視頻監控系統在幼兒園的應用★

王良成 王喜鴻

0 引言

幼兒教自古以來一直倍受關注，每位家長都不希望自己的孩子輸在起跑線上。為使孩子受到良好的教育，家長都會在合適的年齡把孩子送到幼兒園接受學前教育。當今社會獨生子女占大多數，孩子被送到幼兒園后家長的擔心也就隨之而來。如，孩子在學校過的開不開心、生活情況怎么樣、是否受到老師的體罰等等。尤其是近年來校園安全事故頻發的情況下，孩子在學校的安全都成為家長關心的問題。隨著電子技術的飛躍式發展，視頻監控系統的成本逐年降低，使得視頻監控系統應用更加廣泛。視頻監控作為一項重要的工具，幾乎涉及了所有的行業[1]，包括幼兒園。通過監控系統家長在辦公室或是家中甚至出差的路上，只要有網絡的地方就能觀察孩子在幼兒園的生活狀況。筆者總結了視頻監控系統的發展歷程，并著重分析了視頻監控系統在幼兒園中應用的關鍵技術及未來的發展方向。

1 視頻監控系統發展歷程

從視頻監控系統開發至今，主要經歷了三個階段:純模擬視頻監控系統、模擬—數字視頻監控系統、純數字視頻監控系統。時至今日已經得到了較好的發展，已經實現了全數字化，使視頻存儲更方便、數據傳輸多元化、應用場合更廣泛。

1.1 純模擬視頻監控系統

在視頻監控系統開發之初，即20世紀90年代以前由于當時數字技術還沒有廣泛應用到電子產品領域，視頻監控系統采用的是純模擬電路，從視頻監控的攝像機到線路傳輸再到錄像的存儲全部采用的是模擬信號。只能進行一對一的視頻監控(一臺攝像機對應一臺監視器)，直到后來畫面分割器和模擬視頻矩陣的出現，才實現了多路視頻信號輸入多路視頻信號輸出的視頻監控系統。這種系統具有帶寬資源浪費、抗干擾能力差、施工維護復雜等諸多缺點[2]。

1.2 模擬—數字視頻監控系統

在模擬視頻監控系統和數字視頻監控系統的夾縫中模擬—數字視頻監控系統是一個不得不提及的歷史時期，在這個發展階段監控系統經歷了由純模擬到純數字退化的一個過渡時期。在這個階段中數字化已經廣泛的應用在電子產品的開發設計中，視頻監控系統的設備也進行了更新換代，生產出了DVR(數字硬盤錄像機)、數字攝像機、數字控制矩陣等。但是在這個時期還沒有完全實現全數字化，視頻信號的傳輸仍然采用的是同軸電纜，攝像機仍然是以模擬信號輸出的攝像機為主。但此時DVR已經可以與網絡相連，實現了模擬信號的數字存儲和數字傳輸。目前正在使用的監控系統中大多數都是這種模擬—數字視頻監控系統。這種系統與純模擬系統相比明顯的優點就是存儲變得簡單而且存儲量很大、成本也在逐年降低，實現了遠程監控。

1.3 純數字視頻監控系統

近年來隨著嵌入式技術在電子行業的飛躍式發展、光纖技術在信息數據傳輸的廣泛采用、遠程網絡技術的成熟應用都為純數字視頻監控系統的發展奠定了良好的基礎。在視頻服務器內置嵌入式Web服務器，采用嵌入式實時操作系統[3]，對監控系統實現了全數字化:攝像機采用了IP數字網路攝像機，數據線路傳輸采用雙絞線/光纜、存儲全數字化。建設了一條全數字的視頻數據高速公路，也把視頻監控系統帶入了純數字時代。該系統具有抗干擾極強、數據誤碼丟包極少、可靠性較高等優點，就是系統造價要高于其他視頻監控系統。

2 幼兒園監控系統的關鍵技術

在幼兒園視頻監控系統中之所以能實現家長的遠程監控還主要是依托于“兩大關鍵技術”的支撐:信令控制協議、視頻編解碼。

2.1 信令控制協議技術

單獨為視頻監控制定一個專門的協議標準是不太現實的。比較可行的辦法是借用現有成熟穩定的信令控制協議，目前，可以借用的協議是廣泛用于視頻會議、VoIP應用的H.323體系與SIP(會話初始協議)。H.323提供了在基于IP網絡上進行多媒體通信的規范，H.323是一個復雜而龐大的協議族，現階段是視頻應用的主流技術。然而由于其過于復雜，現在正受到基于SIP協議視頻應用的挑戰，圖1即為基于SIP協議的視頻監控系統結構。IETF提出的SIP是用于建立多方多媒體通信的規范。SIP具備簡單靈活、分布式控制等優點，有望廣泛應用于視頻監控領域。

圖1 基于SIP協議的視頻監控系統結構

2.2 視頻編解碼技術

在視頻編解碼技術方面，監控技術主要采用MJPEG，MPEG系列與H.26x系列。MJPEG是基于靜態視頻壓縮的技術，圖像的清晰度比較高，適用于監控應用領域。MPEG系列主要應用于視頻存儲、視頻廣播和視頻流媒體、互聯網或無線網上的流媒體等領域。H.26x系列主要應用于實時視頻通信領域，如可視電話、會議電視等。

目前視頻編解碼研究的熱點是MPEG-4和H.264，它們采用基于對象的動態壓縮技術，可以獲得更高的圖像壓縮比和帶寬利用率，在400 kbit/s左右碼率下即可實現有效音、視頻傳輸，隨著碼率的提高可以相應地提高音頻、視頻質量，在2 Mbit/s左右時即可達到類似DVD的效果。MPEG-4和H.264被普遍認為是未來視頻編解碼的發展趨勢。

3 幼兒園監控系統的發展趨勢

隨著電子技術的不斷發展，監控技術也將不斷進步。在未來的發展中幼兒園監控系統的應用必將更加廣泛，使用更加靈活。

3.1 高速網絡化

今后建設的幼兒園監控系統必將實現完全的數字化、網絡化，系統將與Internet、無線網路相結合[4]。但是目前因網路帶寬的限制和系統設備的自身問題，致使家長在提交遠程監控請求時還存在兩個問題:一個是同一時間訪問數量，另一個是監控圖像的流暢程度，這些問題都將在未來得以解決。比如不會像現在這樣同一時間只能允許少量請求訪問幼兒園主機，理論上可以解決無窮多個請求同時訪問(不包括控制)。

3.2 高清/智能控制

視頻監控系統的高清設計及對現場攝像機的智能控制是將來幼兒園監控系統必須要解決的問題，這樣可以為家長提供一個更加舒適的監控角度及細節信息。將現在的被動式呆板監控，轉換為主動靈活監控。通過客戶端軟件的控制功能來操作現場攝像機的云臺，使家長可以從各個角度去了解孩子的狀況，使家長更放心。

3.3 系統高度集成化

在未來幼兒園的主管機構將轄區內的幼兒園監控系統進行集成化是必須要考慮的問題，這樣能夠規范幼兒園的監控系統管理。要將幾十個甚至是幾百個幼兒園監控系統進行集成不但要解決系統兼容問題，還要考慮網絡構架等相關技術的接口，使之成為一個智能化管理系統。

4 結語

雖然視頻監控系統在其他領域已經廣泛應用，技術也比較成熟，但用于幼兒園監控還處于發展階段，還有很多問題有待于解決，如前面提到的智能控制、圖像高清，以及幼兒園教師提出的教師隱私問題等等，都有待于進一步的研究。

[1]樊亞琴.淺談視頻監控系統的應用與發展[J].科技情報開發與經濟，2010，20(5):206-207.

[2]侯曉俊.淺談視頻監控系統在鐵路系統中的應用[J].鐵道建筑技術，2009(3):92-95.

[3]王家良，王朝暉，焦斌亮，等.視頻監控系統在家居中的應用[J].電視技術，2008，32(5):94-96.

[4]SRISKANTHAN N，TAN F，KARANDE A.Bluetooth based home automation system[J].Microproeessors and Microsystems，2002，26(6):281-289.