基于CDMA信道倍增的警用移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

林建輝，楊 超

（湖北警官學(xué)院 湖北 武漢 430035）

隨著我國(guó)政治、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，社會(huì)公眾在物質(zhì)條件極大提升的同時(shí)對(duì)社會(huì)治安環(huán)境提出了更高的要求。而同時(shí)，轉(zhuǎn)型時(shí)期的貧富分化和分配沖突引發(fā)的社會(huì)矛盾日益突出，科技發(fā)展使得新的犯罪形式不斷出現(xiàn)、犯罪速度不斷加快，各類突發(fā)性事件和群體性事件使得執(zhí)法環(huán)境日益嚴(yán)峻而且對(duì)公安部門執(zhí)法能力的要求不斷提高。與之對(duì)應(yīng)，公安信息化建設(shè)工作中的各類視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)及時(shí)反饋現(xiàn)場(chǎng)信息、迅速接受動(dòng)作指令、有效打擊犯罪和控制局勢(shì)以及合理保護(hù)自身合法權(quán)益，都發(fā)揮著重要作用[1]。本設(shè)計(jì)基于CDMA多通道技術(shù)的巡邏車視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以安裝在巡邏車輛上，通過警車移動(dòng)監(jiān)控錄像及無線指揮系統(tǒng)，跟蹤記錄執(zhí)法現(xiàn)場(chǎng)的全部情況，包括出警情況、所在位置、車輛狀態(tài)等信息，圖像可以實(shí)時(shí)傳輸?shù)街付ú块T，將所有警車的現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行集中匯總，便于指揮員進(jìn)行指揮調(diào)度和管理。

1 基于CDMA多通道技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了3個(gè)階段。在九十年代前以模擬設(shè)備為主的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)稱為第1代模擬監(jiān)控系統(tǒng)；九十年代中期基于PC機(jī)的多媒體主控臺(tái)系統(tǒng)稱為第2代半數(shù)字化本地視頻監(jiān)控系統(tǒng)；九十年代末，以高帶寬、高性能計(jì)算、海量存儲(chǔ)以及智能視頻處理技術(shù)為基礎(chǔ)的全數(shù)字化遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，稱為第3代遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

作為一種無線通訊技術(shù)，CDMA （Code Division Multiple Access，碼分多址），CDMA可以讓所有使用者同時(shí)使用全部頻帶（1.2288Mhz），而其他使用者發(fā)出訊號(hào)視為雜訊，在通訊過程中不需要考慮訊號(hào)碰撞 （collision）。由于其特殊的編碼形式，CDMA的通訊質(zhì)量較高，對(duì)周圍環(huán)境的噪聲可以有效屏蔽。從安全性上說，CDMA有良好的認(rèn)證體制，可以有效防止信道被竊聽。CDMA多通道是一種碼分多址多路捆綁技術(shù)英文縮寫 （Code Division Multiple Access Multi-channel），它是在國(guó)家CDMA通信基礎(chǔ)下將2、4、8個(gè)工業(yè)級(jí)別終端模塊進(jìn)行多通道（多卡）的疊加捆綁，整合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膸捹Y源，提供穩(wěn)定帶寬資源來傳輸視音頻信號(hào)[2]。

本設(shè)計(jì)的CDMA移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用CDMA技術(shù)進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，采用了先進(jìn)的視頻壓縮算法H.264、流媒體視頻數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)解決方案，整合了CDMA數(shù)據(jù)通訊功能和數(shù)字視頻編碼功。系統(tǒng)將攝像機(jī)圖像進(jìn)行壓縮，通過智能無線通訊終端發(fā)射到CDMA網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的交互、發(fā)送/接收、加解密、加解碼，鏈路的控制維護(hù)等功能。根據(jù)應(yīng)用，把實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像傳到距離用戶最近的聯(lián)通通信網(wǎng)絡(luò)?？梢酝ㄟ^Internet從系統(tǒng)中控端得到實(shí)時(shí)圖像信息。該系統(tǒng)整合了CDMA網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，在空間和距離上產(chǎn)生突破性拓展。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前端視頻監(jiān)控點(diǎn)（可以集成GPS功能）可以適用于車輛上及警察個(gè)人。車載視頻在每輛巡邏車的頂部或擋風(fēng)玻璃后面安裝，設(shè)備電源部分可直接連接車輛電池上或通過車載逆變器供電；個(gè)人系統(tǒng)可采用便攜終端集成數(shù)字DV采集進(jìn)行單向傳輸至巡邏車輛。

2 需求分析

在國(guó)外許多警務(wù)應(yīng)用實(shí)踐中，警務(wù)部門一般既派遣裝備了移動(dòng)視頻前端網(wǎng)關(guān)的步行外勤巡邏人員，同時(shí)還與安裝在警車和警用摩托車（中國(guó)其他部門類同）結(jié)合使用。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配、合理分工、均衡部署，各自發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，監(jiān)控不同區(qū)域或部位，不僅將現(xiàn)場(chǎng)情況傳回控制中心，還將實(shí)時(shí)視頻傳到不在現(xiàn)場(chǎng)的各級(jí)指揮員的手機(jī)、PDA或筆記本電腦上，讓他們?cè)谕粫r(shí)間、不同地點(diǎn)接收[3]。

1）由于執(zhí)法現(xiàn)場(chǎng)的工作特點(diǎn)是移動(dòng)性、突發(fā)性、緊急性、危險(xiǎn)性，如何提高公安人員的辦案效率和保證指揮中心實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的情況；

2）在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的圖像畫面要實(shí)時(shí)回傳到指揮中心，便于領(lǐng)導(dǎo)指揮和調(diào)度；除此，還可以監(jiān)看我們執(zhí)法人員的執(zhí)法畫面，做到文明執(zhí)法；

3）可以做臨時(shí)布控監(jiān)視點(diǎn)，節(jié)約警力，避免分散，從而集中性地打擊犯罪；

4）在需要長(zhǎng)時(shí)間對(duì)某一個(gè)固定地點(diǎn)進(jìn)行蹲守時(shí)，可以安裝有移動(dòng)視頻設(shè)備，以協(xié)助警察全方位觀察現(xiàn)場(chǎng)周邊情況；

5）交通執(zhí)法移動(dòng)視頻指揮系統(tǒng)可根據(jù)應(yīng)急指揮系統(tǒng)要求，用于突發(fā)性事件或其它特殊情況的現(xiàn)場(chǎng)處理和控制；

6）通過車載系統(tǒng)掌握網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的音視頻情況?？稍谲噧?nèi)隨時(shí)觀察、控制、接收、錄制車輛周邊的音視頻信息，利用車上可控制的攝像機(jī)選擇不同視角觀察所在地的現(xiàn)場(chǎng)情況；

7）實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況/處警過程的實(shí)時(shí)錄像，并無線傳輸錄像文件保存到公安錄像文件數(shù)據(jù)庫(kù)，以便后續(xù)查詢?nèi)∽C。

文中設(shè)計(jì)系統(tǒng)可使用戶通過本地控制對(duì)車輛監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行操作以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況做到全面的監(jiān)控瀏覽。在車載終端中插入兩張聯(lián)通CDMA無線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)卡，設(shè)備將圖像上傳到系統(tǒng)監(jiān)控中心，用戶就可通過瀏覽器對(duì)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行觀看，采集實(shí)時(shí)全面的資料，對(duì)巡邏執(zhí)勤全程、或突發(fā)事件全過程高清晰度錄像，用于事件回放、現(xiàn)場(chǎng)取證，為追究罪犯或犯罪嫌疑人法律的責(zé)任，提供司法證據(jù)。通過無線智能視頻系統(tǒng)，還可改善外勤執(zhí)勤人員在監(jiān)督和控制公眾事件、公共活動(dòng)時(shí)的行動(dòng)控制能力，應(yīng)用事件錄像回放和分析，不斷提高、細(xì)化指導(dǎo)外勤人員的執(zhí)法能力和外勤人員的自我約束力。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

CDMA移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是基于聯(lián)通的CDMA網(wǎng)絡(luò)，主要由視頻的采集壓縮模塊、無線的數(shù)據(jù)傳輸模塊和中心的監(jiān)控管理平臺(tái)3部分組成：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔明了，擴(kuò)展性好，能適應(yīng)多變的監(jiān)控要求。

1）前端視頻采集模塊

前端的視頻采集模塊實(shí)現(xiàn)的功能是從普通的視頻攝像頭中捕捉瞬時(shí)的視頻信號(hào)，然后壓縮。該模塊支持不同的壓縮比和圖像大小，用戶可以根據(jù)需要選擇不同型號(hào)產(chǎn)品[4]。

2）無線傳輸模塊

視頻采集壓縮后就可以將壓縮好的視頻圖像文件傳送到中心：傳送的方式是通過聯(lián)通的CDMA網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)具有CDMA的PPP撥號(hào)過程，并嵌入式地實(shí)現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議、POP3/SMTP協(xié)議，同時(shí)支持動(dòng)態(tài)IP。

3）監(jiān)控中心

監(jiān)控中心只要是一臺(tái)具有公網(wǎng)IP或者域名的服務(wù)器即可。啟動(dòng)服務(wù)后，就等待各個(gè)監(jiān)控終端的連接，對(duì)于始終在線模式的終端，可以按照需要查詢當(dāng)前的圖像情況，也可以自動(dòng)不停地記錄監(jiān)控點(diǎn)的圖像變化[5]。

使用時(shí)，首先啟動(dòng)CDMA 1X車載無線視頻終端（含攝像頭），設(shè)備按照設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)運(yùn)行，通過攝像頭進(jìn)行視頻采集，并在本地進(jìn)行壓縮編碼。同時(shí)連接聯(lián)通CDMA 1X無線網(wǎng)絡(luò)，建立數(shù)據(jù)鏈路。視頻傳輸設(shè)備通過CDMA 1X無線鏈路將編碼后的視頻信息實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)控中心的視頻管理服務(wù)器，運(yùn)行在視頻管理服務(wù)器的視頻處理程序?qū)⒔邮盏降囊曨l信息重新合成，通過發(fā)布程序進(jìn)行視頻實(shí)時(shí)發(fā)布。用戶根據(jù)權(quán)限，使用客戶端軟件，就可以觀看實(shí)時(shí)的視頻。

3.2 信道倍增的傳輸機(jī)制

CDMA 1X系統(tǒng)的標(biāo)稱峰值速率為153.6 kbit/s。而在實(shí)際應(yīng)用中CDMA的上傳速率在一般的應(yīng)用中只能達(dá)到50～60 kbit/s左右，遠(yuǎn)無法達(dá)到峰值。因此，無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)所能輸送的數(shù)據(jù)量不能太大，否則會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失而達(dá)不到傳輸?shù)淖畛跄康?。為了提升傳輸速率，系統(tǒng)利用多通道數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，捆綁多個(gè)CDMA鏈路通道，同時(shí)在傳輸控制中結(jié)合使用多路捆綁處理技術(shù)，以及H.264+壓縮復(fù)用技術(shù)[6]，如圖1所示。

圖1 多路捆綁傳輸Fig.1 Channel multiplied&communicated

多通道在同時(shí)傳輸?shù)那闆r下，雙通道速率將會(huì)是單通道的1.5倍左右，那么，多道的傳輸速率將會(huì)是：

（單信道實(shí)際傳輸）×1.5=（實(shí)際傳輸）kbps按照這個(gè)速率來傳輸視頻圖像，配合優(yōu)化視頻壓縮算法，無線視頻監(jiān)控完全可以取得很好的效果。通過攝像機(jī)采集現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視頻模擬信號(hào)，通過視音頻線纜連接到CDMA多通道主機(jī)上將其轉(zhuǎn)換為適合在窄帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過DSP處理技術(shù)，將視頻信號(hào)通過CDMA多通道捆綁主機(jī)以無線信號(hào)形式傳輸?shù)竭h(yuǎn)端應(yīng)急管理中心，管理指揮中心控制服務(wù)器接收并控制前端傳回的視頻圖像并錄像。通過電纜將視頻圖像輸出到監(jiān)視大屏幕上，其它分控中心工作人員可以通過筆記本電腦，PDA智能手機(jī)調(diào)用時(shí)實(shí)圖像信息。

3.3 監(jiān)控中心設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心連接中國(guó)聯(lián)通（或其他運(yùn)營(yíng)商）數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，CDMA1x車載無線視頻終端將數(shù)據(jù)發(fā)送到擁有中國(guó)聯(lián)通（或其他運(yùn)營(yíng)商）的固定IP的計(jì)算機(jī)視頻管理服務(wù)器上，本地通過局域網(wǎng)登陸計(jì)算機(jī)視頻管理服務(wù)器觀看實(shí)時(shí)視頻，并可將實(shí)時(shí)視頻圖像通過視頻解碼器送到電視墻上。

在公安局監(jiān)控中心設(shè)置一臺(tái)服務(wù)器作為中心管理服務(wù)器，安裝管理軟件，用來集中設(shè)備管理、用戶管理、認(rèn)證管理、權(quán)限管理、視頻轉(zhuǎn)發(fā)、錄像管理、報(bào)警管理以及數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)發(fā)等。監(jiān)控中心架設(shè)如圖2所示。

圖2 監(jiān)控中心部署Fig.2 Deployment of monitoring centre

中心還需要一臺(tái)路由器及一條含固定IP地址的聯(lián)通專線，其帶寬則根據(jù)前端監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量來申請(qǐng)。同理，監(jiān)控中心存儲(chǔ)容量根據(jù)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量以及視頻圖像碼率來決定。設(shè)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)為n，視頻碼率為v（k/s），數(shù)據(jù)信息保留15天，則每天最大存儲(chǔ)量約為：

與傳統(tǒng)的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，CDMA移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)采用最新的、壓縮比極高的H.264視頻壓縮算法，網(wǎng)絡(luò)圖像傳輸時(shí)在低帶寬條件下傳輸高畫質(zhì)、流暢圖像，在高速車載視頻監(jiān)控條件下，實(shí)現(xiàn)完整的視頻監(jiān)控解決方案；增強(qiáng)型的CDMA移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)最高可以實(shí)現(xiàn)流暢的15幀/s的高清晰圖像效果，并充分利用網(wǎng)絡(luò)隧道、128位加密算法、防火墻/VPN、加密鎖、權(quán)限管理、安全認(rèn)證、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等技術(shù)，保證監(jiān)控系統(tǒng)和錄像資料不被越權(quán)使用和破壞，確保系統(tǒng)安全性能。同時(shí)，系統(tǒng)可擴(kuò)展成為分布分級(jí)式管理，使得各類用戶可以不受時(shí)間、空間限制對(duì)監(jiān)控管理目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)管理、實(shí)時(shí)查看、實(shí)時(shí)指揮。

4 結(jié) 論

快速反應(yīng)、扁平指揮、規(guī)范執(zhí)法以及現(xiàn)場(chǎng)證據(jù)保全已經(jīng)在在當(dāng)前公安執(zhí)法中占據(jù)了核心作用。文中設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以有效解決警力不足的難題，提高突發(fā)事件的響應(yīng)速度，同時(shí)錄像資料還可以作為執(zhí)法證據(jù)，在發(fā)生暴力抗法事件時(shí)保護(hù)警方的合法權(quán)益。同時(shí)，其中部分內(nèi)容可以向公眾開放，增加行政透明度，提升執(zhí)法人員的執(zhí)法形象和效率，且能作為電子證據(jù)使用，促進(jìn)社會(huì)更加和諧。

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