基于图像监控系统和SIP技术的视频警务指挥系统设计

2013-03-02黄烨亮

中国公共安全 2013年7期

■ 黄烨亮

本文根据公安实战应用需求，针对传统的由视频图像监控子系统及视频会议（可视对讲）子系统组成视频警务指挥系统响应速度慢、共享性差等问题，提出了一种基于图像监控系统和SIP技术的视频警务指挥系统，并在架构设计的基础上进行了关键技术和主要特点分析。该系统结合视频图像系统、视频会议系统、应急指挥等系统，能够充分发挥“联动、共享、实时”的特性。

引言

当前，我国社会、经济快速发展，随之产生的各种相互交织的社会矛盾越来越多，社会治安形势也呈现出日趋复杂和严峻的局面，对警方处理复杂问题，驾驭复杂局面的能力提出了越来越高的要求，现代警务机制的运作势在必行，而科技信息化是整个现代警务机制的重要支撑。

公安科技信息化建设正在不断从大规模建设的广度向拓展应用深度转变。之前建设的很多系统，诸如图像监控系统、治安卡口系统、GIS系统、视频会议系统等等，这些系统普遍建设成本高昂，也在各自领域内发挥出了应有的作用，但是这些系统都相对独立、封闭，不仅不利于系统功能在各项警务工作中的得以充分应用，而且在资源上造成了一定程度的浪费，想要向科技要战斗力，就必须在保护已有投资的基础上，对现有系统进行合理有效的整合联动。

扁平化指挥是现代警务机制的重要方面，更需要科技信息化系统的支撑。而视频警务指挥系统，正是实现这一目标的有效信息化手段。系统借助视频语音技术、图像处理技术、网络通信等技术可实现指挥中心与一线实战部门（公安派出所）之间的互联互通、即实沟通与资料共享。系统融合图像监控系统、视频会议系统、应急指挥等系统的功能，使其作为一个整体应用，充分发挥“联动、共享、实时、高效”的特性。系统设计考虑当前上海市的公安机关的图像监控系统的现状，充分利用已有系统的图像联网链路解决传输交换问题，并借助现有系统，实现在分局指挥中心和各派出所综合指挥室的监控电视墙上实时显示。系统的语音部分，采用基于SIP协议的网络电话，接入现有的公安信息网络，实现联网。另外，考虑到警务实战对点对点视频对讲以及信息发布等功能的需求，另外再通过配置网络视频编解码设备和MCU，使系统功能得到进一步完善。

系统框架

系统结构

目前，公安系统中已建设有规模庞大的模拟图像监控系统和公安通信网络，因此本文所描述的基于SIP的视频警务指挥系统的研究重点将集中在如何利用现有图像监控系统、网络以及音视频会议设备，在已有的公安模拟视频监控系统的基础上结合IP与SIP协议，使系统达到现代化视频警务指挥系统应具备的应用水平（其整体结构如图1所示）。基于SIP的视频警务指挥系统主要由视频监控子系统、视频对讲子系统及通信子系统组成，分别部署在公安指挥中心端与各派出所端。

图1：基于图像监控系统和SIP技术的视频警务系统结构图

视频监控子系统

系统功能：利用现有的视频矩阵系统级联辖区内所属各派出所的模拟摄像机，实现对辖区各派出所下各监控区域的实时视频监控与图像记录，同时支持在公安指挥中心电视墙上切换视频对讲系统画面。

主要设备：模拟摄像机、模拟视频会议摄像机、模拟视频矩阵、硬盘录像机、视频分配器、视频编码器、视频解码器、电视墙等。

视频指挥对讲子系统

系统功能：利用公安指挥中心和各派出所综合指挥室新增的接入图像监控系统的摄像机，实现在公安指挥中心与各派出所、派出所与派出所间的远程可视会话、远程广播、信息发布、远程培训、应急指挥调度等功能。联动视频监控子系统图像资源，实现应急指挥时的实时视频图像共享功能等。

主要设备：室内模拟摄像机、SIP电话机、视频编码器、解码器、视频会议显示器等。

通讯子系统

系统功能:利用现有公安专网资源，实现各类IP网络设备的接入，同时实现派出所与分局、派出所与派出所间的网络连接。

主要设备：光纤收发器、光端机、光纤网络、交换机等。

数据流程

基于图像监控系统和SIP技术的视频警务指挥系统的数据路程如图2所示：

视频数据流向

图2 ：基于图像监控系统和SIP技术的视频警务系统数据流程图

图3：基于图像监控系统和SIP技术的视频警务系统功能

前端模拟摄像机捕捉到的视频信号传到派出所（或分局）后，由视频分配对视频图像进行分路，一路进入视频矩阵后上电视墙输出，另一路通过视频编码器对模拟视频流进行数字编码，把无法通过IP网络传输的模拟信编制成可以被IP网络所传输的数字信号进行传输，并进入公安图像专网，存入专网上的网络视频存储服务器。

音频数据流向

声音经网络SIP话机编码后的网络音频数据通过公安专网与网络视频会议服务器（MCU）对接，并由其将音频文件转发至目的SIP话机，由SIP话机将网络数字音频信号解码为模拟音频数据进行输出。

音视频同步数据流向

当一方要发起视频会议等行为时，通过SIP话机拨打目的（派出所）地址。SIP话机将视频会议的同步信号通过专网发送给MCU服务器，由MCU负责调用网络视频存储服务器（NVR）上的所对应摄像机的实时画面资源，并实现音、视频同步后，由公安图像专网传送至目的地址设备。其中语音信号由SIP话机进行解码并输出，视频信号由视频解码器进行解码还原与输出。

高清信息发布数据流向

高清推送服务器生成需要远程发布的模拟数据信息（文字、高清视频、高分辨率图片等），并输出至网络高清编码器，由其对模拟高清画面进行编码，编制成被IP网络可以传输的数字信号后接入公安网，借由公安网将数据发送至各派出所的高清解码器还原成模拟高清信号后进行输出。

系统功能

系统主要具备视频指挥功能、应急指挥功能、系统管理三大功能（具体功能如图3所示）。

现代警务系统扁平化的管理要求视频警务指挥系统在案事件发生时和重大安保工作时，警令即时传达到警务实战部门即派出所，且在处理过程中实现实时交互。当遇到紧急情况发生时，公安系统内的任何一方可通过视频会议系统快速的召集身处在各地的派出所警务人员（或指挥中心）召开应急会议。通过双路视频传输技术，可以在传输会议音、视频图像的同时联动视频监控系统，并以窗口的形式实时传递视频监控资源（如案发现场、事故现场图像、疑犯逃窜行进路线等），或其他数据内容，如：计算机文件、图象、照片、文字内容等。进一步提高了警务人员在面对突发事件时的应对决策能力、提高应急指挥的效果处置紧急情况的速度。

关键技术分析

SipXecs

本次选用SipXecs作为“视频警务指挥系统”中网络电话关键技术。SipXecs是一个高伸缩性、企业级的通信解决方案。它是名为SIPFoundry的非盈利性、开源组织的一个独立的产品。借助标准和基于开源环境，SipXecs向开发者提供低成本、易使用的服务应用，以及在其他系统中找不到的互操作性、功能和可伸缩性。

SipXecs基于SIP协议，可提供公安业务中所有需要用到的PBX的典型功能，包括：语音信箱、统一消息、自动总机、电话会议、出席，以及呼叫中心应用等。SipXecs同时也支持公安部《GB/T28181-安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》中对网络摄像机、视频编/解码设备、数字硬盘录像机（DVR）和报警设备的接入、注册、建立/终止会话连接、控制、采集/编解码以及传送视音频流等功能的全部要求。因此采用SipXecs技术，将大大降低“视频警务指挥系统”的开发成本和开发难度与风险，同时又满足警务系统的所有应用功能。

H.264high profile视频编码技术

现阶段，公安视频监控系统以模拟摄像机为主，模拟摄像机的数据不能为IP网络所识别并传输，因此需要利用视频编码器将其转制成IP数字信号，方能在现有的公安视频图像专网上进行传输。而另一方面，公安视专网已经承载了整个公安系统的诸多业务系统数据的网络传输，因此在选择视频编码技术时，如何利用视频编码技术，在保证视频图像质量的同时最大限度压缩视频图像码流，也选择的重要参考条件之一。

H.264视频编解码标准是ITU-T和ISO合作的产物，H.264标准结合了H系列和MPEG系列的优点，充分考虑了IP网络的特点，在多模式运动估计、整数变换、统一VLC符号编码、分层编码语法等方面有其独到之处。H.264编码标准的基础上的改进，结合了IP网络的特点，提供了更高的视频编码效率，特别是在较低的视频速率下有较好的视频效果，编码效率比H.263提高一倍。

H.264有四种画质级别，分别是BP、EP、MP、HP：

●BP-Baseline Profile：基本画质；

●EP-Extended profile：进阶画质；

●MP-Main profile：主流画质；

●HP-High profile：高级画质。

本次系统选用H.264-High Profile技术作为视频编码技术，在相同配置情况下，High profile（HP）可以比Main profile（MP）节省50%的码流量，比MPEG-2 MP节省80%的码流量，具有更好的编码性能。这种视频压缩技术能最大限度地压缩视频图像，减少带宽和存储需求，同时视频图像的质量也将得到显著提高。

音频编码技术

为了保证视频警务指挥系统中语音通话的高保真、保质量，本次主要采用目前主流的G.722音频编码技术，这种技术可以在占用较小带宽的情况下，提供理想的音频压缩。此外现阶段公安系统中模拟视频监控系统仍以老式的模式视频摄像机为主，这类摄像机目前均采用较低级的G.711音频编码技术，因此系统在支持G.722系列音频编码技术的同时，也兼容G.711音频编码技术。

G.711基本音频

基本音频模式是G.711 log-PCM（对数脉码调制）编码解码器，它是一种简单的8kHz采样频率对数脉码调制模式，长期以来它都是数字电话网络主要的编码方法。为3.4K 低品质音频标准。G.711定义为8位编码，速率为64kbps，但在H.323 采样截短为6或7比特位，因为速率相应变为48kbps或56kbps。G.711提供了出色的长话音质窄带（3KHz音频带宽）语音、不太明显的编解码延迟（低于1ms）以及非常低的实现复杂性。G.723、G.729以及G.728等为后续发展的音频编码标准，压缩效率有了很大的改善，音质仍旧是低品质的3.5KHz的音频。这种声音类似于我们生活中的模拟电话的声音效果。

G.722、G.722.1

G.722、G.722.1 为音质更好、占用带宽更低的音频编码协议。对音质有一定的改善，为7KHz 的音频编码。这种声音类似于我们生活中的调频FM收音机的声音效果。

G.722.1 Annex C

G.722.1 Annex C 是音频通讯新一代的编码标准，为宽带音频编码标准，音频的采样频宽可以达到14KHz，而通讯的带宽只有24K或48K，可以提供CD级的高保真音质，是和H.264并列的视频通讯的高标准。这种声音类似于我们生活中的CD的音频效果。

千兆&万兆以太网技术

作为“视频警务指挥系统”的现有主要承载方式，公安视频图像专网主要由万兆以太网、千兆以太网组成。

千兆以太网

千兆以太网提继承了传统以太技术价格便宜的优点，它采用了与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。由于该技术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统，因此可与10M或100M的以太网很好地配合工作。升级到千兆以太网不必改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统，能够最大程度地保护投资。此外，IEEE标准将支持最大距离为550米的多模光纤、最大距离为70千米的单模光纤和最大距离为100米的铜轴电缆。千兆以太网填补了802.3以太网/快速以太网标准的不足。

万兆以太网

万兆以太网规范包含在IEEE 802.3标准的补充标准IEEE 802.3ae中，它扩展了IEEE 802.3协议和MAC规范，使其支持10Gb/s的传输速率。除此之外，通过WAN界面子层（WIS：WAN interface sublayer），10千兆位以太网也能被调整为较低的传输速率，如9.584640 Gb/s（OC-192），这就允许10千兆位以太网设备与同步光纤网络（SONET）STS-192c传输格式相兼容。