基于圖像監(jiān)控系統(tǒng)和SIP技術(shù)的視頻警務(wù)指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)

■ 黃燁亮

本文根據(jù)公安實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用需求，針對(duì)傳統(tǒng)的由視頻圖像監(jiān)控子系統(tǒng)及視頻會(huì)議（可視對(duì)講）子系統(tǒng)組成視頻警務(wù)指揮系統(tǒng)響應(yīng)速度慢、共享性差等問題，提出了一種基于圖像監(jiān)控系統(tǒng)和SIP技術(shù)的視頻警務(wù)指揮系統(tǒng)，并在架構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了關(guān)鍵技術(shù)和主要特點(diǎn)分析。該系統(tǒng)結(jié)合視頻圖像系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)、應(yīng)急指揮等系統(tǒng)，能夠充分發(fā)揮“聯(lián)動(dòng)、共享、實(shí)時(shí)”的特性。

引言

當(dāng)前，我國社會(huì)、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，隨之產(chǎn)生的各種相互交織的社會(huì)矛盾越來越多，社會(huì)治安形勢(shì)也呈現(xiàn)出日趨復(fù)雜和嚴(yán)峻的局面，對(duì)警方處理復(fù)雜問題，駕馭復(fù)雜局面的能力提出了越來越高的要求，現(xiàn)代警務(wù)機(jī)制的運(yùn)作勢(shì)在必行，而科技信息化是整個(gè)現(xiàn)代警務(wù)機(jī)制的重要支撐。

公安科技信息化建設(shè)正在不斷從大規(guī)模建設(shè)的廣度向拓展應(yīng)用深度轉(zhuǎn)變。之前建設(shè)的很多系統(tǒng)，諸如圖像監(jiān)控系統(tǒng)、治安卡口系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)等等，這些系統(tǒng)普遍建設(shè)成本高昂，也在各自領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮出了應(yīng)有的作用，但是這些系統(tǒng)都相對(duì)獨(dú)立、封閉，不僅不利于系統(tǒng)功能在各項(xiàng)警務(wù)工作中的得以充分應(yīng)用，而且在資源上造成了一定程度的浪費(fèi)，想要向科技要戰(zhàn)斗力，就必須在保護(hù)已有投資的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行合理有效的整合聯(lián)動(dòng)。

扁平化指揮是現(xiàn)代警務(wù)機(jī)制的重要方面，更需要科技信息化系統(tǒng)的支撐。而視頻警務(wù)指揮系統(tǒng)，正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效信息化手段。系統(tǒng)借助視頻語音技術(shù)、圖像處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)可實(shí)現(xiàn)指揮中心與一線實(shí)戰(zhàn)部門（公安派出所）之間的互聯(lián)互通、即實(shí)溝通與資料共享。系統(tǒng)融合圖像監(jiān)控系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)、應(yīng)急指揮等系統(tǒng)的功能，使其作為一個(gè)整體應(yīng)用，充分發(fā)揮“聯(lián)動(dòng)、共享、實(shí)時(shí)、高效”的特性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮當(dāng)前上海市的公安機(jī)關(guān)的圖像監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀，充分利用已有系統(tǒng)的圖像聯(lián)網(wǎng)鏈路解決傳輸交換問題，并借助現(xiàn)有系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在分局指揮中心和各派出所綜合指揮室的監(jiān)控電視墻上實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)的語音部分，采用基于SIP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)電話，接入現(xiàn)有的公安信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。另外，考慮到警務(wù)實(shí)戰(zhàn)對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻對(duì)講以及信息發(fā)布等功能的需求，另外再通過配置網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼設(shè)備和MCU，使系統(tǒng)功能得到進(jìn)一步完善。

系統(tǒng)框架

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前，公安系統(tǒng)中已建設(shè)有規(guī)模龐大的模擬圖像監(jiān)控系統(tǒng)和公安通信網(wǎng)絡(luò)，因此本文所描述的基于SIP的視頻警務(wù)指揮系統(tǒng)的研究重點(diǎn)將集中在如何利用現(xiàn)有圖像監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)以及音視頻會(huì)議設(shè)備，在已有的公安模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上結(jié)合IP與SIP協(xié)議，使系統(tǒng)達(dá)到現(xiàn)代化視頻警務(wù)指揮系統(tǒng)應(yīng)具備的應(yīng)用水平（其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示）?；赟IP的視頻警務(wù)指揮系統(tǒng)主要由視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、視頻對(duì)講子系統(tǒng)及通信子系統(tǒng)組成，分別部署在公安指揮中心端與各派出所端。

圖1：基于圖像監(jiān)控系統(tǒng)和SIP技術(shù)的視頻警務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

系統(tǒng)功能：利用現(xiàn)有的視頻矩陣系統(tǒng)級(jí)聯(lián)轄區(qū)內(nèi)所屬各派出所的模擬攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)轄區(qū)各派出所下各監(jiān)控區(qū)域的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控與圖像記錄，同時(shí)支持在公安指揮中心電視墻上切換視頻對(duì)講系統(tǒng)畫面。

主要設(shè)備：模擬攝像機(jī)、模擬視頻會(huì)議攝像機(jī)、模擬視頻矩陣、硬盤錄像機(jī)、視頻分配器、視頻編碼器、視頻解碼器、電視墻等。

視頻指揮對(duì)講子系統(tǒng)

系統(tǒng)功能：利用公安指揮中心和各派出所綜合指揮室新增的接入圖像監(jiān)控系統(tǒng)的攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)在公安指揮中心與各派出所、派出所與派出所間的遠(yuǎn)程可視會(huì)話、遠(yuǎn)程廣播、信息發(fā)布、遠(yuǎn)程培訓(xùn)、應(yīng)急指揮調(diào)度等功能。聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控子系統(tǒng)圖像資源，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急指揮時(shí)的實(shí)時(shí)視頻圖像共享功能等。

主要設(shè)備：室內(nèi)模擬攝像機(jī)、SIP電話機(jī)、視頻編碼器、解碼器、視頻會(huì)議顯示器等。

通訊子系統(tǒng)

系統(tǒng)功能:利用現(xiàn)有公安專網(wǎng)資源，實(shí)現(xiàn)各類IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接入，同時(shí)實(shí)現(xiàn)派出所與分局、派出所與派出所間的網(wǎng)絡(luò)連接。

主要設(shè)備：光纖收發(fā)器、光端機(jī)、光纖網(wǎng)絡(luò)、交換機(jī)等。

數(shù)據(jù)流程

基于圖像監(jiān)控系統(tǒng)和SIP技術(shù)的視頻警務(wù)指揮系統(tǒng)的數(shù)據(jù)路程如圖2所示：

視頻數(shù)據(jù)流向

圖2 ：基于圖像監(jiān)控系統(tǒng)和SIP技術(shù)的視頻警務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖

圖3：基于圖像監(jiān)控系統(tǒng)和SIP技術(shù)的視頻警務(wù)系統(tǒng)功能

前端模擬攝像機(jī)捕捉到的視頻信號(hào)傳到派出所（或分局）后，由視頻分配對(duì)視頻圖像進(jìn)行分路，一路進(jìn)入視頻矩陣后上電視墻輸出，另一路通過視頻編碼器對(duì)模擬視頻流進(jìn)行數(shù)字編碼，把無法通過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)哪M信編制成可以被IP網(wǎng)絡(luò)所傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，并進(jìn)入公安圖像專網(wǎng)，存入專網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)視頻存儲(chǔ)服務(wù)器。

音頻數(shù)據(jù)流向

聲音經(jīng)網(wǎng)絡(luò)SIP話機(jī)編碼后的網(wǎng)絡(luò)音頻數(shù)據(jù)通過公安專網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議服務(wù)器（MCU）對(duì)接，并由其將音頻文件轉(zhuǎn)發(fā)至目的SIP話機(jī)，由SIP話機(jī)將網(wǎng)絡(luò)數(shù)字音頻信號(hào)解碼為模擬音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出。

音視頻同步數(shù)據(jù)流向

當(dāng)一方要發(fā)起視頻會(huì)議等行為時(shí)，通過SIP話機(jī)撥打目的（派出所）地址。SIP話機(jī)將視頻會(huì)議的同步信號(hào)通過專網(wǎng)發(fā)送給MCU服務(wù)器，由MCU負(fù)責(zé)調(diào)用網(wǎng)絡(luò)視頻存儲(chǔ)服務(wù)器（NVR）上的所對(duì)應(yīng)攝像機(jī)的實(shí)時(shí)畫面資源，并實(shí)現(xiàn)音、視頻同步后，由公安圖像專網(wǎng)傳送至目的地址設(shè)備。其中語音信號(hào)由SIP話機(jī)進(jìn)行解碼并輸出，視頻信號(hào)由視頻解碼器進(jìn)行解碼還原與輸出。

高清信息發(fā)布數(shù)據(jù)流向

高清推送服務(wù)器生成需要遠(yuǎn)程發(fā)布的模擬數(shù)據(jù)信息（文字、高清視頻、高分辨率圖片等），并輸出至網(wǎng)絡(luò)高清編碼器，由其對(duì)模擬高清畫面進(jìn)行編碼，編制成被IP網(wǎng)絡(luò)可以傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)后接入公安網(wǎng)，借由公安網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送至各派出所的高清解碼器還原成模擬高清信號(hào)后進(jìn)行輸出。

系統(tǒng)功能

系統(tǒng)主要具備視頻指揮功能、應(yīng)急指揮功能、系統(tǒng)管理三大功能（具體功能如圖3所示）。

現(xiàn)代警務(wù)系統(tǒng)扁平化的管理要求視頻警務(wù)指揮系統(tǒng)在案事件發(fā)生時(shí)和重大安保工作時(shí)，警令即時(shí)傳達(dá)到警務(wù)實(shí)戰(zhàn)部門即派出所，且在處理過程中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互。當(dāng)遇到緊急情況發(fā)生時(shí)，公安系統(tǒng)內(nèi)的任何一方可通過視頻會(huì)議系統(tǒng)快速的召集身處在各地的派出所警務(wù)人員（或指揮中心）召開應(yīng)急會(huì)議。通過雙路視頻傳輸技術(shù)，可以在傳輸會(huì)議音、視頻圖像的同時(shí)聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并以窗口的形式實(shí)時(shí)傳遞視頻監(jiān)控資源（如案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)、事故現(xiàn)場(chǎng)圖像、疑犯逃竄行進(jìn)路線等），或其他數(shù)據(jù)內(nèi)容，如：計(jì)算機(jī)文件、圖象、照片、文字內(nèi)容等。進(jìn)一步提高了警務(wù)人員在面對(duì)突發(fā)事件時(shí)的應(yīng)對(duì)決策能力、提高應(yīng)急指揮的效果處置緊急情況的速度。

關(guān)鍵技術(shù)分析

SipXecs

本次選用SipXecs作為“視頻警務(wù)指揮系統(tǒng)”中網(wǎng)絡(luò)電話關(guān)鍵技術(shù)。SipXecs是一個(gè)高伸縮性、企業(yè)級(jí)的通信解決方案。它是名為SIPFoundry的非盈利性、開源組織的一個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)品。借助標(biāo)準(zhǔn)和基于開源環(huán)境，SipXecs向開發(fā)者提供低成本、易使用的服務(wù)應(yīng)用，以及在其他系統(tǒng)中找不到的互操作性、功能和可伸縮性。

SipXecs基于SIP協(xié)議，可提供公安業(yè)務(wù)中所有需要用到的PBX的典型功能，包括：語音信箱、統(tǒng)一消息、自動(dòng)總機(jī)、電話會(huì)議、出席，以及呼叫中心應(yīng)用等。SipXecs同時(shí)也支持公安部《GB/T28181-安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求》中對(duì)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、視頻編/解碼設(shè)備、數(shù)字硬盤錄像機(jī)（DVR）和報(bào)警設(shè)備的接入、注冊(cè)、建立/終止會(huì)話連接、控制、采集/編解碼以及傳送視音頻流等功能的全部要求。因此采用SipXecs技術(shù)，將大大降低“視頻警務(wù)指揮系統(tǒng)”的開發(fā)成本和開發(fā)難度與風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)又滿足警務(wù)系統(tǒng)的所有應(yīng)用功能。

H.264high profile視頻編碼技術(shù)

現(xiàn)階段，公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)以模擬攝像機(jī)為主，模擬攝像機(jī)的數(shù)據(jù)不能為IP網(wǎng)絡(luò)所識(shí)別并傳輸，因此需要利用視頻編碼器將其轉(zhuǎn)制成IP數(shù)字信號(hào)，方能在現(xiàn)有的公安視頻圖像專網(wǎng)上進(jìn)行傳輸。而另一方面，公安視專網(wǎng)已經(jīng)承載了整個(gè)公安系統(tǒng)的諸多業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸，因此在選擇視頻編碼技術(shù)時(shí)，如何利用視頻編碼技術(shù)，在保證視頻圖像質(zhì)量的同時(shí)最大限度壓縮視頻圖像碼流，也選擇的重要參考條件之一。

H.264視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)是ITU-T和ISO合作的產(chǎn)物，H.264標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合了H系列和MPEG系列的優(yōu)點(diǎn)，充分考慮了IP網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，在多模式運(yùn)動(dòng)估計(jì)、整數(shù)變換、統(tǒng)一VLC符號(hào)編碼、分層編碼語法等方面有其獨(dú)到之處。H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上的改進(jìn)，結(jié)合了IP網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，提供了更高的視頻編碼效率，特別是在較低的視頻速率下有較好的視頻效果，編碼效率比H.263提高一倍。

H.264有四種畫質(zhì)級(jí)別，分別是BP、EP、MP、HP：

●BP-Baseline Profile：基本畫質(zhì)；

●EP-Extended profile：進(jìn)階畫質(zhì)；

●MP-Main profile：主流畫質(zhì)；

●HP-High profile：高級(jí)畫質(zhì)。

本次系統(tǒng)選用H.264-High Profile技術(shù)作為視頻編碼技術(shù)，在相同配置情況下，High profile（HP）可以比Main profile（MP）節(jié)省50%的碼流量，比MPEG-2 MP節(jié)省80%的碼流量，具有更好的編碼性能。這種視頻壓縮技術(shù)能最大限度地壓縮視頻圖像，減少帶寬和存儲(chǔ)需求，同時(shí)視頻圖像的質(zhì)量也將得到顯著提高。

音頻編碼技術(shù)

為了保證視頻警務(wù)指揮系統(tǒng)中語音通話的高保真、保質(zhì)量，本次主要采用目前主流的G.722音頻編碼技術(shù)，這種技術(shù)可以在占用較小帶寬的情況下，提供理想的音頻壓縮。此外現(xiàn)階段公安系統(tǒng)中模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)仍以老式的模式視頻攝像機(jī)為主，這類攝像機(jī)目前均采用較低級(jí)的G.711音頻編碼技術(shù)，因此系統(tǒng)在支持G.722系列音頻編碼技術(shù)的同時(shí)，也兼容G.711音頻編碼技術(shù)。

G.711基本音頻

基本音頻模式是G.711 log-PCM（對(duì)數(shù)脈碼調(diào)制）編碼解碼器，它是一種簡單的8kHz采樣頻率對(duì)數(shù)脈碼調(diào)制模式，長期以來它都是數(shù)字電話網(wǎng)絡(luò)主要的編碼方法。為3.4K 低品質(zhì)音頻標(biāo)準(zhǔn)。G.711定義為8位編碼，速率為64kbps，但在H.323 采樣截短為6或7比特位，因?yàn)樗俾氏鄳?yīng)變?yōu)?8kbps或56kbps。G.711提供了出色的長話音質(zhì)窄帶（3KHz音頻帶寬）語音、不太明顯的編解碼延遲（低于1ms）以及非常低的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性。G.723、G.729以及G.728等為后續(xù)發(fā)展的音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，壓縮效率有了很大的改善，音質(zhì)仍舊是低品質(zhì)的3.5KHz的音頻。這種聲音類似于我們生活中的模擬電話的聲音效果。

G.722、G.722.1

G.722、G.722.1 為音質(zhì)更好、占用帶寬更低的音頻編碼協(xié)議。對(duì)音質(zhì)有一定的改善，為7KHz 的音頻編碼。這種聲音類似于我們生活中的調(diào)頻FM收音機(jī)的聲音效果。

G.722.1 Annex C

G.722.1 Annex C 是音頻通訊新一代的編碼標(biāo)準(zhǔn)，為寬帶音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，音頻的采樣頻寬可以達(dá)到14KHz，而通訊的帶寬只有24K或48K，可以提供CD級(jí)的高保真音質(zhì)，是和H.264并列的視頻通訊的高標(biāo)準(zhǔn)。這種聲音類似于我們生活中的CD的音頻效果。

千兆&萬兆以太網(wǎng)技術(shù)

作為“視頻警務(wù)指揮系統(tǒng)”的現(xiàn)有主要承載方式，公安視頻圖像專網(wǎng)主要由萬兆以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)組成。

千兆以太網(wǎng)

千兆以太網(wǎng)提繼承了傳統(tǒng)以太技術(shù)價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，它采用了與10M以太網(wǎng)相同的幀格式、幀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、全/半雙工工作方式、流控模式以及布線系統(tǒng)。由于該技術(shù)不改變傳統(tǒng)以太網(wǎng)的桌面應(yīng)用、操作系統(tǒng)，因此可與10M或100M的以太網(wǎng)很好地配合工作。升級(jí)到千兆以太網(wǎng)不必改變網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序、網(wǎng)管部件和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，能夠最大程度地保護(hù)投資。此外，IEEE標(biāo)準(zhǔn)將支持最大距離為550米的多模光纖、最大距離為70千米的單模光纖和最大距離為100米的銅軸電纜。千兆以太網(wǎng)填補(bǔ)了802.3以太網(wǎng)/快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的不足。

萬兆以太網(wǎng)

萬兆以太網(wǎng)規(guī)范包含在IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3ae中，它擴(kuò)展了IEEE 802.3協(xié)議和MAC規(guī)范，使其支持10Gb/s的傳輸速率。除此之外，通過WAN界面子層（WIS：WAN interface sublayer），10千兆位以太網(wǎng)也能被調(diào)整為較低的傳輸速率，如9.584640 Gb/s（OC-192），這就允許10千兆位以太網(wǎng)設(shè)備與同步光纖網(wǎng)絡(luò)（SONET）STS-192c傳輸格式相兼容。

結(jié)束語

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)條件的發(fā)展。集音、視頻、圖形、圖像、文字、數(shù)據(jù)共享、公文流轉(zhuǎn)等為一體的多功能警務(wù)指揮系統(tǒng)，使越來越多的警務(wù)人員開始感受到網(wǎng)上辦公、遠(yuǎn)程會(huì)議、遠(yuǎn)程通信、遠(yuǎn)程協(xié)作、遠(yuǎn)程培訓(xùn)等工作模式變革所帶來的優(yōu)勢(shì)。如何利用科技手段來進(jìn)一步提高警務(wù)工作效率將會(huì)是一項(xiàng)長期而重要的任務(wù)。