基于IP组网方式的数字高清高校安全视频监控系统的构建

许志成

(黎明职业大学信息与电子工程学院，福建 泉州 362000)

基于IP组网方式的数字高清高校安全视频监控系统的构建

许志成

(黎明职业大学信息与电子工程学院，福建 泉州 362000)

构建基于IP组网方式的数字高清高校校园安全视频监控系统，安全问题是关键。突发高校校园安全问题时，高清的数字编码与传输技术能够获取高清画面，准确清晰地捕捉到人脸特征以及行为动作，帮助相关部门及时掌握现场情况，便于监督服务，采取相应措施。

IP组网；视频监控；数字编码

一、前言

高校校园是社会大环境中一个独特的小区。随着教育的不断发展，校园建筑面积和办学规模不断扩大，为了满足师生的各种需求，各种服务行业也加入到校园服务中，这些大大地增加了校园的流动人口数量，带来了许多新的安全隐患。近期发生在全国各地的校园诈骗、盗窃及交通事故等意外突发事件已经引起教育部和公安部的高度重视。基于IP组网方式的数字高清高校校园安全视频监控系统可以解决这些问题，让高清视频监控有效地应用起来，帮助提升校园原有的保安系统，让师生能够在健康、安全的环境下工作学习，实现“平安校园”的最终目的。

二、系统组成

(一)前端采集设备

高清网络摄像机或球机能够实时捕捉到高清的画面质量，画面的精度在1280*720到1600*1200之间，每秒种传输的数据流量超过3Mb。故在本次设计中将采用高清网络摄像机或者球机作为前端采集设备。要因地制宜，合理选择图像捕捉设备，特别是合理配置摄像机，能够对图像捕捉功能起到很大的作用。通过高清校园视频监控系统，希望能够创建一个健康有序相对安全的校园环境。具体需求内容：学校图书馆、教学楼、教职工宿舍等关键建筑物的安全；公共或个人财产的安全；学校秩序的监控；实现远程登陆、远程实时视频监控。

根据上述目标需求的特点和其所要达到的目标范围采用适合的摄像机及合理的安装方式。校园安全对视频监控的要求越来越高，这将作为视频监控系统前端摄像头选型的主要依据。当前主流采用光纤无损高速快球和高清网络摄像机作为前端部署高清监控摄像机。校园高清视频监控系统监控点摄像头应根据监控点周围所处状况和监控主要对象分别选择球机或者高清网络摄像机。编码和图像采集这两个功能模块捕捉各个监控点的图像画面信息，是校园高清视频监控系统中前端不可或缺的一个重要子系统。它们将所得的数据输送到各个区域中心并转发数据供各部门调用。在传输数据的同时，内部完成对视频的压缩任务，并且将含有音频、视频、报警和控制相关信息的IP码流送出。分为储存流和实时流，储存流输入网络储存系统，实时流转发到客户端、提供解码显示并进行流媒体交换。网络摄像机采用MPEG4/H. 264等先进编码方式，高清摄像机输出的码流在变码率3Mbps以上，图像的分辨率不低于HD720p。用户可以对网络高速球或网络高清摄像机进行远程操控、配置参数以及软件升级。通过软件平台还能够查看其工作状态并进行校时。在网络突发状况导致设备间无法通讯的情况下，录像文件将暂时存储在网络高清摄像机内置的SD卡中。

(二)传输网络部分

在校园安全视频监控系统中前端负责视频监控的子系统，利用现有的校园光纤专线线路 (3Mb以上带宽)，接入监控中心的千兆交换设备，经交换设备转发到NVR ( 网络高清硬盘录像机)或IP-SAN(IP网络构架存储网络)模块上，实现对视频流的保存；在监控中心部署若干的千兆位交换机，构架高清专用交换网络，实现内部视频流的存储、转发及回放。前端监控点的接入有三种不同方式：

1.EPON技术接入

EPON是一种点到点的无源光网络；在接入网中，采用P2MP拓扑结构将多个用户端设备(ONU/ONT)和局端设备(OLT)利用无源的光缆、光分/合路器等组成的无源分光器POS搭建而成。按这个定义来讲，它应该由无源分光器(POS)，光网络终端(ONT)，光网络单元(ONU)和光线路终端(OLT)四个部分组成。光线路终端OLT放在各功能楼栋，和该楼栋的交换机通过千兆电口或光口对接。光网络单元ONU一般内置解码器中或在图像采集设备附近；位置密集数量大的图像采集设备中，通过双绞线连接编码器和EPON光纤，使用独立的ONU设备；而ONU内置到解码器中用在那些相对分散的视频监控点，把解码器直接连接到EPON网络。POS(Passive Optical Splitter)是一种无源的设备，亦称作无源光纤分路器，可以用来连接OLT和ONU单元。作为传输介质，还可以实现下行数据的分发和上行数据的集中。巧妙地利用波分复用(WDM)的方法，在单根光纤为基础，EPON技术完成最大化程度扩展光纤的带宽，达到对称1Gbps的光纤宽带；同时对客户端进行分光下行处理，最大化的情况下可以达到64路之多，有效距离为10公里；在32路的情况下，有效距离更达到20公里，足以满足校园视频监控系统最远监控范围。特别是在32路的时候，每一路所能达到数据传输量可以稳定保持在大于每秒30M的状态，足以满足当前高清视频技术的任何需求。

2.视频光端机接入

要让视频监控系统中的电子流量变成在校园光纤上的可见光通信，需要用到视频光端机；它可以把视频设备采集到的电子流数据通过模拟转换技术或者数字转换技术转换成光信号，以便能在光纤中实现快速传输。可分为两种，一种是模拟光端机，另一种则是我们在这里所采用的数字视频光端机。一般情况下，将单路的网络视频光端机布置在前端摄像机相对分散的区域，而将多路的网络视频光端机布置在前端摄像机相对密集分布的监控点环境中；这样不仅可以节约光缆资源，还可以保证传输的质量要求。

3.光纤收发器接入

光纤收发器，也叫做光电转换器。顾名思义，它可以实现从电子流到可见光的转变，通过它能够把传统的传输线路和光纤宽带链接在一起。在校园中存在一些以太网电缆传输没有办法达到的区域，可以接入光纤收发器，利用光纤的长距离传输属性扩大传输的区域范围，到达任何理想的位置，而且光纤收发器必须采用裸光纤方式。

(三)监控中心

为了能够及时发现并且震慑可能发生的一些不安定因素，视频监控中心的主要功能是对整个校园范围以及附近人员构成复杂且密集的区域进行高清视频监控。

1.云台控制

转动云台可以改变监控视角，扩大监视的区域范围。客户端使用Socket通信来连接云台、镜头以及高清网络摄像机周边的照明灯开关，控制镜头的变焦，变距和光圈。图像控制的方式有两种，动作控制以及状态控制。

(1)动作控制。云台水平方向或垂直方向上的位置操控以及摄像机聚焦、缩放倍数的控制等，都是属于图像的动作控制。在正常运行的视频监控系统中，通常镜头都是固定不动的；当需要查看不同的摄像头视角时，才控制云台及镜头进行指定的操作。客户端将控制消息发送给云台和镜头，进行相应的上、下、左、右动作，以及镜头的聚焦(focus)、变焦(zoom)、光圈(iris)等控制。

(2)状态控制。对云台和镜头开启或关闭状态的控制叫做状态控制，状态控制也指对摄像头的雨刷、射灯等打开或者关闭的控制。在对整个系统的设计过程中还应该包括打开、关闭以及自动这三种不同的状态控制。

2.动态检测

在校园安全视频监控系统中，动态监测以及IP网络监控视频相关信息都将被实时显示出来，这样我们就能根据需求有效地规划和管理监控的区域范围。动态检测功能包含图像显示和画面控制。

(1) 图像显示。在本系统的设计过程中将选择高清视频编码标准H.264对采集到的模拟视频数据快速压缩处理，然后实时将多路频道的监控画面集中显示在监控屏幕划分好的相应区域。通过H.264编码标准压缩而得到的图片信息包含I帧(内帧)、P 帧(预测帧)和 B 帧(内插双向帧)等三类帧。I帧是按照JPEG的编码标准，每个12帧采集一帧进行独立编码的，监控网络系统中唯一能被存取的视频帧。通过对I 帧的连续截取，可以有效地检测运动目标。

(2)画面控制。系统画面控制能够根据用户的需求来控制客户端界面通道，将视频监控画面分为各种不同比例的组合，例如十六画面等。在界面通道数多于摄像头时，没有摄像头的通道将显示黑色或者已经设置好的背景图像。

3.视频回放

在视频监控系统中，监控屏幕上呈现的是现在正在发生的事情，有时候我们必须对过往的视频资料进行分析和整理，这就是所谓的视频回放。视频回放模块的主要功能是寻获所需视频数据并使用播放器播放该视频内容。在校园安全视频监控系统中，采用了Direct Draw 技术播放视频监控系统的视频记录文件，根据视频文件在数据库中的属性获取视频的时间点以及存放在文件系统中的具体位置，再利用Over Relay 的方式将视频画面播放出来。

(四)管理平台

在系统正常运行的过程中会产生惊人的视频数据，我们将使用文件系统来保存这些庞大的视频数据，使用数据库管理系统帮助维护系统产生的管理数据。

1．数据存储

当然，针对系统运行产生的视频数据和管理数据所构建的储存和管理的方法是不够全面的，还应该就视频监控的基本属性信息，例如区域和开始结束时间等，还有其他的一些系统相关管理数据，例如用户的信息等构建储存方法。

(1)视频数据。在本系统中还需要有一个重要的数据处理功能，应用文件系统储存和管理监控过程中自动生成庞大的视频数据。视频监控时时刻刻都在进行，伴随着生产庞大的视频数据，以一所中等规模的高等院校为例，视频监控24小时生产的视频数据量在千G以上，同时，为了便于日后的调取分析或者其他因素，视频数据至少还需要再储存超过30天的时间。为了满足文件系统的灵活性以及数据的存储容量，通过大量容量较小的磁盘采用磁盘阵列柜的方式来实现大容量数据的管理，同时，用RAID5来做磁盘之间的连接，这样就可以在不关闭系统的情况下，更换掉损坏的磁盘保证系统的不间断运作，并且不会丢失数据。

(2)系统管理数据。系统的管理数据较视频数据而言，它占用的储存空间很小，但是需要采取比较高的保密措施，例如视频存储数据、摄像头相关数据信息和用户信息等，为了将这些数据进行妥善地保存和管理，我们通常为它们构建专门的数据库管理系统。相对应地在构建好的数据库管理系统中，分别创建三个不同的数据表来描述这三种数据：视频文件描述信息存储信息表，摄像头信息表和系统用户数据表。

2. 视频数据录像

录像控制是视频监控系统中最重要的一个模块；调用不同的报警流程启动录制视频功能，实现不同的录像控制方式。录像控制方式一共有四种：自动录像、手动录像、定时录像和警告录像。最终的视频录像将会以文件的形式存储在磁盘中。

三、结论

本文所讨论的基于IP组网方式的数字高清高校校园安全视频监控系统是为了实现现代化平安高校的目标而设计的；以通用的数字视频监控系统为例，对系统中的各个模块，如前端采集模块、网络传输、监控中心和管理平台等的相关技术作了较深入的论述。随着信息和图像技术的进一步发展，视频监控系统将在图像智能识别和视频快速搜索的方向上越走越快。

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Construction of Digital High-Definition University Security Video Monitoring System Based on the IP Network Mode

XU Zhi-cheng
(College of Information and Electronic Engineering of Liming Vocational University, Quanzhou 362000, China)

To construct digital high-definition college campus security video monitoring system based on IP network mode, security is the key. When the sudden college campus security issues happen, high-definition digital coding and transmission technology can obtain high-resolution images, accurately and clearly capture the facial features and behavior actions, helping the relevant departments to master the situation in a timely manner, to facilitate supervision and service and take corresponding measures.

IP network; video monitoring; digital coding

2016-12-11

校级课题《非线性编辑软件在校企合作微电影制作中的实证研究》(LZ2015112)。

许志成(1981- )，男，大学，黎明职业大学信息与电子工程学院讲师，从事多媒体和虚拟技术方面研究。

TP277

A

1671-3974(2017)01-0065-03