视频监控系统在幼儿园的应用★

王良成 王喜鸿

0 引言

幼儿教自古以来一直倍受关注，每位家长都不希望自己的孩子输在起跑线上。为使孩子受到良好的教育，家长都会在合适的年龄把孩子送到幼儿园接受学前教育。当今社会独生子女占大多数，孩子被送到幼儿园后家长的担心也就随之而来。如，孩子在学校过的开不开心、生活情况怎么样、是否受到老师的体罚等等。尤其是近年来校园安全事故频发的情况下，孩子在学校的安全都成为家长关心的问题。随着电子技术的飞跃式发展，视频监控系统的成本逐年降低，使得视频监控系统应用更加广泛。视频监控作为一项重要的工具，几乎涉及了所有的行业[1]，包括幼儿园。通过监控系统家长在办公室或是家中甚至出差的路上，只要有网络的地方就能观察孩子在幼儿园的生活状况。笔者总结了视频监控系统的发展历程，并着重分析了视频监控系统在幼儿园中应用的关键技术及未来的发展方向。

1 视频监控系统发展历程

从视频监控系统开发至今，主要经历了三个阶段:纯模拟视频监控系统、模拟—数字视频监控系统、纯数字视频监控系统。时至今日已经得到了较好的发展，已经实现了全数字化，使视频存储更方便、数据传输多元化、应用场合更广泛。

1.1 纯模拟视频监控系统

在视频监控系统开发之初，即20世纪90年代以前由于当时数字技术还没有广泛应用到电子产品领域，视频监控系统采用的是纯模拟电路，从视频监控的摄像机到线路传输再到录像的存储全部采用的是模拟信号。只能进行一对一的视频监控(一台摄像机对应一台监视器)，直到后来画面分割器和模拟视频矩阵的出现，才实现了多路视频信号输入多路视频信号输出的视频监控系统。这种系统具有带宽资源浪费、抗干扰能力差、施工维护复杂等诸多缺点[2]。

1.2 模拟—数字视频监控系统

在模拟视频监控系统和数字视频监控系统的夹缝中模拟—数字视频监控系统是一个不得不提及的历史时期，在这个发展阶段监控系统经历了由纯模拟到纯数字退化的一个过渡时期。在这个阶段中数字化已经广泛的应用在电子产品的开发设计中，视频监控系统的设备也进行了更新换代，生产出了DVR(数字硬盘录像机)、数字摄像机、数字控制矩阵等。但是在这个时期还没有完全实现全数字化，视频信号的传输仍然采用的是同轴电缆，摄像机仍然是以模拟信号输出的摄像机为主。但此时DVR已经可以与网络相连，实现了模拟信号的数字存储和数字传输。目前正在使用的监控系统中大多数都是这种模拟—数字视频监控系统。这种系统与纯模拟系统相比明显的优点就是存储变得简单而且存储量很大、成本也在逐年降低，实现了远程监控。

1.3 纯数字视频监控系统

近年来随着嵌入式技术在电子行业的飞跃式发展、光纤技术在信息数据传输的广泛采用、远程网络技术的成熟应用都为纯数字视频监控系统的发展奠定了良好的基础。在视频服务器内置嵌入式Web服务器，采用嵌入式实时操作系统[3]，对监控系统实现了全数字化:摄像机采用了IP数字网路摄像机，数据线路传输采用双绞线/光缆、存储全数字化。建设了一条全数字的视频数据高速公路，也把视频监控系统带入了纯数字时代。该系统具有抗干扰极强、数据误码丢包极少、可靠性较高等优点，就是系统造价要高于其他视频监控系统。

2 幼儿园监控系统的关键技术

在幼儿园视频监控系统中之所以能实现家长的远程监控还主要是依托于“两大关键技术”的支撑:信令控制协议、视频编解码。

2.1 信令控制协议技术

单独为视频监控制定一个专门的协议标准是不太现实的。比较可行的办法是借用现有成熟稳定的信令控制协议，目前，可以借用的协议是广泛用于视频会议、VoIP应用的H.323体系与SIP(会话初始协议)。H.323提供了在基于IP网络上进行多媒体通信的规范，H.323是一个复杂而庞大的协议族，现阶段是视频应用的主流技术。然而由于其过于复杂，现在正受到基于SIP协议视频应用的挑战，图1即为基于SIP协议的视频监控系统结构。IETF提出的SIP是用于建立多方多媒体通信的规范。SIP具备简单灵活、分布式控制等优点，有望广泛应用于视频监控领域。

图1 基于SIP协议的视频监控系统结构

2.2 视频编解码技术

在视频编解码技术方面，监控技术主要采用MJPEG，MPEG系列与H.26x系列。MJPEG是基于静态视频压缩的技术，图像的清晰度比较高，适用于监控应用领域。MPEG系列主要应用于视频存储、视频广播和视频流媒体、互联网或无线网上的流媒体等领域。H.26x系列主要应用于实时视频通信领域，如可视电话、会议电视等。

目前视频编解码研究的热点是MPEG-4和H.264，它们采用基于对象的动态压缩技术，可以获得更高的图像压缩比和带宽利用率，在400 kbit/s左右码率下即可实现有效音、视频传输，随着码率的提高可以相应地提高音频、视频质量，在2 Mbit/s左右时即可达到类似DVD的效果。MPEG-4和H.264被普遍认为是未来视频编解码的发展趋势。

3 幼儿园监控系统的发展趋势

随着电子技术的不断发展，监控技术也将不断进步。在未来的发展中幼儿园监控系统的应用必将更加广泛，使用更加灵活。

3.1 高速网络化

今后建设的幼儿园监控系统必将实现完全的数字化、网络化，系统将与Internet、无线网路相结合[4]。但是目前因网路带宽的限制和系统设备的自身问题，致使家长在提交远程监控请求时还存在两个问题:一个是同一时间访问数量，另一个是监控图像的流畅程度，这些问题都将在未来得以解决。比如不会像现在这样同一时间只能允许少量请求访问幼儿园主机，理论上可以解决无穷多个请求同时访问(不包括控制)。

3.2 高清/智能控制

视频监控系统的高清设计及对现场摄像机的智能控制是将来幼儿园监控系统必须要解决的问题，这样可以为家长提供一个更加舒适的监控角度及细节信息。将现在的被动式呆板监控，转换为主动灵活监控。通过客户端软件的控制功能来操作现场摄像机的云台，使家长可以从各个角度去了解孩子的状况，使家长更放心。

3.3 系统高度集成化

在未来幼儿园的主管机构将辖区内的幼儿园监控系统进行集成化是必须要考虑的问题，这样能够规范幼儿园的监控系统管理。要将几十个甚至是几百个幼儿园监控系统进行集成不但要解决系统兼容问题，还要考虑网络构架等相关技术的接口，使之成为一个智能化管理系统。

4 结语

虽然视频监控系统在其他领域已经广泛应用，技术也比较成熟，但用于幼儿园监控还处于发展阶段，还有很多问题有待于解决，如前面提到的智能控制、图像高清，以及幼儿园教师提出的教师隐私问题等等，都有待于进一步的研究。

[1]樊亚琴.浅谈视频监控系统的应用与发展[J].科技情报开发与经济，2010，20(5):206-207.

[2]侯晓俊.浅谈视频监控系统在铁路系统中的应用[J].铁道建筑技术，2009(3):92-95.

[3]王家良，王朝晖，焦斌亮，等.视频监控系统在家居中的应用[J].电视技术，2008，32(5):94-96.

[4]SRISKANTHAN N，TAN F，KARANDE A.Bluetooth based home automation system[J].Microproeessors and Microsystems，2002，26(6):281-289.