城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

曾令卉

（光纖通信技術與網(wǎng)絡國家重點實驗室 武漢郵電科學研究院，湖北 武漢 430074）

平安城市[1]是一個特大型、綜合性非常強的管理系統(tǒng)，2009年底，為了落實某市“平安城市”建設，該市公安局在全市組織建設2.5萬個監(jiān)控點，全部監(jiān)控點按各分區(qū)聯(lián)網(wǎng)接入城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

1 用戶需求

城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)承擔著整個城市安全監(jiān)控的重任，通過對城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)的部署、使用和管理，可以在全市范圍內(nèi)大力推進科技強警建設工作，利用科技手段全面提高全市范圍內(nèi)的社會治安防控能力，實現(xiàn)對繁華地帶、重要場所、廣場以及周邊地區(qū)24 h不間斷監(jiān)控，提升城市安全保障水平和道路交通管理水平，加強綜合治安管理水平，為創(chuàng)建平安城市提供強有力的保障。

2 方案制定

城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設內(nèi)容包括視頻監(jiān)控管理平臺子系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡子系統(tǒng)、前端監(jiān)控點子系統(tǒng)、監(jiān)控中心子系統(tǒng)、無線傳輸子系統(tǒng)、可視化指揮子系統(tǒng)、安全平臺子系統(tǒng)、運維管理子系統(tǒng)及供電子系統(tǒng)等。系統(tǒng)結(jié)構如圖1所示。

圖1 城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)層次結(jié)構

本方案最大的特點是：全網(wǎng)數(shù)字化，應用無源光網(wǎng)絡（EPON）技術，實現(xiàn)前端監(jiān)控點的數(shù)字化接入，解決主干光纖資源不足的問題，節(jié)約光纖資源。傳統(tǒng)的視頻光端機傳輸模式需要大量的光纖，而采用EPON技術的傳輸平均每15個攝像頭需要一根光纖，能夠有效地節(jié)省光纖資源。

本方案的系統(tǒng)設計遵循開放性原則，能夠支持多種硬件設備和網(wǎng)絡系統(tǒng)，軟硬件支持二次開發(fā)。本系統(tǒng)在接口上均采用標準的協(xié)議，使用國際標準的SIP，RTSP，RTP/RTCP，MPEG-4，H.264，G.711和MP3協(xié)議設計前端與平臺的接口，支持國內(nèi)主流前端設備廠家的設備接入。在軟件架構上均采用模塊化設計，具有較強的擴展性，能與新開發(fā)的各類應用系統(tǒng)無縫對接，最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)建設的整體效能。

城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)以視頻監(jiān)控管理平臺為核心，實現(xiàn)對所有聯(lián)網(wǎng)資源的控制和管理。整個系統(tǒng)采用分布式體系結(jié)構，各類前端監(jiān)控點圖像信息利用不同傳輸方式進行整合，視頻監(jiān)控管理平臺提供視頻資源存儲、共享。系統(tǒng)采用當今成熟的網(wǎng)絡、通信、圖像編解碼等先進技術，實現(xiàn)快速獲取全區(qū)主要監(jiān)控點的監(jiān)控信息，能準確、直觀、快捷地反映和記錄現(xiàn)場的動態(tài)情況。并且與上級監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)、達到資源共享、信息共享的功能。下面就各主要組成子系統(tǒng)作介紹。

2.1 前端監(jiān)控點子系統(tǒng)

前端監(jiān)控點完全實現(xiàn)了數(shù)字化，全部采用數(shù)字攝像機，所傳輸信號為經(jīng)過編碼壓縮后的網(wǎng)絡數(shù)字信號，網(wǎng)絡信號通過光網(wǎng)絡單元（ONU）設備經(jīng)光纖傳入到光線路終端（OLT）。ONU放在前端視頻監(jiān)控點附近，對于前端監(jiān)控攝像頭較為聚集的位置，采用單獨的ONU設備，一端連接EPON光纖，另一端通過雙絞線連接前端IPC。無源分光器（POS）是一個連接OLT和ONU的無源設備，它不需要電源，環(huán)境適應性強。其功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)，并集中上行數(shù)據(jù)。

前端設備根據(jù)具體點位的勘查，根據(jù)實際環(huán)境選擇安裝，其中分布于案件多發(fā)區(qū)、商業(yè)繁華區(qū)和人員聚集區(qū)等治安區(qū)域，交通路口、娛樂場所等重點部位的前端設備可采用智能視頻監(jiān)控設備。

目前以IP網(wǎng)絡化為代表的第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)得到了廣泛應用，雖然視頻監(jiān)控系統(tǒng)與設備在功能和性能上得到了極大提高，但仍然受到了一些固有因素的限制，其中既包含人類作為監(jiān)控者自身在生理上的弱點，也包含視頻監(jiān)控系統(tǒng)配置以及視頻監(jiān)控設備在功能和性能上的局限性。這些限制因素使各類視頻監(jiān)控系統(tǒng)均或多或少地存在報警精確度差、誤報和漏報現(xiàn)象多、報警響應時間長、錄像數(shù)據(jù)分析取證困難等缺陷，從而導致整個系統(tǒng)在安全性和實用性的降低。為此，在傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的基礎上引入智能視頻分析的功能，即借助計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力過濾掉圖像中無用的或干擾信息，自動分析、抽取視頻源中的關鍵有用信息，從而使傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)中的攝像機不但成為人的眼睛，也使“智能視頻分析”計算機成為人的大腦，并具有更為“聰明”的學習思考方式。通過“智能分析技術”可以正確識別出不同物體及其運動軌跡規(guī)律，它可以明確地區(qū)分出人、車或其他物體，一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)控畫面中關鍵目標出現(xiàn)時，系統(tǒng)能夠以最快、最佳的方式提供有用信息或告警[2-4]。

2.2 網(wǎng)絡傳輸子系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用數(shù)字視頻專網(wǎng)數(shù)據(jù)中心交換系統(tǒng)，充分滿足視頻傳輸、存儲及服務器的接入需求，采用光纖傳輸來滿足中間節(jié)點中心控制點的視頻傳輸帶寬需求。所有監(jiān)控點全部采用光纜接入。在全光纜接入的基礎上，從系統(tǒng)網(wǎng)管、監(jiān)控和節(jié)約投資的角度出發(fā)，建議采用PON系統(tǒng)承載。光纜線路采用全程管道敷設，并進行一定的纖芯預留。承載網(wǎng)的安全性保障為：在承載網(wǎng)的核心交換設備OLT的主控板卡、電源卡采用1+1備份方式，并對接入監(jiān)控點的PON卡進行一定的預留。

2.3 視頻監(jiān)控管理平臺子系統(tǒng)

前端監(jiān)控資源都由監(jiān)控中心管理服務器進行管理和控制。監(jiān)控中心與各監(jiān)控室通過光纜進行聯(lián)網(wǎng)，可實現(xiàn)對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的所有視頻圖像信號的接收和對前端云臺的實時控制。視頻監(jiān)控管理平臺子系統(tǒng)的管理服務器在整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)中具備最高的管理權限。

視頻監(jiān)控管理平臺邏輯結(jié)構分為媒體層、控制層、業(yè)務層。媒體層主要負責流媒體轉(zhuǎn)發(fā)和視頻流的錄像和回放，實現(xiàn)客戶端對前端設備視頻的實時瀏覽和存儲回放請求?？刂茖又饕撠熛到y(tǒng)各個模塊之間的信令傳輸和控制，信令協(xié)議采用SIP協(xié)議。業(yè)務層主要負責實現(xiàn)系統(tǒng)的業(yè)務管理和網(wǎng)絡管理。包括前端設備的入網(wǎng)、退網(wǎng)，用戶的分組及權限分配，前端設備和中心平臺服務器等設備的網(wǎng)管等。

2.4 監(jiān)控中心子系統(tǒng)

監(jiān)控中心子系統(tǒng)包括圖像監(jiān)控中心的電視墻顯示系統(tǒng)建設、相關應用管理設備的配置、監(jiān)控中心機房建設和UPS電源建設等。

2.5 可視化指揮子系統(tǒng)

利用可視化指揮子系統(tǒng)實現(xiàn)行政會議、調(diào)度指揮、業(yè)務培訓等應用。可視化指揮系統(tǒng)包括1臺MCU，視頻終端設備及輔助設施。城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)中集成了各種城市應急服務資源，包括了圖像接入、視頻會商、應急通信等多個模塊。在信息溝通、資源共享、決策會商中，蘊含著對數(shù)據(jù)、語音、視頻等主要交流方式的巨大需求。當發(fā)生各種突發(fā)事件的時候，需要相關部門協(xié)同工作。傳統(tǒng)的應對機制已不能適應日益增多的緊急突發(fā)事件處置的需要，而應急聯(lián)動指揮系統(tǒng)就是綜合各種應急服務資源，統(tǒng)一指揮，聯(lián)合行動，為公共安全提供強有力的保障的系統(tǒng)。視頻會議、語音、監(jiān)控多媒體須通過數(shù)字方式無縫融合，采用統(tǒng)一多媒體調(diào)度平臺，通過數(shù)字方式，調(diào)用現(xiàn)場任意一路監(jiān)控實時圖像和歷史圖像到視頻會議中，供實時調(diào)閱、觀看討論，為快速、精確做出決策奠定良好基礎。

2.6 無線傳輸子系統(tǒng)

無線視頻監(jiān)控子系統(tǒng)作為一種視頻監(jiān)控方式，應具備所有普通視頻監(jiān)控的基本功能，如實時視頻預覽、錄像、報警等。但由于無線視頻監(jiān)控子系統(tǒng)使用環(huán)境的特殊性，對遠程視頻瀏覽、無線終端與平臺數(shù)據(jù)交互、無線終端和平臺的錄像同步等需求尤為迫切。無線視頻監(jiān)控子系統(tǒng)最基本的需求就是通過視頻對車輛抵達區(qū)域現(xiàn)場進行監(jiān)控[5]，希望可通過實時遠程瀏覽車輛、監(jiān)控現(xiàn)場的視頻，從而實時了解車輛、監(jiān)控現(xiàn)場及周圍環(huán)境的狀況。

前端實現(xiàn)有兩種方式：一種是車載系統(tǒng)，車載監(jiān)控系統(tǒng)安裝在車輛上，主要功能為車輛運行監(jiān)控、錄像、無線數(shù)據(jù)傳輸。車載無線視頻服務器結(jié)構如圖2所示。還有一種是單兵系統(tǒng)，單兵系統(tǒng)主要用于通信車無法到達的地方，通過背負的方式深入到復雜的環(huán)境下進行視頻圖像的采集傳輸。單兵系統(tǒng)主要由便攜式無線視頻服務器、微型攝像機、語音對講、報警器等組成，用于將監(jiān)控現(xiàn)場的音視頻實時傳送到監(jiān)控中心，使執(zhí)勤人員和監(jiān)控中心之間能夠?qū)崟r語音對講，出現(xiàn)緊急情況時能夠馬上報警，并聯(lián)動監(jiān)控中心進行處理。

圖2 車載無線視頻服務器結(jié)構示意圖

2.7 安全平臺子系統(tǒng)

區(qū)城市視頻邊界安全接入平臺在宏觀上主要負責在本地區(qū)域公安數(shù)字視頻專網(wǎng)與相關聯(lián)網(wǎng)單位所需的接入或共享圖像資源需求，負責各本區(qū)域聯(lián)網(wǎng)單位的認證、授權及管理，與上級的視頻安全監(jiān)測與管理中心的集控系統(tǒng)實現(xiàn)安全策略下載及無縫級聯(lián)上報。

根據(jù)以上結(jié)構設計，數(shù)字視頻專網(wǎng)對外提供圖像資源共享，或需要調(diào)用視頻資源圖像時，在通過有效的安全驗證的基礎上，通過視頻雙向安全隔離設備及前后置媒體傳輸單元（MDU）所提供的視頻流媒體服務代理服務，將相關請求傳遞數(shù)字視頻內(nèi)部或傳輸?shù)酵獠烤W(wǎng)絡中，圖像數(shù)據(jù)的共享及調(diào)用由媒體傳輸單元（MDU）雙向地發(fā)出或回應請求。

通過在中心層部署一臺3AS集控系統(tǒng)的設計，對下級的視頻邊界接入系統(tǒng)進行統(tǒng)一監(jiān)管，實現(xiàn)分布部署、集中監(jiān)管，使中心層既可對全網(wǎng)邊界圖像傳輸情況了如指掌，又保持了各下級獨立配置管理圖像采集、共享的靈活性。

2.8 運維管理子系統(tǒng)

實現(xiàn)關于視頻系統(tǒng)的網(wǎng)絡運維的用戶、設備、應用集中統(tǒng)一管理，使網(wǎng)絡管理員可以方便直觀地進行城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)的日常網(wǎng)絡維護、管理和監(jiān)控工作。對城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)的IT資源情況進行全面梳理，將復雜的網(wǎng)狀結(jié)構按照業(yè)務、類型、節(jié)點等進行層次化關聯(lián)，讓管理人員可以快速掌控資源的配置和運行狀況。提供可視化、儀表化、智能化導航管理的新型運維模式，大大降低運維監(jiān)控的技術難度，從整體到細節(jié)全面掌控武漢公安局城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)運行情況。

可以有效地接入和融合城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎監(jiān)控系統(tǒng)和服務平臺，將技術監(jiān)控和運行管理工作緊密結(jié)合，為城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供全面、集成化運維管理平臺。

2.9 供電子系統(tǒng)

為滿足城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)正常運行，需根據(jù)城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)實際耗電需求配置相應功率UPS不間斷電源，UPS供電范圍為中心機房內(nèi)的關鍵設備，包括各類服務器、網(wǎng)絡設備，應充分考慮供電系統(tǒng)冗余。

3 小結(jié)

本城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決方案利用視頻技術和互聯(lián)網(wǎng)技術，從社會治安監(jiān)控需求出發(fā)，結(jié)合城市管理和應急處突的需求，充分整合社會資源，采用急用先建、邊建邊用的方式，全面提升城市管理水平。

[1]武漢城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)實施經(jīng)驗[EB/OL].[2011-02-02].http://networking.ctocio.com.cn/tips/437/9425937.shtml.

[2]林洪文，涂丹，李國輝.基于統(tǒng)計背景模型的運動目標檢測方法[J].計算機工程，2003，29（16）：97－99.

[3]朱冰蓮，潘哲明，李單單.基于圖像配準的運動目標檢測[J].電視技術，2007，31（4）：94-96.

[4]CUCCHIARA R,PICCARDIM,PRATI A.Detecting moving objects,ghosts,and shadows in video streams[J].IEEE Tran.Pattern Analysis and Machine Intelligence，2003，25（10）：1337－1342.

[5]吳長樹.一種基于公共移動通信的視頻包多鏈路接收和播放方法:中國，200910241583.6[P].2010-05-12.