基于CDMA信道倍增的警用移動(dòng)視頻監控系統

摘要：基于通過(guò)應用公安信息化手段以提高公安部門(mén)現場(chǎng)執法效能的目的，提出基于CDMA多通道技術(shù)的巡邏車(chē)視頻監控系統。系統通過(guò)捆綁多個(gè)CDMA鏈路通道，并在傳輸控制中使用多路捆綁處理，實(shí)現實(shí)時(shí)采集和傳輸現場(chǎng)執法數據，及時(shí)跟蹤記錄執法現場(chǎng)。系統實(shí)現了遠程扁平化指揮，可以有效控制局勢和精確打擊犯罪，并對警察保護自身合法權益提供有效保障。
關(guān)鍵詞：CDMA；信道倍增；遠程監控；取證

隨著(zhù)我國政治、經(jīng)濟的不斷發(fā)展，社會(huì )公眾在物質(zhì)條件極大提升的同時(shí)對社會(huì )治安環(huán)境提出了更高的要求。而同時(shí)，轉型時(shí)期的貧富分化和分配沖突引發(fā)的社會(huì )矛盾日益突出，科技發(fā)展使得新的犯罪形式不斷出現、犯罪速度不斷加快，各類(lèi)突發(fā)性事件和群體性事件使得執法環(huán)境日益嚴峻而且對公安部門(mén)執法能力的要求不斷提高。與之對應，公安信息化建設工作中的各類(lèi)視頻監控系統對及時(shí)反饋現場(chǎng)信息、迅速接受動(dòng)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益，都發(fā)揮著(zhù)重要作用。本設計基于CDMA多通道技術(shù)的巡邏車(chē)視頻監控系統，可以安裝在巡邏車(chē)輛上，通過(guò)警車(chē)移動(dòng)監控錄像及無(wú)線(xiàn)指揮系統，跟蹤記錄執法現場(chǎng)的全部情況，包括出警情況、所在位置、車(chē)輛狀態(tài)等信息，圖像可以實(shí)時(shí)傳輸到指定部門(mén)，將所有警車(chē)的現場(chǎng)情況進(jìn)行集中匯總，便于指揮員進(jìn)行指揮調度和管理。

1 基于CDMA多通道技術(shù)的視頻監控系統
視頻監控系統的發(fā)展大致經(jīng)歷了3個(gè)階段。在九十年代前以模擬設備為主的閉路電視監控系統稱(chēng)為第1代模擬監控系統；九十年代中期基于PC機的多媒體主控臺系統稱(chēng)為第2代半數字化本地視頻監控系統；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)為基礎的全數字化遠程視頻監控，稱(chēng)為第3代遠程網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統。
作為一種無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，CDMA(Code Division MultipleAccess，碼分多址)，CDMA可以讓所有使用者同時(shí)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(guò)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?chē)h(huán)境的噪聲可以有效屏蔽。從安全性上說(shuō)，CDMA有良好的認證體制，可以有效防止信道被竊聽(tīng)。CDMA多通道是一種碼分多址多路捆綁技術(shù)英文縮寫(xiě)(Code Division Multiple Aceess Multi-channel)，它是在國家CDMA通信基礎下將2、4、8個(gè)工業(yè)級別終端模塊進(jìn)行多通道(多卡)的疊加捆綁，整合網(wǎng)絡(luò )傳輸的帶寬資源，提供穩定帶寬資源來(lái)傳輸視音頻信號。
本設計的CDMA移動(dòng)視頻監控系統利用CDMA技術(shù)進(jìn)行視頻數據的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸，采用了先進(jìn)的視頻壓縮算法H．264、流媒體視頻數據壓縮技術(shù)無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )解決方案，整合了CDMA數據通訊功能和數字視頻編碼功。系統將攝像機圖像進(jìn)行壓縮，通過(guò)智能無(wú)線(xiàn)通訊終端發(fā)射到CDMA網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現視頻數據的交互、發(fā)送／接收、加解密、加解碼，鏈路的控制維護等功能。根據應用，把實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像傳到距離用戶(hù)最近的聯(lián)通通信網(wǎng)絡(luò )?？梢酝ㄟ^(guò)Internet從系統中控端得到實(shí)時(shí)圖像信息。該系統整合了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。系統設計的前端視頻監控點(diǎn)(可以集成GPS功能)可以適用于車(chē)輛上及警察個(gè)人。車(chē)載視頻在每輛巡邏車(chē)的頂部或擋風(fēng)玻璃后面安裝，設備電源部分可直接連接車(chē)輛電池上或通過(guò)車(chē)載逆變器供電；個(gè)人系統可采用便攜終端集成數字DV采集進(jìn)行單向傳輸至巡邏車(chē)輛。

2 需求分析
在國外許多警務(wù)應用實(shí)踐中，警務(wù)部門(mén)一般既派遣裝備了移動(dòng)視頻前端網(wǎng)關(guān)的步行外勤巡邏人員，同時(shí)還與安裝在警車(chē)和警用摩托車(chē)(中國其他部門(mén)類(lèi)同)結合使用。通過(guò)現場(chǎng)調配、合理分工、均衡部署，各自發(fā)揮優(yōu)勢，監控不同區域或部位，不僅將現場(chǎng)情況傳回控制中心，還將實(shí)時(shí)視頻傳到不在現場(chǎng)的各級指揮員的手機、PDA或筆記本電腦上，讓他們在同一時(shí)間、不同地點(diǎn)接收。
1)由于執法現場(chǎng)的工作特點(diǎn)是移動(dòng)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(shí)時(shí)了解現場(chǎng)發(fā)生的情況；
2)在執行任務(wù)時(shí)，現場(chǎng)的圖像畫(huà)面要實(shí)時(shí)回傳到指揮中心，便于領(lǐng)導指揮和調度；除此，還可以監看我們執法人員的執法畫(huà)面，做到文明執法；
3)可以做臨時(shí)布控監視點(diǎn)，節約警力，避免分散，從而集中性地打擊犯罪；
4)在需要長(cháng)時(shí)間對某一個(gè)固定地點(diǎn)進(jìn)行蹲守時(shí)，可以安裝有移動(dòng)視頻設備，以協(xié)助警察全方位觀(guān)察現場(chǎng)周邊情況；
5)交通執法移動(dòng)視頻指揮系統可根據應急指揮系統要求，用于突發(fā)性事件或其它特殊情況的現場(chǎng)處理和控制；
6)通過(guò)車(chē)載系統掌握網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍內的音視頻情況?？稍谲?chē)內隨時(shí)觀(guān)察、控制、接收、錄制車(chē)輛周邊的音視頻信息，利用車(chē)上可控制的攝像機選擇不同視角觀(guān)察所在地的現場(chǎng)情況；
7)實(shí)現對現場(chǎng)情況／處警過(guò)程的實(shí)時(shí)錄像，并無(wú)線(xiàn)傳輸錄像文件保存到公安錄像文件數據庫，以便后續查詢(xún)取證。
文中設計系統可使用戶(hù)通過(guò)本地控制對車(chē)輛監控設備進(jìn)行操作以對現場(chǎng)情況做到全面的監控瀏覽。在車(chē)載終端中插入兩張聯(lián)通CDMA無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)數據卡，設備將圖像上傳到系統監控中心，用戶(hù)就可通過(guò)瀏覽器對監控現場(chǎng)的情況進(jìn)行觀(guān)看，采集實(shí)時(shí)全面的資料，對巡邏執勤全程、或突發(fā)事件全過(guò)程高清晰度錄像，用于事件回放、現場(chǎng)取證，為追究罪犯或犯罪嫌疑人法律的責任，提供司法證據。通過(guò)無(wú)線(xiàn)智能視頻系統，還可改善外勤執勤人員在監督和控制公眾事件、公共活動(dòng)時(shí)的行動(dòng)控制能力，應用事件錄像回放和分析，不斷提高、細化指導外勤人員的執法能力和外勤人員的自我約束力。

3 系統實(shí)現
3．1 系統架構
CDMA移動(dòng)視頻監控系統是基于聯(lián)通的CDMA網(wǎng)絡(luò )，主要由視頻的采集壓縮模塊、無(wú)線(xiàn)的數據傳輸模塊和中心的監控管理平臺3部分組成：系統結構簡(jiǎn)潔明了，擴展性好，能適應多變的監控要求。
1)前端視頻采集模塊
前端的視頻采集模塊實(shí)現的功能是從普通的視頻攝像頭中捕捉瞬時(shí)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(hù)可以根據需要選擇不同型號產(chǎn)品。
2)無(wú)線(xiàn)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(guò)聯(lián)通的CDMA網(wǎng)絡(luò )，系統具有CDMA的PPP撥號過(guò)程，并嵌入式地實(shí)現了TCP／IP協(xié)議、POP3／SMTP協(xié)議，同時(shí)支持動(dòng)態(tài)IP。
3)監控中心
監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(dòng)服務(wù)后，就等待各個(gè)監控終端的連接，對于始終在線(xiàn)模式的終端，可以按照需要查詢(xún)當前的圖像情況，也可以自動(dòng)不停地記錄監控點(diǎn)的圖像變化。
使用時(shí)，首先啟動(dòng)CDMA 1X車(chē)載無(wú)線(xiàn)視頻終端(含攝像頭)，設備按照設定的參數自動(dòng)運行，通過(guò)攝像頭進(jìn)行視頻采集，并在本地進(jìn)行壓縮編碼。同時(shí)連接聯(lián)通CDMA 1X無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，建立數據鏈路。視頻傳輸設備通過(guò)CDMA 1X無(wú)線(xiàn)鏈路將編碼后的視頻信息實(shí)時(shí)傳送到監控中心的視頻管理服務(wù)器，運行在視頻管理服務(wù)器的視頻處理程序將接收到的視頻信息重新合成，通過(guò)發(fā)布程序進(jìn)行視頻實(shí)時(shí)發(fā)布。用戶(hù)根據權限，使用客戶(hù)端軟件，就可以觀(guān)看實(shí)時(shí)的視頻。
3．2 信道倍增的傳輸機制
CDMA 1X系統的標稱(chēng)峰值速率為153．6 kbit／s。而在實(shí)際應用中CDMA的上傳速率在一般的應用中只能達到50～60 kbit／s左右，遠無(wú)法達到峰值。因此，無(wú)線(xiàn)數據傳輸技術(shù)所能輸送的數據量不能太大，否則會(huì )造成數據丟失而達不到傳輸的最初目的。為了提升傳輸速率，系統利用多通道數據傳輸技術(shù)，捆綁多個(gè)CDMA鏈路通道，同時(shí)在傳輸控制中結合使用多路捆綁處理技術(shù)，以及H．264+壓縮復用技術(shù)，如圖1所示。

多通道在同時(shí)傳輸的情況下，雙通道速率將會(huì )是單通道的1．5倍左右，那么，多道的傳輸速率將會(huì )是：
(單信道實(shí)際傳輸)×1．5=(實(shí)際傳輸)kbps
按照這個(gè)速率來(lái)傳輸視頻圖像，配合優(yōu)化視頻壓縮算法，無(wú)線(xiàn)視頻監控完全可以取得很好的效果。通過(guò)攝像機采集現場(chǎng)實(shí)時(shí)視頻模擬信號，通過(guò)視音頻線(xiàn)纜連接到CDMA多通道主機上將其轉換為適合在窄帶傳輸的數據信號，經(jīng)過(guò)DSP處理技術(shù)，將視頻信號通過(guò)CDMA多通道捆綁主機以無(wú)線(xiàn)信號形式傳輸到遠端應急管理中心，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(guò)電纜將視頻圖像輸出到監視大屏幕上，其它分控中心工作人員可以通過(guò)筆記本電腦，PDA智能手機調用時(shí)實(shí)圖像信息。
3．3 監控中心設計
監控中心連接中國聯(lián)通(或其他運營(yíng)商)數據傳輸網(wǎng)絡(luò )，CDMA1X車(chē)載無(wú)線(xiàn)視頻終端將數據發(fā)送到擁有中國聯(lián)通(或其他運營(yíng)商)的固定IP的計算機視頻管理服務(wù)器上，本地通過(guò)局域網(wǎng)登陸計算機視頻管理服務(wù)器觀(guān)看實(shí)時(shí)視頻，并可將實(shí)時(shí)視頻圖像通過(guò)視頻解碼器送到電視墻上。
在公安局監控中心設置一臺服務(wù)器作為中心管理服務(wù)器，安裝管理軟件，用來(lái)集中設備管理、用戶(hù)管理、認證管理、權限管理、視頻轉發(fā)、錄像管理、報警管理以及數據處理和轉發(fā)等。監控中心架設如圖2所示。

中心還需要一臺路由器及一條含固定IP地址的聯(lián)通專(zhuān)線(xiàn)，其帶寬則根據前端監控點(diǎn)數量來(lái)申請。同理，監控中心存儲容量根據監控點(diǎn)數量以及視頻圖像碼率來(lái)決定。設監控點(diǎn)數為n，視頻碼率為v(k／s)，數據信息保留15天，則每天最大存儲量約為：
S=n*v*24*3 600／8／1 000／1 000(GB／Day)
S=0．010 8xnv(G)
與傳統的閉路電視監控系統和數字視頻監控系統相比，CDMA移動(dòng)視頻監控系統具有一些獨特的優(yōu)勢。系統采用最新的、壓縮比極高的H．264視頻壓縮算法，網(wǎng)絡(luò )圖像傳輸時(shí)在低帶寬條件下傳輸高畫(huà)質(zhì)、流暢圖像，在高速車(chē)載視頻監控條件下，實(shí)現完整的視頻監控解決方案；增強型的CDMA移動(dòng)視頻監控系統最高可以實(shí)現流暢的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、權限管理、安全認證、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等技術(shù)，保證監控系統和錄像資料不被越權使用和破壞，確保系統安全性能。同時(shí)，系統可擴展成為分布分級式管理，使得各類(lèi)用戶(hù)可以不受時(shí)間、空間限制對監控管理目標進(jìn)行實(shí)時(shí)監控、實(shí)時(shí)管理、實(shí)時(shí)查看、實(shí)時(shí)指揮。

4 結論
快速反應、扁平指揮、規范執法以及現場(chǎng)證據保全已經(jīng)在在當前公安執法中占據了核心作用。文中設計系統可以有效解決警力不足的難題，提高突發(fā)事件的響應速度，同時(shí)錄像資料還可以作為執法證據，在發(fā)生暴力抗法事件時(shí)保護警方的合法權益。同時(shí)，其中部分內容可以向公眾開(kāi)放，增加行政透明度，提升執法人員的執法形象和效率，且能作為電子證據使用，促進(jìn)社會(huì )更加和諧。