监控视频运动目标检测背景技术的研究现状与展望

第一章绪论随着党中央、国务院关于“经济社会全面发展、构建和谐社会”等重大创新理论的提出，全国公安治安管理防范工作越来越受到党中央和地方政府的高度重视。随着高新技术的相互结合，特别是通信技术、计算机技术、信息技术和图像处理技术的发展和实际应用，视频监控系统的建设也为提高公安工作效率、强化社会治安管控工作提供了强大有力的后方保障。11前言平安城市视频监控系统是社会安防体系的重要构成部分。经过近十多年的快速发展,我们国家平安城市视频监控系统已形成了生产、销售、系统工程集成、可视报警与应急联动等为体系的全民经济朝阳产业。随着我国信息网络技术发展和人民生活水平的不断提高,一体式全方位的城市安防联动安防有了大力的发展,为了能够适应新技术不断的发展和数字平安城市的不断建设1,提出了城市安防的理念和建设城市数字化安防的具体需求。城市数字化安防的主要目的在于防患于未然,防大于制。尽可能保证城市所有人的生命和财产安全,有犯罪行为发生时也能通过平安城市视频监控系统为公安人员提供行为人的犯罪线索,便于案件的侦破。平安城市视频监控系统的建立，可达到事先防范、事发控制、事后研判，并极大地震慑违法人员违法行为的发生，降低城市治安、刑事案件的发案率为实现真正意义的“平安城市”起到关键性的作用。12课题建设目标和意义为了大力建设城市安防一体化和打击各种违法犯罪行为，建设平安城市视频监控系统，要实现如下目标1分级建立平安城市视频监控系统，首先要对前端摄像头进行安装和视频网络的组网确保高清图像传输的畅通，系统监控平台能够实现用户权限管理、视频信息存储和回放、视频的显示和抓拍、系统软硬件的自动巡检、接处警信息处置，报警视频联动处置实现系统互联2；建设平安城市视频监控系统构建市公安局区分（县）局派出所多级视频监控图像传输联网的平安城市视频监控；2通过逐步建立全市的警用视频监控系统，利用视频资源共享技术和流媒体技术，市公安局、各区县公安局、各基层派出所监控分中心的操作员可以调看前端监控现场的实时图像，或或回放录像资料，或抓拍取证，为分析案情并实施决策提供技术支撑；3平安城市视频监控系统要和市区县公安局的报警指挥系统联动，实现快速接处警和快速反应的目的；4在建立公安电子警察视频监控系统系统时，为了充分利用以前已建成的视频监控资源，需要对这些资源整合再利用，实现全市新旧视频监控点的视频图像资源共享；5对城市重要部位如政府、金融机构、大型商业街、城乡结合部、进出城主要卡口、案件发案率高发地带等重要部分实施24小时视频动态安防监控。平安城市视频监控系统，能够实现省厅、市局、区县公安分局、各基层派出所、视频监控系统的多级联网，并与110、122、119形成三级联动，保证有事态发生时、公安指挥中心能够及时掌握现场实时情况、指挥现场应急处置，大大提高重大事件应急处置能力。对保障了人民生命财产安全，构建和谐社会具有着重要意义。13“平安城市”视频监控系统的发展历程中国平安城市视频监控系统在80年代开始起步，比西方发达国家起步晚了近20年。在改革开放前，由于中国经济的发展，中国的安防主要是以人防为主，数字安防产品几乎为零。80年代初，北京、上海等城市及一些沿海经济发达地区的安防建设悄然兴起，尤其是在改革开放的前沿，珠三角地区依靠先进的电子科技优势逐步发展成为全国视频监控产业的重要基地。现阶段视频监控的发展已基本形成，并形成了一定的生产规模。进入第二十一世纪，大量涌现出的高清数码监控产品，都极大促进了技防产品市场蓬勃发展。中国正在发展成为世界最大的视频监控市场，中国安防产业已成为国民经济的新的增长点和新兴的朝阳产业。并已成为中国经济建设领域的一个非常重要的力量。在国外，视频监控系统主要针对高档小区住宅楼宇的防盗报警，或针对个人用户的人身安全保障。在国内，视频监控管理系统的业务除了一些交通安全、公寓大楼、银行等办公场所外，现在随着公安部“平安城市”建设项目推进，现在也逐渐深入应用到公安电子警察视频监控行业。国外的视频监控系统技术水平较高，尤其国外的视频图像和视频编码、解码技术、网络传输技术的优先地位，以前我国主要通过技术引进和外包国外公司建设，但成本较高，系统培训和维护难度大36。随着我国电子通信技术的不断发展，网络传输能力的提高，工程技术实施经验的逐渐积累，使视频监控技术在我国的发展速度空前提高，视频监控系统在国内目前应用己经相当广泛。14研究内容及要解决的问题平安城市视频系统要解决的问题有以下四个要打破指挥调度人员死盯屏幕传统模式，让指挥调度人员能够在高清电视墙、公安视频专计算机客户端上查看实时图像，并实现视频切换、前端控制、视频轮训等一系列的常规监控控制功能7；大容量分布式实时视频在有限网络资源环境下，多个用户可同时在线观看系统内任意网点的实时视频资料，支持星形、总线、环行、树形等各种拓扑形式的组网，适应中国治安防范管理的多层次、分级管理体制；目前平安城市视频监控系统在技术与产品上现分为四代模拟数字网络智能化。但在我国大多数城市平安城市视频监控中，大多数仍旧是以模拟信号或者模拟和数字混合信号为主，建设未能够跟上技术与时代的发展。在现阶段，社会安全防范体系是以视频监控为主，通过110、122、119、120等接处警的整合，实现联动机制、警力调度。多业务综合接入如视频、音频、数据、以太网、E1、开关量等信号，在建设城市治安图像监控系统的同时，以较低的成本实现公安网络向基层单位的延伸集成能力和开放性系统现已集成了各种主流的前端高清摄像头控制协议，系统也为能够二次开发提供了相关接口8，可以方便与其它系统实现集成。集光纤传输和矩阵切换功能于一体，减少了中间环节，能够在一根光纤上实现多路视频的双向传输，节省传输设备和光纤资源；因此，在设计系统建设方案时，应考虑到系统的整体性及前瞻性。从系统整体建设与未来科技术和公安需求的发展综合进行评估，系统必需具有可持续发展性。15论文的组织结构第一章介绍介绍平安城市视频监控系统的基本概念研究背景及目的。通过查阅大量文献和网络资源，详细了解了国内外本课题的研究现状，并给出了论文的主要内容和要解决的问题及章节安排。第二章对平安城市监控系统做出了概要设计，首先介绍系统建设总体目标，系统设计原则，系统网络建设模式，前端摄像头工作模式，监控布点原则，网络通讯信息传输设计，最后介绍了系统整体设计方案，存储系统的部署，系统总体的构造及系统建设施工中需要注意的问题。第三章系统工程化中的总体详细设计章节。对平安城市视频监控系统作出详细设计，按系统功能组成，对系统中的核心功能作出了详细的设计，在详细设计过程，即阐述了系统功能设计的原则、设计思想和工作方式，又对关键技术问题和详细流程作出设计，并制定出系统业务功能要求。第四章属软件工程化中的系统功能实现章节。详细概述了平安城市视频监控系统整体全面实现，以流程图介绍实现步骤，通过几个关键的系统功能界面展示出实现研究成果。第五章分析介绍了平安城市视频监控系统控制平台的程序开发及实现，首先对系统平台的开发工具VISUALBASIC进行了详细的介绍，其次介绍了本系统使用VB进行开发所运用到的VB控件、代码模块、窗体属性、图像处理，最后介绍了软件的一些关键功能代码。第六章总结与展望。对全文的工作进行总结，并对后续可以研究的内容进行展望。第二章视频监控系统总体概要设计和分析随着全国公安局机关“平安城市”建设工作的大力推进，视频监控系统在维护公共安全、社会稳定、预防打击各种违法犯罪行为、提高城市应急能力及保障人民生命财产安全等诸多方面起着越来越重要的作用。平安城市视频监控系统的建设，即要整合现有视频网络资源，又需要应用新的视频监控技术扩展监控范围，实现全天候、无死角、大范围的高清视频监控，建成基层派出所、县（区）公安分局、市公安局视频监控中心的三级架构，为了更好地保障人民群众生命财产安全、切实做好社会治安监管和防范工作，全力维护社会治安稳定，振摄违法犯罪行为，体现为人民服务的根本宗旨，为正打造真正的“平安城市”做出应有的贡献。21系统建设目标根据所辖区实地情况和综合监控系统在公安系统的发展方向，本人认为在充分利用现有系统、硬件设备和网络架构的基础上，建设一个高度集成省市县区公安局所辖的视频监控报警系统的平台，符合国家相关规定标准，成为公安部优秀试点工程，为城市公共安全防范提供了一种现代化管理的方式、一种控制的手段、一种运维的机制。为达到时间短、投资小、效益大目的，并达到预期的监控管理要求。具体目标如下建立一个集合公安110、交警122、消防119三部分的视频监控和接处警统一管理平台进行统一管理，以实现110、122、119联合接处警为基础，增强多警种联动的配合与管理，从而对突发事件、重大案事件、群体聚集上访事件等重大事件做出快速、有序、高效的应急预案研判。系统具有前端采集监视及信息传输功能、系统用户权限管理控制功能、视频实时显示浏览功能、报警信息联动处置功能、信息存储备份和视频检索回放功能、摄像头控制及抓拍功能、自动巡检功能、系统数据库数据存储功能集成在一个综合管理平台上，实现各功能资源共享、信息共享形成一有机整体，一旦有重大事件发生相关领导能够第一时间在指挥中心了解现场实际情况并根据相关预案做出应急指挥，最大程度地降低事件所造成的社会危害9。平安城市视频监控系统管理平台提供多重信息接口,为应急办、急救中心、市政等相关单位在应急紧急情况下实现信息共享，为城市公共安全提供强有力地保障。要建立一个统一的监控管理平台，对系统中的视频数据及其他数据进行分地（所属地单位和指挥中心核心机房）备份管理，确保系统数据的安全性。本视频监控系统主要构建在运营商光纤上，使每一名授权后的使用者都能够通过专用网络在本地或远程的客户端上实现网络管理，因此扩大系统使用的范围，也方便了系统的扩展和升级管理，节省了时间增强了工作效率。采用一个统一的高度集成的监控管理平台，会使培训成本大幅降低，系统远程的基本维护，也减少了人工维护成本，因此降低了维护成本。集合了以上系统建设目标和现有实际情况，本人利用所学知识全面地设计了一个平安城市视频监控管理平台，并将以上提到的相关功能相关接口集合于一体，把此系统的综合效益发挥到最大，并为以后的系统功能升级留有足够空间。22系统设计原则本系统建设以“可靠、实用、先进、经济”为理论指导思想，还应遵循下列原则（一）标准化为了便于系统的管理、维护和扩展，系统所用的设备和技术必须符合国际行业标准，使用统一的系统数据通信协议，使系统内各子系统之间能够互联互通，并充分发挥系统的所涉功能，保证系统的高兼容性，所采购的设备不会局限于某一品牌厂商防止造成垄断设备的发生，有利于提高系统的升级改造。（二）先进性系统的传输技术、图像压缩存储技术、控制技术、必须达到当前界内主流水平，系统硬件设备和系统架构技术是先进的、成熟的，符合系统长期发展方向的，满足当前和未来的发展，容易快速升级，以确保系统投资的长期利益。（三）延伸性系统应该具有良好的开放性兼容性，可扩展性，不仅在规模和功能上易于扩充，而且还具有良好的互操作性、可移植性，以满足当今及以后的网络技术和数字监控发展需求。（四）实用性系统易性好，系统平台可满足公安工作对视频监控的一些的一些基本需求，使用方便、易上手，前段上传到平台的视频图像保证清晰无噪点、无卡顿现象，全天候24小时都尽量保证良好的视频显示效果。（五）经济性由于平安城市视频监控系统涉及面之广，应对不同的监控位置管理应有所侧重，要考虑到系统的实用和效益相结合，把摄像头都按到有实际意义的位置，增强系统实用性。（六）安全性系统具有安全防范和保密措施，本系统均接入公安视频专网安全性得到大幅提升，通过系统权限管理防止客户端非法操作，核心硬件供电系统均采用UPS不间断电源，确保硬件不间断工作，确保系统的稳定安全性。（七）实时性系统将保证实时视频图像0延时且播放速度不低于35帧/秒传输到视频指挥中心，实现现场图像流畅清晰可控管理。（八）可靠性系统包括组网设备、前段设备、核心机房设备、通信传输设备都通过政府采购从厂家直接发货减少中间环节，保证货品质量，所用集成商资质必须满足国家标准。（九）互通性系统具有较强的互通性，在系统核心交换机上为相关部门留有开放接口在一些特定情况下，允许政府相关部门能够实现接入本视频网络，实现监控视频资源的共享。23系统网络建设模式的选择平安城市视频监控系统的建设首先要考虑的是选择什么类型的建设模式。就目前来看全国各公安机关平安城市视频监控系统建设模式主要有三类，一是光纤信号模拟信号混合型接入方式，二是采用有线光纤信号接入方式，三是有线信号与无线信号相结合的接入方式。当今视频监控网络传输最常用的是光纤介质传输，光纤介质传输属于有线介质，有线介质受限于一些特殊场合，例如偏远山区、没有光纤接入的老旧小区、相对空旷的厂区等一些光纤未覆盖到的位置10，实现光纤传输具有一定的困难。近几年无线4G信号的大规模覆盖使无线视频传输技术逐渐走向成熟稳定阶段，通过一些视频传输厂商的宣传介绍我国自主品牌的一些无线组网则可以完全解决有线介质受限地区的视频传输问题。上述三种建设模式我们通过表21所示做出一个详细的比较。表21介入方式参数比较TABLE21INTERVENTIONOFPARAMETERCOMPARISON对比参数电话线路专线双绞线WIFI、CPE无线光纤速率300BITS2400BITS10K2M100M1000M2M,4M,11M,22M,36M,54M10M1000M设备费用（点/元）60008000800016000500100050001000010000以上使用费用02元/分钟7500元左右/月无无无法预计场合少量的网络工作慢速的网络100M骨干网络11M54M的正常网络骨干网误码率较高偏中等很低较低很低协议与网络能力单机小型网各种网络的应用各种网络的应用各种网络的应用响应时间慢中快较快很快可靠性较差一般高较高很高稳定性差中高高很高从以上数据中可以看出，现有的无线信号传输设备在带宽、响应时间、连接稳定性、可靠性等诸多方面都具有明显优势，与光纤信号传输的结合使用必定增强系统的实用性、扩展性、延伸性。通过上表的数据分析对比，我所设计的平安城市视频监控系统建设模式将选用光纤有线传输为主导，无线传输为辅助结合的建筑模式。24前端摄像头工作方式通过前段网络摄像机（高清球机、高清枪机）采集的视频图像在网络摄像机内已完成视频的整体压缩，通过光纤接入公安视频专网，直接将视频、音频、控制、报警等信息传输给流媒体，流媒体进行交换后可以转发给高清解码器解码后进行电视墙的显示。也可以转发给PC客户端进行查看，存储流通过写入网络矩阵进入存储系统进行存储。前段高清摄像机,即支持JPEG/MPEG4/H264B三种不同的压缩格式，根据需求设置不同压缩格式，标清720P摄像机输编码率为5MBPS，压缩图像分辨率为4CIF；高清摄像机编码率为10MBPS，压缩图像分辨率为HD1080I。前段高清摄像机均内设报警输入输出接口，前段高清摄像机垂直下方按有触摸式报警器，触摸该报警器后该位置的报警信息直接会显示在视频监控系统平台PC客户端上，还会弹出报警位置摄像机的实时图像、在GIS地图上对应报警点图标闪烁。PC客户端能够远程对高清网络球式摄像机进行一系列控制如变换角度，放大缩小等基本控制，PC客户端能够对摄像机进行远程升级、配置网络数据参数、查看摄像机工作状态等系列基础维护工作。11。25监控布点原则（一）总体原则。前段摄像机点位包括安装在商场、农贸市场、大型超市等室内监控，还包括安装在工厂厂区、封闭的居民住宅小区等围栏式户外监控。和安装在城郊卡口、大型广场、重要场所以及公共交通枢纽等地区的广阔型户外监控。（二）具体原则分类点1、一类点（1）容易发生大规模群体性事件的重点部位党政机关、电台电视台通讯社等重要新闻单位、中小学及各大院校、大型医院出入口及周边关键部位等。（2）交通运输枢纽及主要交通干线和进出城检查点港口码头机场、大型车站火车站地铁站、重点出城卡口、城市主要交通干道等。（3）电信、金融、科研、重点文物保护单位、档案馆等国内保主要保护单位。（4）治安案件刑事案件易发案区域体育比赛、展览、文艺演出场等馆，大型商场超市，宾馆酒店、大型旅游景区。（5）县级以上人民政府确定的其他重要场所及部位。2、二类点（1）城中村人口聚集区域、社区警务工作室、人才劳力市场。（2）高新工业区企业及其家属生活区内重要公众区域和重要道路区域。（3）市区内公园，文化广场，街边广场等人流聚集区。（4）商业步行街的主要街路、地下过街通道、公路隧道。（5）大型机动车停车场如步行街商业街的集中机动车露天停车场。（6）特殊行业（旅店、网吧、台球社、加油站、加气站、烟花爆竹售卖点）水源地、发电厂等关键部位。（7）其他需要监控的区域。3、三类点主要安装在偏僻地段、治安盲点、街巷死角作为二类点的补充，确保社会视频监控系统不留死角。发生相应事案件，可随时上调为二类监控点。26网络通讯信息传输设计信息传输子系统指各监控网点派出所分局市局之间的传输网络与端口设备。信息传输子系统是系统视频信号、声音信号、控制信号等信号的传输通道13。对视频图像信号的传输最主要的要是经过编解码后视频质量不会产生大量的噪点、视频图像的不产生明显的失真，保证经解码后视频图像的的清晰度和分辨率没有明显的下降。视频数据传输网络是平安城市视频专网的重要保障。网络承载层必须提供一定的隔离措施12，如划分VLAN、VPN、提供应用专线、用物理设备保障业务流的安全。并在承载层上提供端到端的通信服务质量QOS保障。传输网络分为五类网络光纤专线、VPN专网、IP专网、公安信息网、互联网，网络传输电缆质量的好坏不但会影响图像画质的好坏同时还会影响到整个系统的抗干扰能力。信息传输中的流媒体服务设计（一）实时流转发功能PC客户端请求实时流经解码器解码后转发回PC客户端进行实时查看，流媒体服务器若获取到的请求的实时流，将被执行复制分发，实时流若未被媒体服务器获取，将被进行获取再转发工作。（二）连接情况统计功能连接情况统计包括PC客户端请求路数，客户端查看图像的延时和丢包率，实时码流转发的个数，和进出流媒体的码流数。（三）故障自调整功能系统内各子系统若出现系统问题比如程序系统崩溃、异常退出、数据损坏等问题出现时，各子系统模块将自动重启，并启动自动数据还原，确保系统的正常运行。（四）异常信息主动上报系统各个服务器若出现相关问题会自动上传报警指令到指挥中心PC客户端，提醒管理员问题原因问题代码。问题信息会记录在系统日志文件中。27系统整体方案设计（一）分布式系统架构分布式系统架构指的是由多个处理资源相互连接的构成的计算机网络系统架构，各个相关子系统在整体系统的控制下协共同一个任务指令，减少集中的程序、数据、硬件的负荷。这些资源可以是地理上相邻的，也可以是在地理上分散的。分布式系统的特征是场地分布、数据分布、硬件平台多样化、操作系统多样化、应用平台多样化。分布式架构以其独特的优点便宜、高效，而越来越受到社会的关注。分布式系统架构是将系统内的各子系统的集合，是大型系统工程的高级发展阶段，是近年来系统建设领域中新的发展阶段。分布式架构有以下优点在局域网中进行分布式计算，能够将庞大的系统计算任务平行处理，系统运算速度将飞跃性的提升，系统将为用户节省等待响应时间也降低了系统建设成本。对用户来讲分布式系统架构相对透明，用户无需经培训简单了解就能熟练掌握。如果分布式网络需要动态重构，包括加入计算节点或系统保存退出均由系统在线自动完成。分布式系统架构能依据系统运行状况进行负载均衡处理。分布式系统架构能实现多种系统业务程序同时处理。因此本系统工程建设以分布式结构建设各级操作平台和监控中心，每个派出所、分局和市局均有自己独立的硬件、软件、成像系统和供电保证系统；派出所监控中心实现对前端图像的实时监控和录像等功能；分局监控中心能控制并调用任意派出所的实时视频图像；市局监控中心通过分局监控中心可控制并调用任意社区警务室的实时视频图像。市公安局监控中心为省公安局监控中心联网提供相应接口，并可根据上级指令，上传相关视频信息。因此本系统工程建设以分布式架构建设每个基层派出所、县区公安分局和市公安局均安装有独立的系统硬件和UPS供电保障电源，软件部分由市公安局统一部署，向下级单位分发IP和PC客户端。基层派出所监控室可以查看其辖区内视频前段图像并对其实时监控和查看视频录像等功能；公安分局指挥中心能够调用辖区内进入到派出所的任意摄像头，并有权限下载视频监控录像，分配辖区内派出所PC客户端用户及用户权限；市公安局指挥中心通过视频专网可以查看和控制全市所有监控摄像头。并为省公安厅指挥中心提供网络接口，实现视频信息互通互联。通过有效合理的系统架构和安全周密的权限管理，此系统可以支持大量的PC客户操作端同时访问同时查看图像。各基层派出所、区县公安分局、市公安局各指挥中心均可独立使用客户端查看视频图像不依赖其他节点，大大增强了系统的稳定性、可靠性。（二）全数字化、全IP结构视频数据均以数字化形式在网络内部进行传输，并且网络基础设计结构采用全网IP化管理方式并启用了三层交换模式，除模拟摄像机外的所有设备均有全网独立唯一的IP地址，大大降低了系统维护和管理的难度。（三）有线与无线相结合目前视频监控最常用传输介质就是有线光纤链路，它的工作原理是通过把视频、控制等相关信号转换为激光信号在光纤中传输接收端发送端均设有光纤收发器。本次工程建设中基层公安派出所、区县公安分局、市公安局相互间建立有线光纤链路，作为平安城市视频专网的主干链路。大部分前端摄像头也将利用光纤有线链路进行视频数据的传输。加CPE无线传输链路相结合。本次系统建设考虑到有些前端摄像头的安装位置附近并没有运营商的光纤有线链路的经过如果为了一两个摄像头的链路传输铺设地下光纤那么系统的建设成本将大大增加，系统的效益性大大降低，为了解决这个问题本次系统建设将引入无线传输技术解决这一问题。前端摄像头通过无线CPE接收无线基站（WIFIAP信号）,通过接收到的信号指令将前端摄像头所采集到的视频图像传输到指挥中心核心机房，完成视频图像的汇聚、转发、等功能。系统采用的无线传输设备均为电信级设备，带宽大，稳定性强，为了以后长期建设和升级，设备还需满足大规模的扩容并能通过各个无线点构建成一个临时的无线网络能够满足应对突发应急事件的发生。综上所诉系统建设的整体方案如图21所示。图21平安城市视频监控系统建设结构图FIG21SAFESTRUCTUREDIAGRAMOFOVERALLPLANNINGOFCITYVIDEOSURVEILLANCESYSTEM28系统分布管理控制实行“三级平台、三级管理”分级管理模式。第一级市公安局属于系统一级管理平台在整个平安城市视频监控系统中的市公安局的权限是最高的，可以在线调度、控制、查看全市所有辖区内的视频监控资源，并可设置下属单位的操作管理权限。第二级区县公安分局属于系统二级管理平台在整个平安城市视频监控系统中的区县分局可以在线调度、控制、查看、下载其辖区内基层派出所的视频监控资源，与市公安局之间通过授权验证实现互联访问，若想查看非管辖区的视频资源必须报市局批准才可查看。区县分局指挥中心核心机房负责辖区内的各监控资源的集中存储。第三级各基层派出所属于系统三级管理平台在整个平安城市视频监控系统中基层派出所可以在线查看、控制辖区内的视频监控资源，并受公安分局授权管理，若想查看属统一分局其他派出所的视频监控资源必须向分局申请得到授权同意后方可进行查看。综上所诉，系统管理方案即平安城市视频监控系统结构图如图22所示。图22平安城市视频监控系统结构图FIG22THELOGICOFPEACECITYVIDEOMONITORINGSYSTEMSTRUCTUREDIAGRAM29存储系统的部署在平安城市视频监控系统中最重要的一个子系统就是存储系统，存储系统里存储着安装的每个摄像头所记录的视频信息，这些视频信息就有可能记录着案件最有利的证据和破案的重要线索这对于公安工作来讲它的意义可想而知。这就必须要求存储系统一定要有大容量、高稳定性、高安全可靠性。对于本系统建设项目将釆用基于ISCSI技术的IPSANSTORAGEAREANETWORK解决方案，在区县分局指挥中心视频监控机房部署安装IPSAN磁盘阵列，对辖区内所有安装的摄像头传回的视频数据进行集中存储方便后期的管理。存储子系统将运用RAID5级别存储技术，来大幅提升视频数据的可靠性、安全性。依靠数据网络进行存储,实现随时调取查看存储的视频资源。根据前端安装的摄像头数量、图像分辨率、监控时间等因数配置系统存储容量的分配。存储系统底层结构使用流媒体数据管理结合VSPP技术视频流预保护14，不仅能大大提高了系统稳定性解决硬盘存储的文件碎片问题，能够提升系统应用性能、提高系统检索效率，保障系统的稳定性。平安城市监控系统针对所运用的其他子系统提供唯一的存储接口，其他子系统应用只需通过该接口接入即可，存储的配置和管理由存储子系统自动完成减少人工环节。在平安城市视频监控系统中，存储子系统需要具备完整有效的记录功能，对所存储的数据要具有高安全性和高可靠性，对系统结构灵活的等特性，存储子系统结构要具有灵活的特性配置多样的视频数据存储计划，根据用户如增加摄像头数量，增加视频质量等需求的不断调整存储增加兼容大容量硬盘的硬插槽设备，实现系统大容量存储，还可以加入外部阵列柜来提升系统的存储空间，为了提高系统存储的可靠性，工程采用RAID5设备等级保护技术。设备采用双控制器架构分布式网络存储结构，降低系统存储压力和硬盘结构负荷。存储子系统还要考虑到对旧系统升级改造、有可能涉及到存储结构的不同还应做到存储结构的多样性，尽可能满足存储对接，如工程中针对老旧系统的改造还可采用混合式DVR来实现高清视频的接入和存储，这样既保护了原有的模拟视频信号的接入，也可以为新增加高清摄像头进行良好地系统融合。210系统总体构造新建高清监控资源指本项目的前端采集高清摄像头，散布在各监控点位。中心机房设置在市局指挥中心办公楼内，其内部包含了存储系统部件、平台管理控制服务器和集成联动等系统服务器。他们是整个监控系统的核心。应急指挥中心一般分3块，指挥中心、视频调度中心和核心机房，体现在显示控制和维护。前端采集部分采用高清筒式摄像机和高清球机作为主要的前端图像采集设备，图像清晰度尽可能达到全实时1080I高清晰画质，分辨率为16001200；针对均选用红外高清网络摄像机来满足夜间和光线差视频拍摄，复杂环境选用2只网络高清枪机组合大平面监控使用。有线摄像头都采用光纤收发器接入平安城市视频监控专网。网络存储部分釆用基于ISCSI技术的IPSANSTORAGEAREANETWORK解决方案并釆用RAID5级别存储技术提高存储安全性,支持ISCSI/NFS传输协议的高清网络摄像机，能直接将视频数据存入磁盘阵列。管理巡检部分主要实现对系统的架构管理、流媒体管理、报警联动的管理和客户端的控制配置权限。具体包括已安装前端网络摄像机的进行远侧的配置、维护，升级、和巡检，在巡检过程中若发现工作异常的视频摄像机将向监控平台客户端发出报警指令；对视频存储子系统的硬件设备软件设备、各个子系统服务器硬件软件工作状态，若发现工作异常即报警信息，生产系统日志，体现在视频监控客户端。管理巡检的权限须有系统管理员进行设置，有此权限的操作人员必须是24小时在岗的值班人员能够及时发现软硬件系统巡检的报警，并对提示进行相关的处理操作。如遇重大系统提示报警相关人员须报上级部门进行备案操作。多系统联动部分平安城市视频系统客户端能够接到前端报警信号并在平台客户端进行提示指挥中心操作人员根据提前设置好的联动预案下达指令，报警服务器会在收到指令之后，完成协助转发功能，由下级派出所监控室完成接警处警工作，收到预案中级别较高的报警信号时，系统平台将自动弹出报警方位相关的图像和报警地点相对应的电子地图，并以相关“应急预案”的提示出警人员如何采取相应措施15。显示部分采用多路高清解码器和高清数字矩阵构建成高清数码显示单元，并输出高清信号到拼接LED电视墙实现高清图像显示。具备高清数字信号矩阵的切换、轮巡等功能。每路的高清解码器对应一个LED显示单元完成高清视频显示。控制台部分电视墙操控客户端控制电视墙，能完成查看实时监控视频图像，调整视频显示单元，切换电视墙的显示单元等。操作部分由具体客户端操作完成。多级联网部分平安城市视频监控系统平台支持将已有监控视频摄像头的视频图像都能接入该平台。这样既可以让原油摄像头继续发挥其作用提升系统的经济性还避免视频网关对视频图像再次编解码所造成的图像质量损失。系统总体构造如图23所示。211施工中还需要注意的问题L防雷问题及解决措施由于系统中,很多监控点需要放在较高的位置进行监控,在阴雨天气状况下极易发生设备被雷击的现象。总结经验教训,以后应在工程实施前,对容易发生雷击的地方进行勘察并统计,在方案设计中统一部署防雷设施,保障设备安全。防雷的一个有效措施就是部署安装防雷器。防雷器不能说是万无一失,但是实际效果的确相当显著。通过对比发现,增加防雷设施显著改善了设备因雷击出现问题的情况,确保设备运行稳定无故障。图23系统总体构造图FIG23THEOVERALLSTRUCTUREOFTHESYSTEM2防盗问题及解决措施本系统中前端摄像头绝大部分都是安装在户外，还有些摄像头还安装在比较偏僻的位置，设备的防盗成了一个大问题。所以在摄像头安装时，尽可能的把设备安装在人体难以碰到的地方1718，这样尽量减少盗窃行为的发生，在装有光纤收发器插排等设备的设备箱一定要进行上锁保护。在前端摄像头下方印刷上公安提示性标志，表明出设备的重要性。212本章小结本章首先介绍系统建设总体目标、系统建设的设计原则、系统建设视频采集摄像头模式的选择，其次详细介绍了本次系统设计摄像头点位布点原则使其布点点位合理准确性最后介绍了系统整体设计方案包括系统架构、和三个等级结构和系统三级平台、三级管理，准确地细地阐述了该系统的整体设计方案为系统整体设计打好基础。第三章平安城市视频监控系统的基本业务功能本章仅对系统功能组成，及系统中的核心部分进行了周密的描述，即阐述了系统功能设计的原则、设计思想和工作方式，又对关键技术问题和详细流程作出设计规划，并制定出系统业务功能要求。31系统关键业务流程本系统分为以下几个子系统前端视频图像采集子系统、系统用户权限管理控制子系统、视频实时显示浏览功能及抓拍子系统、视频信息存储备份和视频检索回放子系统、报警信息联动处置子系统、自动巡检子系统、系统数据库数据存储子系统。其中前端视频信息采集主要应用前段高清摄像机，视频信息传输主要通过运营商网络线路搭建视频专网，信息存储和回放部分采用大容量磁盘阵列存储模块，视频显示部分采用数个电视矩阵形成电视墙，系统管理控制包括前端设备控制、电子地图操作、用户权限控制等，报警信息处理由单独的报警服务模块实现报警信息发送、接收、存储、转发和处理。各子系统因指令交互构成形成一套有机整体，在公安视频专网上合理部署服务系统模块，优化指令流程，使系统更好地工作，使系统能效最大程度地发挥。综上所诉，平安城市视频监控系统的关键业务流程图如下图31所示。图31平安城市视频监控系统业务流程图FIG31THESAFECITYVIDEOSURVEILLANCESYSTEMBUSINESSFLOWCHART在关键业务流程图中，有以下几类交互的信息交换指令一用户注册、管理控制系统用户账户注册、用户信息管理、系统配置、系统控制等。前端摄像头数据模块和软件服务模块都注册到中心服务模块上，中心服务模块可以对他们进行资源的调度和统一管理。统一管理各个模块只有通过中心模块的注册方可使用，这样对前头摄像头的接入管理和PC客户端的权限管理起到了更好的管理性。资源调度指的是存储服务和流媒体服务等资源的调度（二）预览实时流前端视频监控网点采集的视频图像信息，可以通过视频通路选择开关，信息传输到指挥监控中心，向值班监控人员提供视频图像实时预览服务，监控人员可以对预览的视频图像信息作图像进行抓拍、数字放大、声响头移动等相关操作，还可以将预览信息向其他用户共享，或根据需求提供给视频模块经解码器输出到LED电视墙显示。采用流媒体服务模块一方面能将设备与用户隔离，提高系统安全性；另一方面能减轻设备的处理压力和前端设备接入压力19。通常前端视频采集设备分配到的带宽较少，通过视频通道选择开关和文件共享，多个用户可以访问同一视频图像，但网络上只传输同一份视频数据，向多用户数据分发，减少了网络运行带宽，降低了系统耗能。最后，防止用户直接访问前端摄像头数据信息，降低系统风险，杜绝前端摄像头数据被用户恶意更改。（三）存储流前端摄像头采集到的视频信息将根据系统的数据存储规则进行存储，确保系统存储的可靠性、稳定性。（四）告警信令视频监控系统设备状态自检的告警信息、前端视频监控网点的疑视治安危险告警等各种警情，都将上传到报警服务模块，由它判断报警归宿和报警优先级，将报警信息转发给合理的客户端去处理。32系统介绍所设计的平安城市视频监控系统，包含以下子系统前端采集监视及信息传输子系统、系统用户权限管理控制子系统、视频实时显示浏览子系统、报警信息联动处置子系统、信息存储备份和视频检索回放子系统、摄像头控制及抓拍子系统、自动巡检子系统、系统数据库数据存储子系统。平安城市视频监控系统子系统需求分析用例图如32所示。321前端采集监视子系统前端视频信息采集应能够采集视频监控区域现场的视频图像数据，根据视频监控系统建设统一要求规范的视频信息数据传输协议，将采集的前端视频图像数据经过数据图像压缩和编码转换，再通过光纤网络传输到公安数字视频专网，将前端视频视频图像传输到系统监控平台客户端。前端采集子系统仪前端网络高清摄像头和光纤转发器和触摸报警器等设备为主。使公安部门通过图像来了解布控在城市各个敏感区的实时状况，对实时传输的图像要求保证视频图像的清晰度和流畅度使视频图像的延时不超过1秒，杜绝视频图像拖尾、马赛克等情况的发生；保证工作人员实时查看到流畅高清的视频监控图像。还能保证工作人员回放查看视频图像时也保持图像的高品质。前端视频监控摄像头通过光纤连接到公安视频监控专网然后传输到分局指挥中心核心机房，视频信号通过解码器解码，将视频图像显示在LED电视墙上。平安城市监控系统前端视频采集及信息传输子系统系统用户权限管理子系统视频实时显示浏览功能及抓拍子系统视频信息存储备份和视频检索回看放子系统报警信息联动处置子系统自动巡检子系统系统数据库数据存储子系统图32平安城市视频监控系统功能需求分析用例图FIG32SAFECITYVIDEOMONITORINGSYSTEMFUNCTIONALREQUIREMENTSANALYSISOFUSECASEDIAGRAM322系统用户权限管理子系统能实现根据等级分配的用户管理，给不同用户赋予不同用户具有相应的权限，用户自动继承所拥有的用户权限。拥有用户注册、用户登录安全认证、用户权限的管理、用户访问限制等功能。能实现基于全网统一的用户管理机制，可以和CA认证系统对接，提供全网统一认证和授权。监控平台与公安数字证书验证系统融合，利用数字证书进行身份的实名验证，可以对登陆者的身份和权限严格的验证。视频监控系统平台采用统一的身份验证，分级的用户权限管理，严格遵循公安机关视频监控安全保密技术的相关内容的同时还要加强操作人员的职业操守。系统按照警种、部门分配用户的权限，对前端视频监控摄像头的控制、查看、调用、升级维护分级对应用户使用权限。根据需求进行调用，特殊情况下还将分配给政府相关部门相应的登录用户，并按情况分配临时等级。统平台可以对前端采集到的视频数据进行实时转发，并能满足多用户同时访问相同视频资源，支持多级分布式部署并能根据网络情况灵活提供组播转发、流媒体交换服务器转发和客户端直连优先等多种视频码流转发应用。还能支持PC客户端资源共享。客户端A所看到的场景，包括地图、录像、实况等，可以无缝共享给其他客户端，其他客户端可以看到客户端A相同的场景。系统可实现对视频的实时转发，以满足大量用户同时访问同一视频源的需求。支持多级级联和分布式部署。能根据网络情况灵活提供组播转发、流媒体交换服务器转发和客户端直连优先等多种视频码流转发应用。同时能支持客户端视频共享。客户端A所看到的场景，包括地图、录像、实况等，可以无缝共享给其他客户端，其他客户端可以看到客户端A相同的场景。323视频实时显示浏览和抓拍功能视频实时显示浏览和抓拍子系统由电视墙前端显示和软件客户端两部分组成。前端显示由LED电视墙、高清矩阵、高清视频解码器组成，电视墙包括30台55英寸LED监视器、一个400500CM电视墙显示单元、一个40500CM的LED字幕显示屏。高清矩阵设计为16路高清数字矩阵，高清视频解码器也是16路根据实际工程实施，控制台到大屏幕的观看距离不小于3米。为了方便设备的安装与维护，电视墙后面需保留出相应的操作空间。电视墙服务模块属视频显示子系统中的控制模块，视频监控信息主要通过电视墙显示，因此将电视墙操控软件作成单独的模块，实现了软件模块化。电视墙控制软件担任着电视墙管理者的角色，它可以做如下操作电视墙控制软件能够控制每路视频解码器信号在电视墙上成像的位置成像的大小，电视墙控制软件客户端安装在指挥中心某一台电脑上，监控平台的客户端上可以控制每个摄像头视频信号输出到哪个解码器上1920。高清数码矩阵高清解码器支持解码HD1080P、1280960、16001200等多个高清编码格式。为未来高清系统升级已经预留解码资源，可实现无缝升级。标清解码器最高支持解码QCIF/CIF/2CIF/DCIF/4CIF等多个标清编码格式。数字矩阵解码效果为预览和回放时，画面均可达到25FPS全实时图像画质，随着系统的不断优化，未来将突破传统的25FPS限制，达到更高的帧率，比如50FPS。针对数据源不同，可设置更合理的解码方式；当数据源为实时数据流时，可设置为实时性优先以降低延迟；当数据源为回放数据流时，可设置为流畅性优先以获得更清晰流畅的回放效果。可将任意高清监控头拖拽至任意高清显示屏解码显示。可将一组监控头拖拽至一组高清显示屏解码显示实现多种轮切效果。客户端软件实现通过客户端和解码器解码上电视墙实时视频浏览功能，在权限许可内，用户可以浏览监控资源内的任意图像。视频浏览支持GB/T28181规定的H264、SVAC、MPEG4标准视频编码格式，音频解码支持G711、G7231并可扩展支持G7221音频解码标准。客户端视频界面显示支持多种画面显示风格，支持从1至25个单元格的分屏显示。图像质量显示支持显示播放图像的码流、编码格式和丢包率。模糊查询支持模糊查询功能，支持按照摄像机中文名称首字母进行快速查询。收藏夹功能可收藏常用的摄像机、轮切、组显示、组轮巡、场景、地图、告警源、告警输出等资源，方便用户快速调用。视频轮切系统平台具有视频自动组轮巡功能，在视频监控平台上建立组轮巡将需要要轮巡的摄像头加入组轮巡设定轮巡间隔时间，系统会自动将按设定时间自动轮训选定摄像头图像，轮巡组中某几个摄像机的状态不影响轮巡的正常进行，对于离线状态的摄像机轮切到时自动跳过。仅支持在回看视频录像时，对视频图像某个区域进行图像框选，然后进行数码放大选定区域的图像将会自动放大。有利于查看某个部位的细节图像。云台和球机控制支持方向（上、下、左、右、左上、左下、右上、右下）、倍数变焦、光圈调整、摄像头转速、雨刷、红外、加热、辅助照明开关的控制，转速分9项控制；支持鼠标在图像画面上对云台进行控制，通过鼠标滚轮放大缩小、小键盘控制镜头变倍，并可以外接键盘来实现图像切换和PTZ操作；支持预置位设置、预置位轮巡功能。画面抓拍支持对任意实时直播图像存放成JPEG或BMP格式的图像，支持单张抓拍、连续抓拍，以及对多路同步回放的抓拍。324视频信息存储备份和视频检索回放功能系统支持智能多媒体存储架构，能够灵活存储卡口、电警抓拍图片、视频监控计划存储录像、重点点位备份录像等文件，实现存储系统的统一合理管理。系统支持系统规划视频存储、临时任务存储、接处警信息存储等多项存储单元。支持存IPSAN存储资源统一管理，自动根据系统需求分配存储空间；并可支持摄像机的存储空间可扩展。在报警存储，报警警后录像时间可调，调整范围可在30秒到30分钟。支持对重点录像进行备份，实现IPSAN到IPSAN录像备份；备份方式可以是计划备份、手动备份和报警备份。系统实现多台IPSAN存储设备之间的故障备份，使用M台存储设备为N台存储设备提供灾备，当N台存储中有设备出现异常时，自动切换到备份存储设备中。支持卡口、违章抓拍图片生命周期管理。存储系统对超过周期30天以上视频信息数据进行数据压缩，由于公安案件30天基数原则，一般发案30天上视频数据的采集利用率就相对较低，所以为了节约存储空间存储成本对30天以上的数据进行降低画质的视频压缩，但能保证画质的基本图像21。系统运用集中存储与分布式存储相结合的系统存储构造。分布式存储主要指的是在各基层派出所的基础存储单元，保证本级数据存储；集中存储主要指的是区县公安分局通过IPSAN保存辖区内所有前端摄像头的视频数据信息，和联动报警信息、接处警信息、设备告警等信息数据。平安城市视频监控系统的存储结构图如图33所示。基层派出所选用的视频存储根据各派出所安装的视频点位的不同所以采用的存储硬件也稍有不同但都能接入公安视频专网实现平安城市视频监控系统的统一管理，基层派出所的存储设备主要为HYBRIDDVR和NVR。图33平安城市视频监控系统的存储结构图FIG33SAFESTORAGESTRUCTUREOFCITYVIDEOSURVEILLANCESYSTEMSCHEMATICDIAGRAM区县公安局设有集中存储服务器，集中存储服务器主要存储是收集、管理、分配、部署，前端摄像头的视频数据，并监控前端摄像头基层派出所存储单元的工作状态，负责提示报警存储异常情况，保存存储软、硬件报警日志。系统所有存储单元全部由百兆光纤连入公安视频专网，以提高系统的可靠性、安全性便于系统的统一管理，统一维护提升系统的实用性。本系统能够对摄像点位、视频时间、警情种类等模式进行回看视频检索，利用时间轴对视频时间进行确定，然后进行视频的播放和视频的下载，同时能实现多个视频同时下载。存储的视频图像可以通过系统平台客户端下载，下载的视频文件为MP4高清格式，可以通过常用的视频播放软件进行视频播放，通用性强。视频数据支持多种回放操作视频图像回放操作简单可视化强，查看视频回放时可以对视频图像全屏显示、调节亮度，对比度等视频播放选项设置，通过控制界面可对回看的视频进行暂停、快进、倒退、多倍速播放、拖动进度条进行选择性的播放等操作。系统平台进行录像回放时可以对回看图像分段添加文字注释标记，对于公安工作来讲，这个功能有利于操作人员使用关键字对视频进行分段检索，对部分视频进行比对处理、案件侦破分析。系统平台支持视频图像分段截取也可以对视频录像进行时间基数的图片截取，打印有关犯罪图片作为书面证据，为案件提供依据。系统支持多个摄像机的视频录像同时同步回放，还支持视频录像分段回放，分段下载，增加系统效率，节省操作者的时间，系统支持车辆轨迹录像合成回放对车辆的行驶轨迹的卡口图像对应视频录像进行关联分析，形成卡口通行过车信息，街路的行驶视频