利用ＩＰ攝像機(jī)構(gòu)建數(shù)字化多媒體教學(xué)系統(tǒng)

摘 要傳統(tǒng)的多媒體閉路教學(xué)系統(tǒng)傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，需要鋪設(shè)專門的線路，投資高，并且容易出故障。IP攝像機(jī)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)視頻設(shè)備，可以在互聯(lián)網(wǎng)及局域網(wǎng)上作即時(shí)視訊或連續(xù)傳輸，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于安防行業(yè)。本文是討論怎樣把它應(yīng)用于教育，結(jié)合VOD系統(tǒng)，方便快捷地構(gòu)建數(shù)字化多媒體教學(xué)系統(tǒng)。

關(guān)鍵字 IP攝像機(jī)；多媒體教學(xué)系統(tǒng)；安防；數(shù)字化；VOD

中圖分類號(hào)：G434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-489X（2007）10－0073-03

Construct Digital Multimedia Instructional System with IP Cameras//Jin Tianze

Abstract Traditional closed-circuit television system used analog signals， they are transmitted by special circuitry， with high investment and easy to malfunctions. IP camera is a new device of web video， it can be used to instantaneous video and continuous output in Internet and LAN， which has been fully used in secure industry. This topic discusses how to use the IP camera in education area and integrate VOD system to construct digital multimedia instructional system.

Key words IP camera; multimedia instructional system; secure digital; VOD

Author’s address Guangdong University of Technology， Guangzhou 510520

1 IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)簡(jiǎn)介

IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是內(nèi)置有IP服務(wù)器，可以在互聯(lián)網(wǎng)及區(qū)域網(wǎng)絡(luò)上作即時(shí)視訊或連續(xù)傳輸?shù)臄z像機(jī)，與普通攝像機(jī)相比，IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)內(nèi)建Web server和CCD，從功能上說，它在內(nèi)部增加了對(duì)模擬視頻進(jìn)行數(shù)字化處理的芯片，可以將數(shù)字化的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議（如TCP/IP協(xié)議）的數(shù)據(jù)流，送到網(wǎng)上傳輸，遠(yuǎn)端的瀏覽者不需要任何專業(yè)軟件，只要標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器監(jiān)視其影像。每一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)都有自己的IP網(wǎng)址、數(shù)據(jù)處理功能和內(nèi)置的應(yīng)用軟件，可擔(dān)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、ftp服務(wù)器、ftp用戶端和郵箱用戶端，許多高級(jí)的IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)還包括其特殊功能，比如移動(dòng)探測(cè)、警報(bào)訊號(hào)輸入/輸出設(shè)備和郵件支持功能。

表1是瑞典的網(wǎng)絡(luò)視頻公司AXIS今年推出的AXIS 250S IP攝像機(jī)的參數(shù)，了解一下IP攝像機(jī)的主要軟硬件組成及能實(shí)現(xiàn)的功能。

使用IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可以在現(xiàn)有的以太網(wǎng)上傳輸視頻和音頻，在制定IP地址后，也可以在網(wǎng)絡(luò)上任何一個(gè)位置通過瀏覽器在本地或遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上調(diào)閱圖像，多個(gè)用戶可以同時(shí)調(diào)閱同一圖像。從表格中可以看出，圖像傳輸速度可以達(dá)到每秒25幀，圖像分辨率最高可達(dá)720×576，可以和DVD相媲美，調(diào)閱的圖像既可以顯示在電腦屏幕上，也可以顯示在常規(guī)監(jiān)視器上。

IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的IP地址及圖像的各種參數(shù)均可以預(yù)先設(shè)置好，這樣在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)可以做到即插即用。IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)由于能將雙向音頻以多播放方式傳輸，帶有l(wèi)vp-p雙向音頻接口，故可以實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)功能，采用的是G.711或C.728壓縮。攝像機(jī)內(nèi)置的低速數(shù)據(jù)傳輸格式，支持RS232、RS422、RS485接口，傳輸速率為1 299 bps—115.2 kbps，可以用來控制云臺(tái)和鏡頭。IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)還可以直接連接多路報(bào)警輸入和多路報(bào)警輸出。

IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)內(nèi)置有Web服務(wù)器，從而可以在任何TCP/IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下即插即用。安全性有口令保護(hù)和IP地址保護(hù)，從軟件上而言，配置和組態(tài)可以用以太網(wǎng)口，快閃存儲(chǔ)器允許通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)升級(jí)到新版本軟件。

2 IP 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用

鑒于IP攝像機(jī)的種種優(yōu)勢(shì)，對(duì)其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，筆者參考了一些傳統(tǒng)的閉路電視系統(tǒng)，結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，IP攝像機(jī)和VOD系統(tǒng)，構(gòu)建了數(shù)字化多媒體教學(xué)系統(tǒng)的框圖（圖1）。

2.1 系統(tǒng)組成

（1）教室。需要2個(gè)IP地址：一臺(tái)連接IP攝像機(jī)，記錄視頻信號(hào)；另外一個(gè)IP地址連接普通的計(jì)算機(jī)，再用投影把信號(hào)放到大屏幕上，可以實(shí)現(xiàn)普通的多媒體教學(xué)，還可以進(jìn)行視頻點(diǎn)播，以管理員的權(quán)限登陸也能控制IP攝像機(jī)。

（2）VOD服務(wù)器。實(shí)現(xiàn)視頻點(diǎn)播功能，還可以存儲(chǔ)IP攝像機(jī)傳送來的信號(hào)。

（3）計(jì)算機(jī)（網(wǎng)絡(luò)中的任一臺(tái)計(jì)算機(jī)）。根據(jù)不同的登陸權(quán)限，可以控制IP攝像機(jī)，監(jiān)控各個(gè)地方，把錄制的視頻信號(hào)存儲(chǔ)到VOD服務(wù)器中，以供點(diǎn)播，還可以通過控制進(jìn)行教學(xué)直播。

（4）如果IP攝像機(jī)擁有固定的IP地址，就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.2 數(shù)字化多媒體教學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

（1）技術(shù)先進(jìn)：依托局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，現(xiàn)在校園局域網(wǎng)大多數(shù)采用千兆光纖；另外，采用VOD系統(tǒng)和IP攝像機(jī)結(jié)合。

（2）功能完善：使用最新的IP攝像機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)多路節(jié)目的直播和錄制，并存放到VOD服務(wù)器上，可以實(shí)現(xiàn)視頻的搜索。

（3）易于使用：該系統(tǒng)采用的是數(shù)字化的設(shè)計(jì)思想，操作簡(jiǎn)單，使用方便。

（4）運(yùn)行穩(wěn)定：VOD是一套很成熟的技術(shù)，運(yùn)行穩(wěn)定且管理和維護(hù)方便簡(jiǎn)潔；IP攝像機(jī)技術(shù)在安防領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的使用，技術(shù)已經(jīng)很成熟。

2.3 數(shù)字化多媒體教學(xué)系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用

（1）記錄教師授課情況：擁有管理員權(quán)限的人可以通過計(jì)算機(jī)查看教師授課情況，也可以通過控制軟件將采集的視頻信號(hào)保存到VOD視頻服務(wù)器上，以便以后分析教師講課的不足，提高教師的講課能力，相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)微格實(shí)驗(yàn)室的功能；各個(gè)班級(jí)可以自己觀看優(yōu)秀教師的講課錄像。

（2）實(shí)時(shí)公開課功能：可以將任意一路視音頻信號(hào)切換到VOD系統(tǒng)上，這樣其他教室的師生就可以通過計(jì)算機(jī)和投影屏幕進(jìn)行實(shí)時(shí)的收看，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享及其最大限度的利用；可以在教學(xué)過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)講、廣播功能，與教室內(nèi)的老師或同學(xué)進(jìn)行講話，指導(dǎo)教學(xué)中的問題，提醒學(xué)生注意聽課，非常方便快捷；提供分組廣播的功能，可以對(duì)任意幾個(gè)教室同時(shí)講話。

（3）組建校園電視臺(tái)，通過VOD系統(tǒng)完成校園電視節(jié)目對(duì)各個(gè)聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)的直播和轉(zhuǎn)播。

（4）監(jiān)視、監(jiān)聽教室情況：擁有管理員權(quán)限的人可通過計(jì)算機(jī)或監(jiān)視器對(duì)教室內(nèi)的教學(xué)情況、自習(xí)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)觀看、監(jiān)聽，或者在考試中實(shí)現(xiàn)電子監(jiān)考；也可以在家里或外地通過互聯(lián)網(wǎng)和IP攝像機(jī)互聯(lián)，實(shí)時(shí)對(duì)學(xué)校的情況進(jìn)行監(jiān)視。

2.4 與傳統(tǒng)閉路電視雙向交互系統(tǒng)相比的優(yōu)點(diǎn)

通過IP 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)構(gòu)建的數(shù)字化多媒體教學(xué)系統(tǒng)與傳統(tǒng)閉路電視雙向交互系統(tǒng)相比有很多優(yōu)勢(shì)，主要集中在以下幾個(gè)方面：

（1）節(jié)省費(fèi)用：傳統(tǒng)閉路電視雙向交互系統(tǒng)解決方案通常都需要復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及到PC、附加軟件和硬件、工作站，有時(shí)還有視頻電纜系統(tǒng)；數(shù)字化多媒體教學(xué)系統(tǒng)不需要那些不必要的設(shè)備和安裝投入，IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可以直接插到現(xiàn)有的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中通過以太網(wǎng)得以應(yīng)用；現(xiàn)在大多數(shù)學(xué)校都有先進(jìn)的局域網(wǎng)，省去了閉路電視，大幅減少線材及人力費(fèi)用；同時(shí)，IP 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可以在PC上獨(dú)立作業(yè)，圖像可用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器讀取，降低了成本。

（2）安裝方便：IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)具備了所有需要用來建立遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)件；內(nèi)置Web server功能，只需要接入以太網(wǎng)，分配一個(gè)地址，就可以通過網(wǎng)絡(luò)直接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端監(jiān)控、攝像，并隨時(shí)用瀏覽器觀察傳輸過來的圖像；基于Web 的管理工具包括一些用戶使用向?qū)В闪钣脩艨焖侔凑招枰M(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)，可多人同時(shí)監(jiān)控多個(gè)點(diǎn)，可使用光纖遠(yuǎn)距離傳輸圖像。

（3）系統(tǒng)性能高：畫面設(shè)置靈活，可依應(yīng)用環(huán)境不同及用戶喜好自行設(shè)定畫面的大小、解析度以及監(jiān)控的地點(diǎn)，達(dá)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的目的；最高能夠在網(wǎng)絡(luò)上以每秒25幀的速度傳送高質(zhì)量的動(dòng)態(tài)圖像，圖像分辨率最高可達(dá)720×576，達(dá)到DVD的分辨率，并支持多用戶同時(shí)訪問此視頻服務(wù)器。

（4）在網(wǎng)絡(luò)中使用和靈活集成：IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)基于全球業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，可以與各種類型的以太網(wǎng)設(shè)備無縫連接，本系統(tǒng)就是IP攝像機(jī)和VOD系統(tǒng)的集成。

2.5 需要進(jìn)一步完成的工作

現(xiàn)在IP攝像機(jī)主要應(yīng)用于安防行業(yè)，開發(fā)的軟件也是針對(duì)安防行業(yè)的，如果想實(shí)現(xiàn)以上多媒體教學(xué)系統(tǒng)的功能，必須開發(fā)出相應(yīng)的軟件，達(dá)到與學(xué)校原有的VOD系統(tǒng)無縫整合，更方便快捷地使用。需要開發(fā)的軟件要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）視頻記錄和上傳功能：能控制某一個(gè)IP攝像機(jī)，并把錄制內(nèi)容按一定的分類存放到VOD視頻服務(wù)器上，以便其他用戶進(jìn)行搜索、查詢和觀看，并且也能夠?qū)崟r(shí)觀看，實(shí)現(xiàn)直播功能。

（2）管理：不同權(quán)限的用戶有不同的功能，管理員可以監(jiān)控每一個(gè)IP攝像機(jī)所能觀測(cè)的教師、重點(diǎn)區(qū)域，并能遠(yuǎn)程控制云臺(tái)和鏡頭，以便觀測(cè)到詳細(xì)的信息；普通用戶只能查看VOD視頻服務(wù)器上的信息，或者接收直播信號(hào)。

（3）便捷使用：軟件基于B/S，只需要通過瀏覽器，局域網(wǎng)和因特網(wǎng)的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都可以以不同權(quán)限登陸，進(jìn)行管理或查看。

3 總結(jié)

隨著教育信息化的發(fā)展，現(xiàn)在無論是高校還是中小學(xué)，都建立了比較先進(jìn)的局域網(wǎng)，主干是千兆光纖，桌面是百兆，能夠很好地傳輸大量的視頻信號(hào)。利用IP攝像機(jī)構(gòu)建數(shù)字化多媒體教學(xué)系統(tǒng)很容易，可以更大發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的作用。