大學校園數字化視頻監控系統設計與實現

寧曉青

（運城職業技術學院電子信息工程系山西運城044000）

1 引言

隨著多媒體技術和網絡技術的發展，視頻監控已經步入了數字化和智能化的階段，現在的數字化教室已經發展為學校和其他培訓機構教學質量檢測和溝通的一種先進手段,它可以給校長及主管教學工作的領導提供一套教學全過程的可信資料，尤其對培養年輕教師有雙向促進作用，是提高教學質量，向45 min要成績的先進手段[1]，同時鑒于校園不斷發生的盜搶以及校園暴力事件，提出了建立“平安校園”工程，為了加強校園的安全防范管理，保障全體師生以及學校的財產安全，建立一個先進、有效、集成度高的智能化數字化校園視頻監控系統對大學尤為重要。

2 校園監控系統的現狀與需求分析

高校是培養國家人才的搖籃，而目前各地高校建設的視頻監控系統，一方面，大部分都是模擬視頻監控系統，或者模數混合的系統，而且校園內的弱電系統各自獨立，缺乏聯動性，為了給廣大師生提供一個安全舒適的學習環境，必須利用一套有效的科技手段和管理方法加以實時監控，以保障校園安全，使校園的安全防范模式不斷向數字化化、智能化、集成化和主動化方向發展，以適應現代社會的發展。

數字視頻監控系統是以計算機網絡為基礎的數字化監控系統，它可以實現基于IP的遠程視頻實時廣播、監控和遠程錄像等強大功能，綜合了計算機IP視頻技術、視頻和音頻數據的壓縮及解壓處理技術、互聯網絡應用技術，是當前網絡IP視頻應用發展的一個新方向[2]。到目前為止，視頻監控系統已經經歷了模擬化、數字化、智能化、集成化與行業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據信息的采集；②數據的傳輸；③數據的控制和圖像顯示系統。

3.1 監控系統的總體架構

針對大學校園規模大、場地分散、師生人數多和學生安全防范意識差，以及進出校園的人員構成復雜、管理人員少、校園固定資產多和部門復雜度高等特點，采用目前先進的網絡技術設計了一套集先進性與綜合性為一體的系統方案，具體結構圖如圖1所示。

圖1 數字化校園視頻監控系統結構圖

3.2 監控系統的原理及組成

數字化校園視頻監控系統的基本原理為：數據首先由前端設備如攝像機和拾音器進行采集，然后經過編碼在同軸電纜、雙絞線和光纖等傳輸介質上進行傳輸，保存在存儲服務器上，同時由控制管理軟件進行管理，賦予不同用戶擁有不同的權限，可以在本地或遠端進行信息瀏覽和設備控制，最后在監視器和大屏等顯示設備上分畫面分時顯示[3]。其組成主要包括3個部分。

⑴數據采集系統

本監控系統根據校園建筑物的不同需求進行了不同的設置，大體上可以分為3大類：

①教學大樓，根據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，在每個教室里設置了2個攝像機，一定一動，即一個固定攝像機如槍式攝像機，進行整個教室的全景掃描；一個動態攝像機如帶電動云臺的高速球機，配有變焦鏡頭，主要是為了對某一圖像進行放大，比如發現學生有作弊嫌疑時，可以放大這個學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、多媒體設備以及投影儀，其中喇叭可以利用校園廣播系統的音響代替，這些設備的安裝可以提高日常教學管理的效率，比如多媒體設備以及投影儀不僅可以滿足日常的多媒體教學，而且跟校園視頻監控系統聯網后可以進行外聘教師的公開示范課，讓大家進行觀摩學習；錄制優秀教師的講課視頻以利于其他教師觀摩、學習；監控教師上課遲到早退情況，了解教師執教態度、特點、優缺點以提高教師的教學質量；

②實訓室、圖書館、網絡機房、財務室以及銀行在校園設立的自動取款機亭等，這些部門對安全性要求較高，容易發生糾紛或盜搶等，所以可以在配置紅外半球攝像機的同時加配紅外智能攝像機進行檢測，同時安裝門禁系統、紅外柵欄進行三級防護聯動報警；

③餐廳、停車場、公寓樓、體育場以及學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或半球攝像機并加配煙感探測器等；在停車場可以用一紅外智能高速球，這樣發現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同時安裝油煙防護罩，這樣后勤管理人員可以實時觀看操作間的衛生情況。

⑵數據傳輸系統

校園監控系統的數據利用學校已經構建的光纖主干網為平臺進行傳輸，具體過程是如果前端采用模擬攝像機可以將前端采集設備通過視頻服務器接入交換機然后連入光纖鏈路進行數據傳輸，或者是采用一對光端機進行數據傳輸。如果前端是網絡攝像機則直接接入交換機然后連入光纖鏈路進行數據傳輸。在體育場等寬闊的場所或者有線網絡達不到的地方也可以采用無線微波實現數據的傳輸。

⑶數據控制和圖像顯示系統

安裝一臺紅外高速球連入控制臺電腦進行監控中心室的監控，通過兩級監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程控制前端的采集設備；通過存儲服務器、流媒體服務器進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限進行數據瀏覽和控制；運用矩陣服務器、視頻分配器以及畫面分割器通過監視器或者大屏系統對圖像進行顯示。同時本系統將校園廣播系統、消防系統、電子巡更系統和周界防范系統等連入矩陣的報警接口，通過管理軟件實現多個系統的集成和聯動報警功能，通過嵌入式軟件可以實現在手機上實時查看管理也可以接入公安110自動報警系統。

3.3 監控系統的特點

①系統除了傳統視頻監控系統的功能及特點外還包括：利用流媒體技術可以使多用戶訪問同一視頻點、提供多級權限管理功能、支持手機遠程監控與公安系統110聯動報警[4]；

②支持自動錄像、手動錄像、視頻丟失報警和動態偵測錄像，加入了智能分析技術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據和支持矩陣聯網功能；

③網絡化監控[5]：基于IP網絡組建，真正的全網絡化監控系統，系統配置靈活，任一監控點均可采用就近接入的方式接入網絡，構成系統；

④抗干擾能力強：系統采用數字信號傳輸，在傳輸過程中，強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，包括校園廣播系統、周界防范系統、電子巡更以及消防系統等，實現了安防系統的集成化；

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

4 結束語

前端一體化，傳輸網絡化，處理數字化，系統集成化，控制智能化是未來視頻監控系統的發展趨勢[6]，系統在現有的高速校園局域網的基礎上設計了一套數字化視頻監控系統，實現了各個大樓的視頻監控系統、停車場系統、門禁系統、周界防范系統、校園廣播系統、消防系統和電子巡更系統等的聯網，并且通過集中與分散管理、多級聯網、分級部署與多業務融合等手段，提高了學校的管理效率和教學質量也給廣大師生提供了一個安全舒適的環境。

[1]陳 宇.高清數字視頻監控系統研究[D].武漢：武漢科技大學,2010:8-10.

[2]李 博,陳俊杰,孟曉偉.校園數字化視頻監控系統[J].太原理工大學學報,2002,33(6):634-636.

[3]姜文周,于廣輝,蘇和等.嵌入式I P v4/I P v6校園網機房遠程監控系統設計與實現[J].大連理工大學學報,2005,45(10):261-265.

[4]劉 剛.校園網絡監控系統的設計與實現[D].長沙:中南大學,2007:8-12.

[5]宋成璞.無人值守機房遠程監控系統的研制[D].大連:大連理工大學,2007:13-25.

[6]梁 柱.面向廣域網絡的視頻監控系統設計[D].北京:北京郵電大學,2010:32-40.