摘要：闭路电视监控系统作为信息采集的重要工具，在广州市交警支队交通管理工作中得到了广泛的应用。随着监控系统规模的不断拓展，单一的模拟闭路电视监控系统已不能满足现代化交通管理工作的要求。利用计算机技术与网络通信技术，建设模数结合的闭路电视监控系统，成为扩展监控系统应用的有效途径。本文结合我支队监控系统实际，应用视频压缩技术与网络传输技术，设计了模拟闭路电视监控系统的数字化与网络化拓展方案，就实现计算机客户端对现有模拟监控系统图像的调用以及对监控点前端进行控制等应用做出了一些有益的尝试。
1 引言
广州市交警支队经过多年建设，初步建立起由一个智能交通管理指挥中心、九个大队分控中心、六个大队副控单位组成的，并与市局指挥中心联网的大型交通监控矩阵系统，共建设交通闭路电视监控前端三百多个，形成基本覆盖我市中心区所有主要路段的网络化布局，对掌握我市道路交通的整体状况，统一协调的进行交通指挥及疏导起到了重大作用。
但是，随着监控系统不断扩展，单纯模拟监控系统的局限性也不断表现出来：一、模拟监控系统的使用者只能在智能交通管理指挥中心及大队分控中心才能够使用监控系统，使用的地点存在很大的局限性。二、模拟监控系统无法实现计算机的管理应用，不能得到计算机技术的支持，这样的结构使得监控系统没有与智能交通管理系统平台的接口，不能实现与智能交通管理系统的融合，功能上有较大的局限性。随着计算机网络技术、通信技术以及多媒体技术的快速发展，传统的模拟监控系统日益显得落后。
实现闭路电视监控系统视频图像和控制信号的网络传输是扩大监控系统应用的一个有效途径。模数接合的闭路电视监控系统能体现了现代信息技术与监控技术的有机结合，在监控系统的应用上有着较大的提升。
2 模拟闭路电视监控系统现状
我支队闭路电视监控矩阵系统全部采用美国HoneyWell品牌MAX1000系列监控系统，以智能交通管理指挥中心监控系统矩阵为中心，搭建成一个大型星型监控系统网络，包括一个智能交通管理指挥中心、九个大队分控中心、六个大队副控单位，前端可控摄像机通过光纤就近接入各个监控矩阵系统。智能交通管理指挥中心、大队分控中心及大队副控单位的操作键盘通过RS232控制信号接入各自的矩阵主机内，将各种切换及控制前端摄像机的操作指令传给主机，再通过主机与监控矩阵的控制达到各种切换图像及控制前端摄像机的动作。
闭路电视监控系统模拟系统结构如下图所示：
3 模数结合监控系统数字化扩展方案
3.1 系统结构
视频数字化系统由数字视频编码器、视频控制服务器、客户端软件等部分构成，系统的拓扑结构如下图所示。
3.1.1 视频编码器
数字视频编码器的主要任务是生成数字视频流并将其传送给客户端。编码器采用嵌入式架构，工作稳定可靠。每台编码器可以对一路模拟视频信号进行处理，产生一路MPEG-2数字视频流，并通过网络发送至客户端。
3.1.2 视频服务器
视频控制服务器是一套建立在高性能服务器上的服务系统，其软件部分包括操作系统、Web服务软件、Web GIS系统、数据库、视频服务软件等。视频控制服务器在系统中的逻辑关系如下图所示。
提供基于Web的电子地图及数字视频服务，产生以电子地图为基础的用户界面；
管理用户权限；
操纵视频矩阵主机实现用户的收看、控制等请求；
监测数字视频编码器的工作状态；
管理视频编码器及模拟闭路电视监控系统中的有关矩阵，控制它们完成信号切换和传输等工作；
监测设备的工作状态，对系统的运行情况进行统计并报告设备故障；
接收用户发出的查询请求，返回结果数据；
接收并执行用户发出的控制动作；
管理工作数据，包括系统的用户信息、摄像点属性、地图资源等。
3.1.3 客户端
客户端软件基于浏览器方式。实现用户的登录、电子地图的调用和操作、数字视频流接收并解压回放。软件还提供了有关的控制按钮，使用户可以操纵摄像机。
3.2系统工作流程
3.2.1 编码器工作流程
编码器的工作方式为受控组播模式，平时不向外发送视频数据，当接收到发送指令时，编码器向指定的组播地址发送数据。
当客户端向视频服务器发送指令，请求观看某路视频时，视频服务器根据此指令分配编码器。如果分配成功，就把编码器的视频流地址告知客户端，同时切换指定的视频信号至编码器，启动编码器开始发送数据。编码器按照指令开始工作，客户端通过软解压收看视频流，此次切换成功。
当客户端结束观看时，向视频服务器发送结束指令，视频服务器向编码器发送停止指令，此时编码器停止工作。视频服务器将该编码器重新设为可分配状态。
3.2.2 视频控制流程
当客户端程序对前场摄像机进行控制时，控制指令被传至视频服务器。视频服务器首先进行权限判别，如果指令满足条件可以执行，则视频服务器将控制指令转换成模拟监控矩阵主机中相应协议的控制指令，通过RS232串口控制信号去操纵相关设备。
3.3 软件功能
3.3.1 软件系统结构
数字视频监控的服务软件系统按C/S模式设计，在数据库中存放了系统的相关数据，在服务器中运行Web服务软件和Web GIS系统，客户工作站上无需预先安装软件，可通过IE浏览的方式查看电子地图，点击摄像头图标，切换视频、观看图像并控制前场摄像头转动。
客户端软件基于IE浏览器，所有信息和内容都以中文/图形显示，界面友善。
软件系统结构如下图所示
3.3.2功能描述
一、服务软件系统软件可提供如下功能：
Web GIS服务。提供基于Web的GIS服务，用户可根据需要放大或缩小电子地图，显示或关闭相关的图层。
设备管理。充分利用Web GIS的数据库对设备实现管理，操作者能够方便地通过点击摄像点来查询该摄像点的属性，如：摄像点的编号、摄像点的信号具体接到哪个机房、解码器/云台/防护罩/摄像机/镜头的型号和条形码编号、镜头的倍数、杆高等。
电子地图具有编辑功能。可修改地图，也可修改摄像头的部署，不同的元素位于不同的图层，可独立修改。
视频监控。所有的视频观看、视频切换及各种控制功能均可在Web GIS上点击实现。
完善的日志管理，记录设备的故障情况以及操作员对设备配置的修改。并可根据维护需要查询、导出及打印系统数据及故障报告。
完善的权限管理。可对每个操作员的权限及优先级进行设置。
完善的控制机制。对多用户的操作控制采用竞争处理机制，当产生冲突时，根据用户的权限级别来裁决。
二、Web GIS模块
Arc/Info系列软件一直在领导GIS行业的潮流，经过全球GIS行业的锤炼，具有较强的安全性和稳定性，它包括ArcView、ArcEditor、ArcInfo、ArcSDE、ArcIMS等等，具有强大的数据编辑、制图、元数据管理、数据输出、网上数据发布能力。
本系统采用的是ArcIMS。ArcIMS是一个基于Internet的GIS，包括客户端和服务器端两方面的技术。它扩展了普通站点，使其能够提供GIS数据和应用服务。ArcIMS包括了免费的HTML和Java浏览工具，但ArcIMS同时也支持其他的客户端，比如ArcGIS Desktop、ArcPad和无线设备。它广泛用于设施管理、自然资源管理、城市规划、交通、环境保护等方面。
GIS应用模块的主要功能包括：地图显示和摄像头的部署、地图编辑、属性数据查询以及监控图像的调用。
1、地图显示
地图浏览工具可提供基本的放大、缩小、全图显示、基本信息查询等功能。
地图显示和控制可根据需要显示背景地图和各个图层，并可以设定要显示的地图层，打开、关闭图层。
各摄像头可根据需要部署在不同的图层中。例如主要干线的摄像头部署在其中一层、次要干线摄像头部署在另一层，支线摄像头部署在第三层。用户可根据需要决定显示或屏蔽各层的摄像头，调用很方便。
2、地图编辑与修改
地图的修改可以用ArcIMS自带的地图编辑功能进行编辑。
摄像头部署可以用服务软件进行添加及修改。
用电子地图标记出所有闭路电视摄像点，在地图上选择地图元素，可以显示相应的地图信息和关联的属性信息。点击地图上的摄像机标志，即显示该位置的画面，并能实现控制。
3、属性数据的查询
ArcIMS提供了相应的数据库接口。具有权限的操作者能够方便地通过右击摄像头来查询该摄像点的属性，如摄像点的编号、摄像点的信号具体接到哪个机房、解码器/云台/防护罩/摄像机/镜头的型号和条形码编号、镜头的倍数、杆高等。
三、图像监控
用户直接用鼠标点击点地图上的摄像头，即可观看对应的位置的图像。
数字视频监控系统采用软件解压的方式来播放数字视频流，解压回放软件的核心部分采用了以色列Elecard公司的MPEG-2解码引擎，它是该领域性能最好的产品之一。该引擎采用了独特的半精度运动估算算法，可以使图像更清晰。解码引擎针对各种主流的x86 CPU进行了多媒体指令优化，运算效率高，播放延时小，系统稳定，十分适合专业监控场合。
解压回放软件提供了播放、暂停、停止、亮度调节等操作功能，回放的图像尺寸可调，还可以全屏显示。除了视频播放以外，解压回放软件还可以在视频控制服务器的协同下对相应的摄像头进行控制，如转动、聚焦等，这一功能对监控工作相当重要。
解压回放软件的软解压延时应小于350毫秒，以满足实时监控的要求。软件的运行环境要求如下：
?硬件
PC机，Intel Pentium III 500MHz以上CPU；
?软件
32位Windows操作系统（98、NT、2000、XP等）
7.0以上版本的DirectX
四、设备管理
服务软件可进行视频编码器的在线检测、连接管理及自我诊断。软件还能对网络中的各台编码器的配置信息进行查看和修改。
五、用户权限管理
1、权限与级别
权限是指用户对系统进行管理或对信息资源进行访问时所能达到的职能范围。指挥中心及分控中心任意一台工作站只要具备权限，都可以对设备进行配置，切换图像，或通过软解压方式监视图像。
级别是指用户对系统进行管理或对信息资源进行访问时的优先顺序。级别的不同决定当操作发生竞争时，谁的控制被优先处理。
2、用户权限管理
角色和用户管理中使用多用户和多角色的管理方法，在管理过程中可以根据不同用户的职能等来划分权限。可以通过配置不同的角色来划分出不同区域中的设备访问能力。如读取数据、修改和控制设备、查看图像等。
系统还根据不同用户的工作岗位等来定义各自的级别。
六、用户操作竞争策略
对于操作控制竞争，在产生冲突时系统将根据用户的权限级别来判断，高优先级的用户可以抢占低优先级的操作；在优先级相同的时候，按照先操作者先服务的原则进行处理。
在操作者对设备进行控制时，如果在一定时间里（如10分钟）没有任何操作或控制，该操作者对设备的占用将被释放，其他的低级别用户随之可以操作和控制该设备。
七、视频通道管理
通道管理功能，管理系统中数字编码器所对应的通道，用户对摄像机所做的切换动作可以直接显示在数据库服务器上，以及对通道的开放、关闭、清空、故障、恢复状态进行检测。
八、具有统计功能
能汇总某一时间段内系统中各个通道的使用情况、以及每个用户在某一时间段内的使用情况等统计信息，并以直观的图表方式反馈给系统管理员。
4 结束语
闭路电视监控系统模数结合应用方案，在不降低原有模拟监控系统性能的条件下，对监控系统进行了数字化的改造，实现了在公安网计算机客户端上对监控系统的调用，极大的扩展了监控系统的应用"空间"；实现了对模拟监控系统的网络化计算机管理，极大的扩展了监控系统的功能；更为重要的是，由于开发了计算机管理接口，能够方便的被智能交通集成指挥调度系统软件所集成，应用更为灵活与广阔。
参考文献
1 詹青龙主编，网络视频技术及应用，西安：西安电子科技大学出版社，2004
2 刘富强编著，数字视频监控系统开发及应用，北京：机械工业出版社，2003
3 胡国荣编著，数字视频压缩及其标准，北京：北京广播学院出版社，1999
4 广州市公安局交通警察支队，广州市智能交通管理指挥系统规划方案［R］.2001.12
作者简介
李鹏林：广州市公安局交通警察支队科技设施处
