城市視頻監控系統解決方案

曾令卉

（光纖通信技術與網絡國家重點實驗室 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，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2.5萬個監控點，全部監控點按各分區聯網接入城市視頻監控系統。

1 用戶需求

城市視頻監控系統承擔著整個城市安全監控的重任，通過對城市視頻監控系統的部署、使用和管理，可以在全市范圍內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的社會治安防控能力，實現對繁華地帶、重要場所、廣場以及周邊地區24 h不間斷監控，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，為創建平安城市提供強有力的保障。

2 方案制定

城市視頻監控系統建設內容包括視頻監控管理平臺子系統、傳輸網絡子系統、前端監控點子系統、監控中心子系統、無線傳輸子系統、可視化指揮子系統、安全平臺子系統、運維管理子系統及供電子系統等。系統結構如圖1所示。

圖1 城市視頻監控系統層次結構

本方案最大的特點是：全網數字化，應用無源光網絡（EPON）技術，實現前端監控點的數字化接入，解決主干光纖資源不足的問題，節約光纖資源。傳統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，能夠有效地節省光纖資源。

本方案的系統設計遵循開放性原則，能夠支持多種硬件設備和網絡系統，軟硬件支持二次開發。本系統在接口上均采用標準的協議，使用國際標準的SIP，RTSP，RTP/RTCP，MPEG-4，H.264，G.711和MP3協議設計前端與平臺的接口，支持國內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，能與新開發的各類應用系統無縫對接，最大限度地發揮系統建設的整體效能。

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

2.1 前端監控點子系統

前端監控點完全實現了數字化，全部采用數字攝像機，所傳輸信號為經過編碼壓縮后的網絡數字信號，網絡信號通過光網絡單元（ONU）設備經光纖傳入到光線路終端（OLT）。ONU放在前端視頻監控點附近，對于前端監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，環境適應性強。其功能是分發下行數據，并集中上行數據。

前端設備根據具體點位的勘查，根據實際環境選擇安裝，其中分布于案件多發區、商業繁華區和人員聚集區等治安區域，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控設備。

目前以IP網絡化為代表的第三代視頻監控系統得到了廣泛應用，雖然視頻監控系統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控者自身在生理上的弱點，也包含視頻監控系統配置以及視頻監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控系統均或多或少地存在報警精確度差、誤報和漏報現象多、報警響應時間長、錄像數據分析取證困難等缺陷，從而導致整個系統在安全性和實用性的降低。為此，在傳統視頻監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據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，從而使傳統的監控系統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律，它可以明確地區分出人、車或其他物體，一旦發現監控畫面中關鍵目標出現時，系統能夠以最快、最佳的方式提供有用信息或告警[2-4]。

2.2 網絡傳輸子系統

本系統采用數字視頻專網數據中心交換系統，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點中心控制點的視頻傳輸帶寬需求。所有監控點全部采用光纜接入。在全光纜接入的基礎上，從系統網管、監控和節約投資的角度出發，建議采用PON系統承載。光纜線路采用全程管道敷設，并進行一定的纖芯預留。承載網的安全性保障為：在承載網的核心交換設備OLT的主控板卡、電源卡采用1+1備份方式，并對接入監控點的PON卡進行一定的預留。

2.3 視頻監控管理平臺子系統

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

視頻監控管理平臺邏輯結構分為媒體層、控制層、業務層。媒體層主要負責流媒體轉發和視頻流的錄像和回放，實現客戶端對前端設備視頻的實時瀏覽和存儲回放請求。控制層主要負責系統各個模塊之間的信令傳輸和控制，信令協議采用SIP協議。業務層主要負責實現系統的業務管理和網絡管理。包括前端設備的入網、退網，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管等。

2.4 監控中心子系統

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

2.5 可視化指揮子系統

利用可視化指揮子系統實現行政會議、調度指揮、業務培訓等應用。可視化指揮系統包括1臺MCU，視頻終端設備及輔助設施。城市視頻監控系統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，蘊含著對數據、語音、視頻等主要交流方式的巨大需求。當發生各種突發事件的時候，需要相關部門協同工作。傳統的應對機制已不能適應日益增多的緊急突發事件處置的需要，而應急聯動指揮系統就是綜合各種應急服務資源，統一指揮，聯合行動，為公共安全提供強有力的保障的系統。視頻會議、語音、監控多媒體須通過數字方式無縫融合，采用統一多媒體調度平臺，通過數字方式，調用現場任意一路監控實時圖像和歷史圖像到視頻會議中，供實時調閱、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

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

前端實現有兩種方式：一種是車載系統，車載監控系統安裝在車輛上，主要功能為車輛運行監控、錄像、無線數據傳輸。車載無線視頻服務器結構如圖2所示。還有一種是單兵系統，單兵系統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境下進行視頻圖像的采集傳輸。單兵系統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，用于將監控現場的音視頻實時傳送到監控中心，使執勤人員和監控中心之間能夠實時語音對講，出現緊急情況時能夠馬上報警，并聯動監控中心進行處理。

圖2 車載無線視頻服務器結構示意圖

2.7 安全平臺子系統

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

根據以上結構設計，數字視頻專網對外提供圖像資源共享，或需要調用視頻資源圖像時，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，將相關請求傳遞數字視頻內部或傳輸到外部網絡中，圖像數據的共享及調用由媒體傳輸單元（MDU）雙向地發出或回應請求。

通過在中心層部署一臺3AS集控系統的設計，對下級的視頻邊界接入系統進行統一監管，實現分布部署、集中監管，使中心層既可對全網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

實現關于視頻系統的網絡運維的用戶、設備、應用集中統一管理，使網絡管理員可以方便直觀地進行城市視頻監控系統的日常網絡維護、管理和監控工作。對城市視頻監控系統的IT資源情況進行全面梳理，將復雜的網狀結構按照業務、類型、節點等進行層次化關聯，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，大大降低運維監控的技術難度，從整體到細節全面掌控武漢公安局城市視頻監控系統運行情況。

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

2.9 供電子系統

為滿足城市視頻監控系統正常運行，需根據城市視頻監控系統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的關鍵設備，包括各類服務器、網絡設備，應充分考慮供電系統冗余。

3 小結

本城市視頻監控系統解決方案利用視頻技術和互聯網技術，從社會治安監控需求出發，結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]武漢城市視頻監控系統實施經驗[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.