基于圖像監控系統和SIP技術的視頻警務指揮系統設計

■ 黃燁亮

本文根據公安實戰應用需求，針對傳統的由視頻圖像監控子系統及視頻會議（可視對講）子系統組成視頻警務指揮系統響應速度慢、共享性差等問題，提出了一種基于圖像監控系統和SIP技術的視頻警務指揮系統，并在架構設計的基礎上進行了關鍵技術和主要特點分析。該系統結合視頻圖像系統、視頻會議系統、應急指揮等系統，能夠充分發揮“聯動、共享、實時”的特性。

引言

當前，我國社會、經濟快速發展，隨之產生的各種相互交織的社會矛盾越來越多，社會治安形勢也呈現出日趨復雜和嚴峻的局面，對警方處理復雜問題，駕馭復雜局面的能力提出了越來越高的要求，現代警務機制的運作勢在必行，而科技信息化是整個現代警務機制的重要支撐。

公安科技信息化建設正在不斷從大規模建設的廣度向拓展應用深度轉變。之前建設的很多系統，諸如圖像監控系統、治安卡口系統、GIS系統、視頻會議系統等等，這些系統普遍建設成本高昂，也在各自領域內發揮出了應有的作用，但是這些系統都相對獨立、封閉，不僅不利于系統功能在各項警務工作中的得以充分應用，而且在資源上造成了一定程度的浪費，想要向科技要戰斗力，就必須在保護已有投資的基礎上，對現有系統進行合理有效的整合聯動。

扁平化指揮是現代警務機制的重要方面，更需要科技信息化系統的支撐。而視頻警務指揮系統，正是實現這一目標的有效信息化手段。系統借助視頻語音技術、圖像處理技術、網絡通信等技術可實現指揮中心與一線實戰部門（公安派出所）之間的互聯互通、即實溝通與資料共享。系統融合圖像監控系統、視頻會議系統、應急指揮等系統的功能，使其作為一個整體應用，充分發揮“聯動、共享、實時、高效”的特性。系統設計考慮當前上海市的公安機關的圖像監控系統的現狀，充分利用已有系統的圖像聯網鏈路解決傳輸交換問題，并借助現有系統，實現在分局指揮中心和各派出所綜合指揮室的監控電視墻上實時顯示。系統的語音部分，采用基于SIP協議的網絡電話，接入現有的公安信息網絡，實現聯網。另外，考慮到警務實戰對點對點視頻對講以及信息發布等功能的需求，另外再通過配置網絡視頻編解碼設備和MCU，使系統功能得到進一步完善。

系統框架

系統結構

目前，公安系統中已建設有規模龐大的模擬圖像監控系統和公安通信網絡，因此本文所描述的基于SIP的視頻警務指揮系統的研究重點將集中在如何利用現有圖像監控系統、網絡以及音視頻會議設備，在已有的公安模擬視頻監控系統的基礎上結合IP與SIP協議，使系統達到現代化視頻警務指揮系統應具備的應用水平（其整體結構如圖1所示）。基于SIP的視頻警務指揮系統主要由視頻監控子系統、視頻對講子系統及通信子系統組成，分別部署在公安指揮中心端與各派出所端。

圖1：基于圖像監控系統和SIP技術的視頻警務系統結構圖

視頻監控子系統

系統功能：利用現有的視頻矩陣系統級聯轄區內所屬各派出所的模擬攝像機，實現對轄區各派出所下各監控區域的實時視頻監控與圖像記錄，同時支持在公安指揮中心電視墻上切換視頻對講系統畫面。

主要設備：模擬攝像機、模擬視頻會議攝像機、模擬視頻矩陣、硬盤錄像機、視頻分配器、視頻編碼器、視頻解碼器、電視墻等。

視頻指揮對講子系統

系統功能：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控系統的攝像機，實現在公安指揮中心與各派出所、派出所與派出所間的遠程可視會話、遠程廣播、信息發布、遠程培訓、應急指揮調度等功能。聯動視頻監控子系統圖像資源，實現應急指揮時的實時視頻圖像共享功能等。

主要設備：室內模擬攝像機、SIP電話機、視頻編碼器、解碼器、視頻會議顯示器等。

通訊子系統

系統功能:利用現有公安專網資源，實現各類IP網絡設備的接入，同時實現派出所與分局、派出所與派出所間的網絡連接。

主要設備：光纖收發器、光端機、光纖網絡、交換機等。

數據流程

基于圖像監控系統和SIP技術的視頻警務指揮系統的數據路程如圖2所示：

視頻數據流向

圖2 ：基于圖像監控系統和SIP技術的視頻警務系統數據流程圖

圖3：基于圖像監控系統和SIP技術的視頻警務系統功能

前端模擬攝像機捕捉到的視頻信號傳到派出所（或分局）后，由視頻分配對視頻圖像進行分路，一路進入視頻矩陣后上電視墻輸出，另一路通過視頻編碼器對模擬視頻流進行數字編碼，把無法通過IP網絡傳輸的模擬信編制成可以被IP網絡所傳輸的數字信號進行傳輸，并進入公安圖像專網，存入專網上的網絡視頻存儲服務器。

音頻數據流向

聲音經網絡SIP話機編碼后的網絡音頻數據通過公安專網與網絡視頻會議服務器（MCU）對接，并由其將音頻文件轉發至目的SIP話機，由SIP話機將網絡數字音頻信號解碼為模擬音頻數據進行輸出。

音視頻同步數據流向

當一方要發起視頻會議等行為時，通過SIP話機撥打目的（派出所）地址。SIP話機將視頻會議的同步信號通過專網發送給MCU服務器，由MCU負責調用網絡視頻存儲服務器（NVR）上的所對應攝像機的實時畫面資源，并實現音、視頻同步后，由公安圖像專網傳送至目的地址設備。其中語音信號由SIP話機進行解碼并輸出，視頻信號由視頻解碼器進行解碼還原與輸出。

高清信息發布數據流向

高清推送服務器生成需要遠程發布的模擬數據信息（文字、高清視頻、高分辨率圖片等），并輸出至網絡高清編碼器，由其對模擬高清畫面進行編碼，編制成被IP網絡可以傳輸的數字信號后接入公安網，借由公安網將數據發送至各派出所的高清解碼器還原成模擬高清信號后進行輸出。

系統功能

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

現代警務系統扁平化的管理要求視頻警務指揮系統在案事件發生時和重大安保工作時，警令即時傳達到警務實戰部門即派出所，且在處理過程中實現實時交互。當遇到緊急情況發生時，公安系統內的任何一方可通過視頻會議系統快速的召集身處在各地的派出所警務人員（或指揮中心）召開應急會議。通過雙路視頻傳輸技術，可以在傳輸會議音、視頻圖像的同時聯動視頻監控系統，并以窗口的形式實時傳遞視頻監控資源（如案發現場、事故現場圖像、疑犯逃竄行進路線等），或其他數據內容，如：計算機文件、圖象、照片、文字內容等。進一步提高了警務人員在面對突發事件時的應對決策能力、提高應急指揮的效果處置緊急情況的速度。

關鍵技術分析

SipXecs

本次選用SipXecs作為“視頻警務指揮系統”中網絡電話關鍵技術。SipXecs是一個高伸縮性、企業級的通信解決方案。它是名為SIPFoundry的非盈利性、開源組織的一個獨立的產品。借助標準和基于開源環境，SipXecs向開發者提供低成本、易使用的服務應用，以及在其他系統中找不到的互操作性、功能和可伸縮性。

SipXecs基于SIP協議，可提供公安業務中所有需要用到的PBX的典型功能，包括：語音信箱、統一消息、自動總機、電話會議、出席，以及呼叫中心應用等。SipXecs同時也支持公安部《GB/T28181-安全防范視頻監控聯網系統信息傳輸、交換、控制技術要求》中對網絡攝像機、視頻編/解碼設備、數字硬盤錄像機（DVR）和報警設備的接入、注冊、建立/終止會話連接、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，將大大降低“視頻警務指揮系統”的開發成本和開發難度與風險，同時又滿足警務系統的所有應用功能。

H.264high profile視頻編碼技術

現階段，公安視頻監控系統以模擬攝像機為主，模擬攝像機的數據不能為IP網絡所識別并傳輸，因此需要利用視頻編碼器將其轉制成IP數字信號，方能在現有的公安視頻圖像專網上進行傳輸。而另一方面，公安視專網已經承載了整個公安系統的諸多業務系統數據的網絡傳輸，因此在選擇視頻編碼技術時，如何利用視頻編碼技術，在保證視頻圖像質量的同時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視頻編解碼標準是ITU-T和ISO合作的產物，H.264標準結合了H系列和MPEG系列的優點，充分考慮了IP網絡的特點，在多模式運動估計、整數變換、統一VLC符號編碼、分層編碼語法等方面有其獨到之處。H.264編碼標準的基礎上的改進，結合了IP網絡的特點，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有四種畫質級別，分別是BP、EP、MP、HP：

●BP-Baseline Profile：基本畫質；

●EP-Extended profile：進階畫質；

●MP-Main profile：主流畫質；

●HP-High profile：高級畫質。

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

音頻編碼技術

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

G.711基本音頻

基本音頻模式是G.711 log-PCM（對數脈碼調制）編碼解碼器，它是一種簡單的8kHz采樣頻率對數脈碼調制模式，長期以來它都是數字電話網絡主要的編碼方法。為3.4K 低品質音頻標準。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，因為速率相應變為48kbps或56kbps。G.711提供了出色的長話音質窄帶（3KHz音頻帶寬）語音、不太明顯的編解碼延遲（低于1ms）以及非常低的實現復雜性。G.723、G.729以及G.728等為后續發展的音頻編碼標準，壓縮效率有了很大的改善，音質仍舊是低品質的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 為音質更好、占用帶寬更低的音頻編碼協議。對音質有一定的改善，為7KHz 的音頻編碼。這種聲音類似于我們生活中的調頻FM收音機的聲音效果。

G.722.1 Annex C

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

千兆&萬兆以太網技術

作為“視頻警務指揮系統”的現有主要承載方式，公安視頻圖像專網主要由萬兆以太網、千兆以太網組成。

千兆以太網

千兆以太網提繼承了傳統以太技術價格便宜的優點，它采用了與10M以太網相同的幀格式、幀結構、網絡協議、全/半雙工工作方式、流控模式以及布線系統。由于該技術不改變傳統以太網的桌面應用、操作系統，因此可與10M或100M的以太網很好地配合工作。升級到千兆以太網不必改變網絡應用程序、網管部件和網絡操作系統，能夠最大程度地保護投資。此外，IEEE標準將支持最大距離為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。千兆以太網填補了802.3以太網/快速以太網標準的不足。

萬兆以太網

萬兆以太網規范包含在IEEE 802.3標準的補充標準IEEE 802.3ae中，它擴展了IEEE 802.3協議和MAC規范，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），10千兆位以太網也能被調整為較低的傳輸速率，如9.584640 Gb/s（OC-192），這就允許10千兆位以太網設備與同步光纖網絡（SONET）STS-192c傳輸格式相兼容。

結束語

隨著計算機技術、通信技術和網絡條件的發展。集音、視頻、圖形、圖像、文字、數據共享、公文流轉等為一體的多功能警務指揮系統，使越來越多的警務人員開始感受到網上辦公、遠程會議、遠程通信、遠程協作、遠程培訓等工作模式變革所帶來的優勢。如何利用科技手段來進一步提高警務工作效率將會是一項長期而重要的任務。