校園數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

高校安全發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求隨著高等教育的發(fā)展和高等教育規(guī)模的擴(kuò)大，校園安全問(wèn)題日益突出。高校擴(kuò)招、校舍擴(kuò)建、多院校合并、擴(kuò)大招生使高校建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展期。人員流動(dòng)性增大,安全管理人員少,巡檢范圍大等因素導(dǎo)致原有的人防、物防措施已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)高校安全發(fā)展的需要。校園基于IP的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用,為校園的安全防范管理帶來(lái)了較為完善的解決辦法。1基于dvra的ipvs視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展一共經(jīng)歷了三個(gè)階段,從最初的模擬信號(hào)合適錄像帶的VCR,到視頻信號(hào)數(shù)字化的DVRA,到目前最為先進(jìn)、最流行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下完全數(shù)字化的IPVS。每個(gè)階段都是順應(yīng)時(shí)代而生,在發(fā)展過(guò)程中,當(dāng)各個(gè)弊端顯露出來(lái)后,經(jīng)過(guò)不斷的改良、發(fā)展,就有了更為先進(jìn)的設(shè)備為社會(huì)發(fā)展服務(wù)。1.1基于數(shù)據(jù)安全的存儲(chǔ)方式第一代視頻監(jiān)視系統(tǒng)指的是以VCR(Video?Cassette?Recorders)為代表的傳統(tǒng)CCTV監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由模擬攝像機(jī)、專(zhuān)用電纜、視頻切換矩陣、模擬監(jiān)視器、模擬錄像設(shè)備和盒式錄像帶等部件構(gòu)成。在第一代產(chǎn)品的運(yùn)行中,出現(xiàn)了各種明顯的缺點(diǎn),例如維護(hù)工作比較繁瑣、無(wú)法直接連接電腦、遠(yuǎn)程訪問(wèn)無(wú)法進(jìn)行、與其他安防系統(tǒng)(如門(mén)禁、周界防護(hù)等)的有效集成難以達(dá)成、錄像質(zhì)量也隨著時(shí)間的推移下降等。這些使得VCR只適合小范圍(如樓棟門(mén)口,小店鋪內(nèi))的短時(shí)間監(jiān)視,無(wú)法做到長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ)。最關(guān)鍵的缺點(diǎn)在于它無(wú)法與電腦直接相連,模擬信號(hào)無(wú)法得到存儲(chǔ)。通過(guò)磁帶的存儲(chǔ)給監(jiān)控帶來(lái)過(guò)多繁雜的負(fù)擔(dān)。成本大大增加的同時(shí),效果沒(méi)有得到提高。1.2錄像和數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)dvr上世紀(jì)90年代中期,視頻監(jiān)視市場(chǎng)出現(xiàn)了以DVR(DigitalVideoRecorder)為代表的第二代視頻監(jiān)視系統(tǒng)。DVR系統(tǒng)可以使用戶(hù)將模擬的視頻信號(hào)數(shù)字化,并存儲(chǔ)在電腦硬盤(pán)而不是盒式錄像帶上。數(shù)字化的存儲(chǔ)大大提高了用戶(hù)對(duì)錄像信息的處理能力。用戶(hù)可以通過(guò)DVR來(lái)控制攝像機(jī)的開(kāi)啟或者關(guān)閉,從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)探測(cè)監(jiān)控功能。此外對(duì)于報(bào)警事件以及事前或事后報(bào)警信息的搜索也變得非常簡(jiǎn)單。第二代系統(tǒng)在使用的過(guò)程中也有其不足。首先,攝像頭到模擬矩陣的傳輸仍然屬于模擬傳輸模式。模擬信號(hào)在進(jìn)入數(shù)字硬盤(pán)錄像機(jī)之前還需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。轉(zhuǎn)換后的圖像會(huì)清晰度降低,不利于監(jiān)控的正常存儲(chǔ)。其次,模擬信號(hào)只適合于短途傳輸。如果傳輸路徑過(guò)長(zhǎng),會(huì)造成模擬信號(hào)的減弱甚至丟失。第三,模擬攝像頭的結(jié)構(gòu)限定了它的清晰度只能達(dá)到標(biāo)清的級(jí)別,滿(mǎn)足不了社會(huì)現(xiàn)在對(duì)視頻清晰度的越來(lái)越高的要求,同時(shí)也不能進(jìn)行一些如智能抓拍、紅綠燈的違章拍照、進(jìn)出人員的面孔識(shí)別等等智能應(yīng)用。于是,第三代系統(tǒng)呼之欲出。1.3視頻監(jiān)控系統(tǒng)第三代系統(tǒng)指的是目前正在蓬勃發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)視系統(tǒng)IPVS(IPVideoSurveillance),又稱(chēng)為IP監(jiān)視系統(tǒng)。它最早出現(xiàn)于2001年。網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)視系統(tǒng)就是針對(duì)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用而設(shè)計(jì)的,因此它克服了DVR/NVR無(wú)法通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取視頻信息的缺點(diǎn),用戶(hù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中的任意一臺(tái)電腦來(lái)觀看、錄制和管理實(shí)時(shí)的視頻信息。第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)是完全數(shù)字化的系統(tǒng),它基于標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議,能夠通過(guò)局域網(wǎng)/無(wú)線網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)傳輸,布控區(qū)域大大超過(guò)了前兩代系統(tǒng)。同時(shí),它采用了開(kāi)放式架構(gòu),可與門(mén)禁、報(bào)警、巡更、語(yǔ)音、MIS等系統(tǒng)無(wú)縫集成;它基于嵌入式技術(shù),性能穩(wěn)定,無(wú)需專(zhuān)人管理;它的靈活性得到大大提高,監(jiān)控場(chǎng)景可以實(shí)現(xiàn)任意組合,任意調(diào)用。2第三，視頻監(jiān)控分析第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為目前最先進(jìn)、最穩(wěn)定、最智能、最符合高校監(jiān)控需求的監(jiān)控系統(tǒng),有它的特點(diǎn)和需要解決的難題。2.1視頻圖像顯示的優(yōu)勢(shì)第三代監(jiān)控系統(tǒng)基于標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP設(shè)計(jì),便于計(jì)算機(jī)處理的同時(shí),適合遠(yuǎn)距離傳輸,對(duì)視頻圖像方便查找,于是提高了質(zhì)量與效率,另外因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)和數(shù)字化的關(guān)系,這是一個(gè)十分便于管理和維護(hù)的系統(tǒng)。2.1.1直接將視頻流接入電腦第三代監(jiān)控系統(tǒng)前端網(wǎng)絡(luò)攝像頭經(jīng)過(guò)直接輸出數(shù)字視頻流,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸可以直接把視頻流直接傳入電腦?？梢猿浞掷糜?jì)算機(jī)的快速處理能力,對(duì)視頻流進(jìn)行分析、存儲(chǔ)和顯示。通過(guò)視頻分析,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并進(jìn)行聯(lián)動(dòng)報(bào)警,從而提高監(jiān)控效率。2.1.2數(shù)字視頻監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用第三代系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字視頻流傳輸。充分利用了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。不易受傳輸線路信號(hào)衰減的影響,而且能夠進(jìn)行加密傳輸,因而可以在數(shù)千公里之外實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)。特別是在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣或不便于直接深入現(xiàn)場(chǎng)的情況下,數(shù)字視頻監(jiān)控能達(dá)到親臨現(xiàn)場(chǎng)的效果。即使現(xiàn)場(chǎng)遭到破壞,也照樣能在遠(yuǎn)處得到現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)記錄。2.1.3大量時(shí)間觀看錄像在傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)中,調(diào)取錄像時(shí)需要花大量時(shí)間觀看錄像帶才能找到現(xiàn)場(chǎng)記錄;而在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,利用專(zhuān)業(yè)的存儲(chǔ)服務(wù)器,計(jì)算機(jī)在很短的時(shí)間內(nèi)就能找到相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)記錄。2.1.4高質(zhì)量圖像的形成第三代系統(tǒng)采用的數(shù)字視頻流可以利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)不清晰的圖像進(jìn)行去噪、銳化等處理,高清晰度的視頻流通過(guò)調(diào)整圖像大小,借助顯示器的高分辨率,可以觀看到高質(zhì)量的圖像。此外,還可以在一臺(tái)顯示器上同時(shí)觀看32路甚至更多視頻圖像。2.1.5視頻傳輸系統(tǒng)因?yàn)閿?shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是由電子設(shè)備組成,且集成度高,視頻傳輸就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。正因?yàn)槿绱?整個(gè)系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)就因?yàn)槠潴w積小的特點(diǎn),易安裝、方便使用、且維護(hù)簡(jiǎn)單。3傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)維護(hù)管理目前高校的發(fā)展地域?qū)拸V、人員密集,難于用傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控進(jìn)行維護(hù)管理。同時(shí)高校內(nèi)也具備有原有建成的高速的光纖網(wǎng)絡(luò)和專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)機(jī)房,為新一代的視頻監(jiān)控系統(tǒng)打下了一定的基礎(chǔ)。3.1高速期次生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)隨著高等教育事業(yè)的發(fā)展,高等教育規(guī)模擴(kuò)大,校園治安問(wèn)題日益突出。高校擴(kuò)招、校舍擴(kuò)建、多院校合并、擴(kuò)大招生使高校建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展期。人員流動(dòng)性增大,安全管理人員少。同時(shí)多媒體教室、電子考場(chǎng)也都必須安裝攝像頭進(jìn)行監(jiān)控。所以高校校園監(jiān)控需要大量高清攝像頭,需要一套安防系統(tǒng)可以同時(shí)管理所有攝像頭并且要求可以同時(shí)調(diào)用下載多個(gè)攝像各個(gè)時(shí)段的錄像。3.2視頻存儲(chǔ)及業(yè)務(wù)服務(wù)層IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控包含前端接入層、媒體服務(wù)層、業(yè)務(wù)管理層、監(jiān)控應(yīng)用層。前端接入層主要是由網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控球機(jī)與網(wǎng)絡(luò)槍機(jī)組成。網(wǎng)絡(luò)攝像頭實(shí)時(shí)錄像以h.264視頻格式直接通過(guò)校園網(wǎng)傳入視頻存儲(chǔ)陣列。根據(jù)學(xué)校安防以及監(jiān)考的需要以及成本原因攝像頭一般選用100w像素的高清攝像頭。用于安防攝像頭一般選用帶紅外攝像頭以便于夜間監(jiān)控。媒體服務(wù)層包含流媒體分發(fā)服務(wù)器、存儲(chǔ)管理服務(wù)器和磁盤(pán)整列。磁盤(pán)整列主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和分發(fā)數(shù)字視頻文件。所有分發(fā)都通過(guò)存儲(chǔ)服務(wù)器取流,當(dāng)有多個(gè)用戶(hù)同時(shí)取一個(gè)攝像頭視頻時(shí)由流媒體服務(wù)進(jìn)行復(fù)制分發(fā)。這樣當(dāng)多個(gè)用戶(hù)同時(shí)調(diào)取同一個(gè)攝像頭的實(shí)時(shí)錄像時(shí)磁盤(pán)整列也只傳輸一路視頻。存儲(chǔ)管理服務(wù)器負(fù)責(zé)快速調(diào)取錄像。存儲(chǔ)監(jiān)控點(diǎn)圖像格式與帶寬占用關(guān)系見(jiàn)下表:存儲(chǔ)圖像空間計(jì)算公式:每個(gè)前端存儲(chǔ)總?cè)萘?GB)=【視頻碼流大小(Mb)×60秒×60分×錄像小時(shí)數(shù)×存儲(chǔ)天數(shù)/8】/1024?？偞鎯?chǔ)容量為=每個(gè)前端存儲(chǔ)總?cè)萘?GB)×路數(shù)。學(xué)校安防監(jiān)控一般為24小時(shí)全天監(jiān)控,教室監(jiān)控一般為7:00-23:00,16個(gè)小時(shí)。業(yè)務(wù)服務(wù)層包含平臺(tái)管理服務(wù)器、網(wǎng)管服務(wù)器、客戶(hù)端/前端接入服務(wù)器。平臺(tái)管理服務(wù)器主要是實(shí)現(xiàn)各種具體功能,如:用戶(hù)和用戶(hù)權(quán)限管理、云臺(tái)控制、大屏上墻、大屏拼接、調(diào)取攝像頭實(shí)時(shí)圖像或錄像、學(xué)校特定功能(智能分析、教室球機(jī)一鍵巡航等功能).網(wǎng)管服務(wù)器負(fù)責(zé)管理所有攝像頭和服務(wù)器的IP地址表,并且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)ping命令得知設(shè)備在線狀態(tài)?？蛻?hù)端/前端接入服務(wù)器負(fù)責(zé)接入客戶(hù)端軟件和前端攝像頭。監(jiān)控應(yīng)用層主要是客戶(hù)端電腦、解碼器、電視墻設(shè)備。電腦可以通過(guò)客戶(hù)端軟件在校園網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行授權(quán)內(nèi)的各種操作。解碼器負(fù)責(zé)錄像解碼上電視墻。3.3高校對(duì)視頻監(jiān)控的需求隨著視頻監(jiān)控的發(fā)展,特別是智能監(jiān)控的發(fā)展,監(jiān)控可能產(chǎn)生越來(lái)越多的功能應(yīng)用,如人數(shù)統(tǒng)計(jì),進(jìn)出車(chē)輛管理,甚至對(duì)人的行為進(jìn)行分析。高校系統(tǒng)中就可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)監(jiān)控來(lái)考察學(xué)生課堂到課率、教師上課有無(wú)遲到或違規(guī)操作、監(jiān)考過(guò)程有無(wú)違規(guī)行為,甚至對(duì)于一個(gè)課堂的活躍度都可以進(jìn)行智能的統(tǒng)計(jì)分析。學(xué)校對(duì)視頻監(jiān)控的需求也將越來(lái)越多,視頻監(jiān)控可以更多的應(yīng)用于教務(wù)、電子考試、校園停車(chē)場(chǎng)等方面。停車(chē)場(chǎng)的車(chē)位數(shù)是否已停滿(mǎn)、某些嫌疑車(chē)輛是否進(jìn)入監(jiān)考區(qū)域等問(wèn)題都能通過(guò)智能視頻監(jiān)控輕而易舉的得到解決。4基于ip網(wǎng)絡(luò)的校園監(jiān)控系統(tǒng)隨著計(jì)算機(jī)技