公安监控图侦集控系统研究内容概述

魏利梅 张宝富 丁杨俊

摘  要：本项目结合当前技术侦查对于监控图侦隐蔽部署、快速上案的应用需求，通过非标准视频协议中间件技术、视频接入网关技术、二次转码技术、流媒体汇聚技术研究，旨在构建一个公安监控图侦集控系统，实现对技侦破案过程中的监控资源最大限度地整合，为快速实现案件侦破助力。

关键词：监控图侦;监控图侦集控系统;熵编码

中图分类号：TN948.6      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）13-0027-02

Summary of Research Contents of Public Security Surveillance Map Detection and

Control System

WEI Limei1，2，ZHANG Baofu1，2，DING Yangjun1，2

（1.The Third Research Institute of the Ministry of Public Security，Shanghai  200031，China;

2.Shanghai International Technology & Trade United Co.，Ltd.，Shanghai  200031，China）

Abstract：This project combines the current technical investigation needs for the detection and covert deployment of surveillance images and the rapid application of cases，through non-standard video protocol middleware technology，video access gateway technology，secondary transcoding technology，and streaming media convergence technology. The purpose is to build a public security surveillance chart detection control system to achieve the maximum integration of supervision and monitoring resources in the process of technical investigation and detection，and to facilitate the rapid realization of case detection.

Keywords：monitoring graph detection control;monitoring graph detection control system;entropy coding

0  引  言

近年來，图像视频监控蓬勃发展，图侦正逐步成为公安机关侦查办案过程中获取证据、线索的重要组成部分。国内外众多视频监控领域的组织机构对社会监控资源整合进行了研究，并对网络中视频信息资源实现了监控网络互联互控。

本项目的主要研究内容是综合国内外研究经验和技术，针对公安技术侦查监控实战的异构监控资源整合系统与相关核心技术，开展技术研究与系统研制，完成一套公安监控图侦集控系统，将集控网关技术和视频编解码技术相结合，对监控视频资源进行集中管控。集控网关技术对视频的采集、转发和转码，形成一个集视频流采集、转发和转码为一体的网络接入设备，即监控离散式集控网关。视频码流向公安监控图侦集控系统进行汇聚，干警通过应用客户端实时调控前端设备，系统集成简便，管理高效且具有实用性、新颖性、应用范围广的特点。

1  前端设备接入

公安监控图侦集控系统的前端为视频监控系统。视频网络接入盒通过ONVIF规范，将前端监控设备接入监控系统。ONVIF协议对网络视频的模型、接口、数据类型以及数据交互的模式进行描述，并以Web Services的形式提供设备管理和控制部分定义的接口。每一个终端设备都被要求提供与功能相应的Web Service，通过SOAP协议实现服务端与客户端的数据交互采用，其他部分设备则采用RTP/RTSP进行交互，以满足ONVIF规范要求。

通过使用SOAP和HTTP协议，Web用户可以对数据实现远程调用。客户端根据WSDL文档，生成一条SOAP请求记录，再镶嵌在一个HTTP POST请求中，然后发送到Web Services所在的Web服务器。收到的SOAP请求，Web Services请求处理器解析，会调用相应的Web Services信息，再生成相对应的SOAP响应。Web服务器收到SOAP响应后，通过HTTP响应的方式把信息传送到客户端。SOAP是基于XML的一种协议。一条SOAP消息就是一个普通的XML文档;为了Web Service的服务，对实际的设备功能进行抽象，关注重点不是设备的型号，而是设备所提供的Web Service范围之外的行为。通过Web控制，在客户端的调用视频监控系统的控制单元完成操作。在ONVIF规范中，命令以及消息内容有了统一的标准，抽象了功能的接口，统一了设备配置以及操作方式。在这种情况下，CMU与PU不再保持长连接，其交互方式发生了改变。这样拥有效率非常高的开发方式。不符合ONVIF或者其他协议的设备，则根据需要采用SDK接入方式进行定制化接入开发。

2  码流封装及转码

本项目前端设备与系统之间的流实时传输采用符合相应RFC标准的RTP封装及RTSP协议（遵循RFC3550规范），H.264的RTP封装应遵循RFC3984规范。此系统视频编码方法采用H.264。H.264的算法分为两层：第一层，视频编码层，对视频内容进行高效的表示。高编码效率主要是依靠这一层实现的。第二层，网络提取层，这一层主要是把数据打包和传送。VCL和NAL之间接口连接，是通过分组的方式进行的，先将NAL单元进行封装，然后传输和存储需要编码的VCL数据。每一组数据对应编码的视频数据，具有良好的网络亲和性，即可适应于各种传输网络。通过对实时流协议的控制，进行实时数据传送，让需传输的实时数据受控、按需传送成为可能。前端设备视频采集获得的图像数据存储格式为YUV，再将YUV格式的图像数据进行压缩编码，以缩小数据量，满足系统网络化需求。

2.1  帧内预测

相邻宏块通常含有相似的属性，在给定帧中预留宏块，对相邻宏块的空间相关性进行充分利用，不失为提高H.264帧内编码效率的一种好方法。我们对宏块编码前，先利用宏块帧内预测的方法，对周围的宏块进行预测，然后比较实际值与预测值之间的差异，最后对差异值进行编码。帧内预测相对于直接对帧编码而言，可以大大减小码率，缩减图像的空间冗余。

2.2  小尺寸DCT整数变换

在视频压缩编码中，为了对运动物体进行更为精确的划分，利用H.264，采用小尺寸的4×4块，相对于以前常用8×8块，变换块的尺寸变小了，这使得计算量小了，并且在运动物体边缘的衔接误差也大大减小，这使得图像变换过程中编码得到压缩，可以快速传输。对于帧内宏块亮度数据的16个4×4块的DCT系数，H.264可以进行第二次4×4块的变换，对色度数据的4个4×4块的DC系数进行2×2块的变换，块变小了，在转换过程中，这些区域的图像会变得平滑，减少因尺寸变换带来的块间灰度差异，没有“反变换误差”，而且整数DCT变换还可以减少运算量和复杂度。

2.3  多种运动估计

2.3.1  高精度估计

运动矢量位移运动估计，通常采用1/4像素甚至1/8像素。在H.264中，为了获得1/2像素位置的值，可以采用6阶FIR滤波器的内插。然后，通过线性内插1/2像素值，1/4像素值。再对1/4像素精度进行内插运算，获得1/8像素的运动矢量。在H.264中，运动矢量位移的精度越高，其帧间误差就越小，传输码率也就越低，压缩比率就更加高。

2.3.2  多参数帧估计

在H.264中，采用多个参数帧的运动估计。刚刚编码好的参数帧，会暂时存放在编码器的缓存中，选择一个相对较好的编码效果的作为参数帧，并指定用于预测的参数帧。相对于只用上一个刚编码的帧作为预测帧的方法来讲，这样编码效果就会更好。

2.3.3  熵编码

熵编码的运动估计，与预测算法扫描类型不同。熵编码把4×4的量化系数进行重新排序，创建一個新的串行流，并对这些系数按照从低频到高频的扫描类型进行排序。为了高效的达到熵编码的目的，利用游程编码就可以缩减零的数目，因为高频系数大多数趋向于零。熵编码比特位数来表示频繁使用的符号，通过映射符号的字节流来表示运动矢量，而不是经常使用的符号。

3  设备远程管理模块

设备远程管理模块的主要功能是响应系统的监控操作，对集控网关的远程故障进行排查，版本更新，控制等。通过与监控图侦集控系统的交互，可获取集控系统的认证并注册。在集控系统需要集管视频时，会下发一系列有关取流任务的指令到集控网关，集控网关通过心跳连接方式与集控系统保持长连接。

3.1  监控图侦集控系统

集控系统由多台服务器组成。外提供流接入和访问服务，是视频服务器通过不同的端口来实现的。所有智能监控网关和监控客户端，通过统一的域名接入管理服务器。数据库和存储服务器位于集控系统内网。流接入集控系统，相对压力比较大，考虑到集控系统的压力特性，对流接入部分采用分布式部署。将不同的视频接收服务器，分为不同的组别，再接入集控网关，并按照组别提供服务。为此，系统可以达到平衡压力，稳定性也大大提高了。

3.2  监控图侦客户端

客户端软件采用了高内聚低耦合的模块化设计架构，各个不同的功能模块之间彼此独立，互不影响，由统一的信息调度模块负责协调运行、监控。因此在进行功能增加、修改时，只需对相应的模块进行变动，其余模块仍然可以正常工作，便于后期的功能扩充和系统维护。公安干警可以通过客户端（PC客户端软件/Web浏览器/移动终端APP）依据电子地图了解源的分布情况;实时调阅资源的视频/历史视频;控制资源的云台，获得最佳监控视角。

参考文献：

[1] 肖成立.视频监控系统下视频监控图像侦查的应用及发展方向 [J].数字技术与应用，2018，36（9）：42+44.

[2] 刘炳均.基于云平台的分布式视频转码系统的设计与实现 [D].广州：中山大学，2015.

[3] 张巍.警务图像侦查系统的设计与实现 [D].广州：华南理工大学，2016.

作者简介：魏利梅（1986.12-），女，汉族，四川资中人，本科，实习研究员，测试员，研究方向：视频图像识别。