基于CDMA信道倍增的警用移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)

隨著我國政治、經(jīng)濟的不斷發(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)場情況進行集中匯總，便于指揮員進行指揮調(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)字化遠程視頻監(jiān)控，稱為第3代遠程網(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)進行視頻數(shù)據(jù)的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，采用了先進的視頻壓縮算法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)。可以通過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)查詢取證。
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，通過攝像頭進行視頻采集，并在本地進行壓縮編碼。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)用中只能達到50～60 kbit／s左右，遠無法達到峰值。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)丟失而達不到傳輸?shù)淖畛跄康?。為了提升傳輸速率，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。