基于CDMA信道倍增的警用移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)

林建輝，楊 超

（湖北警官學(xué)院 湖北 武漢 430035）

隨著我國政治、經(jīng)濟的不斷發(fā)展，社會公眾在物質(zhì)條件極大提升的同時對社會治安環(huán)境提出了更高的要求。而同時，轉(zhuǎn)型時期的貧富分化和分配沖突引發(fā)的社會矛盾日益突出，科技發(fā)展使得新的犯罪形式不斷出現(xiàn)、犯罪速度不斷加快，各類突發(fā)性事件和群體性事件使得執(zhí)法環(huán)境日益嚴峻而且對公安部門執(zhí)法能力的要求不斷提高。與之對應(yīng)，公安信息化建設(shè)工作中的各類視頻監(jiān)控系統(tǒng)對及時反饋現(xiàn)場信息、迅速接受動作指令、有效打擊犯罪和控制局勢以及合理保護自身合法權(quán)益，都發(fā)揮著重要作用[1]。本設(shè)計基于CDMA多通道技術(shù)的巡邏車視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以安裝在巡邏車輛上，通過警車移動監(jiān)控錄像及無線指揮系統(tǒng)，跟蹤記錄執(zhí)法現(xiàn)場的全部情況，包括出警情況、所在位置、車輛狀態(tài)等信息，圖像可以實時傳輸?shù)街付ú块T，將所有警車的現(xiàn)場情況進行集中匯總，便于指揮員進行指揮調(diào)度和管理。

1 基于CDMA多通道技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了3個階段。在九十年代前以模擬設(shè)備為主的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)稱為第1代模擬監(jiān)控系統(tǒng)；九十年代中期基于PC機的多媒體主控臺系統(tǒng)稱為第2代半數(shù)字化本地視頻監(jiān)控系統(tǒng)；九十年代末，以高帶寬、高性能計算、海量存儲以及智能視頻處理技術(shù)為基礎(chǔ)的全數(shù)字化遠程視頻監(jiān)控，稱為第3代遠程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

作為一種無線通訊技術(shù)，CDMA （Code Division Multiple Access，碼分多址），CDMA可以讓所有使用者同時使用全部頻帶（1.2288Mhz），而其他使用者發(fā)出訊號視為雜訊，在通訊過程中不需要考慮訊號碰撞 （collision）。由于其特殊的編碼形式，CDMA的通訊質(zhì)量較高，對周圍環(huán)境的噪聲可以有效屏蔽。從安全性上說，CDMA有良好的認證體制，可以有效防止信道被竊聽。CDMA多通道是一種碼分多址多路捆綁技術(shù)英文縮寫 （Code Division Multiple Access Multi-channel），它是在國家CDMA通信基礎(chǔ)下將2、4、8個工業(yè)級別終端模塊進行多通道（多卡）的疊加捆綁，整合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膸捹Y源，提供穩(wěn)定帶寬資源來傳輸視音頻信號[2]。

本設(shè)計的CDMA移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用CDMA技術(shù)進行視頻數(shù)據(jù)的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，采用了先進的視頻壓縮算法H.264、流媒體視頻數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)解決方案，整合了CDMA數(shù)據(jù)通訊功能和數(shù)字視頻編碼功。系統(tǒng)將攝像機圖像進行壓縮，通過智能無線通訊終端發(fā)射到CDMA網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的交互、發(fā)送/接收、加解密、加解碼，鏈路的控制維護等功能。根據(jù)應(yīng)用，把實時動態(tài)圖像傳到距離用戶最近的聯(lián)通通信網(wǎng)絡(luò)。可以通過Internet從系統(tǒng)中控端得到實時圖像信息。該系統(tǒng)整合了CDMA網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，在空間和距離上產(chǎn)生突破性拓展。系統(tǒng)設(shè)計的前端視頻監(jiān)控點（可以集成GPS功能）可以適用于車輛上及警察個人。車載視頻在每輛巡邏車的頂部或擋風(fēng)玻璃后面安裝，設(shè)備電源部分可直接連接車輛電池上或通過車載逆變器供電；個人系統(tǒng)可采用便攜終端集成數(shù)字DV采集進行單向傳輸至巡邏車輛。

2 需求分析

在國外許多警務(wù)應(yīng)用實踐中，警務(wù)部門一般既派遣裝備了移動視頻前端網(wǎng)關(guān)的步行外勤巡邏人員，同時還與安裝在警車和警用摩托車（中國其他部門類同）結(jié)合使用。通過現(xiàn)場調(diào)配、合理分工、均衡部署，各自發(fā)揮優(yōu)勢，監(jiān)控不同區(qū)域或部位，不僅將現(xiàn)場情況傳回控制中心，還將實時視頻傳到不在現(xiàn)場的各級指揮員的手機、PDA或筆記本電腦上，讓他們在同一時間、不同地點接收[3]。

1）由于執(zhí)法現(xiàn)場的工作特點是移動性、突發(fā)性、緊急性、危險性，如何提高公安人員的辦案效率和保證指揮中心實時了解現(xiàn)場發(fā)生的情況；

2）在執(zhí)行任務(wù)時，現(xiàn)場的圖像畫面要實時回傳到指揮中心，便于領(lǐng)導(dǎo)指揮和調(diào)度；除此，還可以監(jiān)看我們執(zhí)法人員的執(zhí)法畫面，做到文明執(zhí)法；

3）可以做臨時布控監(jiān)視點，節(jié)約警力，避免分散，從而集中性地打擊犯罪；

4）在需要長時間對某一個固定地點進行蹲守時，可以安裝有移動視頻設(shè)備，以協(xié)助警察全方位觀察現(xiàn)場周邊情況；

5）交通執(zhí)法移動視頻指揮系統(tǒng)可根據(jù)應(yīng)急指揮系統(tǒng)要求，用于突發(fā)性事件或其它特殊情況的現(xiàn)場處理和控制；

6）通過車載系統(tǒng)掌握網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的音視頻情況。可在車內(nèi)隨時觀察、控制、接收、錄制車輛周邊的音視頻信息，利用車上可控制的攝像機選擇不同視角觀察所在地的現(xiàn)場情況；

7）實現(xiàn)對現(xiàn)場情況/處警過程的實時錄像，并無線傳輸錄像文件保存到公安錄像文件數(shù)據(jù)庫，以便后續(xù)查詢?nèi)∽C。

文中設(shè)計系統(tǒng)可使用戶通過本地控制對車輛監(jiān)控設(shè)備進行操作以對現(xiàn)場情況做到全面的監(jiān)控瀏覽。在車載終端中插入兩張聯(lián)通CDMA無線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)卡，設(shè)備將圖像上傳到系統(tǒng)監(jiān)控中心，用戶就可通過瀏覽器對監(jiān)控現(xiàn)場的情況進行觀看，采集實時全面的資料，對巡邏執(zhí)勤全程、或突發(fā)事件全過程高清晰度錄像，用于事件回放、現(xiàn)場取證，為追究罪犯或犯罪嫌疑人法律的責(zé)任，提供司法證據(jù)。通過無線智能視頻系統(tǒng)，還可改善外勤執(zhí)勤人員在監(jiān)督和控制公眾事件、公共活動時的行動控制能力，應(yīng)用事件錄像回放和分析，不斷提高、細化指導(dǎo)外勤人員的執(zhí)法能力和外勤人員的自我約束力。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

CDMA移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)是基于聯(lián)通的CDMA網(wǎng)絡(luò)，主要由視頻的采集壓縮模塊、無線的數(shù)據(jù)傳輸模塊和中心的監(jiān)控管理平臺3部分組成：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔明了，擴展性好，能適應(yīng)多變的監(jiān)控要求。

1）前端視頻采集模塊

前端的視頻采集模塊實現(xiàn)的功能是從普通的視頻攝像頭中捕捉瞬時的視頻信號，然后壓縮。該模塊支持不同的壓縮比和圖像大小，用戶可以根據(jù)需要選擇不同型號產(chǎn)品[4]。

2）無線傳輸模塊

視頻采集壓縮后就可以將壓縮好的視頻圖像文件傳送到中心：傳送的方式是通過聯(lián)通的CDMA網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)具有CDMA的PPP撥號過程，并嵌入式地實現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議、POP3/SMTP協(xié)議，同時支持動態(tài)IP。

3）監(jiān)控中心

監(jiān)控中心只要是一臺具有公網(wǎng)IP或者域名的服務(wù)器即可。啟動服務(wù)后，就等待各個監(jiān)控終端的連接，對于始終在線模式的終端，可以按照需要查詢當(dāng)前的圖像情況，也可以自動不停地記錄監(jiān)控點的圖像變化[5]。

使用時，首先啟動CDMA 1X車載無線視頻終端（含攝像頭），設(shè)備按照設(shè)定的參數(shù)自動運行，通過攝像頭進行視頻采集，并在本地進行壓縮編碼。同時連接聯(lián)通CDMA 1X無線網(wǎng)絡(luò)，建立數(shù)據(jù)鏈路。視頻傳輸設(shè)備通過CDMA 1X無線鏈路將編碼后的視頻信息實時傳送到監(jiān)控中心的視頻管理服務(wù)器，運行在視頻管理服務(wù)器的視頻處理程序?qū)⒔邮盏降囊曨l信息重新合成，通過發(fā)布程序進行視頻實時發(fā)布。用戶根據(jù)權(quán)限，使用客戶端軟件，就可以觀看實時的視頻。

3.2 信道倍增的傳輸機制

CDMA 1X系統(tǒng)的標(biāo)稱峰值速率為153.6 kbit/s。而在實際應(yīng)用中CDMA的上傳速率在一般的應(yīng)用中只能達到50～60 kbit/s左右，遠無法達到峰值。因此，無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)所能輸送的數(shù)據(jù)量不能太大，否則會造成數(shù)據(jù)丟失而達不到傳輸?shù)淖畛跄康摹榱颂嵘齻鬏斔俾剩到y(tǒng)利用多通道數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，捆綁多個CDMA鏈路通道，同時在傳輸控制中結(jié)合使用多路捆綁處理技術(shù)，以及H.264+壓縮復(fù)用技術(shù)[6]，如圖1所示。

圖1 多路捆綁傳輸Fig.1 Channel multiplied&communicated

多通道在同時傳輸?shù)那闆r下，雙通道速率將會是單通道的1.5倍左右，那么，多道的傳輸速率將會是：

（單信道實際傳輸）×1.5=（實際傳輸）kbps按照這個速率來傳輸視頻圖像，配合優(yōu)化視頻壓縮算法，無線視頻監(jiān)控完全可以取得很好的效果。通過攝像機采集現(xiàn)場實時視頻模擬信號，通過視音頻線纜連接到CDMA多通道主機上將其轉(zhuǎn)換為適合在窄帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號，經(jīng)過DSP處理技術(shù)，將視頻信號通過CDMA多通道捆綁主機以無線信號形式傳輸?shù)竭h端應(yīng)急管理中心，管理指揮中心控制服務(wù)器接收并控制前端傳回的視頻圖像并錄像。通過電纜將視頻圖像輸出到監(jiān)視大屏幕上，其它分控中心工作人員可以通過筆記本電腦，PDA智能手機調(diào)用時實圖像信息。

3.3 監(jiān)控中心設(shè)計

監(jiān)控中心連接中國聯(lián)通（或其他運營商）數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，CDMA1x車載無線視頻終端將數(shù)據(jù)發(fā)送到擁有中國聯(lián)通（或其他運營商）的固定IP的計算機視頻管理服務(wù)器上，本地通過局域網(wǎng)登陸計算機視頻管理服務(wù)器觀看實時視頻，并可將實時視頻圖像通過視頻解碼器送到電視墻上。

在公安局監(jiān)控中心設(shè)置一臺服務(wù)器作為中心管理服務(wù)器，安裝管理軟件，用來集中設(shè)備管理、用戶管理、認證管理、權(quán)限管理、視頻轉(zhuǎn)發(fā)、錄像管理、報警管理以及數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)發(fā)等。監(jiān)控中心架設(shè)如圖2所示。

圖2 監(jiān)控中心部署Fig.2 Deployment of monitoring centre

中心還需要一臺路由器及一條含固定IP地址的聯(lián)通專線，其帶寬則根據(jù)前端監(jiān)控點數(shù)量來申請。同理，監(jiān)控中心存儲容量根據(jù)監(jiān)控點數(shù)量以及視頻圖像碼率來決定。設(shè)監(jiān)控點數(shù)為n，視頻碼率為v（k/s），數(shù)據(jù)信息保留15天，則每天最大存儲量約為：

與傳統(tǒng)的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，CDMA移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有一些獨特的優(yōu)勢。系統(tǒng)采用最新的、壓縮比極高的H.264視頻壓縮算法，網(wǎng)絡(luò)圖像傳輸時在低帶寬條件下傳輸高畫質(zhì)、流暢圖像，在高速車載視頻監(jiān)控條件下，實現(xiàn)完整的視頻監(jiān)控解決方案；增強型的CDMA移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)最高可以實現(xiàn)流暢的15幀/s的高清晰圖像效果，并充分利用網(wǎng)絡(luò)隧道、128位加密算法、防火墻/VPN、加密鎖、權(quán)限管理、安全認證、實時時鐘等技術(shù)，保證監(jiān)控系統(tǒng)和錄像資料不被越權(quán)使用和破壞，確保系統(tǒng)安全性能。同時，系統(tǒng)可擴展成為分布分級式管理，使得各類用戶可以不受時間、空間限制對監(jiān)控管理目標(biāo)進行實時監(jiān)控、實時管理、實時查看、實時指揮。

4 結(jié) 論

快速反應(yīng)、扁平指揮、規(guī)范執(zhí)法以及現(xiàn)場證據(jù)保全已經(jīng)在在當(dāng)前公安執(zhí)法中占據(jù)了核心作用。文中設(shè)計系統(tǒng)可以有效解決警力不足的難題，提高突發(fā)事件的響應(yīng)速度，同時錄像資料還可以作為執(zhí)法證據(jù)，在發(fā)生暴力抗法事件時保護警方的合法權(quán)益。同時，其中部分內(nèi)容可以向公眾開放，增加行政透明度，提升執(zhí)法人員的執(zhí)法形象和效率，且能作為電子證據(jù)使用，促進社會更加和諧。

[1]上海市公安局黃浦分局課題組.信息化條件下警務(wù)工作體制機制的改革與創(chuàng)新[J].公安研究，2011（4）:9-14.Research group of Shanghai police station Huangpu branch.Revolution and initialization on policing mechanism at the background of informationization[J].Police Researchs，2011（4）:9-14.

[2]陳威兵，張剛林.移動視頻車輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機工程與設(shè)計，2011，32（5）:1572-1575 CHEN Wei-bing，ZHANG Gang-lin.Design and realization of mobile video surveillance system for vehicles[J].Computer Engineering and Design，2011，32（5）:1572-1575.

[3]吳怡，蔡堅勇.一種基于雙CDMA信道的動態(tài)視頻傳輸質(zhì)量控制策略[J].微計算機應(yīng)用，2009，30（12）:27-33 WU Yi，CAI Jian-yong.A QoS mechanism for video transmission based on double CDMA 1x[J].Microcomputer Applications，2009，30（12）:27-33.

[4]吉海，曾慶彬.基于混合組網(wǎng)模式的鐵崗石巖水庫IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J].中國農(nóng)村水利水電，2011（4）:165-167.JI Hai，ZENG Qing-bin.Tiegang&shiyan reservoir IP network video monitoring system based on complex networking mode[J].China Rural Water and Hydropower，2011（4）:165-167.

[5]李華民.視頻服務(wù)器與視頻編碼技術(shù)及其發(fā)展趨勢的分析研究[J].中國安防，2011（5）:43-46 LI Hua-min.Research on video server and video coding technology and its development trend[J].China Security&Protection，2011（5）:43-46.

[6]劉小成，曹默.H.264解碼器設(shè)計與算法優(yōu)化[J].微計算機信息,2011，27（5）:90-92.LIU Xiao-cheng，CAO mo.Design of H.264 decoder and the optimization ofalgorithm[J].MicrocomputerInformation，2011，27（5）:90-92.