基于商業(yè)網(wǎng)絡(luò)高清公共安全監(jiān)管系統(tǒng)

李常春王康年劉紹華劉紅云

（1重慶通信學(xué)院，重慶 400035）

（2重慶金美通信有限責(zé)任公司，重慶 400030）

基于商業(yè)網(wǎng)絡(luò)高清公共安全監(jiān)管系統(tǒng)

李常春1王康年1劉紹華2劉紅云1

（1重慶通信學(xué)院，重慶 400035）

（2重慶金美通信有限責(zé)任公司，重慶 400030）

針對(duì)社會(huì)轉(zhuǎn)型期刑事犯罪行為不斷上升、犯罪手段越來越現(xiàn)代化，公共安全面臨諸多挑戰(zhàn)，人們的安全感不斷下降，而相關(guān)職能部門又缺少大范圍、現(xiàn)代化的制止和監(jiān)測(cè)犯罪事件的實(shí)時(shí)監(jiān)管手段等問題，提出了采用海量存儲(chǔ)、高清視頻壓縮編解碼和多徑傳輸?shù)燃夹g(shù)，依托現(xiàn)有IP商業(yè)網(wǎng)絡(luò)，組建大規(guī)模實(shí)時(shí)高清公共安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)城市監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)報(bào)警、歷史資料查詢及大數(shù)據(jù)容災(zāi)備份等綜合監(jiān)管功能，有效地預(yù)防和打擊犯罪，提升了安全防范技術(shù)水平。

商業(yè)網(wǎng)絡(luò) 高清視頻 公共安全 監(jiān)管系統(tǒng)

1 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，相伴而生的各種矛盾日益顯露，法制、道德以及社會(huì)體制不能完全消除種種矛盾隱患。政府提出了“構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)”的口號(hào)，為了響應(yīng)政府的這一號(hào)召，公安部開展了一系列的科技強(qiáng)警示范城市建設(shè)工程，如“3111工程”。由于IP網(wǎng)絡(luò)末端實(shí)際帶寬低，不利于IP高清視頻實(shí)時(shí)有效傳輸?shù)默F(xiàn)狀，按照傳統(tǒng)分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的組網(wǎng)方法，很難組建大規(guī)模多站點(diǎn)IP高清視頻監(jiān)管系統(tǒng)，一定程度上影響平安城市建設(shè)項(xiàng)目，參照“視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求”和“社會(huì)公共安全視頻圖像信息系統(tǒng)管理辦法”等系列規(guī)范，從高清視頻數(shù)據(jù)采集、IP高清視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)組建、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和圖像處理等方面入手，采用海量存儲(chǔ)、高清視頻壓縮編解碼和多徑傳輸?shù)燃夹g(shù)，重點(diǎn)突破末端網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，實(shí)現(xiàn)組建滿足職能部門對(duì)社會(huì)公共安全問題需求的大規(guī)模IP高清視頻監(jiān)管系統(tǒng)，能夠有效地預(yù)防、阻止和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)犯罪發(fā)生，提升安全防范技術(shù)水平[1]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

高清視頻數(shù)據(jù)流具有數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)的帶寬、存儲(chǔ)設(shè)備空間和實(shí)時(shí)圖像處理等要求高，借助現(xiàn)有商業(yè)網(wǎng)絡(luò)，按照傳統(tǒng)視頻監(jiān)控組網(wǎng)方式組網(wǎng)，很難實(shí)現(xiàn)。因此，系統(tǒng)采用集中管理、分布式結(jié)構(gòu)組網(wǎng)的設(shè)計(jì)思想，取替?zhèn)鹘y(tǒng)的分級(jí)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)無級(jí)組網(wǎng)，如圖1所示，在邏輯上實(shí)現(xiàn)基層、分局和市局等3個(gè)層次、區(qū)域監(jiān)管。

2.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息采集、信息傳輸、權(quán)限管理、信息存儲(chǔ)和備份、系統(tǒng)控制、自動(dòng)巡檢、目標(biāo)識(shí)別和報(bào)警處理等功能[2]。

⑴信息采集

前端監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能夠采集視音頻信息、報(bào)警信息和巡檢信息等，并按照傳輸信息格式要求進(jìn)行編碼和打包處理，使之成為能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。

⑵信息傳輸

控制信息、巡檢信息、報(bào)警信息和視頻信息等，按照工作流程在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸。

⑶權(quán)限管理

為保證城市監(jiān)控報(bào)警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)用戶進(jìn)行分類，并綜合考慮各種因素制定合理的權(quán)限管理策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶訪問的控制。

⑷信息存儲(chǔ)和備份

前端監(jiān)控設(shè)備、云存儲(chǔ)中心，均應(yīng)對(duì)巡檢、報(bào)警、視音頻、系統(tǒng)日志等信息予以存儲(chǔ)。機(jī)關(guān)的相應(yīng)部門應(yīng)按照規(guī)定的格式，存儲(chǔ)報(bào)警信息及與報(bào)警關(guān)聯(lián)的視音頻信息。存儲(chǔ)和備份的報(bào)警、巡檢等歷史數(shù)據(jù)信息，可在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中依據(jù)授權(quán)進(jìn)行訪問。

⑸系統(tǒng)控制

依據(jù)授權(quán)將網(wǎng)絡(luò)用戶發(fā)出的控制命令傳送到前端監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心及授權(quán)用戶對(duì)前端任意一路監(jiān)控圖像的調(diào)用和控制。

⑹自動(dòng)巡檢

具有系統(tǒng)定時(shí)自動(dòng)巡檢和人工自動(dòng)巡檢2種方式。人工自動(dòng)巡檢優(yōu)先級(jí)別高于系統(tǒng)定時(shí)自動(dòng)巡檢，定時(shí)自動(dòng)巡檢功能和人工自動(dòng)巡檢功能由報(bào)警與監(jiān)控系統(tǒng)各級(jí)監(jiān)控中心實(shí)施。要求巡檢結(jié)果和內(nèi)容能夠按機(jī)關(guān)管理要求以統(tǒng)計(jì)報(bào)表形式上報(bào)備案。

⑺目標(biāo)識(shí)別

當(dāng)重大案件發(fā)生時(shí)，需要聯(lián)網(wǎng)檢索并跟蹤犯罪嫌疑人，借助云計(jì)算平臺(tái)自動(dòng)完成多路視頻目標(biāo)識(shí)別跟蹤并報(bào)警。

⑻報(bào)警信息處置

當(dāng)發(fā)生報(bào)警時(shí)，前端報(bào)警與監(jiān)控系統(tǒng)或?qū)I(yè)報(bào)警監(jiān)控服務(wù)中心應(yīng)對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行復(fù)核。在確認(rèn)報(bào)警后，按照要求及時(shí)向機(jī)關(guān)相應(yīng)部門發(fā)送報(bào)警信息或現(xiàn)場(chǎng)圖像信息。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 PB級(jí)的海量存儲(chǔ)技術(shù)

大規(guī)模IP高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量大，面對(duì)PB級(jí)的海量存儲(chǔ)需求，傳統(tǒng)的SAN(高速光纖通道連接的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng))或NAS(LAN接口連接的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ))方式在容量和性能的擴(kuò)展上存在瓶頸，系統(tǒng)采用現(xiàn)有的云存儲(chǔ)中的可擴(kuò)展的分布式文件系統(tǒng)，具備效率高和成本低的優(yōu)勢(shì)，不僅輕松突破了SAN的性能瓶頸，而且可以實(shí)現(xiàn)性能與容量的大規(guī)模擴(kuò)展，滿足系統(tǒng)中PB級(jí)的海量存儲(chǔ)及容災(zāi)備份需求。

3.2 高清視頻壓縮編碼技術(shù)

視頻數(shù)據(jù)壓縮編碼中所選算法的運(yùn)算復(fù)雜度較為重要，采用基于融合粒子群優(yōu)化的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法IPME，在粒子群迭代過程中加入了融合操作，可以防止粒子群進(jìn)化停滯，增加搜索能力[3-6]。工作過程如下：

（1）初始粒子種群的選擇

為了維持粒子群的隨機(jī)性和減少運(yùn)算復(fù)雜度，按照如下方法生成2個(gè)隨機(jī)搜索點(diǎn)作為初始粒子種群的另一部分。

（2）粒子適應(yīng)度函數(shù)的選擇

在基于塊匹配的快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法中，匹配估計(jì)準(zhǔn)則的好壞直接影響了運(yùn)動(dòng)估計(jì)的搜索精度和運(yùn)算復(fù)雜度。可選取適應(yīng)度評(píng)價(jià)函數(shù)CF(x,y)作為一個(gè)與SAD相對(duì)應(yīng)的函數(shù)，即：

（3）融合操作

首先確定融合概率大小。使用當(dāng)前全局最優(yōu)解的適應(yīng)度值與全部個(gè)體最優(yōu)解的適應(yīng)度值和比值，決定全局最優(yōu)解gbest（k）進(jìn)行融合的融合概率。

其次確定融合操作。用標(biāo)準(zhǔn)柯西分布（0,1）作為融合算子，對(duì)全局最優(yōu)解gbest的融合計(jì)算：

式中，（0,1）產(chǎn)生服從標(biāo)準(zhǔn)柯西分布的隨機(jī)數(shù)。如果融合后得到的點(diǎn)gbest(k)的硬度值比gbest(k)好，就取代gbest(k)作為當(dāng)前全局最優(yōu)解。

通過試驗(yàn)與傳統(tǒng)算法比較，此算法搜索精度高，運(yùn)算復(fù)雜度大大降低。

3.3 多徑傳輸技術(shù)

系統(tǒng)采用一種協(xié)同測(cè)量的多路徑傳輸控制機(jī)制TPRC，采用源端和目的端多路徑協(xié)同測(cè)量的方式對(duì)不同接口之間的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)（包括可用帶寬、時(shí)延等）進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果應(yīng)用于多路徑流量分配過程和基于速率的擁塞避免過程，使傳輸速率盡量保持在多路徑空閑帶寬的下沿。系統(tǒng)采用該算法后能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)擁塞情況實(shí)時(shí)調(diào)整負(fù)載，提高網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率[7]。

4 系統(tǒng)應(yīng)用情況

系統(tǒng)已在重慶萬州、涪陵、銅梁、永川、黔江和合川等地的郵政局，依托上述單位的IP網(wǎng)絡(luò)，建成300多路IP高清視頻智能監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)點(diǎn)，效果明顯，其監(jiān)控質(zhì)量得到上述所在地的相關(guān)職能部門的認(rèn)可，其安裝網(wǎng)點(diǎn)也獲得安防許可證書。

5 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)初步具備一定規(guī)模組網(wǎng)、采集、傳輸、存儲(chǔ)和處理能力，下一步研究實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)規(guī)模更大、功能更加完善、綜合性更強(qiáng)的公共安全I(xiàn)P高清視頻監(jiān)管系統(tǒng)。

[1]彭召意，周玉，文志強(qiáng).基于云計(jì)算的視頻取證監(jiān)控系統(tǒng)[J]．計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2011,28(8):2974-2977．

[2]謝格.一種快速的視頻跟蹤算法[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用,2011(9):183-184．

[3]曹彬,程久輝,閆春鋼.基于云計(jì)算Live Mesh的流媒體應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2011,37(11)：92-95．

[4]王培海.基于Android的移動(dòng)云存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息終端與顯示,2011，35(15):94-97．

[5]王紅紅,黃永東,等.多個(gè)領(lǐng)域CNN融合粒子群邊緣檢測(cè)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2012(9):3501-3505．

[6]左曉亞,王頂,姚如貴.基于直接序列擴(kuò)頻和頻域均衡的滿多經(jīng)分集塊傳輸系統(tǒng)[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2013,6(1)：940-946．

[7]李春泉,張輝,尚玉玲,等.云制造的體系結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2011（7):104-107．

High Definition Public Safety Supervision System Based on Commercial Network

LI Chang-chun1,WANG Kang-nian1,LIU Shao-hua2,LIU Hong-yun1
（1.Chongqing Communication Institute,Chongqing 400035,China）
（2.Chongqing Jinmei Communication Co.,Ltd,Chongqing 400030,China）

Aiming at the problems that the criminal offense behaviors are raising constantly and the crime means are more and more up-to-date in the social transformation period,the public safety faces many challenges,the safety sense of people is decreasing,and the related functional sectors lack the large-range and modern real-time monitoring methods to restrain and monitor the crimes.This paper proposes a design scheme of establishing the large-scale real-time high definition public safety supervision system based on such technologies as mass storage,high definition video compression encoding and decoding as well as multipath transmission and the existing IP commercial network to,realize the comprehensive supervision functions of city monitoring,networking alarm,historical data query and data backup,effectively prevent and fight against the crime,and enhance the safety prevention technology level.

commercial network;high definition video;public safety;supervision system

TN915

A

1008-1739（2015）12-44-3

定稿日期：2015-05-26

重慶市應(yīng)用開發(fā)類項(xiàng)目(cstc2013yykfA40003)