基于校園網(wǎng)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)

1 引  言

高校作為社會(huì)的一個(gè)重要組成部分，安全穩(wěn)定與否直接關(guān)系到社會(huì)的穩(wěn)定，校園安全防范單靠人防、物防已經(jīng)不能滿足高?？焖侔l(fā)展的需要，為了確保校園安全，提高安全防范的管理水平，必須建立校園監(jiān)控系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)正朝著視頻的數(shù)字化、監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和管理的智能化方向發(fā)展，遠(yuǎn)程異地監(jiān)控已成為可能。充分利用校園網(wǎng)資源，建立基于校園網(wǎng)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)可以大大減少建設(shè)工作量，提高系統(tǒng)使用的方便性，做到實(shí)時(shí)監(jiān)視可視區(qū)域，快速控制現(xiàn)場(chǎng)，減少各類案件的發(fā)生，便于管理者及時(shí)應(yīng)對(duì)、處理突發(fā)事件。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

建立校園安全防范監(jiān)控系統(tǒng)，在滿足安全防范需要的同時(shí)，必須充分利用學(xué)校的現(xiàn)有資源，從而提高資源的利用率，降低建設(shè)成本。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方向

校園面積大、治安環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜、為了加強(qiáng)學(xué)校安全防范整體力量，有效保護(hù)學(xué)校財(cái)產(chǎn)安全，監(jiān)控公共場(chǎng)合秩序，維護(hù)公共安全，必須建立一個(gè)既有利于大家生活、學(xué)習(xí)，又能夠?qū)π@安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的校園安全防范監(jiān)控系統(tǒng)。教育部校園網(wǎng)工程使得高校利用校園局域網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建一個(gè)大容量、高質(zhì)量、監(jiān)控方式靈活、可靠性高和具有易于擴(kuò)展的校園網(wǎng)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)成為可能?；诰W(wǎng)絡(luò)的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)：一是能利用現(xiàn)有校園局域網(wǎng)進(jìn)行圖像的傳輸，降低系統(tǒng)建設(shè)成本；二是適合跨校區(qū)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸，在信號(hào)傳輸中，數(shù)字信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，不易受傳輸線路信號(hào)衰減的影響；三是便于靈活增減監(jiān)控點(diǎn)。

2.2  系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

利用學(xué)校已有校園網(wǎng)資源，采用智能化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化等技術(shù)手段，滿足系統(tǒng)的實(shí)用性、先進(jìn)性、開(kāi)放性、安全性和經(jīng)濟(jì)性的要求，真正實(shí)現(xiàn)信息共享、資源共享的科學(xué)管理目標(biāo)；以多元信息采集、傳輸、監(jiān)控、記錄、管理以及一體化集成等高新技術(shù)，構(gòu)建安全防范監(jiān)控系統(tǒng)。

2.3  系統(tǒng)覆蓋范圍

數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)是對(duì)校園的全方位監(jiān)控，一是對(duì)學(xué)校教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、計(jì)算機(jī)樓、體育館、圖書館、停車場(chǎng)、學(xué)生宿舍樓、行政樓的出入口和重點(diǎn)防火、防盜部位安裝攝像機(jī)；二是對(duì)學(xué)生經(jīng)常性集中的場(chǎng)所如食堂、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所、廣場(chǎng)安裝攝像機(jī)；三是對(duì)學(xué)校主干道、各大門口和家屬區(qū)各樓出口安裝攝像機(jī)；四是對(duì)南校區(qū)大門、宿舍樓、綜合樓、主要路口安裝攝像機(jī)。[!--empirenews.page--]

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案

以校園網(wǎng)資源作為監(jiān)控信息的傳送與管理平臺(tái)，將分散在校園各個(gè)建筑物的視頻監(jiān)控單元網(wǎng)絡(luò)在一起，并且利用媒體服務(wù)器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等設(shè)備對(duì)監(jiān)控單元所提供的視頻進(jìn)行管理、對(duì)監(jiān)控環(huán)境進(jìn)行跟蹤監(jiān)視。基于校園網(wǎng)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由：媒體服務(wù)器、存儲(chǔ)監(jiān)控?cái)?shù)字視頻信息的磁盤陣列、數(shù)字視頻管理與播放軟件、專用VLAN、視頻服務(wù)器、環(huán)境監(jiān)控點(diǎn)視頻采集系統(tǒng)、監(jiān)控中心服務(wù)器與顯示屏、報(bào)警系統(tǒng)等部分組成。其系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

通過(guò)環(huán)境監(jiān)控點(diǎn)攝像機(jī)獲取環(huán)境視頻信號(hào)，視頻服務(wù)器將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào)本地儲(chǔ)存并通過(guò)校園網(wǎng)及時(shí)傳送到設(shè)在網(wǎng)絡(luò)中心的媒體服務(wù)器，媒體服務(wù)器對(duì)數(shù)字視頻信息進(jìn)行管理，并存儲(chǔ)在磁盤陣列上，監(jiān)控中的監(jiān)控服務(wù)器從媒體服務(wù)器上獲取數(shù)字視頻信息并以多畫面的形式在電視屏幕或顯示器上即時(shí)播放，對(duì)需要跟蹤的監(jiān)控點(diǎn)，通過(guò)監(jiān)控服務(wù)器與該點(diǎn)視頻服務(wù)器建立直接連接，對(duì)云臺(tái)和攝像機(jī)進(jìn)行跟蹤控制和數(shù)字視頻播放。
4 系統(tǒng)功能與實(shí)現(xiàn)

基于校園網(wǎng)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)需為監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)專門的信號(hào)傳送網(wǎng)絡(luò)，信號(hào)傳輸主要通過(guò)校園網(wǎng)，安裝運(yùn)行后，能夠在監(jiān)控中心實(shí)時(shí)顯示所有10～18個(gè)環(huán)境監(jiān)控點(diǎn)場(chǎng)景的視頻，監(jiān)視效果完全能滿足要求。同時(shí)在監(jiān)控中心通過(guò)發(fā)出指令控制前端設(shè)備，使得安裝在室外的一體化高速智能球攝像機(jī)，可任意迅速定位及連續(xù)追蹤掃描，實(shí)現(xiàn)真正意義上的全方位、無(wú)盲點(diǎn)監(jiān)視。系統(tǒng)在對(duì)目標(biāo)范圍實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)，可對(duì)圖像進(jìn)行數(shù)字化壓縮及前后端混合式存儲(chǔ)；如果需要還可以根據(jù)報(bào)警信號(hào)的發(fā)生自動(dòng)的實(shí)時(shí)記錄現(xiàn)場(chǎng)情況，事后可從系統(tǒng)數(shù)據(jù)中查詢相應(yīng)的資料。跨校區(qū)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，擁有訪問(wèn)權(quán)限的用戶可以通過(guò)校園網(wǎng)，在本地安裝了監(jiān)控軟件的計(jì)算機(jī)上，觀看所管轄防區(qū)的監(jiān)控畫面并進(jìn)行控制。監(jiān)控系統(tǒng)擴(kuò)展僅需增加云臺(tái)、攝像頭和視頻服務(wù)器，無(wú)需對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行更換或擴(kuò)展。在日常維護(hù)和使用校園網(wǎng)數(shù)字安防監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，用戶只需對(duì)局部進(jìn)行更換或者維修，能保證長(zhǎng)期不間斷使用。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)從校園實(shí)際出發(fā)，采用成熟、先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，較好地滿足了校園安全防范、安全管理中的宏觀動(dòng)態(tài)監(jiān)控、微觀取證等工作需求，通過(guò)校園網(wǎng)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以保障學(xué)校財(cái)產(chǎn)、師生的人身安全以及家庭財(cái)產(chǎn)安全不受侵犯，同時(shí)也將校園人防、物防、技防有機(jī)結(jié)合形成立體式的防控體系，使學(xué)校的高效管理和安全保衛(wèi)工作上新臺(tái)階。[!--empirenews.page--]

4.1 網(wǎng)管中心設(shè)計(jì)

網(wǎng)管中心設(shè)于學(xué)校信息中心內(nèi)。網(wǎng)管中心增加媒體服務(wù)器、磁盤陣列和網(wǎng)絡(luò)視頻管理軟件。媒體服務(wù)器占用1U機(jī)架和1個(gè)主交換機(jī)1 000 Mb／s端口；磁盤陣列占用4U機(jī)架，安裝10塊146 GB硬盤，提供1 460 GB硬盤空間；媒體服務(wù)器采用IBMx336；磁盤陣列選擇IBM ESP400，它采用UItra320SCSI技術(shù)，擁有14個(gè)超簿HDD槽位，可以容納最大2 TB的存儲(chǔ)量，為了提高可靠性，EXP400支持HDD和自身風(fēng)扇的PFA(預(yù)測(cè)性故障分析)；EXP400有內(nèi)置的LED指示器，能夠預(yù)先對(duì)故障、溫度超標(biāo)和其他異常發(fā)出警告。

媒體服務(wù)器連接到1 000 Mb／s校園局域網(wǎng)主交換機(jī)的端口上，可充分利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)帶寬，以保證多路高清晰(D1格式)數(shù)字視頻圖像的并發(fā)傳輸，需占用1個(gè)主交換機(jī)端口。磁盤陣列通過(guò)SCSI接口與媒體服務(wù)器相連，為多路實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供便捷條件，可提供1 460 GB的存儲(chǔ)空間；視頻瀏覽方式采用D1模式，分辨率704×576，視頻圖像存儲(chǔ)采用MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)，每小時(shí)每路視頻須保存200 MB的數(shù)據(jù)，為了節(jié)省存儲(chǔ)空間，可采用移動(dòng)偵測(cè)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，剔除靜止畫面。

4.2 監(jiān)控中心設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心與網(wǎng)管中心分離，通過(guò)校園網(wǎng)與信息中心的主交換機(jī)交換數(shù)據(jù)。采用D1視頻模式，分辨率704×576，畫面分割通過(guò)媒體服務(wù)器實(shí)現(xiàn)，一路視頻圖像占有512 kb／s左右的數(shù)據(jù)寬帶，為保證多路路高清晰數(shù)字視頻圖的實(shí)時(shí)性，通過(guò)1 000 Mb／s帶寬的光纜直接接入網(wǎng)絡(luò)住交換機(jī)。監(jiān)控中心安裝有2塊42英寸等離子顯示屏，分別由2臺(tái)IBM@server206系列8482管理，每屏進(jìn)行9畫面分割顯示最多可以同時(shí)顯示18個(gè)環(huán)境監(jiān)控點(diǎn)的視頻圖像。另設(shè)管理電腦一臺(tái)，可單獨(dú)顯示、跟蹤一路視頻監(jiān)控圖像。

4.3 網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)計(jì)

寬帶接入，監(jiān)控視頻圖像可通過(guò)校園網(wǎng)在各個(gè)樓宇設(shè)置的交換機(jī)接入，由于是單路視頻，有512 kb／s的數(shù)據(jù)帶寬夠用了。為保證信號(hào)質(zhì)量，視頻服務(wù)器安裝在就近的樓層配線房。路端環(huán)境監(jiān)控點(diǎn)監(jiān)控球的模擬視頻信號(hào)，經(jīng)視頻服務(wù)器調(diào)制成MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻流。通過(guò)樓層交換機(jī)接入校園網(wǎng)，通過(guò)校園內(nèi)區(qū)域交換機(jī)與主交換機(jī)相連，占用交換機(jī)的1個(gè)端口。媒體服務(wù)器占用一個(gè)1 000 Mb／s端口和主交換機(jī)下相連，監(jiān)控中心交換機(jī)通過(guò)光纜和主交換機(jī)相連，以保證監(jiān)控信號(hào)的實(shí)時(shí)性。為保證系統(tǒng)的健壯性，所有監(jiān)控設(shè)備劃分在一個(gè)專用的VLAN內(nèi)。

無(wú)線接入，在校園內(nèi)出現(xiàn)樓房或布控點(diǎn)無(wú)樓層交換機(jī)時(shí)，則監(jiān)控?cái)?shù)字視頻流通過(guò)BreezeNET無(wú)線網(wǎng)接入校園網(wǎng)。客戶端網(wǎng)橋定向接入基站，基站全向收發(fā)客戶端網(wǎng)橋的信息，空間通信速率達(dá)11 Mb／s。每臺(tái)基站可同時(shí)與3臺(tái)客戶端網(wǎng)橋?qū)?，?shí)現(xiàn)Full D1模式的實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像傳輸?；景惭b點(diǎn)選擇與客戶端網(wǎng)橋相互可視。天線安裝于建筑物頂端，方向?qū)?zhǔn)基站網(wǎng)橋。防雷借用建筑防雷設(shè)施，如高度不夠，則在防雷網(wǎng)上焊接避雷針?？蛻舳司W(wǎng)橋采用奧維通SU-56-BD，空間通信速率達(dá)11 Mb／s，傳送距離可達(dá)10 km?；揪W(wǎng)橋采用奧維通AU-120-VL，可同時(shí)接收3路客戶端網(wǎng)橋發(fā)來(lái)的Full D1模式的實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像信息。室內(nèi)單元提供電源和數(shù)據(jù)到室外單元帶有接口和遠(yuǎn)端射頻子系統(tǒng)，這種設(shè)計(jì)可減少使用昂貴的射頻電纜，并使網(wǎng)橋可使用距離更長(zhǎng)，F(xiàn)CC標(biāo)準(zhǔn)可超過(guò)25 m，ETSI可達(dá)成10 km。在室內(nèi)單元和室外單元間的電纜可達(dá)90 m，在實(shí)際應(yīng)用中，最長(zhǎng)可將87 km兩端的校園連接起來(lái)。[!--empirenews.page--]

4.4 數(shù)字監(jiān)控設(shè)計(jì)

模擬視頻信號(hào)的采集，視頻信號(hào)的采集設(shè)備是監(jiān)控系統(tǒng)的前沿部分，是整個(gè)系統(tǒng)的“眼睛”，它將監(jiān)視的內(nèi)容變?yōu)橐曨l信號(hào)，傳送到就近的視頻服務(wù)器上，攝像部分的好壞及它產(chǎn)生的圖像信號(hào)質(zhì)量將影響整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量。前端設(shè)備室外安裝采用一體化高速智能球形彩色攝像機(jī)，其配置了自帶變焦鏡頭的高性能數(shù)字信號(hào)處理(DSP)攝像機(jī)，內(nèi)置云臺(tái)和數(shù)字解碼器，可任意迅速定位及連續(xù)追蹤掃描，有效獲取監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)圖像，強(qiáng)光保護(hù)，自動(dòng)翻轉(zhuǎn)使球體至底部時(shí)進(jìn)行180°旋轉(zhuǎn)，可兼容AD，Philips，Vicon，DM等通訊協(xié)議，可設(shè)置64個(gè)預(yù)置位，每個(gè)預(yù)置位帶有20個(gè)字符標(biāo)志，內(nèi)置高清晰彩色22倍光學(xué)變焦，8倍電子變焦鏡頭攝像機(jī)，0.5 s快門速度，7個(gè)報(bào)警輸入，內(nèi)部具有浪涌保護(hù)和雷電保護(hù)，變速旋轉(zhuǎn)水平MAX：250°／s，垂直MAX：100°／s，自帶移動(dòng)探測(cè)功能；室內(nèi)安裝固定槍式攝像機(jī)，安裝地點(diǎn)位于大樓入口處，主要監(jiān)控人員進(jìn)出大門的情況，在光線不理想的情況下彩色黑白自動(dòng)轉(zhuǎn)換，以達(dá)到較好的采集效果，采用有防水外殼，防暴設(shè)計(jì)，480線／420線可選，0.1Lux，1／3"SONY CCD，配置3.5～8 mm自動(dòng)光圈手動(dòng)變焦鏡頭，電源：DC12 V。

視頻信號(hào)的數(shù)字化，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備，各類模擬攝像機(jī)采集的模擬視頻信號(hào)，數(shù)字轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)視頻服務(wù)器12 h循環(huán)存儲(chǔ)和及時(shí)按照D1模式轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻流接入以太網(wǎng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸至后端媒體服務(wù)器和監(jiān)控中心。在監(jiān)控中心安裝有解碼服務(wù)器，將數(shù)字信號(hào)還原為模擬視頻信號(hào)并按序輪切到監(jiān)控中心的顯示器上。并且視頻服務(wù)器，后端媒體服務(wù)器雙重保存數(shù)字視頻信號(hào)，以防網(wǎng)絡(luò)不通造成監(jiān)控信息的丟失。

4.5 視頻播放與監(jiān)控軟件網(wǎng)絡(luò)視頻管理軟件

安裝于媒體服務(wù)器上，負(fù)責(zé)管理網(wǎng)絡(luò)中所有的視頻服務(wù)器，主要完成設(shè)備管理、設(shè)置網(wǎng)絡(luò)和視頻、設(shè)置PTZ、錄像設(shè)置、錄像空間管理、錄像文件播放功能、定義云臺(tái)控制協(xié)議功能、視頻丟失報(bào)警與報(bào)警處理功能、建立日志和提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、瀏覽、畫面分割等工作；視頻服務(wù)器具有IE瀏覽功能，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控軟件安裝在監(jiān)控中心的監(jiān)控服務(wù)器或授權(quán)用戶的計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)校園環(huán)境全部監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提供實(shí)時(shí)圖像播放、環(huán)境監(jiān)控?cái)z像機(jī)控制、圖像抓拍等功能；攝像機(jī)控制采用圖形化控制界面，利用鼠標(biāo)控制云臺(tái)、燈光、攝像頭動(dòng)作。

5 結(jié)語(yǔ)

校園網(wǎng)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)適宜于校園安全監(jiān)控使用，具有建設(shè)成本相對(duì)低廉、使用方便、擴(kuò)展靈活等的優(yōu)點(diǎn)；但該系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴度很高，所以校園網(wǎng)必須是一個(gè)健壯的網(wǎng)絡(luò)。