基于CDMA信道倍增的警用移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：基于通過應(yīng)用公安信息化手段以提高公安部門現(xiàn)場執(zhí)法效能的目的，提出基于CDMA多通道技術(shù)的巡邏車視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)通過捆綁多個CDMA鏈路通道，并在傳輸控制中使用多路捆綁處理，實現(xiàn)實時采集和傳輸現(xiàn)場執(zhí)法數(shù)據(jù)，及時跟蹤記錄執(zhí)法現(xiàn)場。系統(tǒng)實現(xiàn)了遠(yuǎn)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(hù)自身合法權(quán)益提供有效保障。
關(guān)鍵詞：CDMA；信道倍增；遠(yuǎn)程監(jiān)控；取證

隨著我國政治、經(jīng)濟(jì)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(yán)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(hù)自身合法權(quán)益，都發(fā)揮著重要作用。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(jìn)行集中匯總，便于指揮員進(jìn)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(yuǎn)程視頻監(jiān)控，稱為第3代遠(yuǎn)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 MultipleAccess，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(rèn)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 Aceess 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(jìn)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。
本設(shè)計的CDMA移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用CDMA技術(shù)進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的無線網(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(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(jìn)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(hù)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)?？梢酝ㄟ^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(jìn)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。
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(jìn)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?？稍谲噧?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(jìn)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(jìn)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(xì)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(kuò)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。
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。
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(jìn)行視頻采集，并在本地進(jìn)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(jìn)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(dá)到50～60 kbit／s左右，遠(yuǎn)無法達(dá)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(dá)不到傳輸?shù)淖畛跄康摹榱颂嵘齻鬏斔俾?，系統(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)，如圖1所示。

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(yuǎn)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(rèn)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。

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：
S=n*v*24*3 600／8／1 000／1 000(GB／Day)
S=0．010 8xnv(G)
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(rèn)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(kuò)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(jìn)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(hù)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(jìn)社會更加和諧。