遠程視頻監控系統在賽場中的應用

嚴世勝，鐘承堯，顏麗娜

(海南師范大學物理與電子工程學院，海南 海口 571158)

隨著社會經濟的發展，社會各行業對視頻監控提出了更高的要求。而遠程網絡視頻監控技術作為一種行之有效的安防和自動化管理，已被廣泛采用。它一方面使管理部門能獲得大量實時信息;另一方面又可提高工作效率，達到現代化網絡的管理水平。

全國大學生電子設計競賽是面向大學生的群眾性科技活動，競賽時間為4天3夜，在此期間不允許教師或其他人員進行指導，同時賽區組委會也組織人員進行巡視［1］。但由于整個過程時間較長，巡視人員不可能全程進行查看。一些參賽學校為了提高學校的知名度，可能會對參賽學生進行指導或外請其他專業技術人員指導，使競賽缺少公平競爭。因此，安裝遠程網絡監控系統，采用遠程視頻監控為主和現場巡視為輔的手段，進一步改革優化大學生電子設計競賽的組織運行模式，能大大減少不必要的人力和物力。

1 系統概述

1.1 功能和特點

某省共有16所高校，每所學校初步組建3個監控點，系統此次共組建48個監控點，并且可以根據需要進行擴展。監控中心建在電子設計競賽賽區組委會，在監控中心能對參賽學校實施24 h實時視頻監控和錄像，各參賽學校也可以相互監視和錄像。系統設計方案力求操作簡便直觀、統一調度的管理模式，以提高管理水平，并使賽區組委會和各參賽學校在賽后可以獲取相關錄像記錄。

為了滿足以上的功能需求，系統采用不同于傳統視頻傳輸方式的網絡傳輸方式，通過教育網將視頻數據傳輸到賽區組委會監控中心，并且在各參賽學校設置分控點，各分控點可以相互監視和錄像。

1.2 系統構成

該系統主要由前端設備、傳輸系統、控制系統、顯示系統等4個部分構成，具有對圖像信號進行存儲、處理、還原等功能［2－3］。其系統拓撲結構圖如圖1所示。

2 前端設備

前端設備主要包括攝像機、支架、電源和網絡服務器等。

2.1 前端設備的選擇

攝像機是視頻監控的前沿部分，主要完成圖像信號的采集。對于整個系統，攝像部分是系統的原始信號源。因此，攝像機的好壞及產生的圖像信號將影響整個系統的質量［4］。由于系統要求遠程實時監控，所以應選擇水平分辨力大于480線的網絡攝像機、一體化網絡智能球、模擬攝像機+網絡服務器等模式來實現。一體化網絡智能球已內置云臺，適用于對大范圍進行掃描監視，增加了攝像機的監視范圍。

圖1 系統拓撲結構圖

網絡攝像機采用RJ－45－10/100M自適應，能完全與以太網兼容，結合標準化綜合布線，能傳輸基于TCP/IP的視頻、音頻及控制信號，無須額外的視頻、音頻及控制信號線纜［5］。圖像壓縮格式為H.264，適應不同情況下對圖像連貫性和圖像清晰度的要求。

2.2 前端設備供電

系統中一體化網絡智能球供電有交流24 V和直流15 V兩種，根據設備選擇;網絡攝像機及視頻服務器供電為直流12 V。可根據參賽學校現場情況選擇攝像機的供電方式，如果攝像機較集中，可采用集中供電方式。如果較分散，可采用前端就近供電方式。

3 傳輸系統

傳輸系統主要承擔圖像信號、音頻信號和控制信號的傳輸任務，將前端采集到的視頻信號經傳輸線路傳送到后端的監控錄像服務器上。因此，良好的傳輸系統設計是視頻監控的重要組成部分。

3.1 信號傳輸方式比較

由于視頻傳輸距離由原來的幾百米發展到幾千米、幾十千米，甚至跨省、跨國傳輸，從而推動了傳輸方式的變革。由同軸視頻基帶傳輸方式發展到雙絞線平衡傳輸、光纖傳輸和數字網絡傳輸等方式。采用不同的傳輸方式，其傳輸介質的物理特性不同導致信號傳輸距離不同，傳輸質量也存在很大差異，各種傳輸方式的優缺點如表1所示［6］。

表1 視頻傳輸方式比較

3.2 視頻傳輸方式的選擇

視頻信號傳輸的質量是視頻監控系統工程的關鍵環節。根據前面分析的視頻傳輸方式，不同的視頻傳輸方式各有特點，適合不同的應用環境。在實際的工程應用中要根據視頻監控系統工程的規模大小、信號傳輸距離、系統的功能和不同質量指標等要求，采用不同的傳輸方式，既能保證系統信號的傳輸質量，又能降低工程造價。

由于電子設計競賽現場和巡視監控中心距離較遠，從巡視現場到巡視監控中心需要傳輸圖像信號。同時，監控中心的控制信號也要傳送到現場控制攝像機的方位。所以，選用數字網絡傳輸方式，網絡采用TCP/IP協議，并利用教育網實現系統互連，從而實現遠程實時監控和錄像的目的。

3.3 網絡帶寬要求

視頻監控系統傳輸網絡采用主干千兆和百兆到監控點的方式建設，對于網絡攝像機到接入點的接入帶寬，應該根據圖像格式和幀率要求確定帶寬，例如，1路CIF視頻圖像的最小實際帶寬需求為512 kbit/s，1路D1視頻圖像的最小實際帶寬需求為1536 kbit/s。網絡設計帶寬按上述帶寬要求的2倍計算，即CIF圖像帶寬要求為1 Mbit/s，D1圖像帶寬要求為3 Mbit/s。

4 視頻監控中心

根據視頻監控系統的要求，視頻監控、錄像存儲設在賽區組委會監控中心。通過中心可以指揮整個視頻監控系統進行視頻資料的記錄、存儲、監看、錄像、回放和檢索等。

4.1 設備配置

監控中心主要由電視墻、網絡視頻解碼器、管理主機和存儲服務器等組成。假如巡視監控點共有48個，按照應用需求將監控系統的監看、管理與錄像存儲分開配置。監看、管理電視墻配置46 in液晶電視1臺和21 in液晶顯示器12臺。液晶顯示器通過12臺網絡視頻解碼器連接，按每個液晶顯示器顯示4畫面。同時配置1臺管理主機，安裝集中監控管理軟件。完成對整個視頻監控系統的管理，對攝像機參數、視頻參數、PTZ協議參數及鏡頭參數的管理，對不同級別的管理人員分配管理、登錄、瀏覽、錄像及控制等權限管理，對網絡視頻解碼器的配置管理。

4.2 圖像存儲

存儲是整個遠程網絡監控系統的中心，實現48路視頻的實時錄像，并能循環存儲錄像。圖像存儲所需的硬盤空間不但與該攝像機所采用的視頻壓縮標準、圖像格式及幀率有關，與現場環境的人流量更是分不開的，圖像變化越快，碼流越大。因此，可以根據攝像機上的碼流來計算圖像記錄設備所需的存儲容量，如圖像分辨力達到較高清晰的D1顯示格式及每路20～25 f/s(幀/秒)的速率。由于競賽的時間為4天3夜，記錄時間為4天，存儲容量的計算按照每路視頻圖像1.5 Mbit/s的碼流來計算，每天每路的存儲容量=碼率÷8×時間÷1024≈15.8 Gbyte，巡視視頻監控點按48路計算，需要存儲容量=15.8 Gbyte×48 ×4=3033.4 Gbyte［7］，可選擇4 個 1 Tbyte 硬盤安裝到存儲服務器上。

5 小結

本文設計的遠程視頻巡視系統，視頻信號是通過教育網進行傳輸，可以本地或遠程巡視大學生電子設計競賽賽場的情況，并進行實時錄像。構建網絡視頻巡視系統后，賽區組委會可以通過遠程進行實時監控和錄像，各參賽學校也可以遠程相互監控、監督，使競賽更加公平、公正地進行，有效地保證競賽的質量和學生參賽的積極性，減小了賽場巡視員的工作強度。

［1］黃智偉.全國大學生電子設計競賽訓練教程［M］.修訂版.北京:電子工業出版社，2010.

［2］GB50395—2007.視頻安防監控系統工程設計規范［S］.2007.

［3］隋玉敏.視頻監控系統在機車車輛廠的應用研究［J］.電視技術，2009，33(4):82－84.

［4］金文光，程國卿.安防系統工程方案設計［M］.西安:西安電子科技大學出版社，2006:202－203.

［5］鄭世寶.智能視頻監控技術與應用［J］.電視技術，2009，33(1):94－96.

［6］張少彬，林莉.基于MPEG－4的數字遠程集中監控系統設計［J］.計算機工程，2007，33(1):265－266.

［7］陳國華.湛江港視頻監控系統的設計與實現［J］.交通與計算機，2007，25(4):109－112.