大學(xué)校園數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

寧曉青

（運(yùn)城職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系山西運(yùn)城044000）

1 引言

隨著多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，視頻監(jiān)控已經(jīng)步入了數(shù)字化和智能化的階段，現(xiàn)在的數(shù)字化教室已經(jīng)發(fā)展為學(xué)校和其他培訓(xùn)機(jī)構(gòu)教學(xué)質(zhì)量檢測和溝通的一種先進(jìn)手段,它可以給校長及主管教學(xué)工作的領(lǐng)導(dǎo)提供一套教學(xué)全過程的可信資料，尤其對培養(yǎng)年輕教師有雙向促進(jìn)作用，是提高教學(xué)質(zhì)量，向45 min要成績的先進(jìn)手段[1]，同時鑒于校園不斷發(fā)生的盜搶以及校園暴力事件，提出了建立“平安校園”工程，為了加強(qiáng)校園的安全防范管理，保障全體師生以及學(xué)校的財產(chǎn)安全，建立一個先進(jìn)、有效、集成度高的智能化數(shù)字化校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)對大學(xué)尤為重要。

2 校園監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與需求分析

高校是培養(yǎng)國家人才的搖籃，而目前各地高校建設(shè)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，一方面，大部分都是模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，或者模數(shù)混合的系統(tǒng)，而且校園內(nèi)的弱電系統(tǒng)各自獨(dú)立，缺乏聯(lián)動性，為了給廣大師生提供一個安全舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境，必須利用一套有效的科技手段和管理方法加以實時監(jiān)控，以保障校園安全，使校園的安全防范模式不斷向數(shù)字化化、智能化、集成化和主動化方向發(fā)展，以適應(yīng)現(xiàn)代社會的發(fā)展。

數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)，它可以實現(xiàn)基于IP的遠(yuǎn)程視頻實時廣播、監(jiān)控和遠(yuǎn)程錄像等強(qiáng)大功能，綜合了計算機(jī)IP視頻技術(shù)、視頻和音頻數(shù)據(jù)的壓縮及解壓處理技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)，是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)IP視頻應(yīng)用發(fā)展的一個新方向[2]。到目前為止，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷了模擬化、數(shù)字化、智能化、集成化與行業(yè)5個階段。不論哪個階段，都可以概括為3部分：①圖像視頻和聲音等前端數(shù)據(jù)信息的采集；②數(shù)據(jù)的傳輸；③數(shù)據(jù)的控制和圖像顯示系統(tǒng)。

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)

針對大學(xué)校園規(guī)模大、場地分散、師生人數(shù)多和學(xué)生安全防范意識差，以及進(jìn)出校園的人員構(gòu)成復(fù)雜、管理人員少、校園固定資產(chǎn)多和部門復(fù)雜度高等特點，采用目前先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計了一套集先進(jìn)性與綜合性為一體的系統(tǒng)方案，具體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 數(shù)字化校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)的原理及組成

數(shù)字化校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本原理為：數(shù)據(jù)首先由前端設(shè)備如攝像機(jī)和拾音器進(jìn)行采集，然后經(jīng)過編碼在同軸電纜、雙絞線和光纖等傳輸介質(zhì)上進(jìn)行傳輸，保存在存儲服務(wù)器上，同時由控制管理軟件進(jìn)行管理，賦予不同用戶擁有不同的權(quán)限，可以在本地或遠(yuǎn)端進(jìn)行信息瀏覽和設(shè)備控制，最后在監(jiān)視器和大屏等顯示設(shè)備上分畫面分時顯示[3]。其組成主要包括3個部分。

⑴數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

本監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)校園建筑物的不同需求進(jìn)行了不同的設(shè)置，大體上可以分為3大類：

①教學(xué)大樓，根據(jù)國家教育部對電子考場的要求以及各個高校在日常管理方面的需求，在每個教室里設(shè)置了2個攝像機(jī)，一定一動，即一個固定攝像機(jī)如槍式攝像機(jī)，進(jìn)行整個教室的全景掃描；一個動態(tài)攝像機(jī)如帶電動云臺的高速球機(jī)，配有變焦鏡頭，主要是為了對某一圖像進(jìn)行放大，比如發(fā)現(xiàn)學(xué)生有作弊嫌疑時，可以放大這個學(xué)生的圖像信息以查看是否真正作弊，同時在每個教室里安裝高保真拾音器、喇叭、多媒體設(shè)備以及投影儀，其中喇叭可以利用校園廣播系統(tǒng)的音響代替，這些設(shè)備的安裝可以提高日常教學(xué)管理的效率，比如多媒體設(shè)備以及投影儀不僅可以滿足日常的多媒體教學(xué)，而且跟校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后可以進(jìn)行外聘教師的公開示范課，讓大家進(jìn)行觀摩學(xué)習(xí)；錄制優(yōu)秀教師的講課視頻以利于其他教師觀摩、學(xué)習(xí)；監(jiān)控教師上課遲到早退情況，了解教師執(zhí)教態(tài)度、特點、優(yōu)缺點以提高教師的教學(xué)質(zhì)量；

②實訓(xùn)室、圖書館、網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、財務(wù)室以及銀行在校園設(shè)立的自動取款機(jī)亭等，這些部門對安全性要求較高，容易發(fā)生糾紛或盜搶等，所以可以在配置紅外半球攝像機(jī)的同時加配紅外智能攝像機(jī)進(jìn)行檢測，同時安裝門禁系統(tǒng)、紅外柵欄進(jìn)行三級防護(hù)聯(lián)動報警；

③餐廳、停車場、公寓樓、體育場以及學(xué)校大門和校園主干道路等場所，在公寓樓可以配置紅外槍式攝像機(jī)或半球攝像機(jī)并加配煙感探測器等；在停車場可以用一紅外智能高速球，這樣發(fā)現(xiàn)有人一直徘徊時就可以提前報警；餐廳可以安裝一低照度的彩色攝像機(jī)同時安裝油煙防護(hù)罩，這樣后勤管理人員可以實時觀看操作間的衛(wèi)生情況。

⑵數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

校園監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)利用學(xué)校已經(jīng)構(gòu)建的光纖主干網(wǎng)為平臺進(jìn)行傳輸，具體過程是如果前端采用模擬攝像機(jī)可以將前端采集設(shè)備通過視頻服務(wù)器接入交換機(jī)然后連入光纖鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，或者是采用一對光端機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如果前端是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)則直接接入交換機(jī)然后連入光纖鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在體育場等寬闊的場所或者有線網(wǎng)絡(luò)達(dá)不到的地方也可以采用無線微波實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

⑶數(shù)據(jù)控制和圖像顯示系統(tǒng)

安裝一臺紅外高速球連入控制臺電腦進(jìn)行監(jiān)控中心室的監(jiān)控，通過兩級監(jiān)控可以大大提高安全性；在后臺通過控制鍵盤以及控制軟件可以遠(yuǎn)程控制前端的采集設(shè)備；通過存儲服務(wù)器、流媒體服務(wù)器進(jìn)行視頻的存儲和實時播放；可以給不同級別的人分配不同的管理權(quán)限進(jìn)行數(shù)據(jù)瀏覽和控制；運(yùn)用矩陣服務(wù)器、視頻分配器以及畫面分割器通過監(jiān)視器或者大屏系統(tǒng)對圖像進(jìn)行顯示。同時本系統(tǒng)將校園廣播系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、電子巡更系統(tǒng)和周界防范系統(tǒng)等連入矩陣的報警接口，通過管理軟件實現(xiàn)多個系統(tǒng)的集成和聯(lián)動報警功能，通過嵌入式軟件可以實現(xiàn)在手機(jī)上實時查看管理也可以接入公安110自動報警系統(tǒng)。

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)的特點

①系統(tǒng)除了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能及特點外還包括：利用流媒體技術(shù)可以使多用戶訪問同一視頻點、提供多級權(quán)限管理功能、支持手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控與公安系統(tǒng)110聯(lián)動報警[4]；

②支持自動錄像、手動錄像、視頻丟失報警和動態(tài)偵測錄像，加入了智能分析技術(shù)如入侵檢測與徘徊檢測報警等，支持電子地圖，使用AES碼流加密防止用戶篡改數(shù)據(jù)和支持矩陣聯(lián)網(wǎng)功能；

③網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控[5]：基于IP網(wǎng)絡(luò)組建，真正的全網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)配置靈活，任一監(jiān)控點均可采用就近接入的方式接入網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成系統(tǒng)；

④抗干擾能力強(qiáng)：系統(tǒng)采用數(shù)字信號傳輸，在傳輸過程中，強(qiáng)電和電磁等不會對此信號造成影響；

⑤整合了多個弱電系統(tǒng)，包括校園廣播系統(tǒng)、周界防范系統(tǒng)、電子巡更以及消防系統(tǒng)等，實現(xiàn)了安防系統(tǒng)的集成化；

⑥在監(jiān)控中心室安裝高速球以便對整個監(jiān)控室以及電視墻或大屏系統(tǒng)的查看，大大提高了管理效率和系統(tǒng)的安全性。

4 結(jié)束語

前端一體化，傳輸網(wǎng)絡(luò)化，處理數(shù)字化，系統(tǒng)集成化，控制智能化是未來視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢[6]，系統(tǒng)在現(xiàn)有的高速校園局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上設(shè)計了一套數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了各個大樓的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、停車場系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、周界防范系統(tǒng)、校園廣播系統(tǒng)、消防系統(tǒng)和電子巡更系統(tǒng)等的聯(lián)網(wǎng)，并且通過集中與分散管理、多級聯(lián)網(wǎng)、分級部署與多業(yè)務(wù)融合等手段，提高了學(xué)校的管理效率和教學(xué)質(zhì)量也給廣大師生提供了一個安全舒適的環(huán)境。

[1]陳 宇.高清數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].武漢：武漢科技大學(xué),2010:8-10.

[2]李 博,陳俊杰,孟曉偉.校園數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J].太原理工大學(xué)學(xué)報,2002,33(6):634-636.

[3]姜文周,于廣輝,蘇和等.嵌入式I P v4/I P v6校園網(wǎng)機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].大連理工大學(xué)學(xué)報,2005,45(10):261-265.

[4]劉 剛.校園網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].長沙:中南大學(xué),2007:8-12.

[5]宋成璞.無人值守機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研制[D].大連:大連理工大學(xué),2007:13-25.

[6]梁 柱.面向廣域網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[D].北京:北京郵電大學(xué),2010:32-40.