視頻監控系統在教學管理中的應用

◆黃欣

視頻監控系統在教學管理中的應用

◆黃欣

隨著科技進步，現代教育環境引入視頻監控系統，通過實時監控畫面可及時發現并解決設備問題。由于視頻圖像在前端攝制、網絡傳輸、監控軟件和網絡存儲等方面的迅速發展，視頻資料將有可能成為教學質量管理和評估的一部分。高清數字化考試監控系統已成為現代化考場的重要組成部分，為主考官進行遠程監控提供了重要幫助。

現代教育環境；多媒體教室；視頻監控系統

1 概述

在現代教育環境中，多媒體教室多安裝有視頻監控系統。這一系統運用前端監控設備、網絡傳輸技術以及數據存儲技術，實時顯示視野內區域的圖像，實現多媒體教學設備在使用過程中的視頻管理與信息記錄。

視頻監控系統的發展經歷了模擬視頻監控系統、模擬數字相結合視頻監控系統以及全網絡數字化監控系統三個階段[1]，前兩種監控技術已逐步被第三種所取代。同時，高清智能化網絡監控技術也在飛速發展，在日常工作中取得不俗成績，大大提升了監控系統的整體實力。

2 數字化網絡監控系統在教育教學中的應用

初期視頻監控系統的應用 2006年，北京工業大學開始建設第三教學樓多媒體教室，經過前期調察研究，決定安裝視頻監控系統用于多媒體設備的日常管理和維護。當期選用的是以硬盤錄像機為主要存儲設備的第二代數模結合視頻監控系統。硬盤錄像機（DVR，Digital Video Recorder）將采集的模擬信號進行抽樣、量化和編碼處理，生成數字信號存儲于計算機硬盤[2]，改善了視頻信息的處理與保存能力。但由于模擬攝像機傳輸的信號仍為模擬信號，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上都有一定的限制。

數字化網絡監控系統的應用 2008年，北京工業大學第一、第二教學樓多媒體教室實施升級改造工程，建設方案選用全數字化的網絡視頻監控系統。這套系統以TCP/IP網絡傳輸協議為基礎，用戶可以通過網絡上任意一臺裝有監控系統客戶端的計算機來監看和管理所轄區域內的視頻信息，提高了管理的靈活性；數字化視頻信號通過交換機在網絡內傳輸，避免了模擬信號的線性衰減，提升了圖像的穩定性和品質；而經過壓縮處理的視頻數據也可便捷存儲和調用，提高了存儲設備的管理效率。

如圖1所示，數字視頻監控系統由攝像機、數字視頻編碼器（DVS，Digital Video Server）、錄像服務器、監控主機及監控軟件、畫面分割器以及電視墻組成。其中攝像機將拍攝圖像傳輸到DVS中，由DVS進行編碼處理，并通過網絡傳送回主控中心。管理人員則可通過監控軟件實現監控視頻的實時切換和對監控設備的遠程控制，如發出指令，操作云臺轉動，改變攝像機的拍攝角度；或調節攝像機焦距，放大或縮小監控畫面，同時安置在機房內的錄像服務器對傳送回的視頻數據實時存儲于硬盤上。一間教室即一路信號源，每路信號每50分鐘生成一個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個文件，共計3.9 GB，第一、第二教學樓共有多媒體教室106間，所有監控一天產生的文件約為414 GB。數據存儲使用的是DAS型存儲方式，存儲設備直接連接在服務器的內部總線上。由于服務器可插拔硬盤數量有限，這些視頻文件被分別保存在三臺服務器的硬盤中。而這三臺服務器從2008年起不間斷工作，已出現硬盤故障，且由于該型號硬盤已停產，無法使用新型號硬盤替換，使得服務器存儲空間不斷減少，已經導致錄像保存時間減少為一周左右。

視頻監控系統還可將視頻信號通過畫面分割器顯示到電視墻上，實時顯示全景監控畫面，便于管理人員同時查看所有教室，在多媒體設備管理中發揮了優勢作用。如多媒體設備管理員每天上課前集中在中控室里，同時查看所有一教、二教的上課情況，及時發現教師在使用多媒體設備過程中出現的問題，通過遠程控制操作或通過教室內安裝的IP電話，協助教師解決設備使用問題；如果設備硬件出現故障或損毀，無法現場更換配件，還可直接在監控畫面上尋找空余教室，將課堂轉移過去，保障了教學的順利運行。當進行學期統一設備檢修時，發布遠程指令使教室內所有設備全部打開后，先從電視墻上仔細查看，確定哪間教室出現問題，再對癥下藥，消除故障隱患。

如圖2所示，中控室中共裝有12臺55寸液晶電視顯示屏，機房內的12臺畫面分割器將教室108路信號源分為12組，每組9路，分別顯示在這12臺電視上，實現教室的全體監看。液晶電視顯示屏上顯示的畫面還可以根據監控需求進行更改，如可使畫面分別顯示1路信號、4路信號、9路信號或16路信號，每路信號既可選取同樣教室，又可選取不同的教室，靈活多變，操控簡單。

校長副控技術的應用 當實時監控技術運在多媒體設備管理中逐漸顯示出一定的優勢后，監控系統又衍生出一個新的管理功能——校長副控，如圖3所示。校長副控是一套安裝在學校領導辦公室計算機上的監控系統客戶端軟件，通過該軟件，學校領導可以在辦公室內隨時查看教室內教師授課情況和學生聽講情況，時間久了便可掌握大量的教學實況。經過一定的分析總結，可得出一定的教學客觀規律和教學活動特點，充分研究和發展好的教學經驗，建立有針對性的教學質量管理與評估體系，可進一步引領和促進廣大師生共同建立一個良好的教學環境[3]。

3 高清數字化考試監控系統的應用

為了推進信息化考試進程，構造一個嚴謹公平的考試環境，2012年12月，北京工業大學在第一教學樓內安裝了一套高清數字化考試系統。如圖4所示，這套系統采用高清視頻一體化監控機、轉發服務器、網絡存儲、監控工作站及控制軟件。一體化監控機將高清攝像機、DVS、拾音器等設備集成在一起，采用百萬像素級別的CCD傳感器，視頻圖像分辨率高；在教室內頂角附近安裝，以廣角定焦方式拍攝考場內情況。高清攝像機中控室內工作站通過瀏覽、錄制等操作控制考試系統運行，而電視墻上的大屏幕則實時播放考場情況。由于視頻瀏覽和網絡存儲均采用高清模式，數據傳輸采用專用網絡，以保證穩定性和安全性。監控視頻采用MP4格式進行文件保存，一路視頻信號的數據碼流為2 Mbps，一個小時的數據總量為：2 Mbps÷8×3600 s/h÷1024=0.91 GB。如果啟用所有教室作為考場，一場三個小時的考試將產生近300 G的文件。

如圖5所示，面對龐大的視頻數據，考試系統采用NAS（Network Attached Storage）網絡附屬存儲模式來存儲和管理數據。這種存儲模式將存儲設備與服務器分離，將存儲設備直接連接在網絡上；以數據為中心，將分布獨立的大型數據集中管理；支持多種協議和多種操作系統，可在任意一臺工作站采用IE或Netscape瀏覽器直接操作和管理[4]。

本套系統自安裝使用至今，已多次應用于校內外各類考試中，在作弊、違反考場紀律等情況出現時，提供了有力佐證。同時，北京考試院還通過流媒體轉發服務器，遠程監看整個考試過程，隨時掌握考場內情況，充分發揮了遠程電子巡查指揮中心的作用，增強了遠程巡查力度。

流媒體轉發服務器可將監控信息共享給大量用戶，當他們同時訪問同一視頻源時，服務器與視頻編碼設備建立單路連接，將圖像分發給請求服務的設備，既消除了因上傳帶寬不足導致的網絡阻塞，又避免了視頻編碼設備的無法訪問現象，提高了網絡資源利用率，保障了監控系統的正常運行，并使客戶可以獲得較為流暢的視頻數據源[5]。

4 結束語

總體來說，監控系統能夠在事發或者事后提供有效幫助，但并不能提前預知或干預事態的發生與發展。建立多媒體教學監控系統的初衷是為了更好地服務教學，完善學校的教學環境。而隨著大數據時代的到來，監控系統所采集和存儲的數據經過認真挖掘，也許會挖掘出更多對于教育教學管理有用的決策支持信息，從而協助教育管理者制定出更好的教育教學計劃，更健全的教學管理規章制度，以及完善的教師教學評估體系。

[1]鄧澤國.安防視頻監控實訓教程[M].北京:電子工業出版社,2013:3-6.

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

[3]校長做好教學管理工作三要則[EB/OL].http://blog.163.com/jzlhx_lzl/blog/static/11695540720126254534241.

[4]黃河,汪光陽,大規模視頻監控系統中存儲系統的研究[J].信息通信,2013(4):29-30.

[5]姜琴,王林,馬勇.基于P2P技術的流媒體轉發服務器的設計與實現[J].計算機系統應用,2008(4):90-92.

G484

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

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

作者：黃欣，北京工業大學現代教育技術中心（100124）。