公安監控圖偵集控系統研究內容概述

魏利梅 張寶富 丁楊俊

摘 ?要：本項目結合當前技術偵查對于監控圖偵隱蔽部署、快速上案的應用需求，通過非標準視頻協議中間件技術、視頻接入網關技術、二次轉碼技術、流媒體匯聚技術研究，旨在構建一個公安監控圖偵集控系統，實現對技偵破案過程中的監控資源最大限度地整合，為快速實現案件偵破助力。

關鍵詞：監控圖偵;監控圖偵集控系統;熵編碼

中圖分類號：TN948.6 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）13-0027-02

Summary of Research Contents of Public Security Surveillance Map Detection and

Control System

WEI Limei1，2，ZHANG Baofu1，2，DING Yangjun1，2

（1.The Third Research Institute of the Ministry of Public Security，Shanghai ?200031，China;

2.Shanghai International Technology & Trade United Co.，Ltd.，Shanghai  200031，China）

Abstract：This project combines the current technical investigation needs for the detection and covert deployment of surveillance images and the rapid application of cases，through non-standard video protocol middleware technology，video access gateway technology，secondary transcoding technology，and streaming media convergence technology. The purpose is to build a public security surveillance chart detection control system to achieve the maximum integration of supervision and monitoring resources in the process of technical investigation and detection，and to facilitate the rapid realization of case detection.

Keywords：monitoring graph detection control;monitoring graph detection control system;entropy coding

0 ?引 ?言

近年來，圖像視頻監控蓬勃發展，圖偵正逐步成為公安機關偵查辦案過程中獲取證據、線索的重要組成部分。國內外眾多視頻監控領域的組織機構對社會監控資源整合進行了研究，并對網絡中視頻信息資源實現了監控網絡互聯互控。

本項目的主要研究內容是綜合國內外研究經驗和技術，針對公安技術偵查監控實戰的異構監控資源整合系統與相關核心技術，開展技術研究與系統研制，完成一套公安監控圖偵集控系統，將集控網關技術和視頻編解碼技術相結合，對監控視頻資源進行集中管控。集控網關技術對視頻的采集、轉發和轉碼，形成一個集視頻流采集、轉發和轉碼為一體的網絡接入設備，即監控離散式集控網關。視頻碼流向公安監控圖偵集控系統進行匯聚，干警通過應用客戶端實時調控前端設備，系統集成簡便，管理高效且具有實用性、新穎性、應用范圍廣的特點。

1 ?前端設備接入

公安監控圖偵集控系統的前端為視頻監控系統。視頻網絡接入盒通過ONVIF規范，將前端監控設備接入監控系統。ONVIF協議對網絡視頻的模型、接口、數據類型以及數據交互的模式進行描述，并以Web Services的形式提供設備管理和控制部分定義的接口。每一個終端設備都被要求提供與功能相應的Web Service，通過SOAP協議實現服務端與客戶端的數據交互采用，其他部分設備則采用RTP/RTSP進行交互，以滿足ONVIF規范要求。

通過使用SOAP和HTTP協議，Web用戶可以對數據實現遠程調用。客戶端根據WSDL文檔，生成一條SOAP請求記錄，再鑲嵌在一個HTTP POST請求中，然后發送到Web Services所在的Web服務器。收到的SOAP請求，Web Services請求處理器解析，會調用相應的Web Services信息，再生成相對應的SOAP響應。Web服務器收到SOAP響應后，通過HTTP響應的方式把信息傳送到客戶端。SOAP是基于XML的一種協議。一條SOAP消息就是一個普通的XML文檔;為了Web Service的服務，對實際的設備功能進行抽象，關注重點不是設備的型號，而是設備所提供的Web Service范圍之外的行為。通過Web控制，在客戶端的調用視頻監控系統的控制單元完成操作。在ONVIF規范中，命令以及消息內容有了統一的標準，抽象了功能的接口，統一了設備配置以及操作方式。在這種情況下，CMU與PU不再保持長連接，其交互方式發生了改變。這樣擁有效率非常高的開發方式。不符合ONVIF或者其他協議的設備，則根據需要采用SDK接入方式進行定制化接入開發。

2 ?碼流封裝及轉碼

本項目前端設備與系統之間的流實時傳輸采用符合相應RFC標準的RTP封裝及RTSP協議（遵循RFC3550規范），H.264的RTP封裝應遵循RFC3984規范。此系統視頻編碼方法采用H.264。H.264的算法分為兩層：第一層，視頻編碼層，對視頻內容進行高效的表示。高編碼效率主要是依靠這一層實現的。第二層，網絡提取層，這一層主要是把數據打包和傳送。VCL和NAL之間接口連接，是通過分組的方式進行的，先將NAL單元進行封裝，然后傳輸和存儲需要編碼的VCL數據。每一組數據對應編碼的視頻數據，具有良好的網絡親和性，即可適應于各種傳輸網絡。通過對實時流協議的控制，進行實時數據傳送，讓需傳輸的實時數據受控、按需傳送成為可能。前端設備視頻采集獲得的圖像數據存儲格式為YUV，再將YUV格式的圖像數據進行壓縮編碼，以縮小數據量，滿足系統網絡化需求。

2.1 ?幀內預測

相鄰宏塊通常含有相似的屬性，在給定幀中預留宏塊，對相鄰宏塊的空間相關性進行充分利用，不失為提高H.264幀內編碼效率的一種好方法。我們對宏塊編碼前，先利用宏塊幀內預測的方法，對周圍的宏塊進行預測，然后比較實際值與預測值之間的差異，最后對差異值進行編碼。幀內預測相對于直接對幀編碼而言，可以大大減小碼率，縮減圖像的空間冗余。

2.2 ?小尺寸DCT整數變換

在視頻壓縮編碼中，為了對運動物體進行更為精確的劃分，利用H.264，采用小尺寸的4×4塊，相對于以前常用8×8塊，變換塊的尺寸變小了，這使得計算量小了，并且在運動物體邊緣的銜接誤差也大大減小，這使得圖像變換過程中編碼得到壓縮，可以快速傳輸。對于幀內宏塊亮度數據的16個4×4塊的DCT系數，H.264可以進行第二次4×4塊的變換，對色度數據的4個4×4塊的DC系數進行2×2塊的變換，塊變小了，在轉換過程中，這些區域的圖像會變得平滑，減少因尺寸變換帶來的塊間灰度差異，沒有“反變換誤差”，而且整數DCT變換還可以減少運算量和復雜度。

2.3 ?多種運動估計

2.3.1 ?高精度估計

運動矢量位移運動估計，通常采用1/4像素甚至1/8像素。在H.264中，為了獲得1/2像素位置的值，可以采用6階FIR濾波器的內插。然后，通過線性內插1/2像素值，1/4像素值。再對1/4像素精度進行內插運算，獲得1/8像素的運動矢量。在H.264中，運動矢量位移的精度越高，其幀間誤差就越小，傳輸碼率也就越低，壓縮比率就更加高。

2.3.2 ?多參數幀估計

在H.264中，采用多個參數幀的運動估計。剛剛編碼好的參數幀，會暫時存放在編碼器的緩存中，選擇一個相對較好的編碼效果的作為參數幀，并指定用于預測的參數幀。相對于只用上一個剛編碼的幀作為預測幀的方法來講，這樣編碼效果就會更好。

2.3.3 ?熵編碼

熵編碼的運動估計，與預測算法掃描類型不同。熵編碼把4×4的量化系數進行重新排序，創建一個新的串行流，并對這些系數按照從低頻到高頻的掃描類型進行排序。為了高效的達到熵編碼的目的，利用游程編碼就可以縮減零的數目，因為高頻系數大多數趨向于零。熵編碼比特位數來表示頻繁使用的符號，通過映射符號的字節流來表示運動矢量，而不是經常使用的符號。

3 ?設備遠程管理模塊

設備遠程管理模塊的主要功能是響應系統的監控操作，對集控網關的遠程故障進行排查，版本更新，控制等。通過與監控圖偵集控系統的交互，可獲取集控系統的認證并注冊。在集控系統需要集管視頻時，會下發一系列有關取流任務的指令到集控網關，集控網關通過心跳連接方式與集控系統保持長連接。

3.1 ?監控圖偵集控系統

集控系統由多臺服務器組成。外提供流接入和訪問服務，是視頻服務器通過不同的端口來實現的。所有智能監控網關和監控客戶端，通過統一的域名接入管理服務器。數據庫和存儲服務器位于集控系統內網。流接入集控系統，相對壓力比較大，考慮到集控系統的壓力特性，對流接入部分采用分布式部署。將不同的視頻接收服務器，分為不同的組別，再接入集控網關，并按照組別提供服務。為此，系統可以達到平衡壓力，穩定性也大大提高了。

3.2 ?監控圖偵客戶端

客戶端軟件采用了高內聚低耦合的模塊化設計架構，各個不同的功能模塊之間彼此獨立，互不影響，由統一的信息調度模塊負責協調運行、監控。因此在進行功能增加、修改時，只需對相應的模塊進行變動，其余模塊仍然可以正常工作，便于后期的功能擴充和系統維護。公安干警可以通過客戶端（PC客戶端軟件/Web瀏覽器/移動終端APP）依據電子地圖了解源的分布情況;實時調閱資源的視頻/歷史視頻;控制資源的云臺，獲得最佳監控視角。

參考文獻：

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[3] 張巍.警務圖像偵查系統的設計與實現 [D].廣州：華南理工大學，2016.

作者簡介：魏利梅（1986.12-），女，漢族，四川資中人，本科，實習研究員，測試員，研究方向：視頻圖像識別。