基于校园网的数字视频监控系统设计

关键词： 监控 , 摄像机 , 视频 , 网管

1 引 言

高校作为社会的一个重要组成部分，安全稳定与否直接关系到社会的稳定，校园安全防范单靠人防、物防已经不能满足高校快速发展的需要，为了确保校园安全，提高安全防范的管理水平，必须建立校园监控系统。随着计算机技术与网络技术的发展，监控系统正朝着视频的数字化、监控系统的网络化和管理的智能化方向发展，远程异地监控已成为可能。充分利用校园网资源，建立基于校园网数字监控系统可以大大减少建设工作量，提高系统使用的方便性，做到实时监视可视区域，快速控制现场，减少各类案件的发生，便于管理者及时应对、处理突发事件。

2 系统设计思想

建立校园安全防范监控系统，在满足安全防范需要的同时，必须充分利用学校的现有资源，从而提高资源的利用率，降低建设成本。

2.1 系统设计方向

校园面积大、治安环境错综复杂、为了加强学校安全防范整体力量，有效保护学校财产安全，监控公共场合秩序，维护公共安全，必须建立一个既有利于大家生活、学习，又能够对校园安全进行实时监控的校园安全防范监控系统。教育部校园网工程使得高校利用校园局域网络构建一个大容量、高质量、监控方式灵活、可靠性高和具有易于扩展的校园网数字监控系统成为可能。基于网络的数字监控系统：一是能利用现有校园局域网进行图像的传输，降低系统建设成本；二是适合跨校区远程实时传输，在信号传输中，数字信号抗干扰能力强，不易受传输线路信号衰减的影响；三是便于灵活增减监控点。

2.2 系统设计目标

利用学校已有校园网资源，采用智能化、网络化和信息化等技术手段，满足系统的实用性、先进性、开放性、安全性和经济性的要求，真正实现信息共享、资源共享的科学管理目标；以多元信息采集、传输、监控、记录、管理以及一体化集成等高新技术，构建安全防范监控系统。

2.3 系统覆盖范围

数字监控系统是对校园的全方位监控，一是对学校教学楼、实验楼、计算机楼、体育馆、图书馆、停车场、学生宿舍楼、行政楼的出入口和重点防火、防盗部位安装摄像机；二是对学生经常性集中的场所如食堂、运动场所、广场安装摄像机；三是对学校主干道、各大门口和家属区各楼出口安装摄像机；四是对南校区大门、宿舍楼、综合楼、主要路口安装摄像机。

3 系统设计总体方案

以校园网资源作为监控信息的传送与管理平台，将分散在校园各个建筑物的视频监控单元网络在一起，并且利用媒体服务器、计算机系统等设备对监控单元所提供的视频进行管理、对监控环境进行跟踪监视。基于校园网的数字视频监控系统主要由：媒体服务器、存储监控数字视频信息的磁盘阵列、数字视频管理与播放软件、专用VLAN、视频服务器、环境监控点视频采集系统、监控中心服务器与显示屏、报警系统等部分组成。其系统网络拓扑结构见图1。

通过环境监控点摄像机获取环境视频信号，视频服务器将视频信号转换成数字视频信号本地储存并通过校园网及时传送到设在网络中心的媒体服务器，媒体服务器对数字视频信息进行管理，并存储在磁盘阵列上，监控中的监控服务器从媒体服务器上获取数字视频信息并以多画面的形式在电视屏幕或显示器上即时播放，对需要跟踪的监控点，通过监控服务器与该点视频服务器建立直接连接，对云台和摄像机进行跟踪控制和数字视频播放。

4 系统功能与实现

基于校园网的数字视频监控系统无需为监控系统建设专门的信号传送网络，信号传输主要通过校园网，安装运行后，能够在监控中心实时显示所有10～18个环境监控点场景的视频，监视效果完全能满足要求。同时在监控中心通过发出指令控制前端设备，使得安装在室外的一体化高速智能球摄像机，可任意迅速定位及连续追踪扫描，实现真正意义上的全方位、无盲点监视。系统在对目标范围实时监控的同时，可对图像进行数字化压缩及前后端混合式存储；如果需要还可以根据报警信号的发生自动的实时记录现场情况，事后可从系统数据中查询相应的资料。跨校区远程实时监控，拥有访问权限的用户可以通过校园网，在本地安装了监控软件的计算机上，观看所管辖防区的监控画面并进行控制。监控系统扩展仅需增加云台、摄像头和视频服务器，无需对整个系统设备进行更换或扩展。在日常维护和使用校园网数字安防监控系统时，一旦出现问题，用户只需对局部进行更换或者维修，能保证长期不间断使用。

本系统设计从校园实际出发，采用成熟、先进的技术和设备，较好地满足了校园安全防范、安全管理中的宏观动态监控、微观取证等工作需求，通过校园网数字监控系统不仅可以保障学校财产、师生的人身安全以及家庭财产安全不受侵犯，同时也将校园人防、物防、技防有机结合形成立体式的防控体系，使学校的高效管理和安全保卫工作上新台阶。

4.1 网管中心设计

网管中心设于学校信息中心内。网管中心增加媒体服务器、磁盘阵列和网络视频管理软件。媒体服务器占用1U机架和1个主交换机1 000 Mb／s端口；磁盘阵列占用4U机架，安装10块146 GB硬盘，提供1 460 GB硬盘空间；媒体服务器采用IBMx336；磁盘阵列选择IBM ESP400，它采用UItra320SCSI技术，拥有14个超簿HDD槽位，可以容纳最大2 TB的存储量，为了提高可靠性，EXP400支持HDD和自身风扇的PFA(预测性故障分析)；EXP400有内置的LED指示器，能够预先对故障、温度超标和其他异常发出警告。

媒体服务器连接到1 000 Mb／s校园局域网主交换机的端口上，可充分利用网络数据带宽，以保证多路高清晰(D1格式)数字视频图像的并发传输，需占用1个主交换机端口。磁盘阵列通过SCSI接口与媒体服务器相连，为多路实时视频数据存储提供便捷条件，可提供1 460 GB的存储空间；视频浏览方式采用D1模式，分辨率704×576，视频图像存储采用MPEG-4标准，每小时每路视频须保存200 MB的数据，为了节省存储空间，可采用移动侦测方式进行数据存储，剔除静止画面。

4.2 监控中心设计

监控中心与网管中心分离，通过校园网与信息中心的主交换机交换数据。采用D1视频模式，分辨率704×576，画面分割通过媒体服务器实现，一路视频图像占有512 kb／s左右的数据宽带，为保证多路路高清晰数字视频图的实时性，通过1 000 Mb／s带宽的光缆直接接入网络住交换机。监控中心安装有2块42英寸等离子显示屏，分别由2台[email=IBM@server206]IBM@server206[/email]系列8482管理，每屏进行9画面分割显示最多可以同时显示18个环境监控点的视频图像。另设管理电脑一台，可单独显示、跟踪一路视频监控图像。

4.3 网络接入设计

宽带接入，监控视频图像可通过校园网在各个楼宇设置的交换机接入，由于是单路视频，有512 kb／s的数据带宽够用了。为保证信号质量，视频服务器安装在就近的楼层配线房。路端环境监控点监控球的模拟视频信号，经视频服务器调制成MPEG-4标准的数字视频流。通过楼层交换机接入校园网，通过校园内区域交换机与主交换机相连，占用交换机的1个端口。媒体服务器占用一个1 000 Mb／s端口和主交换机下相连，监控中心交换机通过光缆和主交换机相连，以保证监控信号的实时性。为保证系统的健壮性，所有监控设备划分在一个专用的 VLAN内。

无线接入，在校园内出现楼房或布控点无楼层交换机时，则监控数字视频流通过BreezeNET无线网接入校园网。客户端网桥定向接入基站，基站全向收发客户端网桥的信息，空间通信速率达11 Mb／s。每台基站可同时与3台客户端网桥对接，实现Full D1模式的实时监控图像传输。基站安装点选择与客户端网桥相互可视。天线安装于建筑物顶端，方向对准基站网桥。防雷借用建筑防雷设施，如高度不够，则在防雷网上焊接避雷针。客户端网桥采用奥维通SU-56-BD，空间通信速率达11 Mb／s，传送距离可达10 km。基站网桥采用奥维通AU-120-VL，可同时接收3路客户端网桥发来的Full D1模式的实时监控图像信息。室内单元提供电源和数据到室外单元带有接口和远端射频子系统，这种设计可减少使用昂贵的射频电缆，并使网桥可使用距离更长，FCC标准可超过25 m，ETSI可达成10 km。在室内单元和室外单元间的电缆可达90 m，在实际应用中，最长可将87 km两端的校园连接起来。

4.4 数字监控设计

模拟视频信号的采集，视频信号的采集设备是监控系统的前沿部分，是整个系统的“眼睛”，它将监视的内容变为视频信号，传送到就近的视频服务器上，摄像部分的好坏及它产生的图像信号质量将影响整个系统的质量。前端设备室外安装采用一体化高速智能球形彩色摄像机，其配置了自带变焦镜头的高性能数字信号处理(DSP)摄像机，内置云台和数字解码器，可任意迅速定位及连续追踪扫描，有效获取监视现场图像，强光保护，自动翻转使球体至底部时进行180°旋转，可兼容AD，Philips，Vicon，DM等通讯协议，可设置64个预置位，每个预置位带有20个字符标志，内置高清晰彩色22倍光学变焦，8倍电子变焦镜头摄像机，0.5 s快门速度，7个报警输入，内部具有浪涌保护和雷电保护，变速旋转水平MAX：250°／s，垂直MAX：100°／s，自带移动探测功能；室内安装固定q式摄像机，安装地点位于大楼入口处，主要监控人员进出大门的情况，在光线不理想的情况下彩色黑白自动转换，以达到较好的采集效果，采用有防水外壳，防暴设计，480线／420线可选，0.1Lux，1／3"SONY CCD，配置3.5～8 mm自动光圈手动变焦镜头，电源：DC12 V。

视频信号的数字化，现场监控设备，各类模拟摄像机采集的模拟视频信号，数字转换器将模拟信号转换为数字信号，经过视频服务器12 h循环存储和及时按照D1模式转换为数字视频流接入以太网，通过网络传输至后端媒体服务器和监控中心。在监控中心安装有解码服务器，将数字信号还原为模拟视频信号并按序轮切到监控中心的显示器上。并且视频服务器，后端媒体服务器双重保存数字视频信号，以防网络不通造成监控信息的丢失。

4.5 视频播放与监控软件网络视频管理软件

安装于媒体服务器上，负责管理网络中所有的视频服务器，主要完成设备管理、设置网络和视频、设置PTZ、录像设置、录像空间管理、录像文件播放功能、定义云台控制协议功能、视频丢失报警与报警处理功能、建立日志和提供数据存储、浏览、画面分割等工作；视频服务器具有IE浏览功能，网络视频监控软件安装在监控中心的监控服务器或授权用户的计算机上实现校园环境全部监控点的实时监控，提供实时图像播放、环境监控摄像机控制、图像抓拍等功能；摄像机控制采用图形化控制界面，利用鼠标控制云台、灯光、摄像头动作。

5 结语

校园网的数字视频监控系统适宜于校园安全监控使用，具有建设成本相对低廉、使用方便、扩展灵活等的优点；但该系统对网络的依赖度很高，所以校园网必须是一个健壮的网络。