平安城市建設(shè)中視頻多業(yè)務(wù)綜合處理及級聯(lián)的技術(shù)架構(gòu)

文│ 寧波三維技術(shù)有限公司 葉利芳

1 前言

在各地平安城市建設(shè)中，各地公安機(jī)關(guān)都把城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為一項(xiàng)重要的技術(shù)手段。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平不斷提高，對居住環(huán)境的要求也越來越高，與此同時(shí)，隨著社會的不斷開放、人員往來的不斷增加，特別是外來人口的流動增加，治安形勢日益變得嚴(yán)峻，加強(qiáng)對轄區(qū)各路段、企事業(yè)單位、行政街道等的治安管理變得十分迫切，對此，各地公安機(jī)關(guān)已意識到在增加警力、加強(qiáng)裝備以增強(qiáng)治安防范能力的同時(shí)，必須依靠科技的手段與力量，以技術(shù)防范來改善、加強(qiáng)整體的防范能力，加強(qiáng)對轄區(qū)各道路路面的監(jiān)管，快速處理各類事故，及時(shí)地控制罪案的發(fā)生，防患于未然。即使發(fā)生了警情，也可以快速地組織警力迅速出擊，提高對犯罪的快速反應(yīng)能力，有效制止案件的發(fā)生，提高破案率。

2 城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控技術(shù)分析

目前應(yīng)用于城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻解決方案主要有以下三種：

（1）以模擬矩陣為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

矩陣自從問世以來就在監(jiān)控領(lǐng)域占據(jù)著非常重要的地位，“模擬攝像機(jī)+光端機(jī)+視頻分配+模擬矩陣+DVR”逐漸成為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主流建設(shè)模式，同時(shí)在城市治安監(jiān)控行業(yè)占據(jù)了大量的市場份額。

隨著城市的不斷發(fā)展，系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大及各個系統(tǒng)的相互融合必然成為系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。核心設(shè)備采用多功能（包括視頻接入、切換控制、分配存儲、平臺管理等）集成的DMS（Digital Management and Storage）存儲控制系統(tǒng)解決方案，結(jié)合公安視頻信息專網(wǎng)和二級數(shù)字視頻共享平臺，為大規(guī)模的城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供了實(shí)用的解決方案。

早期的城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)大都采用這種解決方案，這是各地公安機(jī)關(guān)建設(shè)城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)，在數(shù)字高清普及的今天，這種技術(shù)架構(gòu)也還具有積極的應(yīng)用價(jià)值，因?yàn)樗芎芎玫貪M足公安實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用所要求的快速響應(yīng)、上下級聯(lián)等功能要求，真正做到公安機(jī)關(guān)對城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)所要求的“雙鏈、雙備、互控”（注：雙鏈?zhǔn)侵腹菜蟮募壜?lián)鏈路和平臺鏈路）。

（2）基于IP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展促使基于IP網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛。在對視頻傳輸質(zhì)量、控制實(shí)時(shí)性要求很高的城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控領(lǐng)域，必須采用獨(dú)特而尖端的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與系統(tǒng)架構(gòu)，來解決IP網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)視頻流的難題，如采用NGN架構(gòu)、IP組播技術(shù)、雙流技術(shù)、直接iSCSI封閉等。這是目前數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)所普遍采用的解決方案。

隨著視頻編解碼技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的快速發(fā)展，高清視頻有了網(wǎng)絡(luò)傳輸和存儲的可能，利用最先進(jìn)的編碼技術(shù)將高清的圖像壓縮成易于傳輸和存儲的大小，為數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

同時(shí)隨著CMOS技術(shù)的日益成熟以及720P、1080P高清攝像機(jī)的推出，很多廣播級的IP視頻技術(shù)都被大量引入到視頻監(jiān)控應(yīng)用中，使視頻監(jiān)控圖像的質(zhì)量得到了大幅提升。

（3）基于專用傳輸平臺的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)

針對大規(guī)模城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)所要求的快速響應(yīng)、數(shù)字化、無延時(shí)、高清晰等先進(jìn)功能，推出了基于專用傳輸平臺的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

基于專用傳輸平臺的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是以光纖傳輸視頻、音頻、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)等具有數(shù)字背板交換總線功能的綜合數(shù)字視頻解決方案。它通過光纖介質(zhì)以任意形式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)分布式的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)設(shè)備互聯(lián)，將接入的多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過先進(jìn)的數(shù)字背板交換總線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動路由和全網(wǎng)交換，從而為需要大容量、高效能、無延時(shí)的城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，提供完整的解決方案。

3 視頻多業(yè)務(wù)綜合處理的需求背景

早期的平安城市項(xiàng)目建設(shè)中，各地公安機(jī)關(guān)一般以公安分局為項(xiàng)目主體組建以模擬矩陣為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)創(chuàng)建平安城市的總體要求，在轄區(qū)內(nèi)采用當(dāng)時(shí)較先進(jìn)的模擬攝像機(jī)、模擬控制矩陣和數(shù)字硬盤錄像機(jī)進(jìn)行城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，并采用矩陣聯(lián)網(wǎng)的模式實(shí)現(xiàn)各派出所及分局的互聯(lián)互控。

隨著數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，IP高清攝像機(jī)帶來了視頻監(jiān)控圖像質(zhì)量的大幅提升，大量的高清視頻為公安機(jī)關(guān)后期取證、破案提供了主要線索，也為各種涉案視頻智能分析提供了充足的信息來源。

在此背景下，采用數(shù)字高清視頻監(jiān)控已是大勢所趨，如何兼容原模擬標(biāo)清與現(xiàn)數(shù)字高清混合接入綜合處理，并滿足公安機(jī)關(guān)上下級聯(lián)的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用要求，成為當(dāng)前城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)難題。

4 綜合處理及級聯(lián)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

為保護(hù)原有系統(tǒng)投資，也為了保持原有系統(tǒng)快速響應(yīng)、上下級聯(lián)及“雙鏈、雙備、互控”的性能優(yōu)勢，原模擬標(biāo)清接入的系統(tǒng)必須與現(xiàn)有數(shù)字高清接入的系統(tǒng)相融合。

級聯(lián)設(shè)備的互聯(lián)互控要求在保持原矩陣控制系統(tǒng)級聯(lián)整體結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)模擬標(biāo)清圖像資源與數(shù)字高清圖像資源在級聯(lián)鏈路上的聯(lián)網(wǎng)控制。在功能的實(shí)現(xiàn)上，采用在各聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)（各派出所、公安分局等）增設(shè)多業(yè)務(wù)綜合處理平臺的方法，把標(biāo)清模擬圖像資源與高清數(shù)字圖像資源進(jìn)行整合處理，在本地電視墻調(diào)度顯示外，還可保證在各聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)（各派出所、公安分局等）級聯(lián)鏈路上進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制，達(dá)到各轄區(qū)多類型圖像資源的互聯(lián)互控。

多業(yè)務(wù)綜合處理平臺是結(jié)合上述三種視頻監(jiān)控技術(shù)、利用模擬矩陣標(biāo)清接入、數(shù)字IP高清接入、專用傳輸平臺級聯(lián)而實(shí)現(xiàn)多種視頻資源處理及聯(lián)網(wǎng)控制的綜合性解決方案。

5 綜合處理及級聯(lián)的技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)視頻多業(yè)務(wù)綜合處理及級聯(lián)功能，分局和下屬派出所設(shè)立多業(yè)務(wù)綜合處理平臺，整合已經(jīng)建設(shè)的模擬標(biāo)清攝像機(jī)和新建數(shù)字高清攝像機(jī)資源。

為保證系統(tǒng)前期投入，原模擬矩陣和新建多業(yè)務(wù)綜合處理平臺實(shí)現(xiàn)無縫集成，二者合而為一，使用統(tǒng)一鍵盤可以對原有模擬標(biāo)清攝像機(jī)和新建的數(shù)字高清攝像機(jī)進(jìn)行切換和控制，實(shí)現(xiàn)標(biāo)清、高清混合輸出。同時(shí)，分局和下屬派出所多業(yè)務(wù)綜合處理平臺實(shí)現(xiàn)級聯(lián)。

（1）派出所系統(tǒng)架構(gòu)

派出所是整個城市治安視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基層單位，轄區(qū)內(nèi)各派出所原有模擬視頻均直接接入視頻矩陣，通過模擬視頻矩陣聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互控。目前由于有高清的接入，模擬矩陣已不能滿足新的需求，利用多業(yè)務(wù)綜合處理平臺，在接入高清前端的同時(shí)將無縫地集成現(xiàn)有的模擬矩陣，二者合而為一。

多業(yè)務(wù)綜合處理平臺和原模擬視頻矩陣通過建立視頻通道的方式并借助于多協(xié)議系統(tǒng)集成器來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的無縫集成。同時(shí)，為了最大程度的保留系統(tǒng)前期投入，已建模擬前端、模擬矩陣、存儲方式可以保持不變。如派出所矩陣為DMS存儲控制系統(tǒng)，存儲還是在DMS存儲控制系統(tǒng)內(nèi)（如圖1所示）。如派出所矩陣為PELCO等傳統(tǒng)矩陣，存儲還是在數(shù)字硬盤錄像機(jī)中（如圖2所示）。

高清信號直接由高清接入板接入多業(yè)務(wù)綜合處理平臺，同時(shí)通過混合解碼輸出板，輕松實(shí)現(xiàn)標(biāo)清信號與高清信號在同一輸出通道上實(shí)現(xiàn)解碼上墻。

圖1 派出所系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1

圖2 派出所系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2

（2）分局系統(tǒng)架構(gòu)

分局采用多業(yè)務(wù)綜合處理平臺與原有模擬矩陣無縫集成，同時(shí)與下級派出所的級聯(lián)設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互控。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

分局作為一級控制網(wǎng)絡(luò)和各派出所之間形成星型連接，通過一芯光纖直連各派出所，能夠同時(shí)雙向調(diào)用64路圖像，包括數(shù)字高清信號及模擬標(biāo)清信號。

在分局對派出所的高清圖像并發(fā)訪問數(shù)量大的情況下，可以在機(jī)箱中增加流媒體模塊，通過設(shè)置流媒體服務(wù)器做視頻流的轉(zhuǎn)發(fā)，保證前端新增加的各種數(shù)字與模擬信號可以順利訪問。同時(shí)，分局監(jiān)控中心的流媒體單元承擔(dān)至市局和分局的上傳、下調(diào)、轉(zhuǎn)發(fā)工作，減小平臺壓力，保證系統(tǒng)可靠性。

（3）對高清視頻的接入與管理

前端IP高清視頻節(jié)點(diǎn)組成前端子網(wǎng)，由前端子網(wǎng)管理平臺獲取實(shí)時(shí)視頻流，再由流媒體服務(wù)模塊負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)視頻流，統(tǒng)一接入公安視頻信息網(wǎng)。前端IP設(shè)備支持ONVIF核心規(guī)范，多業(yè)務(wù)綜合處理平臺和二級數(shù)字視頻共享平臺可以通過ONVIF協(xié)議去獲取視頻流，完成視頻流的轉(zhuǎn)發(fā)、控制等操作。

（4）架構(gòu)特點(diǎn)

多業(yè)務(wù)綜合處理平臺，與原系統(tǒng)模擬矩陣通過建立視頻通道的方式并借助于多協(xié)議系統(tǒng)集成器實(shí)現(xiàn)無縫集成，同時(shí)接入IP數(shù)字高清圖像，滿足公安實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用的需要，提供更豐富的圖像信息資源。其系統(tǒng)構(gòu)架，如圖4所示。

多業(yè)務(wù)綜合處理平臺采用視頻綜合處理技術(shù)、光傳輸背板交換技術(shù)、IT平臺架構(gòu)技術(shù)等先進(jìn)理念，從前端的業(yè)務(wù)接入層到匯聚傳輸層、核心處理層全數(shù)字化綜合處理，保證任意級聯(lián)后視頻的無衰減、無失真。同時(shí)，獨(dú)特的數(shù)字背板總線設(shè)計(jì)，使吞吐量高達(dá)80G的背板總線帶寬，能夠提供大容量、高速率、無延時(shí)的視頻傳輸、交換能力。

多業(yè)務(wù)綜合處理平臺保證了級聯(lián)鏈路中的模擬、數(shù)字混合接入與傳輸，與數(shù)字共享平臺分開管理，給“雙鏈、雙備、互控”提供了充分保障。

多業(yè)務(wù)綜合處理平臺應(yīng)用特點(diǎn)，如表1所示。

表1 多業(yè)務(wù)綜合處理平臺應(yīng)用特點(diǎn)表

6 結(jié)束語

在各地平安城市建設(shè)中，為適應(yīng)數(shù)字高清監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用需求，可以靈活應(yīng)用視頻多業(yè)務(wù)綜合處理及級聯(lián)技術(shù)架構(gòu)，來升級建設(shè)原有城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。作為高科技治安手段，城市治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用視頻多業(yè)務(wù)綜合處理及級聯(lián)的技術(shù)解決方案，運(yùn)用當(dāng)今先進(jìn)的微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，為新形勢下的平安城市建設(shè)提供更有力的技術(shù)保障。

圖3 分局系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖4 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

1 張慶海.視頻監(jiān)控系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn).西安電子科技大學(xué)出版社，2012

2 雷玉堂.安防視頻監(jiān)控實(shí)用技術(shù).電子工業(yè)出版社，2012

3 王輝等.智慧城市.清華大學(xué)出版社，2010

4 梁篤國.網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用.人民郵電出版社，2009

5 金國華.平安建設(shè)與社會治理.上海社會科學(xué)院出版社，2007