平安城市建設(shè)模式探索-圖像監(jiān)控系統(tǒng)080104創(chuàng)新

1、平安城市建設(shè)模式探索圖像監(jiān)控系統(tǒng)0 前言在我們國(guó)家構(gòu)建和諧社會(huì)、建設(shè)小康社會(huì)的進(jìn)程中，安全是大眾最關(guān)心的熱點(diǎn)，和諧必須要有安全。圖像監(jiān)控系統(tǒng)作為最具科技含量的科技強(qiáng)警手段之一，已經(jīng)成為平安城市建設(shè)的重要組成部分。在此，筆者希望就公安圖像監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)模式拋磚引玉談一下自己的看法，希望和大家共同探尋公安圖像監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)模式，能為國(guó)內(nèi)公安用戶(hù)解決在目前日益增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求下，視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)所面臨的部分問(wèn)題。1 系統(tǒng)架構(gòu)分析平安城市圖像監(jiān)控系統(tǒng)具有分布建設(shè)、共享使用的特點(diǎn)。具體表現(xiàn)為攝像頭就近接入分局和派出所，在市局和其它單位都通過(guò)聯(lián)網(wǎng)方式進(jìn)行調(diào)用。這是一種比較典型的分布式樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，攝像機(jī)資源都集

2、中在最遠(yuǎn)端的葉子節(jié)點(diǎn)上（分局或派出所），最高權(quán)限的使用者反而聚集在根節(jié)點(diǎn)（市局），并且這種肥葉子（派出所）瘦枝干（分局與市局）的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，監(jiān)控點(diǎn)越來(lái)越傾向于就近接入派出所，分局與市局則逐漸演變?yōu)榧兇獾馁Y源使用者。分布示意圖如圖一所示。圖一這種架構(gòu)非常符合警力的實(shí)際部署情況，滿(mǎn)足了基層單位日常工作中對(duì)本區(qū)監(jiān)控圖像的需要。配合著這種架構(gòu)，為了保證市局領(lǐng)導(dǎo)坐鎮(zhèn)市局指揮時(shí)具有最高的權(quán)力，必須對(duì)公安范圍內(nèi)所有監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的建設(shè)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃。由需求分析可知，在三層結(jié)構(gòu)上的單位（市局、分局、派出所）各自都需要監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能。即派出所可以對(duì)本轄區(qū)內(nèi)的圖像進(jìn)行控制；分局可以對(duì)分局建設(shè)的圖像進(jìn)行控制；市局對(duì)

3、直接接入市局的圖像（轉(zhuǎn)播車(chē)圖像、復(fù)接圖像）也可以控制。因此，無(wú)論是派出所、分局、市局，都是一個(gè)基本的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，具有監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的一切功能。其次，公安分局要控制派出所的圖像；市局要控制各分局、派出所的圖像，推而遠(yuǎn)之，其他分局、派出所也可通過(guò)市局的中轉(zhuǎn)而對(duì)其他分局、派出所的圖像進(jìn)行控制。因此這些基本的節(jié)點(diǎn)之間除了獨(dú)立工作之外，又需要連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)可以互相操作的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。平安城市圖像監(jiān)控系統(tǒng)就是由多個(gè)單機(jī)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，在滿(mǎn)足單機(jī)節(jié)點(diǎn)功能要求的前提下，節(jié)點(diǎn)之間互聯(lián)起來(lái)形成互聯(lián)互控的大型網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)。筆者認(rèn)為，圖像監(jiān)控系統(tǒng)的核心應(yīng)分為兩部分建設(shè)：聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各孤立監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的聯(lián)網(wǎng)共享功能；切換控制平臺(tái)，實(shí)

4、現(xiàn)各監(jiān)控節(jié)點(diǎn)視頻資源輸入、輸出切換控制功能。在下面的章節(jié)，將對(duì)這兩部分內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單的剖析。2 聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)早期視頻監(jiān)控系統(tǒng)都是單節(jié)點(diǎn)孤立系統(tǒng)，沒(méi)有考慮聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)需求，但隨著平安城市視頻建設(shè)的深入開(kāi)展，孤島系統(tǒng)完全不能滿(mǎn)足城市范圍的監(jiān)控需求，只有分片建設(shè)、共享使用才是平安城市監(jiān)控建設(shè)的出路。聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)模式分為兩種：基于RS232串口的聯(lián)網(wǎng)通道；基于TCP/IP協(xié)議的聯(lián)網(wǎng)通道。第一種聯(lián)網(wǎng)方式屬于早期的聯(lián)網(wǎng)模式，其缺陷主要為: RS232數(shù)據(jù)的傳輸速率低、節(jié)點(diǎn)不能任意編號(hào)，使網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受到限制、系統(tǒng)設(shè)置繁瑣與不支持遠(yuǎn)程管理加大了系統(tǒng)擴(kuò)容時(shí)的整體工作量；多級(jí)連接之間使用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制逐級(jí)收轉(zhuǎn)，控制信

5、號(hào)傳輸過(guò)程中一旦產(chǎn)生誤碼，會(huì)出現(xiàn)一臺(tái)主機(jī)接收了誤碼后進(jìn)一步影響臨近的主機(jī)，從而蔓延到全網(wǎng)造成全網(wǎng)癱瘓。另外，配置復(fù)雜、往往對(duì)不同廠家矩陣不兼容、不具備全網(wǎng)管理權(quán)限、不具備多路由功能等。第二種聯(lián)網(wǎng)方式是一種基于高級(jí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的聯(lián)網(wǎng)模式，借助于公安網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的交互。該種聯(lián)網(wǎng)方式的優(yōu)勢(shì)為：l 能夠?qū)?shù)百個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一管理和聯(lián)網(wǎng)，適應(yīng)不同規(guī)模的聯(lián)網(wǎng)管理要求。用戶(hù)從任何一個(gè)控制中心可以操作控制其它控制中心的攝像機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備等資源。l 能按照公安圖像通信網(wǎng)絡(luò)體系，對(duì)前端攝像點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)和逐級(jí)聯(lián)網(wǎng)，聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)可隨意對(duì)本地或根據(jù)授權(quán)對(duì)其他單位前端攝像點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)操作、控制。l 能對(duì)不同等級(jí)、公安內(nèi)

6、外聯(lián)網(wǎng)單位的用戶(hù)權(quán)限進(jìn)行分級(jí)管理，在必要時(shí)遠(yuǎn)程切換向公安外單位提供的圖像監(jiān)控信息。l 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)完善的權(quán)限控制機(jī)制，可對(duì)任何攝像機(jī)、用戶(hù)、用戶(hù)組進(jìn)行靈活的權(quán)限設(shè)置和級(jí)別管理。對(duì)信息的修改實(shí)時(shí)生效，可隨時(shí)允許和禁止任何資源對(duì)任何用戶(hù)的訪問(wèn)，包括對(duì)內(nèi)和對(duì)外提供的圖像。l 能實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)干線資源的統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)干線資源的動(dòng)態(tài)、合理分配。l 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)支持多種組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；具備干線和路由管理功能；優(yōu)化透明的動(dòng)態(tài)路由選擇算法；支持多路由，可實(shí)現(xiàn)路由備份。l 全網(wǎng)中的局部配置調(diào)整后，自動(dòng)更新全網(wǎng)系統(tǒng)配置，方便維護(hù)管理。系統(tǒng)資源的修改只需在資源相關(guān)的節(jié)點(diǎn)修改，其他節(jié)點(diǎn)自動(dòng)獲得更新的內(nèi)容，無(wú)須手動(dòng)逐一更新。因此，

7、筆者認(rèn)為圖像監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)模式建設(shè)主要應(yīng)該依托于專(zhuān)用公安監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是監(jiān)控節(jié)點(diǎn)控制信號(hào)對(duì)外的唯一出口即網(wǎng)關(guān)的作用，其它各監(jiān)控系統(tǒng)的硬件均在聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的架構(gòu)之下。同時(shí)，聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)具備串口接入功能，可將其它非公安網(wǎng)的社會(huì)節(jié)點(diǎn)資源（例如小區(qū)、市政等單位）并入到整個(gè)公安監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。3 切換控制平臺(tái)建設(shè)切換控制平臺(tái)的建設(shè)總體分為兩種：模擬切換控制平臺(tái)、數(shù)字切換控制平臺(tái)。目前已建的監(jiān)控系統(tǒng)大都采用的是模擬切換平臺(tái)，即采用光端機(jī)模擬矩陣（或硬盤(pán)錄像機(jī)）的方式。一個(gè)以模擬視頻為主的應(yīng)用系統(tǒng)的搭建需要加入大量的中間接入設(shè)備：如光端機(jī)、矩陣、視分器、碼分器等等，而這些設(shè)備又可能是不同的品牌、不同的型號(hào)以及不同的

8、品質(zhì)，這樣就導(dǎo)致了整個(gè)系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，無(wú)法做到統(tǒng)一、方便和有效的管理。 視頻信號(hào)需要經(jīng)過(guò)多次的A/D、D/A轉(zhuǎn)換，圖像質(zhì)量無(wú)法得到保證。模擬的視頻信號(hào)每經(jīng)過(guò)一次傳統(tǒng)模擬矩陣都產(chǎn)生一定的損耗。這樣，在系統(tǒng)規(guī)模較大，需要對(duì)輸入輸出擴(kuò)容或多點(diǎn)/多級(jí)聯(lián)網(wǎng)的時(shí)候，信號(hào)的衰減就成為了系統(tǒng)性能的瓶頸。所以模擬矩陣在面對(duì)大規(guī)模的、多級(jí)別遠(yuǎn)距離聯(lián)網(wǎng)等諸多問(wèn)題顯得力不從心。而且這種控制模型對(duì)系統(tǒng)的輸入、輸出容量有一定的限制，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模發(fā)展到一定的程度，很難在對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)容建設(shè)。采用這種方式的優(yōu)點(diǎn)是成熟穩(wěn)定，各工程商基本都有能力搭建這種控制平臺(tái)。圖二為經(jīng)過(guò)兩級(jí)聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)后，圖像信號(hào)衰減圖：圖二由圖二可知，經(jīng)過(guò)3級(jí)以上傳輸

9、后，視頻衰減頻率特性表現(xiàn)為：幅度衰減大，高低頻衰減差異也很大，行同步頭幅度減小，前后沿拖尾，色同步頭也所剩無(wú)幾。直觀表現(xiàn)上就是圖像上有有規(guī)則的細(xì)斜紋圖案，飄動(dòng)狀干擾圖案，嚴(yán)重的甚至有雪花點(diǎn)。 攝像機(jī)原圖像 經(jīng)過(guò)多級(jí)傳輸后的圖像數(shù)字切換平臺(tái)是隨著計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在近幾年出現(xiàn)的技術(shù)。數(shù)字切換平臺(tái)的發(fā)展分為兩個(gè)方向：依托于編解碼器的壓縮數(shù)字圖像平臺(tái)；依托于專(zhuān)用光纖的非壓縮數(shù)字圖像平臺(tái)。n 依托于編解碼器的壓縮圖像平臺(tái)以視頻壓縮模塊（或視頻編碼軟件）代替模擬矩陣中的視頻輸入模塊，以視頻解壓縮模塊（或視頻解碼軟件）代替模擬矩陣中的視頻輸出模塊，以網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器代替模擬矩陣主機(jī)，以基于TCP/I

10、P協(xié)議的IP網(wǎng)代替模擬總線（或模擬視頻總線結(jié)合IP控制總線），以數(shù)字高速處理芯片代替模擬電開(kāi)關(guān)，運(yùn)用高速處理芯片的運(yùn)算完成視頻從輸入到輸出的切換。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖三所示：圖三這種技術(shù)目前大多采用的是MPEG4/H.264有損圖像壓縮編碼，這種技術(shù)手段的重要關(guān)鍵詞就是“有損壓縮”，依靠丟掉大量冗余信息來(lái)降低數(shù)字圖像所占的空間，盡量在有限的IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸大量的視頻資源，提高傳輸速度，但必須以犧牲圖像質(zhì)量為代價(jià)。因此這就形成了一個(gè)矛盾，圖像清晰度低，不利于視頻實(shí)時(shí)分析；平安城市建設(shè)的視頻業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量具大，難以實(shí)現(xiàn)大容量的視頻傳輸和交換；由于IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的交換與傳輸，誤碼和丟包故障較多且不易判斷。鑒于上述

11、技術(shù)分析，具體反映在整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)上將會(huì)不同程度地出現(xiàn)圖像時(shí)延增大（5001000ms以上）、停頓、跳幀以及分辨率下降等圖像受損現(xiàn)象。這對(duì)圖像清晰度、實(shí)時(shí)性要求很高的公安警衛(wèi)安保和道路交通（大動(dòng)態(tài)車(chē)流畫(huà)面）等專(zhuān)業(yè)級(jí)監(jiān)控來(lái)說(shuō)以目前的產(chǎn)品技術(shù)水平暫時(shí)難以勝任。究其本質(zhì)，這些問(wèn)題的出現(xiàn)都和目前的純數(shù)字壓縮應(yīng)用所依賴(lài)的網(wǎng)絡(luò)條件有關(guān)。首先，更高帶寬的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如萬(wàn)兆網(wǎng)等系統(tǒng)應(yīng)用剛剛開(kāi)始，自身的穩(wěn)定性還需要更多的考驗(yàn)，技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于當(dāng)初的預(yù)期；其次，目前的TCP/IP協(xié)議當(dāng)時(shí)是為數(shù)據(jù)傳輸來(lái)制定的，創(chuàng)立之初并沒(méi)有為流媒體提供單獨(dú)優(yōu)先級(jí)的通道劃分，它無(wú)法為保證某項(xiàng)業(yè)務(wù)劃分專(zhuān)用通道，而視頻等流媒體信息對(duì)帶寬

12、的占用和實(shí)時(shí)性的特質(zhì)，導(dǎo)致它在TCP/IP的基礎(chǔ)上傳輸?shù)臅r(shí)候一旦數(shù)據(jù)丟失，無(wú)法彌補(bǔ)。而據(jù)說(shuō)可以解決流媒體傳輸問(wèn)題的IP V6協(xié)議，雖然在協(xié)議層可以解決該問(wèn)題，但是協(xié)議的產(chǎn)品化配合問(wèn)題，由于牽涉到巨大的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)投資和眾多廠商的配合問(wèn)題，筆者認(rèn)為在5年內(nèi)還很難有根本性推廣。但是，在每個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，可輔以這種技術(shù)，例如在分局建設(shè)10路編碼器，10路壓縮圖像只限于本地局域網(wǎng)內(nèi)部，那么這10路壓縮數(shù)字圖像對(duì)于本地高達(dá)幾個(gè)G甚至幾十G的交換機(jī)帶寬來(lái)說(shuō)就不會(huì)產(chǎn)生很大的負(fù)載，而且可以方便局域網(wǎng)內(nèi)部的PC調(diào)用。n 依托于專(zhuān)用光纖的非壓縮數(shù)字圖像平臺(tái)依托于專(zhuān)用光纖，將攝像機(jī)采集的視頻信號(hào)以全數(shù)字、非壓縮的方式傳

13、輸至中心端，通過(guò)中心端大容量的數(shù)字背板總線技術(shù)，提供大容量、高速率、無(wú)延時(shí)的視頻傳輸、交換能力；全網(wǎng)視頻數(shù)字化，經(jīng)過(guò)多級(jí)傳輸交換無(wú)損，保證高質(zhì)量的畫(huà)質(zhì)。這種技術(shù)可通過(guò)任意形式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括：環(huán)型（自愈）、相切環(huán)、相交環(huán)、星型、總線鏈路和混合型，滿(mǎn)足公安用戶(hù)多級(jí)視頻聯(lián)網(wǎng)需求。依托網(wǎng)管系統(tǒng)的功能強(qiáng)大，在統(tǒng)一的平臺(tái)上完成對(duì)最前端的接入設(shè)備到核心匯聚設(shè)備的監(jiān)控，對(duì)系統(tǒng)中各種設(shè)備進(jìn)行在線管理、維護(hù)、配置。實(shí)時(shí)在線檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，動(dòng)態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)資源帶寬，使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行達(dá)到最佳狀態(tài)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖四所示：圖四同時(shí)，這種技術(shù)可為今后百萬(wàn)象素高清攝像機(jī)的應(yīng)用提供傳輸與交換通道，這是模擬切換平臺(tái)與壓縮數(shù)字平臺(tái)所不具備的。但是，專(zhuān)用光纖非壓縮數(shù)字圖像平臺(tái)實(shí)現(xiàn)費(fèi)用相對(duì)較高。筆者認(rèn)為，切換控制平臺(tái)的建設(shè)不是一定要采用哪種固定的技術(shù)，而是要在現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上，根據(jù)業(yè)務(wù)功能的實(shí)際需要，整合現(xiàn)有資源，同時(shí)著眼于技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)新建系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃。原有模擬切換平臺(tái)可充分利用，作為本地視頻資源的切換控制機(jī)構(gòu)；同時(shí)，在局域網(wǎng)內(nèi)部構(gòu)建基于編解碼器的壓縮圖像平臺(tái)，利用無(wú)處不在的以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)圖像的桌面化調(diào)用功能。結(jié)合目前發(fā)展的前沿技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字非壓縮圖像平臺(tái)，作為各子監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的視頻干線聯(lián)網(wǎng)機(jī)構(gòu)，提高