本发明属于电子信息控制
技术领域：
，特别涉及数字视频监控系统中的一种集全实时高清视频接入管理，流媒体转发，视频数据存储，高清解码输出显示，开关量报警信号接入和智能视频分析应用的全智能一体化监控分布式管理服务器。
背景技术：
：目前，在安全问题日益严重的大背景下，数字高清视频监控的应用范围越来越广泛，但是，目前用于数字高清视频监控管理平台中的nvr设备使用还存在一定的局限性，总的来说，主要有这几个因素：兼容性、成本以及使用的便利性等方面，nvr产品涉及的标准协议众多，涉及的功能点也多，如设备控制、管理、操作等功能有采用text、xml、soap将消息信令封装在基于sip、http等协议进行的传输方式；视频流数据的传输采用rtsp/rtcp/rtp的标准流媒体传输方式（少部分厂商采用ts等传输方式）。各厂商私有协议基本都是基于常用的标准协议进行处理，但由于厂商信令消息结构各不相同，流媒体数据的传输方式和封装也各不相同。这样就导致了不同厂商之间的协议无法相互兼容、甚至于同一厂商的不同协议版本也无法相互兼容。另外产品的同质化现象也越来越严重，市场亟需推出新的产品解决这一困惑。如沿用模拟时代的网络思想，系统硬件侧重于存储和单屏幕分割显示，不支持本地高清解码上墙和4k超高清显示输出，视频调度上大屏幕需要通过解码器加载平台软件才能实现，设备本身存储容量较小并且不支持磁盘阵列raid功能，nvr的产品具备直存功能，但是不能在存储上具备转发功能，需要转发服务器才能实现。我们知道，nvr具备解码的功能，随着cpu性能的增强，解码性能提高也很快，但是nvr不可以同时解几十路高清视频，仅有1-2路hdmi输出口，不能完成直接解码上墙的功能。视频编解码格式仅支持h.264/mpeg4/mjpeg等视频格式，网络带宽要求高，架构大系统时设备种类多，不具备智能分析、视频诊断、智能管理等多种智能功能应用，需要搭接专门智能分析设备，兼容性稳定性差，开通维护和操作性比较复杂，无法满足数字高清视频监控越来越广泛的应用，不便于非专业人员的使用，传统nvr的前端摄像机接入能力较弱，在网络规模爆炸式增长，前端动辄成百上千高清网络摄像机接入管理的趋势下，后端需要堆砌大量的nvr设备，不便于管理维护，在大规模视频监控网络中，必须依靠pc服务器管理海量存储、视频矩阵、前端接入管理的模式，不符合电信级的网络架构。技术实现要素：为解决现有nvr数字高清视频监控技术中所存在的问题，本发明提供了一种集全实时高清视频接入管理，流媒体转发，视频数据存储，高清解码输出显示，开关量报警信号接入和智能视频分析应用的全智能一体化监控分布式管理服务器。本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：用于数字高清视频监控系统中的全智能一体化监控分布式管理服务器,其特征在于：该服务器由整合安装在机箱内且相互连接并数据互通的多核处理器主板、存储转接卡、存储控制模块、视频解码卡、通信功能卡构成，并配备有fpga处理芯片智能分析模块，两个usb接口，两个rs串行接口，一路语音对讲输入，音频输入输出各一路，16g的内存条，独立散热的cpu风扇，220v电源接入多伏稳定输出的监控电源，用于设备整体散热的4个插拔式服务器风扇，上述部件的特征如下：多核处理器主板：所述的多核处理器主板为arm服务器主板并搭载工业级四核armcpu，且带有嵌入式linux实时操作系统，全面兼容主流网络摄像机，支持h.264/h.265/mpeg4/mjpeg等视频格式，单台设备最大接入1000mbps，转发640mbps,存储640mbps，所述cpu为marvell高端arm处理芯片mv78460，拥有4个arm核，其自带一个io外围设备控制器，2个千兆网口、2个sata控制器，2个pci-e2.0×4接口，2级高速缓存容量为2mb，dram接口为64位；存储控制模块：所述的存储控制模块为raid卡存储控制模块，采用冗余设计，加载有存储转接卡，配备两个插槽16g的全缓冲ddr2内存、集成lsi-1064e双端口sas控制器，热插拔sas硬盘（2t内存）通过背板连接到存储控制器上，支持一键raid设置，带有磁盘阵列raid功能。视频解码卡：所述的视频解码卡为4路hdmi输出的高清视频解码卡，可扩展至16路hdmi输出，搭载dsp解码芯片，支持大屏拼接，任意组合虚似大屏，录像回放上墙，电子地图上墙，叠加、漫游、移动同屏,多连接轮询输出，最大可支持60路1080p30fps高清解码输出能力，最大支持48路1080p录像同时回放；所述的dsp解码芯片全面兼容支持4k分辨率超高清显示输出和h.265解码技术；通信功能卡：由集成在多核处理器主板上的网络通信模块与告警模块构成，并带有千兆网口，其告警模块包含8路告警输入与4路告警输出接口，其网络通信模块为千兆网口的网络通信模块，数量为2个10/100/1000mbps自适应rj45网口。fpga处理芯片智能分析模块：该模块加载有软件智能算法程序，其智能功能集合了对象识别、行为分析、视频诊断、数据分析等智能视频监控技术和数字图像处理技术，可以在许多场合替代或协助人工监控，大大提高监控效率，解放了监控人员，极大地降低了他们的工作强度，使视频监控更具高科技含量。对于本发明，所述服务器配备的两个usb接口集成在多核处理器主板上，分别为usb2.0和usb3.0接口；所述服务器配备的两个rs串行接口分别为rs-232和rs-485标准串行接口。对于本发明，其采用了加厚热镀锌钢板3u/4u机架，嵌入式硬件和嵌入式linux系统和工业级控制器，硬盘、电源、风扇、全为模块化设计、抽拉式安装，方便、快捷，前面板插拔式硬盘槽位设计，存储为视频流直存式写入设计，共提供有16/24个sataⅲ口硬盘插槽，最大存储容量可达24×6=144tb。同时支持raid0、raid1、raid5、raid6、raid10等功能，保证存储数据的安全可靠，或通过e-sata、sas接口实现扩展存储。本发明采用arm服务器主板搭载专用dsp解码芯片来解决nvr视频解码能力不足的问题，通过arm服务器主板搭载支持专用dsp解码芯片、其中dsp的缓冲串口dsp单独构成了用户通信串口,dsp的hpi接口实现了dsp和多核处理器之间的通信，剩下与dsp的io接口相连接的外围是上电复位src数据逻辑、程序加载eprom、视频图象编/解码asic和图象数据存储sram。eprom和sram作为dsp扩展的数据存储区来处理,src数据逻辑和视频编/解码asic作为dsp的io端口来访问。原理：本发明主要是利用工业级嵌入式微控制器的高性能多核处理器主板，搭载专用dsp解码芯片，加载专业存储转接卡，高性能raid卡（存储控制模块），高清视频解码卡和告警模块从而高度集成高清视频编解码、高速视频存储、流媒体转发、数字矩阵、智能分析等诸多功能。有益效果：该机采用了模块化设计，x86服务器架构，硬件实力稳定过硬，在全实时高清视频接入、存储、转发、解码、数据保护方面相比nvr表现优良。集成了视频监控平台功能，在多通道实时上墙、n+m集群管理、联动方面都具有平台管控能力，不再局限于单机的存储和监控，本发明具有全数字高清、网络化、集成化、智能化等优点，产品作为数字高清视频监控一体化设备，高度集成高清视频编解码、高速视频存储、流媒体转发、数字矩阵等诸多功能，并且具备视频智能分析，可作为下一代数字高清视频监控系统中的全智能一体化监控分布式管理服务器。附图说明图1为本发明的整体框架图。图中：1--服务器机箱，2--多核处理器主板，3--工业级四核armcpu，4--dsp解码芯片，5--存储转接卡，6--存储控制模块，7--通信功能卡，8--usb/485通信模块，9--232调试模块，10--cpu风扇，11--监控电源，12--服务器风扇，13--视频解码卡（a-d为每个4路hdmi卡），14--fpga处理芯片智能分析模块，15--16g内存的内存条，16--硬盘。具体实施方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图，进一步阐述本发明：如附图1所示，用于数字高清视频监控系统中的全智能一体化监控分布式管理服务器,由安装在服务器机箱1内且相互连接并数据互通的多核处理器主板2、存储转接卡5、存储控制模块6、视频解码卡13、通信功能卡7构成，（这样的设计有效解决了在大规模视频监控网络中需要堆砌大量的nvr设备，不便于管理维护，必须依靠pc服务器管理海量存储、视频矩阵、前端接入管理的模式，不符合电信级的网络架构的问题），并配备有fpga处理芯片智能分析模块14，两个usb接口，两个rs串行接口，一路语音对讲输入，音频输入输出各一路，16g的内存条15，独立散热的cpu风扇10，220v电源接入多伏稳定输出的监控电源11，用于设备整体散热的4个插拔式服务器风扇12，上述各部件的特征如下：多核处理器主板：所述的多核处理器主板为arm服务器主板并搭载工业级四核armcpu（如附图中3所示），并带有嵌入式linux实时操作系统，全面兼容主流网络摄像机，支持h.264/h.265/mpeg4/mjpeg等视频格式，单台设备最大接入1000mbps，转发640mbps,存储640mbps，按照h.265编码技术，接入每台高清网络摄像机码流4m计算,单台设备可以满足250路1080p高清网络摄像机的接入功能；所述的多核处理器主板是公司自主研发的一款超低功耗的arm服务器主板，cpu是marvell高端arm处理芯片mv78460，cpu是marvell公司专为企业级云计算开发的armadaxp（极限性能）系列的工业级四核armcpu。armadaxp系列为了下一代的“绿色”系统采用了超低功耗架构并整合了四个marvell设计的1.6ghz主频的armv7核cpu，其自带了一个io外围设备控制器，以提供行业强劲的表现，cpu采用了高级的设计技术和制作工艺，armadaxp将云计算应用范围从高性能网络服务器渗透到了高容量服务器，如nas和媒体服务器。mv78460拥有4个arm核，它的2级高速缓存容量为2mb，dram接口为64位，除了内核的强劲表现外，他还带有丰富的外围设备接口：2个千兆网口、2个sata控制器，2个pci-e2.0×4接口。本发明采用公司自主研发的一款超低功耗的arm服务器主板搭载工业级四核armcpu，充分利用其超低功耗架构设计、云计算能力和内核的强劲处理能力，有效解决了nvr前端设备接入，流媒体转发存储能力的不足。存储控制模块与存储转接卡：配备两个插槽16g的全缓冲ddr2内存、集成lsi-1064e双端口sas控制器，所述的存储控制模块为raid卡存储控制模块，采用冗余设计，热插拔sas硬盘16（2t内存）通过背板连接到存储控制器上，现有nvr本身存储容量较小并且不支持磁盘阵列raid功能，nvr的产品只具备直存功能，但是不能在存储上具备转发功能，需要转发服务器才能实现，本发明通过raid卡存储控制模块加载专业存储转接卡，提供16/24个热插拔sas硬盘，通过背板连接到存储控制器上，raid卡存储控制模块在存储上具备转发功能，不需要转发服务器就能实现高带宽流媒体转发功能，还支持一键raid设置，磁盘阵列raid功能(raid0.1.5.6.10)，有效提高了硬盘读写性能和数据本地安全保护，数据安全，稳定性。可通过sas宽端口接扩展柜进行本地容量扩展，也能够通过iscsi协议连接ipsan存储设备远程容量扩展，支持n+m设备级冗余备份方案。设备的稳定性依赖如下几个方面来完成：采用嵌入式存储硬件，软件也采用嵌入式系统，即使用x86系统，以降低产品的功耗，降低设备的温度，提高产品的稳定性，延长产品的寿命，采用冗余部件设计，采用双控方案，双电源设计，多风扇设计，采用raid技术，甚至raid6技术，raid6可以在损坏2块硬盘时仍然保证数据的完整性。系统冗余和备份，如n+1和n+m技术的应用。视频解码卡：所述的视频解码卡为4路hdmi输出（如图中a-d所示）的高清视频解码卡，可扩展至16路hdmi输出，搭载dsp解码芯片4，支持大屏拼接，任意组合虚似大屏，录像回放上墙，电子地图上墙，叠加、漫游、移动同屏,多连接轮询输出，最大可支持60路1080p30fps高清解码输出能力，最大支持48路1080p录像同时回放。支持本地高清解码上墙和4k超高清显示输出，在兼容性稳定性方面表现优异，更支持4k分辨率超高清显示输出和h.265解码技术，提供更高的视频码流压缩比率和更好的图像质量，支持h.265解码，采用h.265技术的视频压缩技术比h.264提升30~50%，以更低的技术成本获得更高的压缩比率和更好的图像质量。所述的dsp解码芯片4全面兼容支持4k分辨率超高清显示输出和h.265解码技术，提供更高的视频码流压缩比率和更好的图像质量，支持h.265解码，采用h.265技术的视频压缩技术比h.264提升30~50%，以更低的技术成本获得比nvr更高的压缩比率和更好的图像质量并且有效解决了nvr视频编解码格式仅支持h.264/mpeg4/mjpeg等视频格式，nvr网络带宽要求高，兼容性稳定性差的问题，另外通过加载智能分析算法程序，dsp芯片具备智能分析、视频诊断、智能管理等多种智能功能应用，而不需要搭接专门智能分析设备才能完成。通过dsp解码芯片控制高性能hdmi高清视频解码卡输出，完成大屏拼接，任意组合虚似大屏，录像回放上墙，电子地图上墙，叠加，漫游，移动同屏,多连接轮询输出，解决nvr不能完成的多输出口多路数高清解码输出能力。通信功能卡：通信功能卡由集成在多核处理器主板上的rj45网络通信模块与告警模块构成，并带有千兆网口，其告警模块包含8路告警输入与4路告警输出接口，其网络通信模块为千兆网口的网络通信模块，数量为2个10/100/1000mbps自适应rj45网口。fpga处理芯片智能分析模块：该模块加载有软件智能算法程序，其智能功能集合了对象识别、行为分析、视频诊断、数据分析等智能视频监控技术和数字图像处理技术，可以在许多场合替代或协助人工监控，大大提高监控效率，解放了监控人员，极大地降低了他们的工作强度，使视频监控更具高科技含量。随着安防领域应用的不断拓宽，一体化、智能化成为其发展趋势，采用内嵌arm核的fpga处理芯片智能分析模块来实现图像采集和处理系统不仅减小了系统的体积和功耗，还使系统设计进入了sopc（可编程片上系统）时代，把图像检测系统的发展引入了更新的领域。本发明以光学（图像）检测系统的一体化，集成化出发点，应用内嵌arm处理器的fpga器件实现了一个图像检测系统硬件平台，既提高了识别速度，满足了小体积低功耗的要求，又由于arm的使用及fgpa的可编程特性使得整个图像检测系统具有良好的可扩展性，可以满足各种智能分析的需要。同时arm与fpga之间的信息交换直接通过内部总线进行数据传递，大大提高了数据传输速率和可靠性，提高了系统检测的实时性。对于本发明，所述服务器配备的两个usb接口分别为usb2.0和usb3.0接口，并集成在多核处理器主板上，两个rs串行接口分别为rs-232和rs-485标准串行接口，两个usb接口与rs-485串行接口配套连接usb/rs485通信模块8，rs-232串行接口配套连接232调试模块9：为了便于连接符合cjt-188-2004数据传输技术条件和en1434、en13757等标准的总线设备，设计了专用的usb/rs485通信模块，该模块实现了rs485/rs232/usb之间通信电平转换，数据双向透明传输，自动转换,通信波特率自动识别，不需要额外设置，通信模块按照输入和输出信号采用光耦隔离，电源采用隔离电源，标准工业级设计，保护措施完善，抗干扰能力强，稳定性高。对于本发明，采用了加厚热镀锌钢板3u/4u机架，嵌入式硬件和嵌入式linux系统和工业级控制器，硬盘、电源、风扇、全为模块化设计、抽拉式安装，方便、快捷，前面板插拔式硬盘槽位设计，存储为视频流直存式写入设计，共提供有16/24个sataⅲ口硬盘插槽，最大存储容量可达24×6=144tb。同时支持raid0、raid1、raid5、raid6、raid10等功能，保证存储数据的安全可靠，或通过e-sata、sas接口实现扩展存储。本服务器的主要配置如下：序号模块名称说明数量1高性能多核处理器主板arm服务器主板12cpu工业级四核armcpu13解码芯片dsp解码芯片14专业存储转接卡存储中转15存储控制模块高性能raid卡，24盘位阵列36高清视频解码卡4路hdmi输出47专业通信功能卡扩展通信功能18网络通信模块千兆网口29告警模块16路告警输入，4路告警输出110usb，485通信模块2个usb接口，1个485串行接口111232调试模块1个232调试串口112工业级内存条8g内存213高性能静音cpu风扇cpu独立散热114600w专业监控电源220v电源接入多伏稳定输出115专业大功率服务器风扇设备整体散热3本发明采用arm服务器主板搭载专用dsp解码芯片来解决nvr视频解码能力不足的问题，通过arm服务器主板搭载支持专用dsp解码芯片、其中dsp的缓冲串口dsp单独构成了用户通信串口,dsp的hpi接口实现了dsp和多核处理器之间的通信，剩下与dsp的io接口相连接的外围是上电复位src数据逻辑、程序加载eprom、视频图象编/解码asic和图象数据存储sram。eprom和sram作为dsp扩展的数据存储区来处理,src数据逻辑和视频编/解码asic作为dsp的io端口来访问。对于本实用发明，其服务器的机箱高19英寸，标准的3u/4u高度，但重量方面，却比一般的3u/4u服务器重得多。配置方面，该服务器使用基于高性能x86多核处理器主板，支持工业级嵌入式微控制器、2个插槽最多16g的全缓冲ddr2内存（这样设计采用只要是实现高容量接入管理能力和加载智能分析算法处理能力）；搭载专用dsp解码芯片，加载专业存储转接卡，高性能raid卡（存储控制模块），4路hdmi输出高清视频解码卡、可扩展12路hdmi输出的高清视频解码卡,集成lsi1064e双端口sas控制器（这样设计采用主要是有效解决多盘位存储，流媒体转发和多输出多路数解码输出能力）。存储硬盘托架可支持16/24个3.5英寸的热插拔sas硬盘，并且与计算部分的服务器一样，插入后通过专业存储转接卡，高性能raid卡（存储控制模块），连接在x86高性能多核处理器主板上。存储控制模块和交换机模块都是冗余设计，一个是必须的，另一个可选用来做热备或性能提升。每个存储控制模块都包含8个内部sas接口，为这款模块化服务器提供了不亚于一般存储的超大容量。同时，它的raid功能也很强大，支持raid0、1、1e、5、6、10。从存储量模块来看，本服务器很好地体现了面向视频监控服务器解决方案中将服务器与存储相结合的思路。存储子系统是模块化服务器的一大特色，由16/24个热插拔sas硬盘组成的存储控制模块也通过背板连接到存储控制器上，设计思路是将存储驱动器托架、存储控制模块和机箱管理共同构成一个存储局域网（san），san在物理上隔离了存储器和服务器，同时还管理存储驱动器盘位，用户可以创建虚拟存储池，然后根据不同的应用级别创建不同的虚拟磁盘，然后将虚拟磁盘指派给不同的计算模块。随着工业级嵌入式微控制器速度继续提升和搭载专用dsp解码芯片解码性能的更快提高，专用视频图象编/解码asic可以提供16位的数据接口,通过4根地址线来选择访问asic的内部不同寄存器的数据。通过这个接口,dsp可以设置视频图象编/解码的工作状态,图象压缩效果。通过这个接口,dsp也可以读取到图象的相关统计数据,比如图象的总亮度,像素的最大亮度和最小亮度等信息,以便为dsp调整压缩效果提供依据。通过这个接口,还可以读出压缩图象数据或者写入压缩图象数据,此时,该接口等效为一个fifo接口,这个专用视频编/解码asic能够主动发出服务请求中断,向dsp申请数据访问和控制处理。综合应用了这两方面领先技术的模块化服务器在解码和计算方面都有很好的表现，同时又大大简化了it支持在硬件需求和人员技术两方面的要求。机箱中内置千兆网口网络通信模块，特别是内置告警模块是本服务器区别于一般服务器和集群的一个重要特征，此处模块化服务器采用了包含8路告警输入，4路告警输出接口。网络通信模块是服务器的核心部件之一，它通过工业级嵌入式微控制器中板连接其他所有子系统并对他们进行监控和管理，所有的远程配置和管理工作也全部通过该模块进行。网络通信模块功能的实现既是整个模块化服务器特性体现的保证，同时也是基于其自身的软硬件基础。电源安装区域最多可以安装2个600w热插拔电源，电源同样支持冗余。但需要注意的是不同的系统配置对供电的不同要求，使用单个电源时最多只能安装一片服务器，而完整系统配置则需要1200w的电源，也就是同时安装2个电源。机箱后部提供了2个千兆网口，8路告警输入，4路告警输出接口，标配4个hdmi输出视频接口，可扩展12个hdmi输出的输出视频接口，1路音频输入、1路输出音频接口，带有1个usb2.0和1个usb3.0接口与1个rs-232、1个rs-485标准串行接口，1路语音对讲输入接口。本发明中模块化的设计使服务器的安装管理更为便捷，此外，冗余的设置提高了服务器可用性，降低了服务器故障恢复的时间，同时为服务器的升级、迁移提供了很大的方便。本发明主要是利用工业级嵌入式微控制器的高性能多核处理器主板，搭载专用dsp解码芯片，加载专业存储转接卡，高性能raid卡（存储控制模块），高清视频解码卡和告警模块从而高度集成高清视频编解码、高速视频存储、流媒体转发、数字矩阵、智能分析等诸多功能。该机采用了模块化设计，x86服务器架构，硬件实力稳定过硬，在全实时高清视频接入、存储、转发、解码、数据保护方面相比nvr表现优良。集成了视频监控平台功能，在多通道实时上墙、n+m集群管理、联动方面都具有平台管控能力，不再局限于单机的存储和监控，本发明具有全数字高清、网络化、集成化、智能化等优点，产品作为数字高清视频监控一体化设备，高度集成高清视频编解码、高速视频存储、流媒体转发、数字矩阵等诸多功能，并且具备视频智能分析，可作为下一代数字高清视频监控系统中的全智能一体化监控分布式管理服务器。当前第1页12