.4.4 红外增强................................................. 19 3.4.5 3D数字降噪 .............................................. 20 3.4.6 新一代宽动态............................................. 21 3.4.7 SMART IPC特色功能 ....................................... 21 3.5 前端配套设施 ................................................... 27 3.6 适用场景描述 ................................................... 29

3.6.1 路面固定点监控........................................... 29 3.6.2 出入口监控............................................... 30 3.6.3 室内监控................................................. 31 3.6.4 制高点监控............................................... 32 3.6.5 大场景监控............................................... 33

第4章 监控传输网络设计 .................................................................... 39

4.1 概述 ........................................................... 39 4.2 设计要求 ....................................................... 39 4.3 传输网络设计 ................................................... 40

4.3.1 网络结构设计............................................. 40 4.3.2 网络IP地址规划.......................................... 42 4.3.3 VLAN规划 ................................................ 43 4.3.4 路由总体规划............................................. 44 4.3.5 网络传输带宽要求......................................... 44 4.4 网络可靠性设计 ................................................. 44 4.5 网络安全性设计 ................................................. 45 4.6 网络管理规划 ................................................... 46 4.7 设备选型说明 ................................................... 46

第5章 监控中心系统设计 .................................................................... 48

5.1 概述 ........................................................... 48 5.2 系统结构设计 ................................................... 48

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5.3 存储子系统 ..................................................... 48

5.3.1 NVR存储设计 ............................................. 49 5.3.2 存储结构设计............................................. 49 5.3.3 NVR存储功能 ............................................. 50 5.3.4 NVR存储亮点 ............................................. 53 5.3.5 设备选型说明............................................. 55 5.4 解码拼控子系统 ................................................. 64

5.4.1 视频综合平台设计......................................... 65 5.4.2 视频综合平台主要功能..................................... 66 5.4.3 主要功能效果展示......................................... 67 5.4.4 视频综合平台亮点......................................... 71 5.4.5 设备选型说明............................................. 74 5.5 大屏显示子系统 ................................................. 75

5.5.1 大屏显示子系统结构....................................... 75 5.5.2 LCD大屏 ................................................. 76 5.5.3 DLP大屏 ................................................. 82 5.5.4 设备选型说明............................................. 86 5.5.5 主要设备选型............................................. 87 5.5.6 监控中心及机房配套设施................................... 87

第6章 应用管理系统设计 .................................................................... 90

6.1 概述 ........................................................... 90 6.2 软件架构设计 ................................................... 90 6.3 软件模块组成 ................................................... 92

6.3.1 中心管理模块............................................. 92 6.3.2 应用模块................................................. 93 6.3.3 客户端模块............................................... 94 6.3.4 视频质量诊断模块......................................... 95 6.3.5 视频图像拼接模块......................................... 95

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6.4 平台功能设计 ................................................... 95

6.4.1 基础管理功能............................................. 95 6.4.2 基础应用功能............................................. 98 6.4.3 高级业务应用............................................ 101 6.5 平台部署环境 .................................................. 106

6.5.1 硬件环境................................................ 106 6.5.2 软件环境................................................ 107

第7章 视频系统利旧设计 .................................................................. 108

7.1 概述 .......................................................... 108 7.2 系统利旧整体设计 .............................................. 108 7.3 模拟监控系统接入设计 .......................................... 108 7.4 网络监控系统接入设计 .......................................... 109

第8章 方案优势分析 .......................................................................... 112

8.1 全高清 ........................................................ 112 8.2 全网络 ........................................................ 112 8.3 高集成化 ...................................................... 113 8.4 高智能化 ...................................................... 113 8.5 高可靠性 ...................................................... 114 8.6 高扩展性 ...................................................... 115 8.7 高易用性 ...................................................... 116

第9章 应用举例 .................................................................................. 118

9.1 需求描述 ...................................................... 118 9.2 系统设计 ...................................................... 118

9.2.1 前端部分设计............................................ 118 9.2.2 监控中心设计............................................ 119 9.2.3 传输网络设计............................................ 123 9.2.4 应用管理软件设计........................................ 124

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9.3 配置清单 ...................................................... 125

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第1章 总体概述

1.1 设计背景

从模拟到网络、从标清到高清，随着安防监控技术的不断发展，用户对监控系统的要求越来越高。目前为了解决监控系统的视频图像分辨率低、存储可靠性差、视频上墙显示复杂及系统管理性差等方面的问题，海康威视从系统的先进性、可靠性、实用性等方面出发，推出了一套集前端采集、后端存储、上墙显示及应用管理于一体的网络高清视频监控系统标准化解决方案。

1.2 现状分析

随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控技术也有长足的发展，从最早模拟监控到数字监控再到现在方兴未艾的网络视频监控，发生了翻天覆地的变化。目前视频监控系统在应用中主要存在如下问题：

系统管理性差、功能应用少：系统很难实现对设备的集中管理，较少有系统管理平台或者现有管理平台的管理性不强、功能少，多局限于视频的预览、回放等基础功能，不能对系统设备进行远程参数配置、状态检测、用户权限管理等。

视频清晰度低、图像质量差：现有的视频监控资源多数是以标清图像为主，整体视频图像质量差，只能解决“看得见”，无法实现“看得清”，降低了视频资源的使用价值。

系统组网性不强：模拟监控系统的组网和应用受地域限制的影响较大，管理性和资源共享性较差；另外系统的扩展性和灵活性较差，不利于远距离传输。

视频码流大、画面不流畅：用户在预览视频图像时，会经常出现卡、顿等现象，尤其是视频码流高、网络环境差的系统，严重影响用户的业务应用。

录像占用空间高、检索效率低：视频图像占用存储空间大，存储成本较高；且录像易丢失，经常查找不到，困扰用户。

系统部署复杂、设备占用空间多：原系统解码、上墙、拼控等功能实现非常复杂，系统所涉及的设备部署不方便，同时会占用较多空间。

系统维护不方便、故障响应不及时：系统缺乏对前端设备故障的自动侦测

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与预警，前端摄像机损坏很长时间也未及时发现。

对旧系统的整合程度不高：新建视频监控系统与原有系统之间难以融合，原有监控资源利用率低，造成资源浪费。

1.3 需求说明

根据现状分析发现原先系统存在众多弊病，用户为解决上述问题，提出以下需求：

1) 系统需要有中心平台进行统一管理；

系统应达到高清视频的采集、传输、存储、显示； 系统需全IP化，从而实现灵活组网，便捷管理； 降低视频码率，提高视频预览的效果； 系统应具备灵活、可靠的存储方式；

实现高清视频解码、拼接控制、开窗漫游显示等功能的一体化； 系统具备视频质量诊断功能；

从节省资源、降低成本的角度考虑原有系统利旧。

1.4 设计原则

本系统以“先进性、可靠性、实用性、经济性、扩展性”为基本原则，具体如下：

先进性：采用成熟、主流的设备构建系统，系统建设充分利用当前最新的视音频、数据、网络等技术，充分兼顾需求和技术的不断变化，建设业内领先的高清视频监控系统。

可靠性：系统硬件采用电信级的服务器及专业设备，对关键设备采取冗余备份措施，软件采用模块化、分层隔离的设计思想，确保整个系统长期稳定运行。

实用性：系统的设计突出应用，以现实需求为导向，以有效应用为核心，以技术建设与工作机制的同步协调为保障，确保系统能有效服务于用户的工作需要。

经济性：系统整体配置性能高，价格合理，建设成本和投入较低，同时方案考虑原有监控系统的利旧。

扩展性：系统采用业界主流的硬件设备，提供标准的协议，具有良好的兼容

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性和通用的软硬件接口，可以全面兼容主流厂商的设备，并能为其他系统提供接口。

1.5 设计依据

1) 《视频安防监控系统技术要求》（GA/T367-2001） 2) 《民用闭路监视电视系统工程技术规范》(GB50198-2011) 3) 《安全防范系统雷电浪涌防护技术要求》（GA/T 670-2006） 4) 《安全防范工程技术规范》GB50348-2004 5) 《信息技术 安全技术 IT网络安全》GB/T25068

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第2章 系统总体设计

2.1 设计目标

系统采用高清视频监控技术，实现视频图像信息的高清采集、高清编码、高清传输、高清存储、高清显示；系统基于IP网络传输技术，提供视频质量诊断等智能分析技术，实现全网调度、管理及智能化应用，为用户提供一套“高清化、网络化、智能化”的视频图像监控系统，满足用户在视频图像业务应用中日益迫切的需求。本方案主要实现以下目标：

建成统一的中心管理平台：通过管理平台实现全网统一的视频资源管理，对前端摄像机、编码器、解码器、控制器等设备进行统一管理，实现远程参数配置与远程控制等；通过管理平台实现全网统一的用户和权限管理，满足系统多用户的监控、管理需求，真正做到“坐阵于中心，掌控千里之外”。

实现系统高清化与网络化：本方案以建设全高清监控系统为目标，为用户提供更清晰的图像和细节，让视频监控变得更有使用价值；同时以建设全IP监控系统为目标，让用户可通过网络中的任何一台电脑来观看、录制和管理实时的视频信息，且系统组网便利，结构简单，新增监控点或客户端都非常方便。

系统具备以下特征：

系统具备高可靠性、高开放性的特征：通过采用业内成熟、主流的设备来提高系统可靠性，尤其是录像存储的稳定性，另外系统可接入其他厂家的摄像机、编码器、控制器等设备，能与其他厂家的平台无缝对接；

具备高智能化、低码流的特征：运用智能分析、带有智能功能的摄像机等提高系统智能化水平，同时通过先进的编码技术降低视频码流，减少存储成本和网络成本，减弱对网络的依赖性，提高视频预览的流畅度；

具备快速部署、及时维护的特征：通过采用高集成化、模块化设计的设备提高系统部署效率，减少系统调试周期，系统能及时发现前端监控系统的故障并及时告警，快速相应；

具备高度整合、充分利旧的特征：新建系统能与原有系统高度整合、无缝对接，能充分利用原有监控资源，避免前期投资的浪费。

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数据中心核心网

核心层主要设备是核心交换机，作为整个网络的大脑，核心交换机的配置性能较高，。目前核心交换机一般都具备双电源、双引擎，故核心交换机一般不采用双核心交换机部署方式，但是对与核心交换机的背板带宽及处理能力要求较高。

2) 接入层

? 前端视频资源接入

前端网络采用独立的IP地址网段，完成对前端多只监控设备的互联。前端视频资源通过IP传输网络接入监控中心或者数据机房进行汇聚。前端网络接入目前采用两种常用方式，通常为点对点光纤接入的方式和点对多点的PON接入方式。接入层需对NVR存储设备的网络接入提供支撑，确保NVR存储设备网络环境安全可靠。

? 用户接入

对于用户端接入交换机部分，需要增加相应的用户接入交换机，提供用户上网服务。监控中心部署接入交换机，通过万兆/千兆光纤链路接入到传输网络中。保证监控中心解码器及客户端的正常适用。

对于网络设计中存在两级架构如下图所示，具体设计这里不做详细介绍。

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二级网络结构设计图

4.3.2 网络IP地址规划

IP地址的合理分配是保证网络顺利运行和网络资源有效利用的关键，要充分考虑到地址空间的合理使用，保证实现最佳的网络地址分配及业务流量的均匀分布。

IP地址空间的分配与合理使用与网络拓扑结构、网络组织及路由有非常密切的关系，将对网络的可用性、可靠性与有效性产生显著影响。因此在对网络IP地址进行规划建设的同时，应充分考虑本地网对IP地址的需求，以满足未来业务发展对IP地址的需求。

IP地址规划原则：

1） 唯一性：一个IP网络中不能有两个主机采用相同的IP地址；这就需要

选择一个足够大的IP地址范围，不但能够满足现有的需要，同时能够满足未来网络的扩展。两个不同网络互联时应避免使用同一网段IP地

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址，以免造成IP地址冲突。

2） 简单性：地址分配应简单易于管理，降低网络扩展的复杂性，简化路由表项。

3） 连续性：连续地址在层次结构网络中易于进行路径叠合，大大缩减路由表，提高路由算法的效率；IP地址分配既要考虑到扩充，又要能做到连续。

4） 可扩展性：地址分配在每一层次上都要留有余量，在网络规模扩展时能保证地址叠合所需的连续性。

5） 灵活性：地址分配应具有灵活性，以满足多种路由策略的优化，充分利用地址空间。

4.3.3 VLAN规划

VLAN就是虚拟局域网，随着视频专网中用户和终端设备大规模接入，网络广播的流量呈几何级数量增多，通过VLAN技术，把一定规模的用户和终端归纳到一个广播播域当中，从而限制视频专网的广播流量，提高带宽利用率。

每一个VLAN在数据转发时，可以二层和三层方式实现数据转发 ，二层VLAN 技术能将一组用户归纳到一个广播域当中，从而限制广播流量，提高带宽利用率。三层VLAN 是基于IP协议，一组用户归纳到一个网段内，通过网关与别的组进行交换。

在网络用户VLAN规划方面，一般可根据视频用户、前端设备、后台设备等所属的部门，以及具体的网络应用权限来划分。在具体VLAN规划中，应合理规划每一个VLAN中实际用户数量。

一般规划VLAN资源参考如下几个做法：

1) VLAN1在所有设备上不启用三层接口地址，不使用VLAN1承载实际业务或者作为网管VLAN。

2) 全网每台设备的网管VLAN可以使用同一个，方便设备预配置与日常管理。

3) 我们一般建议按照每个区域进行VLAN资源的划分，所有IPC使用的VLAN均遵从所在区域的VLAN规划。

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4) 尽管在不同的汇聚设备上使用相同的VLAN并不冲突，但是不允许这样的做法，会对后期的维护和故障的排除造成很大的困难。

5) 如果建设网络所使用的设备不能直接在端口上配置互联用的IP地址，需要绑定相应的VLAN的话，还需要单独划分出来一大段VLAN资源用于设备互联，强烈建议全网设备互联用VLAN按照链路去划分，每条链路使用一个互联VLAN。

4.3.4 路由总体规划

路由分为静态路由和动态路由，根据项目实际情况进行选择。

静态路由是在路由器中设置的固定的路由表。除非网络管理员干预，否则静态路由不会发生变化。由于静态路由不能对网络的改变作出反映，一般用于网络规模不大、拓扑结构固定的网络中。静态路由的优点是简单、高效、可靠。在所有的路由中，静态路由优先级最高。当动态路由与静态路由发生冲突时，以静态路由为准。

动态路由是网络中的路由器之间相互通信，传递路由信息，利用收到的路由信息更新路由器表的过程。它能实时地适应网络结构的变化。动态路由适用于网络规模大、网络拓扑复杂的网络。其中最常用的动态路由是OSPF (Open Shortest Path First开放式最短路径优先）协议。

4.3.5 网络传输带宽要求

考虑到网络传输过程及其它应用的开销，链路的可用带宽理论值为链路带宽的80%左右，为保障视频图像的高质量传输，带宽使用时建议采用轻载设计，轻载带宽上限控制在链路带宽的50%以内。

1） 核心层交换机到接入交换机的网络采用光模块来传输，带宽需达到千

兆以上，原有带宽未达到要求的，增加带宽；

2） 传输设备如光纤收发器到接入交换机之间的带宽建议达到百兆； 3） 传输设备如光纤收发器之间的传输带宽建议达到百兆； 结合项目实际需求，网络带宽规划可做相应调整。

4.4 网络可靠性设计

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网络的可靠性是为了保证视频在传输过程中，重要环节在出现设备损坏或失败时，还能够保证正常传输。网络可靠性主要可从传输链路可靠性、网络设备可靠性两个方面进行设计。

1） 传输链路可靠性

传输链路的可靠性一般通过链路聚合技术来进行保障。链路聚合设计增加了网络的复杂性，但是提高了网络的可靠性，使关键线路上实现了冗余功能。除此之外，链路聚合还可以实现负载均衡。

2） 网络设备可靠性

网络设备的可靠性主要通过关键部件冗余备份、设备冗余备份、传输告警抑制和快速链路故障检测来进行保障。

关键部件冗余备份是指网络设备提供主控、电源等关键部件的1+1冗余备份；另外系统各单板及电源、风扇模块均具有热插拔功能。这些设计使得设备或网络出现严重异常时，系统能够快速地恢复和作出反应，从而提高系统的平均无故障运行时间，尽可能地降低不可靠因素对正常业务的影响。

设备冗余备份是指通过双机虚拟化或虚拟路由器冗余协议等方式实现网络设备的冗余备份。一旦出现设备不可用的情况，可提供动态的故障转移机制，允许网络系统继续正常工作。

传输告警抑制是指对告警进行过滤和抑制，避免网络频繁振荡，因为当接口启动快速检测功能后，告警信息上报速度加快，会引起接口的物理层状态频繁在Up和Down之间切换。

快速链路故障检测是一套全网统一的检测机制，用于快速检测、监控网络中链路或者IP路由的转发连通状况。

4.5 网络安全性设计

网络安全性方面是保护网络系统中的软件、硬件及数据信息资源，使之免受偶然或恶意的破坏、篡改和泄露，保证网络系统的正常运行、网络服务的不中断。网络安全性设计主要有结构安全、访问控制、安全审计、边界完整性检查、入侵防范和网络设备防护这几方面的内容。

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4.6 网络管理规划

网络管理主要是从网络监控管理、应急操作管理和日常维护管理三个方面对网络管理规划进行简要说明：

1）网络监控管理

网络系统监控主要是通过网管系统统一进行信息采集和事件呈现，配合网络系统进行实施。

2）应急操作管理

应急操作管理主要是通过固定的操作流程，通过对故障设备进行主备切换、脱网隔离和旁路等方式快速恢复网络系统的连通性。

3）日常维护管理

日常维护管理主要包括故障诊断、配置和设备操作等内容，指导网络运维人员的日常维护管理工作。

4.7 设备选型说明

网络交换机选型主要分为盒式交换机和框式交换机，框式交换机比较适合核心层/汇聚层使用。选型可参考内容如下：

1）设备性能

主要是参考选型设备自身的参数，参数值（背板带宽、交换机容量、包转发率等参数）越大性能越高。

2）端口支持

主要是参考选型设备端口数量和端口类型的匹配，例如： 电口选择主要有GE、FE；

光口选择主要有GE、10GE；端口类型有LC、SFP、SFP+、XFP等； 端口数量有4口、8口、12口、24口、48口以及更多。 3）交换机级别

二层交换机、三层交换机或高性能路由交换机（框式交换机）。 4）功能性方面

环网保护技术、IP路由支持、组播、MPLS、虚拟化、QOS、配置与维护、

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安全与管理、增值业务能力等结合实际需求进行综合考虑

5）扩展性方面

盒式交换机低于框式交换机，扩展能力有限，具体可查看相关设备的官网数据。

6）可靠性

主要是参考选型设备是否支持双电源、双引擎、协议可靠性方面。 7）成本原则

主要是参考选型设备一般是功能越多、性能越好、扩展性越强的的交换机成本会越高。

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第5章 监控中心系统设计

5.1 概述

监控中心建设内容具体包括视频存储子系统、视频解码拼控子系统、大屏显示子系统、平台管理软件等，本章主要介绍存储子系统、解码拼控子系统和大屏显示子系统。

5.2 系统结构设计

监控中心系统结构图如下所示：

监控中心系统结构图

监控中心是整个视频监控系统的核心，实现视频图像资源的汇聚，并对视频图像资源进行统一管理和调度。其中，NVR实现视频图像资源的存储及调用，并且通过N+1备份模式，确保录像资源的可靠稳定；视频综合平台完成视频解码上墙和图像的拼接控制，同时其在硬件层面支撑管理平台，并通过网络键盘进行视频切换和控制，通过高清大屏对高清视频进行精彩展现。

5.3 存储子系统(NVR)

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存储子系统采用NVR的存储模式，通过N+1备份方式，实现对视频的存储，提高了系统的可靠性。其中NVR为海康威视自主研发，它融合了多项专利技术，采用了多项IT高新技术，如视音频编解码技术、嵌入式系统技术、存储技术、网络技术和智能技术等。

5.3.1 NVR存储设计 5.3.2 存储结构设计

本方案存储系统采用NVR模式，其中IPC不与平台直接对接，而是先接入NVR，再通过NVR接入平台。IPC与NVR之间实现了直接对接，而直接对接模式一般采用底层协议而非SDK方式，更有利于提高接入效率。NVR直接获取IPC的音视频直接存在本机上，实现视频直存。

视频存储系统结构设计及视频流向如下图所示：

存储子系统结构图

5.3.2.1 存储设计原则

对于NVR台数和硬盘数量的设计，需要结合实际情况综合考虑，其中主要可参考“短板优先”的设计原则。

“短板优先”是指在具体项目需求中，在部署NVR数量尽量少的前提下，首先分析接入路数（接入带宽）和存储容量哪个是主要限制项。

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假设接入路数为“短板”，以接入路数来优先计算，假设接入带宽为短板，应以最大带宽所能容纳的最大接入路数来计算；对于存储需求很大，接入路数要求不高的情况，可先计算总的存储容量，再计算每台NVR最大存储容量，以此计算出需要的NVR台数。

5.3.2.2 存储热备设计

“N+1”热备功能是指系统中多台NVR可组成工作集群，通过设置备份主机的方式，保证系统中任意一台NVR网络中断、工作异常的时候，录像数据可靠、完整。

设置一台NVR为热备主机，其他NVR为工作主机。当任意一台工作主机网络中断或工作异常时，热备主机自动接管工作主机的网络视频，开启录像任务；当工作主机恢复正常后，热备主机放弃接管，并将异常期间的录像数据自动回传到工作主机中，保证录像完整、可靠。目前在N+1的配置中，1台备机支持32台工作主机。

5.3.2.3 存储空间计算

在计算存储空间时需先计算出所有路数存储一定的时间所需的存储总空间，用总路数乘以每路码流大小，再乘以总的存储时间即可算出总的存储空间，在计算过程中保持单位的一致性。下表为分别按照1路每天存储24小时、摄像机按照D1、720P、1080P的分辨率存储不同天数所需的存储空间表，如下表：

1天存储空间 序号 分辨率 码流大小 （TB） 1 D1 1.5Mbps 0.0154 7天存储空间 （TB） 0.1081 15天存储空间 （TB） 0.2317 30天存储空间 （TB） 0.4635 2 720P 2Mbps 0.0206 0.1442 0.3090 0.6180 3 1080P 4Mbps 0.0412 0.2884 0.6180 1.2360 5.3.3 NVR存储功能

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