嚴(yán)世勝，鐘承堯，顏麗娜

(海南師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院，海南 海口 571158)

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，社會各行業(yè)對視頻監(jiān)控提出了更高的要求。而遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)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(dá)到現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)的管理水平。

全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽是面向大學(xué)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(dǎo)，同時賽區(qū)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(xué)校為了提高學(xué)校的知名度，可能會對參賽學(xué)生進行指導(dǎo)或外請其他專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)，使競賽缺少公平競爭。因此，安裝遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，采用遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控為主和現(xiàn)場巡視為輔的手段，進一步改革優(yōu)化大學(xué)生電子設(shè)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(tǒng)概述

1.1 功能和特點

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

為了滿足以上的功能需求，系統(tǒng)采用不同于傳統(tǒng)視頻傳輸方式的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，通過教育網(wǎng)將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)劫悈^(qū)組委會監(jiān)控中心，并且在各參賽學(xué)校設(shè)置分控點，各分控點可以相互監(jiān)視和錄像。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)主要由前端設(shè)備、傳輸系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等4個部分構(gòu)成，具有對圖像信號進行存儲、處理、還原等功能［2－3］。其系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 前端設(shè)備

前端設(shè)備主要包括攝像機、支架、電源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等。

2.1 前端設(shè)備的選擇

攝像機是視頻監(jiān)控的前沿部分，主要完成圖像信號的采集。對于整個系統(tǒng)，攝像部分是系統(tǒng)的原始信號源。因此，攝像機的好壞及產(chǎn)生的圖像信號將影響整個系統(tǒng)的質(zhì)量［4］。由于系統(tǒng)要求遠(yuǎn)程實時監(jiān)控，所以應(yīng)選擇水平分辨力大于480線的網(wǎng)絡(luò)攝像機、一體化網(wǎng)絡(luò)智能球、模擬攝像機+網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等模式來實現(xiàn)。一體化網(wǎng)絡(luò)智能球已內(nèi)置云臺，適用于對大范圍進行掃描監(jiān)視，增加了攝像機的監(jiān)視范圍。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

網(wǎng)絡(luò)攝像機采用RJ－45－10/100M自適應(yīng)，能完全與以太網(wǎng)兼容，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(shè)備供電

系統(tǒng)中一體化網(wǎng)絡(luò)智能球供電有交流24 V和直流15 V兩種，根據(jù)設(shè)備選擇;網(wǎng)絡(luò)攝像機及視頻服務(wù)器供電為直流12 V?？筛鶕?jù)參賽學(xué)?，F(xiàn)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(tǒng)

傳輸系統(tǒng)主要承擔(dān)圖像信號、音頻信號和控制信號的傳輸任務(wù)，將前端采集到的視頻信號經(jīng)傳輸線路傳送到后端的監(jiān)控錄像服務(wù)器上。因此，良好的傳輸系統(tǒng)設(shè)計是視頻監(jiān)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(fā)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(fā)展到雙絞線平衡傳輸、光纖傳輸和數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)确绞健２捎貌煌膫鬏敺绞?，其傳輸介質(zhì)的物理特性不同導(dǎo)致信號傳輸距離不同，傳輸質(zhì)量也存在很大差異，各種傳輸方式的優(yōu)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?shù)馁|(zhì)量是視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)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(yīng)用環(huán)境。在實際的工程應(yīng)用中要根據(jù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程的規(guī)模大小、信號傳輸距離、系統(tǒng)的功能和不同質(zhì)量指標(biāo)等要求，采用不同的傳輸方式，既能保證系統(tǒng)信號的傳輸質(zhì)量，又能降低工程造價。

由于電子設(shè)計競賽現(xiàn)場和巡視監(jiān)控中心距離較遠(yuǎn)，從巡視現(xiàn)場到巡視監(jiān)控中心需要傳輸圖像信號。同時，監(jiān)控中心的控制信號也要傳送到現(xiàn)場控制攝像機的方位。所以，選用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議，并利用教育網(wǎng)實現(xiàn)系統(tǒng)互連，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)控和錄像的目的。

3.3 網(wǎng)絡(luò)帶寬要求

視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)采用主干千兆和百兆到監(jiān)控點的方式建設(shè)，對于網(wǎng)絡(luò)攝像機到接入點的接入帶寬，應(yīng)該根據(jù)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(wǎng)絡(luò)設(shè)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(jiān)控中心

根據(jù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求，視頻監(jiān)控、錄像存儲設(shè)在賽區(qū)組委會監(jiān)控中心。通過中心可以指揮整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行視頻資料的記錄、存儲、監(jiān)看、錄像、回放和檢索等。

4.1 設(shè)備配置

監(jiān)控中心主要由電視墻、網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器、管理主機和存儲服務(wù)器等組成。假如巡視監(jiān)控點共有48個，按照應(yīng)用需求將監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)看、管理與錄像存儲分開配置。監(jiān)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(wǎng)絡(luò)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(jiān)控管理軟件。完成對整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)的管理，對攝像機參數(shù)、視頻參數(shù)、PTZ協(xié)議參數(shù)及鏡頭參數(shù)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(quán)限管理，對網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器的配置管理。

4.2 圖像存儲

存儲是整個遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的中心，實現(xiàn)48路視頻的實時錄像，并能循環(huán)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(biāo)準(zhǔn)、圖像格式及幀率有關(guān)，與現(xiàn)場環(huán)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(jù)攝像機上的碼流來計算圖像記錄設(shè)備所需的存儲容量，如圖像分辨力達(dá)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×?xí)r間÷1024≈15.8 Gbyte，巡視視頻監(jiān)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(wù)器上。

5 小結(jié)

本文設(shè)計的遠(yuǎn)程視頻巡視系統(tǒng)，視頻信號是通過教育網(wǎng)進行傳輸，可以本地或遠(yuǎn)程巡視大學(xué)生電子設(shè)計競賽賽場的情況，并進行實時錄像。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)視頻巡視系統(tǒng)后，賽區(qū)組委會可以通過遠(yuǎn)程進行實時監(jiān)控和錄像，各參賽學(xué)校也可以遠(yuǎn)程相互監(jiān)控、監(jiān)督，使競賽更加公平、公正地進行，有效地保證競賽的質(zhì)量和學(xué)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(xué)生電子設(shè)計競賽訓(xùn)練教程［M］.修訂版.北京:電子工業(yè)出版社，2010.

［2］GB50395—2007.視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范［S］.2007.

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

［4］金文光，程國卿.安防系統(tǒng)工程方案設(shè)計［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2006:202－203.

［5］鄭世寶.智能視頻監(jiān)控技術(shù)與應(yīng)用［J］.電視技術(shù)，2009，33(1):94－96.

［6］張少彬，林莉.基于MPEG－4的數(shù)字遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計［J］.計算機工程，2007，33(1):265－266.

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