基于CDMA信道倍增的警用移动视频监控系统

摘要：基于通过应用公安信息化手段以提高公安部门现场执法效能的目的，提出基于CDMA多通道技术的巡逻车视频监控系统。系统通过捆绑多个CDMA链路通道，并在传输控制中使用多路捆绑处理，实现实时采集和传输现场执法数据，及时跟踪记录执法现场。系统实现了远程扁平化指挥，可以有效控制局势和精确打击犯罪，并对警察保护自身合法权益提供有效保障。
关键词：CDMA；信道倍增；远程监控；取证

    随着我国政治、经济的不断发展，社会公众在物质条件极大提升的同时对社会治安环境提出了更高的要求。而同时，转型时期的贫富分化和分配冲突引发的社会矛盾日益突出，科技发展使得新的犯罪形式不断出现、犯罪速度不断加快，各类突发性事件和群体性事件使得执法环境日益严峻而且对公安部门执法能力的要求不断提高。与之对应，公安信息化建设工作中的各类视频监控系统对及时反馈现场信息、迅速接受动作指令、有效打击犯罪和控制局势以及合理保护自身合法权益，都发挥着重要作用。本设计基于CDMA多通道技术的巡逻车视频监控系统，可以安装在巡逻车辆上，通过警车移动监控录像及无线指挥系统，跟踪记录执法现场的全部情况，包括出警情况、所在位置、车辆状态等信息，图像可以实时传输到指定部门，将所有警车的现场情况进行集中汇总，便于指挥员进行指挥调度和管理。

1 基于CDMA多通道技术的视频监控系统
    视频监控系统的发展大致经历了3个阶段。在九十年代前以模拟设备为主的闭路电视监控系统称为第1代模拟监控系统；九十年代中期基于PC机的多媒体主控台系统称为第2代半数字化本地视频监控系统；九十年代末，以高带宽、高性能计算、海量存储以及智能视频处理技术为基础的全数字化远程视频监控，称为第3代远程网络视频监控系统。
    作为一种无线通讯技术，CDMA(Code Division MultipleAccess，码分多址)，CDMA可以让所有使用者同时使用全部频带(1．2288Mhz)，而其他使用者发出讯号视为杂讯，在通讯过程中不需要考虑讯号碰撞(collision)。由于其特殊的编码形式，CDMA的通讯质量较高，对周围环境的噪声可以有效屏蔽。从安全性上说，CDMA有良好的认证体制，可以有效防止信道被窃听。CDMA多通道是一种码分多址多路捆绑技术英文缩写(Code Division Multiple Aceess Multi-channel)，它是在国家CDMA通信基础下将2、4、8个工业级别终端模块进行多通道(多卡)的叠加捆绑，整合网络传输的带宽资源，提供稳定带宽资源来传输视音频信号。
    本设计的CDMA移动视频监控系统利用CDMA技术进行视频数据的无线网络传输，采用了先进的视频压缩算法H．264、流媒体视频数据压缩技术无线传输网络解决方案，整合了CDMA数据通讯功能和数字视频编码功。系统将摄像机图像进行压缩，通过智能无线通讯终端发射到CDMA网络，实现视频数据的交互、发送／接收、加解密、加解码，链路的控制维护等功能。根据应用，把实时动态图像传到距离用户最近的联通通信网络。可以通过Internet从系统中控端得到实时图像信息。该系统整合了CDMA网络和Internet网络的优势，在空间和距离上产生突破性拓展。系统设计的前端视频监控点(可以集成GPS功能)可以适用于车辆上及警察个人。车载视频在每辆巡逻车的顶部或挡风玻璃后面安装，设备电源部分可直接连接车辆电池上或通过车载逆变器供电；个人系统可采用便携终端集成数字DV采集进行单向传输至巡逻车辆。

2 需求分析
    在国外许多警务应用实践中，警务部门一般既派遣装备了移动视频前端网关的步行外勤巡逻人员，同时还与安装在警车和警用摩托车(中国其他部门类同)结合使用。通过现场调配、合理分工、均衡部署，各自发挥优势，监控不同区域或部位，不仅将现场情况传回控制中心，还将实时视频传到不在现场的各级指挥员的手机、PDA或笔记本电脑上，让他们在同一时间、不同地点接收。
    1)由于执法现场的工作特点是移动性、突发性、紧急性、危险性，如何提高公安人员的办案效率和保证指挥中心实时了解现场发生的情况；
    2)在执行任务时，现场的图像画面要实时回传到指挥中心，便于领导指挥和调度；除此，还可以监看我们执法人员的执法画面，做到文明执法；
    3)可以做临时布控监视点，节约警力，避免分散，从而集中性地打击犯罪；
    4)在需要长时间对某一个固定地点进行蹲守时，可以安装有移动视频设备，以协助警察全方位观察现场周边情况；
    5)交通执法移动视频指挥系统可根据应急指挥系统要求，用于突发性事件或其它特殊情况的现场处理和控制；
    6)通过车载系统掌握网络覆盖范围内的音视频情况。可在车内随时观察、控制、接收、录制车辆周边的音视频信息，利用车上可控制的摄像机选择不同视角观察所在地的现场情况；
    7)实现对现场情况／处警过程的实时录像，并无线传输录像文件保存到公安录像文件数据库，以便后续查询取证。
    文中设计系统可使用户通过本地控制对车辆监控设备进行操作以对现场情况做到全面的监控浏览。在车载终端中插入两张联通CDMA无线业务数据卡，设备将图像上传到系统监控中心，用户就可通过浏览器对监控现场的情况进行观看，采集实时全面的资料，对巡逻执勤全程、或突发事件全过程高清晰度录像，用于事件回放、现场取证，为追究罪犯或犯罪嫌疑人法律的责任，提供司法证据。通过无线智能视频系统，还可改善外勤执勤人员在监督和控制公众事件、公共活动时的行动控制能力，应用事件录像回放和分析，不断提高、细化指导外勤人员的执法能力和外勤人员的自我约束力。

3 系统实现
3．1 系统架构
    CDMA移动视频监控系统是基于联通的CDMA网络，主要由视频的采集压缩模块、无线的数据传输模块和中心的监控管理平台3部分组成：系统结构简洁明了，扩展性好，能适应多变的监控要求。
    1)前端视频采集模块
    前端的视频采集模块实现的功能是从普通的视频摄像头中捕捉瞬时的视频信号，然后压缩。该模块支持不同的压缩比和图像大小，用户可以根据需要选择不同型号产品。
    2)无线传输模块
    视频采集压缩后就可以将压缩好的视频图像文件传送到中心：传送的方式是通过联通的CDMA网络，系统具有CDMA的PPP拨号过程，并嵌入式地实现了TCP／IP协议、POP3／SMTP协议，同时支持动态IP。
    3)监控中心
    监控中心只要是一台具有公网IP或者域名的服务器即可。启动服务后，就等待各个监控终端的连接，对于始终在线模式的终端，可以按照需要查询当前的图像情况，也可以自动不停地记录监控点的图像变化。
    使用时，首先启动CDMA 1X车载无线视频终端(含摄像头)，设备按照设定的参数自动运行，通过摄像头进行视频采集，并在本地进行压缩编码。同时连接联通CDMA 1X无线网络，建立数据链路。视频传输设备通过CDMA 1X无线链路将编码后的视频信息实时传送到监控中心的视频管理服务器，运行在视频管理服务器的视频处理程序将接收到的视频信息重新合成，通过发布程序进行视频实时发布。用户根据权限，使用客户端软件，就可以观看实时的视频。
3．2 信道倍增的传输机制
    CDMA 1X系统的标称峰值速率为153．6 kbit／s。而在实际应用中CDMA的上传速率在一般的应用中只能达到50～60 kbit／s左右，远无法达到峰值。因此，无线数据传输技术所能输送的数据量不能太大，否则会造成数据丢失而达不到传输的最初目的。为了提升传输速率，系统利用多通道数据传输技术，捆绑多个CDMA链路通道，同时在传输控制中结合使用多路捆绑处理技术，以及H．264+压缩复用技术，如图1所示。

    多通道在同时传输的情况下，双通道速率将会是单通道的1．5倍左右，那么，多道的传输速率将会是：
    (单信道实际传输)×1．5=(实际传输)kbps
    按照这个速率来传输视频图像，配合优化视频压缩算法，无线视频监控完全可以取得很好的效果。通过摄像机采集现场实时视频模拟信号，通过视音频线缆连接到CDMA多通道主机上将其转换为适合在窄带传输的数据信号，经过DSP处理技术，将视频信号通过CDMA多通道捆绑主机以无线信号形式传输到远端应急管理中心，管理指挥中心控制服务器接收并控制前端传回的视频图像并录像。通过电缆将视频图像输出到监视大屏幕上，其它分控中心工作人员可以通过笔记本电脑，PDA智能手机调用时实图像信息。
3．3 监控中心设计
    监控中心连接中国联通(或其他运营商)数据传输网络，CDMA1X车载无线视频终端将数据发送到拥有中国联通(或其他运营商)的固定IP的计算机视频管理服务器上，本地通过局域网登陆计算机视频管理服务器观看实时视频，并可将实时视频图像通过视频解码器送到电视墙上。
    在公安局监控中心设置一台服务器作为中心管理服务器，安装管理软件，用来集中设备管理、用户管理、认证管理、权限管理、视频转发、录像管理、报警管理以及数据处理和转发等。监控中心架设如图2所示。

    中心还需要一台路由器及一条含固定IP地址的联通专线，其带宽则根据前端监控点数量来申请。同理，监控中心存储容量根据监控点数量以及视频图像码率来决定。设监控点数为n，视频码率为v(k／s)，数据信息保留15天，则每天最大存储量约为：
    S=n*v*24*3 600／8／1 000／1 000(GB／Day)
    S=0．010 8xnv(G)
    与传统的闭路电视监控系统和数字视频监控系统相比，CDMA移动视频监控系统具有一些独特的优势。系统采用最新的、压缩比极高的H．264视频压缩算法，网络图像传输时在低带宽条件下传输高画质、流畅图像，在高速车载视频监控条件下，实现完整的视频监控解决方案；增强型的CDMA移动视频监控系统最高可以实现流畅的15帧／s的高清晰图像效果，并充分利用网络隧道、128位加密算法、防火墙／VPN、加密锁、权限管理、安全认证、实时时钟等技术，保证监控系统和录像资料不被越权使用和破坏，确保系统安全性能。同时，系统可扩展成为分布分级式管理，使得各类用户可以不受时间、空间限制对监控管理目标进行实时监控、实时管理、实时查看、实时指挥。

4 结论
    快速反应、扁平指挥、规范执法以及现场证据保全已经在在当前公安执法中占据了核心作用。文中设计系统可以有效解决警力不足的难题，提高突发事件的响应速度，同时录像资料还可以作为执法证据，在发生暴力抗法事件时保护警方的合法权益。同时，其中部分内容可以向公众开放，增加行政透明度，提升执法人员的执法形象和效率，且能作为电子证据使用，促进社会更加和谐。