浅谈高校视频监控系统的数字化建设

马静静

（北京信息科技大学安全稳定处，北京 100192）

浅谈高校视频监控系统的数字化建设

马静静

（北京信息科技大学安全稳定处，北京 100192）

信息技术对视频监控系统的注入，使得视频监控系统的数字化、网络化建设成为必然趋势。目前高校正处于视频监控系统更新换代的转折期。文章以北京信息科技大学的视频监控系统建设为例，介绍了视频监控系统数字化的改造过程，分析了如何借鉴信息技术的分层架构和标准化，进而逐步改造现有视频监控系统，并阐述了视频监控系统数字化改造中遇到的问题及解决途径。

数字化；标准化；视频监控系统；大数据

随着经济的增长，高等教育事业快速发展，规模不断扩大，跨区域、多校区办学模式不断增加，高校呈现出人员多、面积广、建筑多的特点，且流动人员不断增加[1-3]，很多高校出现物品、财务被窃等问题。另外，校园暴力事件不断上演，对于学生安全而言，也是一大隐患。通过视频监控的手段，可以及时了解学校各区的实际情况，对学校进行安全管理，并且可以节约大量人力物力资源[4]。因此，视频监控系统在高校安全保卫中发挥着越来越重要的作用[5]，对于预防和控制校园犯罪、保护师生人身财产安全、提高院校处理突发事件的能力而言，是必不可少的[6]。

视频监控系统的发展经历了3个阶段：模拟视频监控、模拟+数字混合监控和基于IP摄像机、视频服务器基础上的完全数字化监控[7-8]。数字化技术是计算机技术、多媒体技术以及互联网技术的基础，是实现信息数字化的技术手段，将文字、图形、图像、视频、音频等信息转化成计算机能够识别和处理的二进制编码，使应用对象更清晰、更高品质、更易于把握和传播[9-11]。伴随着数字技术和IP技术的成熟，视频监控向以计算机为核心的数字化、网络化发展已经成为不争的事实。

文章以北京信息科技大学（以下简称本校）的视频监控系统建设为例，结合工作实际，就高校视频监控系统该如何进行数字化建设进行初步的探讨。

1 数字化是视频监控系统建设的方向

视频监控是高校安全防范系统的重要组成部分，是一种技术防范能力较强的综合系统。校园人员密集性高、流量大、活动范围广，决定了安防工作的重要性、复杂性和艰巨性，而视频监控系统为预防、控制和快速处置违法犯罪案件及突发事件，切实保护师生的人身财产安全，净化教学、生活环境，提供了及时、准确、高效的信息和手段服务。

视频监控系统的数字化，就是运用计算机处理视频信息，即视频信息流数字化，将模拟视频信号经模数转换和彩色空间变换转为计算机可处理的数字信号。数字化能够大幅度增强、完善视频监控系统功能，提高工作效率，节约人力物力，从而强化校园的安全管理。近些年来，计算机网络技术、图像处理技术、通信技术以及传感技术等信息技术迅猛发展，并且以强大的科技优势、便捷的服务功能以及崭新的价值理念，给校园视频监控系统带来了巨大而深刻的影响。实践证明，其产生的效益较为显著并逐步被广泛采用。因此，数字化是校园视频监控系统建设与时俱进的必然趋势。2015年，本校清河校区进行了全面的视频监控系统数字化改造，利用监控系统破案率比改造前提高25%，失物找回率提高60%，协助处理车辆剐蹭率提高50%。

2 信息技术的分层架构理念在视频监控系统中的应用

视频监控的数字化，将彻底打破以监视器为中心的闭路电视监控系统结构，从根本上改变视频监控系统在数据采集、传输、存储、处理等方面的方式和结构形式。

2.1 充分认识视频监控系统建设的必要性

高校视频监控系统建设具有共性，也存在各自的差异。本校第一代模拟视频监控系统采用矩阵主机控制，摄像机输出的视频信号直接传输到中心机房，离中心机房较远的区域会受到同轴电缆传输距离的限制，比如操场、新建实验楼和图书馆都没有设置监控点位，因为随着传输距离的增长，途中视频信号的衰减会越来越严重。同轴电缆的铺设全部采用挖沟填埋的方式，视频信号出现故障时，则无法准确定位故障点。系统采用长延时模拟录像机进行录像和回放，当录像资料需长时间备份时，要使用大量录像带，并且在录像回放、检索时操作极为不便。整个监控系统的状态最终体现在监视器的屏幕上，监视器的优劣直接影响着整个系统的最终效果。虽然这种闭路电视监控系统能在人们无法直接观察的场合，实时、形象、真实地反映被监视控制对象的画面，但是只能提供近距离的监视，而监视的数据如何高效传输、集中存储、智能管理无法得到有效解决。显然，这一视频监控系统的现状与安全防范任务的总体要求和形势发展不适应、不匹配，因此需要克服短板，渐进有序地实施升级改造。

2.2 现有模拟视频监控系统的数字化改造

二十世纪初，基于数字存储技术的硬盘录像系统应运而生，不仅存储费用低、效率高，而且具有网络传输和循环存储的优点。与此同时，硬盘录像系统的数字化和传输网络化的先进技术还可以实现有限的IP网络访问。数字硬盘录像机的基本功能是将模拟的音视频信号转变为 MPEG（Moving Pictures Experts Group，动态图像专家组）数字信号存储在硬盘上，并提供与录制、播放和管理节目相对应的功能，是磁带式录像机的换代产品。

2010年，本校视频监控系统引入了数字硬盘录像机，从此拉开了模拟视频监控系统数字化改造的序幕。首先，以中心机房为圆心，向第一教学楼、第二教学楼、图书馆、办公楼、实验楼、第一公寓、第二公寓、第四公寓、第五公寓和第六学生公寓铺设了光纤，完成数字化骨干网的建设；其次，对离中心机房较远的办公楼采用了数模结合“软组网”的数字化改造方案，硬盘录像机放置在办公楼内的设备间，楼内14处监控点位的模拟视频信号先进入硬盘录像机，在其中完成模数转换和录像文件保存，录像机与接入交换机连接，把压缩的视频数据上传，由中心机房配置的计算机来完成远程监控，录像远程回放；然后，对其他楼宇的数字化改造采用了数模结合的“集中监控”方案，此方案中各楼宇内的模拟摄像机的视频信号集中到数字光端机里，再利用光纤传输进入到中心机房的录像机内；最后，对于室外比较分散的监控点位仍采用同轴视频线直接连接模拟摄像机和硬盘录像机，在中心机房配备了计算机，与硬盘录像机通过网络连接，在计算机上安装数字硬盘录像机的客户端，可以执行视频实时浏览、录像回放，文件备份等功能。

这种以数字硬盘录像机为核心的半模拟半数字的视频监控方案、“模拟摄像机+光端机+模拟矩阵+硬盘录像机”的监控方式，很好地解决了模拟视频信号数字化的存储，大大节省了存储空间，在某种意义上也已经开始走向信息技术的分层架构建设。信息技术的分层架构就是将网络节点所要完成的数据的发送或转发、打包或拆包，控制信息的加载或拆出等工作，分别由不同的硬件和软件模块去完成，这样可以将往来通信和网络互连这一复杂的问题变得较为简单。但就早期的模拟视频监控系统而言，系统组成并没有得到明确划分。

2011年，本校视频监控系统增加了48个720P（P：progressive，意思是逐行扫描，720P是一种在逐行扫描下达到1280×720的分辨率的显示格式）的网络数字高清摄像机监控点位，后端使用了IP SAN（Internet protocol storage area network，因特网协议存储区域网络）存储系统，并引入第三方视频管理平台软件（平台分为两大类：一类是编码设备厂家的平台，另外一类是第三方平台）。平台与数字硬盘录像机对接，管理模拟摄像机；与服务器对接，管理网络数字摄像机；并完成监控点位视频的实时浏览、回放、下载、设备管理等功能，成为模数混合视频综合监控系统的核心。这种系统架构完全基于IP网络技术，视频数据的传输、存储、调度、处理，均使用二进制。这种架构建设很清晰，在网络层面上，根据不同的业务和应用要求将整个网络层分为设备接入层、核心层、服务器层、网络存储层等4个部分。这种模块化的划分，基本实现了信息技术的分层架构建设，可以适应网络平台的扩展，也可以满足日后校园监控点位的扩容要求。

2.3 现有模拟视频监控系统的平滑升级

以目前校园视频监控系统发展来看，从“模拟”到“数字”的系统转换，特别是全数字系统建设，已取得可喜成效，大大提升了安防系统的实力和水平。然而，简单地根据监控系统发展的趋势勾画出系统建设的方向，容易忽略更适合实际运行的新产品。

2014年底，本校小营校区教四楼需要新增3处点位，按照数字化建设的方向规划后，如果3处点位安装高清数字摄像机，则需要增加的配套设备大约在一万元左右。如果按照“系统利旧”的原则，采用某主流品牌新出的700线模拟摄像机，利用模拟监控系统原有的视频光端机和录像机的闲置接口，整个项目的造价不过千元。该款摄像机采用了新一代的CCD技术，是基于传统模拟技术的又一次提升，可获取比传统模拟视频更佳的图像质量，将原有的模拟视频图像清晰度从540线升级到700线，所呈现的画质和低照效果也有大幅度的提升，几乎可以与数字高清相媲美。在此次视频监控项目建设中，模拟摄像机（CA）+数字硬盘录像机（DVR）系统的成熟、稳定、廉价等特点被很好地保留下来，从而大大降低了系统高清化、数字化所带来的安装或升级成本问题。对校园旧有模拟监控系统的数字化升级改造，要解决兼容利旧问题，系统本身的整体数字化规划应该尽可能地不影响旧有系统的应用范围和使用习惯，更需要把实际运行的系统与新产品应用紧密地结合起来。

3 信息技术的标准化在视频监控系统中的应用

视频监控系统的硬件包括视频数据采集设备（摄像机）、传输设备（交换机）、存储设备（硬盘录像机）等，这些设备都是可以想的到、实实在在看的到和摸的到的，它们的价值可以在政府采购网上进行查询。但是对于这些监控设备以及在这些设备中跑动的看不见的视频数据要如何进行管理，我们往往缺乏足够的认识。视频监控系统发展到现在，我们也逐渐发现，模拟视频监控系统数字化改造的重中之重并不是监控设备的更新换代，而是视频监控管理平台在决定着数字化监控系统的业务格局。

3.1 视频监控管理平台软件的建设

视频信息流数字化后的数据适合于计算机进行处理和运算,使得对视频数据的各种编码、解码等处理变成了软件的操作。视频监控管理平台是软件，可以实现对视频监控系统全网的设备管理、用户的权限管理、视频数据流的管理、录像存储的管理、设备的扩容、增加新业务或改变业务种类、让视频监控系统与其它系统进行对接等各种功能。

本校旧有的平台管理软件不能与新增的监控设备进行对接。新设备只能依靠各式各样的本地人机分别进行管理，导致平台管理软件和各种自带管理设备的对接问题，无法涵盖更多的应用。实际上，如果能充分地吸纳和借鉴IT行业的标准化，这些问题就可以得到解决。随着GB28181（安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求）标准和国际标准协议ONVIF（Open Network Video Interface Forum，开放型网络视频接口论坛）协议在视频监控系统的广泛应用，视频监控数据的标准化也正在逐步走上正轨。

良好的校园视频监控系统，使用设备应多样化，管理平台应具备较好的兼容性和可扩展性。本校的视频监控系统经过十多年的建设，系统呈现出规模大、监控设备品牌众多、模数混合、产品技术含量参差不齐等状况。视频监控系统的数字化改造要从实际情况出发，既要最大限度地保护国有资产，又要整合现有视频监控资源，并逐步接入数字化项目的视频监控资源，以构建统一的视频监控资源管理机制。2015年，本校对视频监控管理软件进行了升级改造。新平台与监控设备的兼容方式有三种：对本校第一批安装的台湾某品牌网络数字摄像机使用公开的数据协议进行接入；平台与监控设备均支持GB28181标准和ONVIF协议；针对不同厂家的SDK（Software DevelopmentKit，软件开发工具包）进行二次开发。新平台的建设实现了对视频监控系统全网的设备管理和视频数据流的管理，做到了设备与数据的统一。

新平台对摄像机的接入建立在公开的协议处理之上，有效地降低了平台处理前端摄像机产生的数据流时间消耗，提高了平台的稳定性和健壮性。但平台与存储设备的对接仍然建立在基于设备级的SDK基础上进行二次开发，用以实现监控点位视频录像的回放和下载功能。存储设备提供的诸如远程操控摄像机、录像设置、录像时长查看、添加摄像机等功能未对平台开放接口，“所见即所得”的程度为零。视频监控行业中有些前端设备商的标准协议和接口不一致，平台开发商需要与这些设备商长期沟通滚动升级才能保证设备接入的顺利，这无形中增加了平台开发的技术难度与开发成本，造成平台软件应用普及的难度加大。视频监控市场竞争激烈，为了控制市场占有率，一些硬件厂商不愿提供接口协议或者改为定制，增加了兼容难度。

3.2 运用大数据的相关性思维方式推进视频监控系统平台建设

大数据是蕴含巨大价值的海量、高增长率、多样化和复杂关联的信息数据集，此意义上也可称之为“海量数据”[12]。相比传统数据，大数据特征可总结为5个V：体量大（volume）、速度快（velocity）、模态多 （variety）、难辨识 （veracity）和价值大密度低（value）[13]。大数据是一种认识世界、解决问题的技术，通过对海量数据进行分析，可以更好地理解研究问题的所在。

2014年7月，本校建设了车辆出入口管理系统，校门出入口加装了网络数字全高清摄像机，对进出学校的机动车辆进行实时管理。2015年9月，对系统运行一年多产生的停车收费大数据进行了分析和整理，发现夏、秋两季收费为0元的车辆明显比春、冬两季多。进一步分析收费数据后发现，夏秋两季车辆入口车牌识别率大幅度下降，造成车辆出口时找不到对应的入口信息，系统只能产生0元的收费数据。为探究车辆入口识别率在夏秋两季降低的原因，带在9月底进行了为期一周的收费工作，发现本校小营校区车辆入口处是正南方向，夏秋两季太阳从上午11点到下午3点光线非常强烈，使得驶入车辆的车牌金属边框反光，干扰了摄像机的正常拍摄，系统软件不能识别驶入车辆车牌号码，造成了这个时间段90%的车牌不识别率。通过向车辆管理系统的集成商反映这一情况，集成商为入口摄像机加装了遮光罩，并对系统图像识别功能进行了升级，使驶入车辆车牌不识别率降低到5%。这次大数据分析与处理的成功运用，说明大数据分析的重点是如何运用数据真正解决实际问题。

然而，车辆管理系统视频监控数据的展示结果是以表的结构为基础的结构化数据，通过描述统计法、相关性分析等数理统计方法对数据进行挖掘，可以反映出设备及系统运行的变化趋势和好坏。但是，视频监控数据本身则属于多媒体数据，是非结构化的，对非结构化的数据如何进行采集、传输、存储和管理是目前视频监控系统急需解决的最大问题。从信息技术的角度分析，则涉及到视频数据的编解码、数据与网络的适配、多媒体数据库、多媒体数据智能分析等诸多领域，而这些领域大部分至今还处于发展过程中，不够成熟[14]。

4 结束语

视频监控的数字化建设优化了校园视频监控系统，有力地推动了信息技术领域的成熟理念、层次化和标准化在视频监控领域的应用。目前在视频监控数字化建设中还存在许多问题，比如，设备之间的兼容性已成为实际工程中迫切需要解决的问题。学校视频监控系统新增的监控设备虽然都具备通用协议接口，但仍有厂商人为设置控制参数，造成视频管理平台与监控设备之间的互不兼容，难于发挥视频监控系统的整体效益。如果学校采用一家公司的产品，容易受制于厂家，不利于学校监控系统的长远发展。类似的问题值得深入探讨。

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[14]再谈“安防IT化”.

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