視頻監(jiān)控系統(tǒng)在教學(xué)管理中的應(yīng)用

◆黃欣

視頻監(jiān)控系統(tǒng)在教學(xué)管理中的應(yīng)用

◆黃欣

隨著科技進(jìn)步，現(xiàn)代教育環(huán)境引入視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備問題。由于視頻圖像在前端攝制、網(wǎng)絡(luò)傳輸、監(jiān)控軟件和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)等方面的迅速發(fā)展，視頻資料將有可能成為教學(xué)質(zhì)量管理和評(píng)估的一部分。高清數(shù)字化考試監(jiān)控系統(tǒng)已成為現(xiàn)代化考場(chǎng)的重要組成部分，為主考官進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了重要幫助。

現(xiàn)代教育環(huán)境；多媒體教室；視頻監(jiān)控系統(tǒng)

1 概述

在現(xiàn)代教育環(huán)境中，多媒體教室多安裝有視頻監(jiān)控系統(tǒng)。這一系統(tǒng)運(yùn)用前端監(jiān)控設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，實(shí)時(shí)顯示視野內(nèi)區(qū)域的圖像，實(shí)現(xiàn)多媒體教學(xué)設(shè)備在使用過程中的視頻管理與信息記錄。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)、模擬數(shù)字相結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及全網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)三個(gè)階段[1]，前兩種監(jiān)控技術(shù)已逐步被第三種所取代。同時(shí)，高清智能化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)也在飛速發(fā)展，在日常工作中取得不俗成績，大大提升了監(jiān)控系統(tǒng)的整體實(shí)力。

2 數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)在教育教學(xué)中的應(yīng)用

初期視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用 2006年，北京工業(yè)大學(xué)開始建設(shè)第三教學(xué)樓多媒體教室，經(jīng)過前期調(diào)察研究，決定安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)用于多媒體設(shè)備的日常管理和維護(hù)。當(dāng)期選用的是以硬盤錄像機(jī)為主要存儲(chǔ)設(shè)備的第二代數(shù)模結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)。硬盤錄像機(jī)（DVR，Digital Video Recorder）將采集的模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣、量化和編碼處理，生成數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)硬盤[2]，改善了視頻信息的處理與保存能力。但由于模擬攝像機(jī)傳輸?shù)男盘?hào)仍為模擬信號(hào)，只能通過同軸電纜以模擬方式傳輸，因而在傳輸距離和空間布設(shè)上都有一定的限制。

數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用 2008年，北京工業(yè)大學(xué)第一、第二教學(xué)樓多媒體教室實(shí)施升級(jí)改造工程，建設(shè)方案選用全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。這套系統(tǒng)以TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議為基礎(chǔ)，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)上任意一臺(tái)裝有監(jiān)控系統(tǒng)客戶端的計(jì)算機(jī)來監(jiān)看和管理所轄區(qū)域內(nèi)的視頻信息，提高了管理的靈活性；數(shù)字化視頻信號(hào)通過交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳輸，避免了模擬信號(hào)的線性衰減，提升了圖像的穩(wěn)定性和品質(zhì)；而經(jīng)過壓縮處理的視頻數(shù)據(jù)也可便捷存儲(chǔ)和調(diào)用，提高了存儲(chǔ)設(shè)備的管理效率。

如圖1所示，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)由攝像機(jī)、數(shù)字視頻編碼器（DVS，Digital Video Server）、錄像服務(wù)器、監(jiān)控主機(jī)及監(jiān)控軟件、畫面分割器以及電視墻組成。其中攝像機(jī)將拍攝圖像傳輸?shù)紻VS中，由DVS進(jìn)行編碼處理，并通過網(wǎng)絡(luò)傳送回主控中心。管理人員則可通過監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控視頻的實(shí)時(shí)切換和對(duì)監(jiān)控設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，如發(fā)出指令，操作云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，改變攝像機(jī)的拍攝角度；或調(diào)節(jié)攝像機(jī)焦距，放大或縮小監(jiān)控畫面，同時(shí)安置在機(jī)房內(nèi)的錄像服務(wù)器對(duì)傳送回的視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)于硬盤上。一間教室即一路信號(hào)源，每路信號(hào)每50分鐘生成一個(gè)200 MB左右大小的avi格式文件。每天從早6:30—22:00不間斷錄像，一天生成20個(gè)文件，共計(jì)3.9 GB，第一、第二教學(xué)樓共有多媒體教室106間，所有監(jiān)控一天產(chǎn)生的文件約為414 GB。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)使用的是DAS型存儲(chǔ)方式，存儲(chǔ)設(shè)備直接連接在服務(wù)器的內(nèi)部總線上。由于服務(wù)器可插拔硬盤數(shù)量有限，這些視頻文件被分別保存在三臺(tái)服務(wù)器的硬盤中。而這三臺(tái)服務(wù)器從2008年起不間斷工作，已出現(xiàn)硬盤故障，且由于該型號(hào)硬盤已停產(chǎn)，無法使用新型號(hào)硬盤替換，使得服務(wù)器存儲(chǔ)空間不斷減少，已經(jīng)導(dǎo)致錄像保存時(shí)間減少為一周左右。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)還可將視頻信號(hào)通過畫面分割器顯示到電視墻上，實(shí)時(shí)顯示全景監(jiān)控畫面，便于管理人員同時(shí)查看所有教室，在多媒體設(shè)備管理中發(fā)揮了優(yōu)勢(shì)作用。如多媒體設(shè)備管理員每天上課前集中在中控室里，同時(shí)查看所有一教、二教的上課情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)教師在使用多媒體設(shè)備過程中出現(xiàn)的問題，通過遠(yuǎn)程控制操作或通過教室內(nèi)安裝的IP電話，協(xié)助教師解決設(shè)備使用問題；如果設(shè)備硬件出現(xiàn)故障或損毀，無法現(xiàn)場(chǎng)更換配件，還可直接在監(jiān)控畫面上尋找空余教室，將課堂轉(zhuǎn)移過去，保障了教學(xué)的順利運(yùn)行。當(dāng)進(jìn)行學(xué)期統(tǒng)一設(shè)備檢修時(shí)，發(fā)布遠(yuǎn)程指令使教室內(nèi)所有設(shè)備全部打開后，先從電視墻上仔細(xì)查看，確定哪間教室出現(xiàn)問題，再對(duì)癥下藥，消除故障隱患。

如圖2所示，中控室中共裝有12臺(tái)55寸液晶電視顯示屏，機(jī)房內(nèi)的12臺(tái)畫面分割器將教室108路信號(hào)源分為12組，每組9路，分別顯示在這12臺(tái)電視上，實(shí)現(xiàn)教室的全體監(jiān)看。液晶電視顯示屏上顯示的畫面還可以根據(jù)監(jiān)控需求進(jìn)行更改，如可使畫面分別顯示1路信號(hào)、4路信號(hào)、9路信號(hào)或16路信號(hào)，每路信號(hào)既可選取同樣教室，又可選取不同的教室，靈活多變，操控簡單。

校長副控技術(shù)的應(yīng)用 當(dāng)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)運(yùn)在多媒體設(shè)備管理中逐漸顯示出一定的優(yōu)勢(shì)后，監(jiān)控系統(tǒng)又衍生出一個(gè)新的管理功能——校長副控，如圖3所示。校長副控是一套安裝在學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)辦公室計(jì)算機(jī)上的監(jiān)控系統(tǒng)客戶端軟件，通過該軟件，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)可以在辦公室內(nèi)隨時(shí)查看教室內(nèi)教師授課情況和學(xué)生聽講情況，時(shí)間久了便可掌握大量的教學(xué)實(shí)況。經(jīng)過一定的分析總結(jié)，可得出一定的教學(xué)客觀規(guī)律和教學(xué)活動(dòng)特點(diǎn)，充分研究和發(fā)展好的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，建立有針對(duì)性的教學(xué)質(zhì)量管理與評(píng)估體系，可進(jìn)一步引領(lǐng)和促進(jìn)廣大師生共同建立一個(gè)良好的教學(xué)環(huán)境[3]。

3 高清數(shù)字化考試監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

為了推進(jìn)信息化考試進(jìn)程，構(gòu)造一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)公平的考試環(huán)境，2012年12月，北京工業(yè)大學(xué)在第一教學(xué)樓內(nèi)安裝了一套高清數(shù)字化考試系統(tǒng)。如圖4所示，這套系統(tǒng)采用高清視頻一體化監(jiān)控機(jī)、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、監(jiān)控工作站及控制軟件。一體化監(jiān)控機(jī)將高清攝像機(jī)、DVS、拾音器等設(shè)備集成在一起，采用百萬像素級(jí)別的CCD傳感器，視頻圖像分辨率高；在教室內(nèi)頂角附近安裝，以廣角定焦方式拍攝考場(chǎng)內(nèi)情況。高清攝像機(jī)中控室內(nèi)工作站通過瀏覽、錄制等操作控制考試系統(tǒng)運(yùn)行，而電視墻上的大屏幕則實(shí)時(shí)播放考場(chǎng)情況。由于視頻瀏覽和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)均采用高清模式，數(shù)據(jù)傳輸采用專用網(wǎng)絡(luò)，以保證穩(wěn)定性和安全性。監(jiān)控視頻采用MP4格式進(jìn)行文件保存，一路視頻信號(hào)的數(shù)據(jù)碼流為2 Mbps，一個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)總量為：2 Mbps÷8×3600 s/h÷1024=0.91 GB。如果啟用所有教室作為考場(chǎng)，一場(chǎng)三個(gè)小時(shí)的考試將產(chǎn)生近300 G的文件。

如圖5所示，面對(duì)龐大的視頻數(shù)據(jù)，考試系統(tǒng)采用NAS（Network Attached Storage）網(wǎng)絡(luò)附屬存儲(chǔ)模式來存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)。這種存儲(chǔ)模式將存儲(chǔ)設(shè)備與服務(wù)器分離，將存儲(chǔ)設(shè)備直接連接在網(wǎng)絡(luò)上；以數(shù)據(jù)為中心，將分布獨(dú)立的大型數(shù)據(jù)集中管理；支持多種協(xié)議和多種操作系統(tǒng)，可在任意一臺(tái)工作站采用IE或Netscape瀏覽器直接操作和管理[4]。

本套系統(tǒng)自安裝使用至今，已多次應(yīng)用于校內(nèi)外各類考試中，在作弊、違反考場(chǎng)紀(jì)律等情況出現(xiàn)時(shí)，提供了有力佐證。同時(shí)，北京考試院還通過流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，遠(yuǎn)程監(jiān)看整個(gè)考試過程，隨時(shí)掌握考場(chǎng)內(nèi)情況，充分發(fā)揮了遠(yuǎn)程電子巡查指揮中心的作用，增強(qiáng)了遠(yuǎn)程巡查力度。

流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器可將監(jiān)控信息共享給大量用戶，當(dāng)他們同時(shí)訪問同一視頻源時(shí)，服務(wù)器與視頻編碼設(shè)備建立單路連接，將圖像分發(fā)給請(qǐng)求服務(wù)的設(shè)備，既消除了因上傳帶寬不足導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)阻塞，又避免了視頻編碼設(shè)備的無法訪問現(xiàn)象，提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率，保障了監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并使客戶可以獲得較為流暢的視頻數(shù)據(jù)源[5]。

4 結(jié)束語

總體來說，監(jiān)控系統(tǒng)能夠在事發(fā)或者事后提供有效幫助，但并不能提前預(yù)知或干預(yù)事態(tài)的發(fā)生與發(fā)展。建立多媒體教學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)的初衷是為了更好地服務(wù)教學(xué)，完善學(xué)校的教學(xué)環(huán)境。而隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，監(jiān)控系統(tǒng)所采集和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)經(jīng)過認(rèn)真挖掘，也許會(huì)挖掘出更多對(duì)于教育教學(xué)管理有用的決策支持信息，從而協(xié)助教育管理者制定出更好的教育教學(xué)計(jì)劃，更健全的教學(xué)管理規(guī)章制度，以及完善的教師教學(xué)評(píng)估體系。

[1]鄧澤國.安防視頻監(jiān)控實(shí)訓(xùn)教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2013:3-6.

[2]田振華.視頻監(jiān)控發(fā)展與趨勢(shì)[J].中國公共安全,2013(19):108-109.

[3]校長做好教學(xué)管理工作三要?jiǎng)t[EB/OL].http://blog.163.com/jzlhx_lzl/blog/static/11695540720126254534241.

[4]黃河,汪光陽,大規(guī)模視頻監(jiān)控系統(tǒng)中存儲(chǔ)系統(tǒng)的研究[J].信息通信,2013(4):29-30.

[5]姜琴,王林,馬勇.基于P2P技術(shù)的流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2008(4):90-92.

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1671-489X(2015)10-0018-03

10.3969/j.issn.1671-489X.2015.10.018

作者：黃欣，北京工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)中心（100124）。