平安城市建设模式探索-图像监控系统080104创新

1、平安城市建设模式探索图像监控系统0 前言在我们国家构建和谐社会、建设小康社会的进程中，安全是大众最关心的热点，和谐必须要有安全。图像监控系统作为最具科技含量的科技强警手段之一，已经成为平安城市建设的重要组成部分。在此，笔者希望就公安图像监控系统的建设模式抛砖引玉谈一下自己的看法，希望和大家共同探寻公安图像监控系统的建设模式，能为国内公安用户解决在目前日益增长的业务需求下，视频图像监控系统所面临的部分问题。1 系统架构分析平安城市图像监控系统具有分布建设、共享使用的特点。具体表现为摄像头就近接入分局和派出所，在市局和其它单位都通过联网方式进行调用。这是一种比较典型的分布式树状结构，摄像机资源都集

2、中在最远端的叶子节点上（分局或派出所），最高权限的使用者反而聚集在根节点（市局），并且这种肥叶子（派出所）瘦枝干（分局与市局）的趋势越来越明显，监控点越来越倾向于就近接入派出所，分局与市局则逐渐演变为纯粹的资源使用者。分布示意图如图一所示。图一这种架构非常符合警力的实际部署情况，满足了基层单位日常工作中对本区监控图像的需要。配合着这种架构，为了保证市局领导坐镇市局指挥时具有最高的权力，必须对公安范围内所有监控节点的建设进行统一规划。由需求分析可知，在三层结构上的单位（市局、分局、派出所）各自都需要监控系统的基本功能。即派出所可以对本辖区内的图像进行控制；分局可以对分局建设的图像进行控制；市局对

3、直接接入市局的图像（转播车图像、复接图像）也可以控制。因此，无论是派出所、分局、市局，都是一个基本的监控节点，具有监控节点的一切功能。其次，公安分局要控制派出所的图像；市局要控制各分局、派出所的图像，推而远之，其他分局、派出所也可通过市局的中转而对其他分局、派出所的图像进行控制。因此这些基本的节点之间除了独立工作之外，又需要连接起来，构成一个可以互相操作的联网系统。平安城市图像监控系统就是由多个单机节点构成，在满足单机节点功能要求的前提下，节点之间互联起来形成互联互控的大型网络化监控系统。笔者认为，图像监控系统的核心应分为两部分建设：联网平台，实现各孤立监控节点的联网共享功能；切换控制平台，实

4、现各监控节点视频资源输入、输出切换控制功能。在下面的章节，将对这两部分内容进行简单的剖析。2 联网平台建设早期视频监控系统都是单节点孤立系统，没有考虑联网平台建设需求，但随着平安城市视频建设的深入开展，孤岛系统完全不能满足城市范围的监控需求，只有分片建设、共享使用才是平安城市监控建设的出路。联网平台的建设模式分为两种：基于RS232串口的联网通道；基于TCP/IP协议的联网通道。第一种联网方式属于早期的联网模式，其缺陷主要为: RS232数据的传输速率低、节点不能任意编号，使网络规模受到限制、系统设置繁琐与不支持远程管理加大了系统扩容时的整体工作量；多级连接之间使用存储转发机制逐级收转，控制信

5、号传输过程中一旦产生误码，会出现一台主机接收了误码后进一步影响临近的主机，从而蔓延到全网造成全网瘫痪。另外，配置复杂、往往对不同厂家矩阵不兼容、不具备全网管理权限、不具备多路由功能等。第二种联网方式是一种基于高级网络协议的联网模式，借助于公安网络，实现控制信号的交互。该种联网方式的优势为：l 能够对数百个监控系统节点进行统一管理和联网，适应不同规模的联网管理要求。用户从任何一个控制中心可以操作控制其它控制中心的摄像机、存储设备等资源。l 能按照公安图像通信网络体系，对前端摄像点进行统一编号和逐级联网，联网用户可随意对本地或根据授权对其他单位前端摄像点进行实时操作、控制。l 能对不同等级、公安内

6、外联网单位的用户权限进行分级管理，在必要时远程切换向公安外单位提供的图像监控信息。l 系统可实现完善的权限控制机制，可对任何摄像机、用户、用户组进行灵活的权限设置和级别管理。对信息的修改实时生效，可随时允许和禁止任何资源对任何用户的访问，包括对内和对外提供的图像。l 能实现对全网干线资源的统一调度，实现干线资源的动态、合理分配。l 系统联网支持多种组网拓扑结构；具备干线和路由管理功能；优化透明的动态路由选择算法；支持多路由，可实现路由备份。l 全网中的局部配置调整后，自动更新全网系统配置，方便维护管理。系统资源的修改只需在资源相关的节点修改，其他节点自动获得更新的内容，无须手动逐一更新。因此，

7、笔者认为图像监控系统的联网模式建设主要应该依托于专用公安监控网络，联网平台是监控节点控制信号对外的唯一出口即网关的作用，其它各监控系统的硬件均在联网平台的架构之下。同时，联网平台应具备串口接入功能，可将其它非公安网的社会节点资源（例如小区、市政等单位）并入到整个公安监控网络。3 切换控制平台建设切换控制平台的建设总体分为两种：模拟切换控制平台、数字切换控制平台。目前已建的监控系统大都采用的是模拟切换平台，即采用光端机模拟矩阵（或硬盘录像机）的方式。一个以模拟视频为主的应用系统的搭建需要加入大量的中间接入设备：如光端机、矩阵、视分器、码分器等等，而这些设备又可能是不同的品牌、不同的型号以及不同的

8、品质，这样就导致了整个系统过于复杂，无法做到统一、方便和有效的管理。 视频信号需要经过多次的A/D、D/A转换，图像质量无法得到保证。模拟的视频信号每经过一次传统模拟矩阵都产生一定的损耗。这样，在系统规模较大，需要对输入输出扩容或多点/多级联网的时候，信号的衰减就成为了系统性能的瓶颈。所以模拟矩阵在面对大规模的、多级别远距离联网等诸多问题显得力不从心。而且这种控制模型对系统的输入、输出容量有一定的限制，当系统规模发展到一定的程度，很难在对其进行扩容建设。采用这种方式的优点是成熟稳定，各工程商基本都有能力搭建这种控制平台。图二为经过两级联网节点后，图像信号衰减图：图二由图二可知，经过3级以上传输

9、后，视频衰减频率特性表现为：幅度衰减大，高低频衰减差异也很大，行同步头幅度减小，前后沿拖尾，色同步头也所剩无几。直观表现上就是图像上有有规则的细斜纹图案，飘动状干扰图案，严重的甚至有雪花点。 摄像机原图像 经过多级传输后的图像数字切换平台是随着计算机以及网络技术的发展，在近几年出现的技术。数字切换平台的发展分为两个方向：依托于编解码器的压缩数字图像平台；依托于专用光纤的非压缩数字图像平台。n 依托于编解码器的压缩图像平台以视频压缩模块（或视频编码软件）代替模拟矩阵中的视频输入模块，以视频解压缩模块（或视频解码软件）代替模拟矩阵中的视频输出模块，以网络视频服务器代替模拟矩阵主机，以基于TCP/I

10、P协议的IP网代替模拟总线（或模拟视频总线结合IP控制总线），以数字高速处理芯片代替模拟电开关，运用高速处理芯片的运算完成视频从输入到输出的切换。系统结构如图三所示：图三这种技术目前大多采用的是MPEG4/H.264有损图像压缩编码，这种技术手段的重要关键词就是“有损压缩”，依靠丢掉大量冗余信息来降低数字图像所占的空间，尽量在有限的IP网络上传输大量的视频资源，提高传输速度，但必须以牺牲图像质量为代价。因此这就形成了一个矛盾，图像清晰度低，不利于视频实时分析；平安城市建设的视频业务数据量具大，难以实现大容量的视频传输和交换；由于IP网络数据包的交换与传输，误码和丢包故障较多且不易判断。鉴于上述

11、技术分析，具体反映在整个监控系统上将会不同程度地出现图像时延增大（5001000ms以上）、停顿、跳帧以及分辨率下降等图像受损现象。这对图像清晰度、实时性要求很高的公安警卫安保和道路交通（大动态车流画面）等专业级监控来说以目前的产品技术水平暂时难以胜任。究其本质，这些问题的出现都和目前的纯数字压缩应用所依赖的网络条件有关。首先，更高带宽的网络系统，如万兆网等系统应用刚刚开始，自身的稳定性还需要更多的考验，技术的发展远远落后于当初的预期；其次，目前的TCP/IP协议当时是为数据传输来制定的，创立之初并没有为流媒体提供单独优先级的通道划分，它无法为保证某项业务划分专用通道，而视频等流媒体信息对带宽

12、的占用和实时性的特质，导致它在TCP/IP的基础上传输的时候一旦数据丢失，无法弥补。而据说可以解决流媒体传输问题的IP V6协议，虽然在协议层可以解决该问题，但是协议的产品化配合问题，由于牵涉到巨大的现有网络投资和众多厂商的配合问题，笔者认为在5年内还很难有根本性推广。但是，在每个监控节点内部，可辅以这种技术，例如在分局建设10路编码器，10路压缩图像只限于本地局域网内部，那么这10路压缩数字图像对于本地高达几个G甚至几十G的交换机带宽来说就不会产生很大的负载，而且可以方便局域网内部的PC调用。n 依托于专用光纤的非压缩数字图像平台依托于专用光纤，将摄像机采集的视频信号以全数字、非压缩的方式传

13、输至中心端，通过中心端大容量的数字背板总线技术，提供大容量、高速率、无延时的视频传输、交换能力；全网视频数字化，经过多级传输交换无损，保证高质量的画质。这种技术可通过任意形式的网络拓扑结构，包括：环型（自愈）、相切环、相交环、星型、总线链路和混合型，满足公安用户多级视频联网需求。依托网管系统的功能强大，在统一的平台上完成对最前端的接入设备到核心汇聚设备的监控，对系统中各种设备进行在线管理、维护、配置。实时在线检测网络运行状态，动态分配网络资源带宽，使网络运行达到最佳状态。系统结构如图四所示：图四同时，这种技术可为今后百万象素高清摄像机的应用提供传输与交换通道，这是模拟切换平台与压缩数字平台所不具备的。但是，专用光纤非压缩数字图像平台实现费用相对较高。笔者认为，切换控制平台的建设不是一定要采用哪种固定的技术，而是要在现有资源的基础上，根据业务功能的实际需要，整合现有资源，同时着眼于技术的发展趋势对新建系统进行规划。原有模拟切换平台可充分利用，作为本地视频资源的切换控制机构；同时，在局域网内部构建基于编解码器的压缩图像平台，利用无处不在的以太网，实现图像的桌面化调用功能。结合目前发展的前沿技术，构建数字非压缩图像平台，作为各子监控节点的视频干线联网机构，提高