公安監(jiān)控圖偵集控系統(tǒng)研究內(nèi)容概述

魏利梅 張寶富 丁楊俊

摘 ?要：本項目結(jié)合當(dāng)前技術(shù)偵查對于監(jiān)控圖偵隱蔽部署、快速上案的應(yīng)用需求，通過非標(biāo)準(zhǔn)視頻協(xié)議中間件技術(shù)、視頻接入網(wǎng)關(guān)技術(shù)、二次轉(zhuǎn)碼技術(shù)、流媒體匯聚技術(shù)研究，旨在構(gòu)建一個公安監(jiān)控圖偵集控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對技偵破案過程中的監(jiān)控資源最大限度地整合，為快速實(shí)現(xiàn)案件偵破助力。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控圖偵;監(jiān)控圖偵集控系統(tǒng);熵編碼

中圖分類號：TN948.6 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）13-0027-02

Summary of Research Contents of Public Security Surveillance Map Detection and

Control System

WEI Limei1，2，ZHANG Baofu1，2，DING Yangjun1，2

（1.The Third Research Institute of the Ministry of Public Security，Shanghai ?200031，China;

2.Shanghai International Technology & Trade United Co.，Ltd.，Shanghai  200031，China）

Abstract：This project combines the current technical investigation needs for the detection and covert deployment of surveillance images and the rapid application of cases，through non-standard video protocol middleware technology，video access gateway technology，secondary transcoding technology，and streaming media convergence technology. The purpose is to build a public security surveillance chart detection control system to achieve the maximum integration of supervision and monitoring resources in the process of technical investigation and detection，and to facilitate the rapid realization of case detection.

Keywords：monitoring graph detection control;monitoring graph detection control system;entropy coding

0 ?引 ?言

近年來，圖像視頻監(jiān)控蓬勃發(fā)展，圖偵正逐步成為公安機(jī)關(guān)偵查辦案過程中獲取證據(jù)、線索的重要組成部分。國內(nèi)外眾多視頻監(jiān)控領(lǐng)域的組織機(jī)構(gòu)對社會監(jiān)控資源整合進(jìn)行了研究，并對網(wǎng)絡(luò)中視頻信息資源實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互控。

本項目的主要研究內(nèi)容是綜合國內(nèi)外研究經(jīng)驗和技術(shù)，針對公安技術(shù)偵查監(jiān)控實(shí)戰(zhàn)的異構(gòu)監(jiān)控資源整合系統(tǒng)與相關(guān)核心技術(shù)，開展技術(shù)研究與系統(tǒng)研制，完成一套公安監(jiān)控圖偵集控系統(tǒng)，將集控網(wǎng)關(guān)技術(shù)和視頻編解碼技術(shù)相結(jié)合，對監(jiān)控視頻資源進(jìn)行集中管控。集控網(wǎng)關(guān)技術(shù)對視頻的采集、轉(zhuǎn)發(fā)和轉(zhuǎn)碼，形成一個集視頻流采集、轉(zhuǎn)發(fā)和轉(zhuǎn)碼為一體的網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，即監(jiān)控離散式集控網(wǎng)關(guān)。視頻碼流向公安監(jiān)控圖偵集控系統(tǒng)進(jìn)行匯聚，干警通過應(yīng)用客戶端實(shí)時調(diào)控前端設(shè)備，系統(tǒng)集成簡便，管理高效且具有實(shí)用性、新穎性、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)。

1 ?前端設(shè)備接入

公安監(jiān)控圖偵集控系統(tǒng)的前端為視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻網(wǎng)絡(luò)接入盒通過ONVIF規(guī)范，將前端監(jiān)控設(shè)備接入監(jiān)控系統(tǒng)。ONVIF協(xié)議對網(wǎng)絡(luò)視頻的模型、接口、數(shù)據(jù)類型以及數(shù)據(jù)交互的模式進(jìn)行描述，并以Web Services的形式提供設(shè)備管理和控制部分定義的接口。每一個終端設(shè)備都被要求提供與功能相應(yīng)的Web Service，通過SOAP協(xié)議實(shí)現(xiàn)服務(wù)端與客戶端的數(shù)據(jù)交互采用，其他部分設(shè)備則采用RTP/RTSP進(jìn)行交互，以滿足ONVIF規(guī)范要求。

通過使用SOAP和HTTP協(xié)議，Web用戶可以對數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)用?？蛻舳烁鶕?jù)WSDL文檔，生成一條SOAP請求記錄，再鑲嵌在一個HTTP POST請求中，然后發(fā)送到Web Services所在的Web服務(wù)器。收到的SOAP請求，Web Services請求處理器解析，會調(diào)用相應(yīng)的Web Services信息，再生成相對應(yīng)的SOAP響應(yīng)。Web服務(wù)器收到SOAP響應(yīng)后，通過HTTP響應(yīng)的方式把信息傳送到客戶端。SOAP是基于XML的一種協(xié)議。一條SOAP消息就是一個普通的XML文檔;為了Web Service的服務(wù)，對實(shí)際的設(shè)備功能進(jìn)行抽象，關(guān)注重點(diǎn)不是設(shè)備的型號，而是設(shè)備所提供的Web Service范圍之外的行為。通過Web控制，在客戶端的調(diào)用視頻監(jiān)控系統(tǒng)的控制單元完成操作。在ONVIF規(guī)范中，命令以及消息內(nèi)容有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，抽象了功能的接口，統(tǒng)一了設(shè)備配置以及操作方式。在這種情況下，CMU與PU不再保持長連接，其交互方式發(fā)生了改變。這樣擁有效率非常高的開發(fā)方式。不符合ONVIF或者其他協(xié)議的設(shè)備，則根據(jù)需要采用SDK接入方式進(jìn)行定制化接入開發(fā)。

2 ?碼流封裝及轉(zhuǎn)碼

本項目前端設(shè)備與系統(tǒng)之間的流實(shí)時傳輸采用符合相應(yīng)RFC標(biāo)準(zhǔn)的RTP封裝及RTSP協(xié)議（遵循RFC3550規(guī)范），H.264的RTP封裝應(yīng)遵循RFC3984規(guī)范。此系統(tǒng)視頻編碼方法采用H.264。H.264的算法分為兩層：第一層，視頻編碼層，對視頻內(nèi)容進(jìn)行高效的表示。高編碼效率主要是依靠這一層實(shí)現(xiàn)的。第二層，網(wǎng)絡(luò)提取層，這一層主要是把數(shù)據(jù)打包和傳送。VCL和NAL之間接口連接，是通過分組的方式進(jìn)行的，先將NAL單元進(jìn)行封裝，然后傳輸和存儲需要編碼的VCL數(shù)據(jù)。每一組數(shù)據(jù)對應(yīng)編碼的視頻數(shù)據(jù)，具有良好的網(wǎng)絡(luò)親和性，即可適應(yīng)于各種傳輸網(wǎng)絡(luò)。通過對實(shí)時流協(xié)議的控制，進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)傳送，讓需傳輸?shù)膶?shí)時數(shù)據(jù)受控、按需傳送成為可能。前端設(shè)備視頻采集獲得的圖像數(shù)據(jù)存儲格式為YUV，再將YUV格式的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，以縮小數(shù)據(jù)量，滿足系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化需求。

2.1 ?幀內(nèi)預(yù)測

相鄰宏塊通常含有相似的屬性，在給定幀中預(yù)留宏塊，對相鄰宏塊的空間相關(guān)性進(jìn)行充分利用，不失為提高H.264幀內(nèi)編碼效率的一種好方法。我們對宏塊編碼前，先利用宏塊幀內(nèi)預(yù)測的方法，對周圍的宏塊進(jìn)行預(yù)測，然后比較實(shí)際值與預(yù)測值之間的差異，最后對差異值進(jìn)行編碼。幀內(nèi)預(yù)測相對于直接對幀編碼而言，可以大大減小碼率，縮減圖像的空間冗余。

2.2 ?小尺寸DCT整數(shù)變換

在視頻壓縮編碼中，為了對運(yùn)動物體進(jìn)行更為精確的劃分，利用H.264，采用小尺寸的4×4塊，相對于以前常用8×8塊，變換塊的尺寸變小了，這使得計算量小了，并且在運(yùn)動物體邊緣的銜接誤差也大大減小，這使得圖像變換過程中編碼得到壓縮，可以快速傳輸。對于幀內(nèi)宏塊亮度數(shù)據(jù)的16個4×4塊的DCT系數(shù)，H.264可以進(jìn)行第二次4×4塊的變換，對色度數(shù)據(jù)的4個4×4塊的DC系數(shù)進(jìn)行2×2塊的變換，塊變小了，在轉(zhuǎn)換過程中，這些區(qū)域的圖像會變得平滑，減少因尺寸變換帶來的塊間灰度差異，沒有“反變換誤差”，而且整數(shù)DCT變換還可以減少運(yùn)算量和復(fù)雜度。

2.3 ?多種運(yùn)動估計

2.3.1 ?高精度估計

運(yùn)動矢量位移運(yùn)動估計，通常采用1/4像素甚至1/8像素。在H.264中，為了獲得1/2像素位置的值，可以采用6階FIR濾波器的內(nèi)插。然后，通過線性內(nèi)插1/2像素值，1/4像素值。再對1/4像素精度進(jìn)行內(nèi)插運(yùn)算，獲得1/8像素的運(yùn)動矢量。在H.264中，運(yùn)動矢量位移的精度越高，其幀間誤差就越小，傳輸碼率也就越低，壓縮比率就更加高。

2.3.2 ?多參數(shù)幀估計

在H.264中，采用多個參數(shù)幀的運(yùn)動估計。剛剛編碼好的參數(shù)幀，會暫時存放在編碼器的緩存中，選擇一個相對較好的編碼效果的作為參數(shù)幀，并指定用于預(yù)測的參數(shù)幀。相對于只用上一個剛編碼的幀作為預(yù)測幀的方法來講，這樣編碼效果就會更好。

2.3.3 ?熵編碼

熵編碼的運(yùn)動估計，與預(yù)測算法掃描類型不同。熵編碼把4×4的量化系數(shù)進(jìn)行重新排序，創(chuàng)建一個新的串行流，并對這些系數(shù)按照從低頻到高頻的掃描類型進(jìn)行排序。為了高效的達(dá)到熵編碼的目的，利用游程編碼就可以縮減零的數(shù)目，因為高頻系數(shù)大多數(shù)趨向于零。熵編碼比特位數(shù)來表示頻繁使用的符號，通過映射符號的字節(jié)流來表示運(yùn)動矢量，而不是經(jīng)常使用的符號。

3 ?設(shè)備遠(yuǎn)程管理模塊

設(shè)備遠(yuǎn)程管理模塊的主要功能是響應(yīng)系統(tǒng)的監(jiān)控操作，對集控網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程故障進(jìn)行排查，版本更新，控制等。通過與監(jiān)控圖偵集控系統(tǒng)的交互，可獲取集控系統(tǒng)的認(rèn)證并注冊。在集控系統(tǒng)需要集管視頻時，會下發(fā)一系列有關(guān)取流任務(wù)的指令到集控網(wǎng)關(guān)，集控網(wǎng)關(guān)通過心跳連接方式與集控系統(tǒng)保持長連接。

3.1 ?監(jiān)控圖偵集控系統(tǒng)

集控系統(tǒng)由多臺服務(wù)器組成。外提供流接入和訪問服務(wù)，是視頻服務(wù)器通過不同的端口來實(shí)現(xiàn)的。所有智能監(jiān)控網(wǎng)關(guān)和監(jiān)控客戶端，通過統(tǒng)一的域名接入管理服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫和存儲服務(wù)器位于集控系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)。流接入集控系統(tǒng)，相對壓力比較大，考慮到集控系統(tǒng)的壓力特性，對流接入部分采用分布式部署。將不同的視頻接收服務(wù)器，分為不同的組別，再接入集控網(wǎng)關(guān)，并按照組別提供服務(wù)。為此，系統(tǒng)可以達(dá)到平衡壓力，穩(wěn)定性也大大提高了。

3.2 ?監(jiān)控圖偵客戶端

客戶端軟件采用了高內(nèi)聚低耦合的模塊化設(shè)計架構(gòu)，各個不同的功能模塊之間彼此獨(dú)立，互不影響，由統(tǒng)一的信息調(diào)度模塊負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)運(yùn)行、監(jiān)控。因此在進(jìn)行功能增加、修改時，只需對相應(yīng)的模塊進(jìn)行變動，其余模塊仍然可以正常工作，便于后期的功能擴(kuò)充和系統(tǒng)維護(hù)。公安干警可以通過客戶端（PC客戶端軟件/Web瀏覽器/移動終端APP）依據(jù)電子地圖了解源的分布情況;實(shí)時調(diào)閱資源的視頻/歷史視頻;控制資源的云臺，獲得最佳監(jiān)控視角。

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作者簡介：魏利梅（1986.12-），女，漢族，四川資中人，本科，實(shí)習(xí)研究員，測試員，研究方向：視頻圖像識別。