平安城市建設中視頻多業務綜合處理及級聯的技術架構

文│ 寧波三維技術有限公司 葉利芳

1 前言

在各地平安城市建設中，各地公安機關都把城市治安動態視頻監控系統作為一項重要的技術手段。

隨著社會經濟的發展，人民生活水平不斷提高，對居住環境的要求也越來越高，與此同時，隨著社會的不斷開放、人員往來的不斷增加，特別是外來人口的流動增加，治安形勢日益變得嚴峻，加強對轄區各路段、企事業單位、行政街道等的治安管理變得十分迫切，對此，各地公安機關已意識到在增加警力、加強裝備以增強治安防范能力的同時，必須依靠科技的手段與力量，以技術防范來改善、加強整體的防范能力，加強對轄區各道路路面的監管，快速處理各類事故，及時地控制罪案的發生，防患于未然。即使發生了警情，也可以快速地組織警力迅速出擊，提高對犯罪的快速反應能力，有效制止案件的發生，提高破案率。

2 城市治安動態視頻監控技術分析

目前應用于城市治安動態視頻監控系統的視頻解決方案主要有以下三種：

（1）以模擬矩陣為核心的視頻監控系統

矩陣自從問世以來就在監控領域占據著非常重要的地位，“模擬攝像機+光端機+視頻分配+模擬矩陣+DVR”逐漸成為視頻監控系統的主流建設模式，同時在城市治安監控行業占據了大量的市場份額。

隨著城市的不斷發展，系統規模的擴大及各個系統的相互融合必然成為系統發展的趨勢。核心設備采用多功能（包括視頻接入、切換控制、分配存儲、平臺管理等）集成的DMS（Digital Management and Storage）存儲控制系統解決方案，結合公安視頻信息專網和二級數字視頻共享平臺，為大規模的城市治安動態視頻監控系統提供了實用的解決方案。

早期的城市治安動態視頻監控系統大都采用這種解決方案，這是各地公安機關建設城市治安動態視頻監控系統的基礎架構，在數字高清普及的今天，這種技術架構也還具有積極的應用價值，因為它能很好地滿足公安實戰應用所要求的快速響應、上下級聯等功能要求，真正做到公安機關對城市治安動態視頻監控系統所要求的“雙鏈、雙備、互控”（注：雙鏈是指公安所要求的級聯鏈路和平臺鏈路）。

（2）基于IP網絡的數字視頻監控系統

網絡技術的發展促使基于IP網絡的視頻監控系統應用日益廣泛。在對視頻傳輸質量、控制實時性要求很高的城市治安動態視頻監控領域，必須采用獨特而尖端的網絡通信技術與系統架構，來解決IP網絡傳輸實時視頻流的難題，如采用NGN架構、IP組播技術、雙流技術、直接iSCSI封閉等。這是目前數字高清視頻監控系統所普遍采用的解決方案。

隨著視頻編解碼技術和網絡存儲技術的快速發展，高清視頻有了網絡傳輸和存儲的可能，利用最先進的編碼技術將高清的圖像壓縮成易于傳輸和存儲的大小，為數字高清視頻監控系統的快速發展奠定了基礎。

同時隨著CMOS技術的日益成熟以及720P、1080P高清攝像機的推出，很多廣播級的IP視頻技術都被大量引入到視頻監控應用中，使視頻監控圖像的質量得到了大幅提升。

（3）基于專用傳輸平臺的數字視頻監控系統

針對大規模城市治安動態視頻監控系統建設所要求的快速響應、數字化、無延時、高清晰等先進功能，推出了基于專用傳輸平臺的數字視頻監控系統。

基于專用傳輸平臺的數字視頻監控系統是以光纖傳輸視頻、音頻、以太網數據等具有數字背板交換總線功能的綜合數字視頻解決方案。它通過光纖介質以任意形式的拓撲結構，實現分布式的監控節點設備互聯，將接入的多業務數據，通過先進的數字背板交換總線結構實現自動路由和全網交換，從而為需要大容量、高效能、無延時的城市治安動態視頻監控聯網系統，提供完整的解決方案。

3 視頻多業務綜合處理的需求背景

早期的平安城市項目建設中，各地公安機關一般以公安分局為項目主體組建以模擬矩陣為核心的視頻監控系統，根據創建平安城市的總體要求，在轄區內采用當時較先進的模擬攝像機、模擬控制矩陣和數字硬盤錄像機進行城市治安動態視頻監控系統建設，并采用矩陣聯網的模式實現各派出所及分局的互聯互控。

隨著數字高清視頻監控系統的發展，IP高清攝像機帶來了視頻監控圖像質量的大幅提升，大量的高清視頻為公安機關后期取證、破案提供了主要線索，也為各種涉案視頻智能分析提供了充足的信息來源。

在此背景下，采用數字高清視頻監控已是大勢所趨，如何兼容原模擬標清與現數字高清混合接入綜合處理，并滿足公安機關上下級聯的實戰應用要求，成為當前城市治安動態視頻監控系統建設的技術難題。

4 綜合處理及級聯的系統設計思路

為保護原有系統投資，也為了保持原有系統快速響應、上下級聯及“雙鏈、雙備、互控”的性能優勢，原模擬標清接入的系統必須與現有數字高清接入的系統相融合。

級聯設備的互聯互控要求在保持原矩陣控制系統級聯整體結構與功能的基礎上，實現模擬標清圖像資源與數字高清圖像資源在級聯鏈路上的聯網控制。在功能的實現上，采用在各聯網節點（各派出所、公安分局等）增設多業務綜合處理平臺的方法，把標清模擬圖像資源與高清數字圖像資源進行整合處理，在本地電視墻調度顯示外，還可保證在各聯網節點（各派出所、公安分局等）級聯鏈路上進行聯網控制，達到各轄區多類型圖像資源的互聯互控。

多業務綜合處理平臺是結合上述三種視頻監控技術、利用模擬矩陣標清接入、數字IP高清接入、專用傳輸平臺級聯而實現多種視頻資源處理及聯網控制的綜合性解決方案。

5 綜合處理及級聯的技術架構設計

為了實現視頻多業務綜合處理及級聯功能，分局和下屬派出所設立多業務綜合處理平臺，整合已經建設的模擬標清攝像機和新建數字高清攝像機資源。

為保證系統前期投入，原模擬矩陣和新建多業務綜合處理平臺實現無縫集成，二者合而為一，使用統一鍵盤可以對原有模擬標清攝像機和新建的數字高清攝像機進行切換和控制，實現標清、高清混合輸出。同時，分局和下屬派出所多業務綜合處理平臺實現級聯。

（1）派出所系統架構

派出所是整個城市治安視頻監控系統的基層單位，轄區內各派出所原有模擬視頻均直接接入視頻矩陣，通過模擬視頻矩陣聯網來實現互聯互控。目前由于有高清的接入，模擬矩陣已不能滿足新的需求，利用多業務綜合處理平臺，在接入高清前端的同時將無縫地集成現有的模擬矩陣，二者合而為一。

多業務綜合處理平臺和原模擬視頻矩陣通過建立視頻通道的方式并借助于多協議系統集成器來實現系統間的無縫集成。同時，為了最大程度的保留系統前期投入，已建模擬前端、模擬矩陣、存儲方式可以保持不變。如派出所矩陣為DMS存儲控制系統，存儲還是在DMS存儲控制系統內（如圖1所示）。如派出所矩陣為PELCO等傳統矩陣，存儲還是在數字硬盤錄像機中（如圖2所示）。

高清信號直接由高清接入板接入多業務綜合處理平臺，同時通過混合解碼輸出板，輕松實現標清信號與高清信號在同一輸出通道上實現解碼上墻。

圖1 派出所系統結構1

圖2 派出所系統結構2

（2）分局系統架構

分局采用多業務綜合處理平臺與原有模擬矩陣無縫集成，同時與下級派出所的級聯設備實現互聯互控。其系統結構如圖3所示。

分局作為一級控制網絡和各派出所之間形成星型連接，通過一芯光纖直連各派出所，能夠同時雙向調用64路圖像，包括數字高清信號及模擬標清信號。

在分局對派出所的高清圖像并發訪問數量大的情況下，可以在機箱中增加流媒體模塊，通過設置流媒體服務器做視頻流的轉發，保證前端新增加的各種數字與模擬信號可以順利訪問。同時，分局監控中心的流媒體單元承擔至市局和分局的上傳、下調、轉發工作，減小平臺壓力，保證系統可靠性。

（3）對高清視頻的接入與管理

前端IP高清視頻節點組成前端子網，由前端子網管理平臺獲取實時視頻流，再由流媒體服務模塊負責轉發視頻流，統一接入公安視頻信息網。前端IP設備支持ONVIF核心規范，多業務綜合處理平臺和二級數字視頻共享平臺可以通過ONVIF協議去獲取視頻流，完成視頻流的轉發、控制等操作。

（4）架構特點

多業務綜合處理平臺，與原系統模擬矩陣通過建立視頻通道的方式并借助于多協議系統集成器實現無縫集成，同時接入IP數字高清圖像，滿足公安實戰應用的需要，提供更豐富的圖像信息資源。其系統構架，如圖4所示。

多業務綜合處理平臺采用視頻綜合處理技術、光傳輸背板交換技術、IT平臺架構技術等先進理念，從前端的業務接入層到匯聚傳輸層、核心處理層全數字化綜合處理，保證任意級聯后視頻的無衰減、無失真。同時，獨特的數字背板總線設計，使吞吐量高達80G的背板總線帶寬，能夠提供大容量、高速率、無延時的視頻傳輸、交換能力。

多業務綜合處理平臺保證了級聯鏈路中的模擬、數字混合接入與傳輸，與數字共享平臺分開管理，給“雙鏈、雙備、互控”提供了充分保障。

多業務綜合處理平臺應用特點，如表1所示。

表1 多業務綜合處理平臺應用特點表

6 結束語

在各地平安城市建設中，為適應數字高清監控技術的應用需求，可以靈活應用視頻多業務綜合處理及級聯技術架構，來升級建設原有城市治安動態視頻監控系統。作為高科技治安手段，城市治安動態視頻監控系統利用視頻多業務綜合處理及級聯的技術解決方案，運用當今先進的微電子技術、網絡通信技術和計算機處理技術，為新形勢下的平安城市建設提供更有力的技術保障。

圖3 分局系統結構

圖4 系統架構示意圖

1 張慶海.視頻監控系統綜合實訓.西安電子科技大學出版社，2012

2 雷玉堂.安防視頻監控實用技術.電子工業出版社，2012

3 王輝等.智慧城市.清華大學出版社，2010

4 梁篤國.網絡視頻監控技術及應用.人民郵電出版社，2009

5 金國華.平安建設與社會治理.上海社會科學院出版社，2007