远程视频监控系统在赛场中的应用

严世胜，钟承尧，颜丽娜

(海南师范大学物理与电子工程学院，海南 海口 571158)

随着社会经济的发展，社会各行业对视频监控提出了更高的要求。而远程网络视频监控技术作为一种行之有效的安防和自动化管理，已被广泛采用。它一方面使管理部门能获得大量实时信息;另一方面又可提高工作效率，达到现代化网络的管理水平。

全国大学生电子设计竞赛是面向大学生的群众性科技活动，竞赛时间为4天3夜，在此期间不允许教师或其他人员进行指导，同时赛区组委会也组织人员进行巡视［1］。但由于整个过程时间较长，巡视人员不可能全程进行查看。一些参赛学校为了提高学校的知名度，可能会对参赛学生进行指导或外请其他专业技术人员指导，使竞赛缺少公平竞争。因此，安装远程网络监控系统，采用远程视频监控为主和现场巡视为辅的手段，进一步改革优化大学生电子设计竞赛的组织运行模式，能大大减少不必要的人力和物力。

1 系统概述

1.1 功能和特点

某省共有16所高校，每所学校初步组建3个监控点，系统此次共组建48个监控点，并且可以根据需要进行扩展。监控中心建在电子设计竞赛赛区组委会，在监控中心能对参赛学校实施24 h实时视频监控和录像，各参赛学校也可以相互监视和录像。系统设计方案力求操作简便直观、统一调度的管理模式，以提高管理水平，并使赛区组委会和各参赛学校在赛后可以获取相关录像记录。

为了满足以上的功能需求，系统采用不同于传统视频传输方式的网络传输方式，通过教育网将视频数据传输到赛区组委会监控中心，并且在各参赛学校设置分控点，各分控点可以相互监视和录像。

1.2 系统构成

该系统主要由前端设备、传输系统、控制系统、显示系统等4个部分构成，具有对图像信号进行存储、处理、还原等功能［2－3］。其系统拓扑结构图如图1所示。

2 前端设备

前端设备主要包括摄像机、支架、电源和网络服务器等。

2.1 前端设备的选择

摄像机是视频监控的前沿部分，主要完成图像信号的采集。对于整个系统，摄像部分是系统的原始信号源。因此，摄像机的好坏及产生的图像信号将影响整个系统的质量［4］。由于系统要求远程实时监控，所以应选择水平分辨力大于480线的网络摄像机、一体化网络智能球、模拟摄像机+网络服务器等模式来实现。一体化网络智能球已内置云台，适用于对大范围进行扫描监视，增加了摄像机的监视范围。

图1 系统拓扑结构图

网络摄像机采用RJ－45－10/100M自适应，能完全与以太网兼容，结合标准化综合布线，能传输基于TCP/IP的视频、音频及控制信号，无须额外的视频、音频及控制信号线缆［5］。图像压缩格式为H.264，适应不同情况下对图像连贯性和图像清晰度的要求。

2.2 前端设备供电

系统中一体化网络智能球供电有交流24 V和直流15 V两种，根据设备选择;网络摄像机及视频服务器供电为直流12 V。可根据参赛学校现场情况选择摄像机的供电方式，如果摄像机较集中，可采用集中供电方式。如果较分散，可采用前端就近供电方式。

3 传输系统

传输系统主要承担图像信号、音频信号和控制信号的传输任务，将前端采集到的视频信号经传输线路传送到后端的监控录像服务器上。因此，良好的传输系统设计是视频监控的重要组成部分。

3.1 信号传输方式比较

由于视频传输距离由原来的几百米发展到几千米、几十千米，甚至跨省、跨国传输，从而推动了传输方式的变革。由同轴视频基带传输方式发展到双绞线平衡传输、光纤传输和数字网络传输等方式。采用不同的传输方式，其传输介质的物理特性不同导致信号传输距离不同，传输质量也存在很大差异，各种传输方式的优缺点如表1所示［6］。

表1 视频传输方式比较

3.2 视频传输方式的选择

视频信号传输的质量是视频监控系统工程的关键环节。根据前面分析的视频传输方式，不同的视频传输方式各有特点，适合不同的应用环境。在实际的工程应用中要根据视频监控系统工程的规模大小、信号传输距离、系统的功能和不同质量指标等要求，采用不同的传输方式，既能保证系统信号的传输质量，又能降低工程造价。

由于电子设计竞赛现场和巡视监控中心距离较远，从巡视现场到巡视监控中心需要传输图像信号。同时，监控中心的控制信号也要传送到现场控制摄像机的方位。所以，选用数字网络传输方式，网络采用TCP/IP协议，并利用教育网实现系统互连，从而实现远程实时监控和录像的目的。

3.3 网络带宽要求

视频监控系统传输网络采用主干千兆和百兆到监控点的方式建设，对于网络摄像机到接入点的接入带宽，应该根据图像格式和帧率要求确定带宽，例如，1路CIF视频图像的最小实际带宽需求为512 kbit/s，1路D1视频图像的最小实际带宽需求为1536 kbit/s。网络设计带宽按上述带宽要求的2倍计算，即CIF图像带宽要求为1 Mbit/s，D1图像带宽要求为3 Mbit/s。

4 视频监控中心

根据视频监控系统的要求，视频监控、录像存储设在赛区组委会监控中心。通过中心可以指挥整个视频监控系统进行视频资料的记录、存储、监看、录像、回放和检索等。

4.1 设备配置

监控中心主要由电视墙、网络视频解码器、管理主机和存储服务器等组成。假如巡视监控点共有48个，按照应用需求将监控系统的监看、管理与录像存储分开配置。监看、管理电视墙配置46 in液晶电视1台和21 in液晶显示器12台。液晶显示器通过12台网络视频解码器连接，按每个液晶显示器显示4画面。同时配置1台管理主机，安装集中监控管理软件。完成对整个视频监控系统的管理，对摄像机参数、视频参数、PTZ协议参数及镜头参数的管理，对不同级别的管理人员分配管理、登录、浏览、录像及控制等权限管理，对网络视频解码器的配置管理。

4.2 图像存储

存储是整个远程网络监控系统的中心，实现48路视频的实时录像，并能循环存储录像。图像存储所需的硬盘空间不但与该摄像机所采用的视频压缩标准、图像格式及帧率有关，与现场环境的人流量更是分不开的，图像变化越快，码流越大。因此，可以根据摄像机上的码流来计算图像记录设备所需的存储容量，如图像分辨力达到较高清晰的D1显示格式及每路20～25 f/s(帧/秒)的速率。由于竞赛的时间为4天3夜，记录时间为4天，存储容量的计算按照每路视频图像1.5 Mbit/s的码流来计算，每天每路的存储容量=码率÷8×时间÷1024≈15.8 Gbyte，巡视视频监控点按48路计算，需要存储容量=15.8 Gbyte×48 ×4=3033.4 Gbyte［7］，可选择4 个 1 Tbyte 硬盘安装到存储服务器上。

5 小结

本文设计的远程视频巡视系统，视频信号是通过教育网进行传输，可以本地或远程巡视大学生电子设计竞赛赛场的情况，并进行实时录像。构建网络视频巡视系统后，赛区组委会可以通过远程进行实时监控和录像，各参赛学校也可以远程相互监控、监督，使竞赛更加公平、公正地进行，有效地保证竞赛的质量和学生参赛的积极性，减小了赛场巡视员的工作强度。

［1］黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程［M］.修订版.北京:电子工业出版社，2010.

［2］GB50395—2007.视频安防监控系统工程设计规范［S］.2007.

［3］隋玉敏.视频监控系统在机车车辆厂的应用研究［J］.电视技术，2009，33(4):82－84.

［4］金文光，程国卿.安防系统工程方案设计［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2006:202－203.

［5］郑世宝.智能视频监控技术与应用［J］.电视技术，2009，33(1):94－96.

［6］张少彬，林莉.基于MPEG－4的数字远程集中监控系统设计［J］.计算机工程，2007，33(1):265－266.

［7］陈国华.湛江港视频监控系统的设计与实现［J］.交通与计算机，2007，25(4):109－112.