校园网数字化监控教学方案

校园网络综合系统PAGE4 系统组成总体布局校园网络综合系统总体上可以分为以下功能子网：教学考场监控子网多媒体电化教学子网音视频广播子网所有的信息公用一套网络布线系统，多网合一，节省投资提高效率，易于分步实施。下面是校园网的网络拓朴图：教学监控子网多媒体数字远程监控系统是以计算机网络为中心，计算机为核心、结合多媒体技术、计算机网络技术而开发的多路实时图像传输软件和控制软件的一种监控系统。使多媒体监控网络系统将监控信息从监控中心释放出来，通过计算机网络使其能够到达某个教室（或桌面）的计算机上，从而与信息管理系统融合在一起，更好的为管理服务，提高管理水平和效率。系统支持Windows98/NT环境。目的用于对课堂纪律、考场纪律、学生自习、教师教学质量的监督。用于教学观摩评估。校内、外领导和其他教师可以在办公室观摩优秀教师的示范教学，并可将教学过程实时录制光碟或录像带，留作重播或资料保存、交流。③为规范教师教学与学生学习行为，特别是学生考试行为，教学监控网应具备此功能。监控装置①47个教室均配备高清晰度摄像机和云台，用以对教室全景进行监控。②每个教室配备一台（可多台）多媒体计算机，进行多媒体教学。教室的多媒体计算机安装数字化视频捕捉卡，负责采集摄像机的景象和声音信号，压缩后在网络上传输。无须重新敷设视音频电缆，有效地利用了校园网络。同时可实现所有教室的实况数字录像及回放。常规系统即使用多台录相机同时录制，取得录像带的工作量会特别巨大，设备闲置率十分惊人。③主控室配置15台电视机组成的屏幕墙。通过四画面分割方式，将47个教室的图像实时显示。④主控室配置15台计算机。三台用做主监控与录象；另外12台各自对应屏幕墙的一台电视机，其功能是同时接压缩四个教室的图象和声音，将教室实况在屏幕墙上清晰回放，教室机传来的图象可根据指令保存在对应屏幕墙监视器的计算机中。且保存后图像每秒不低于25帧。实现具有法律效力的录相证据，真正达到监控要求实现的目的。教室图像能在其它教室里回放。主控室的主控计算机，可任意选择教室图象、声音进行实时录象；在任意时刻均可抓拍关键图象；可保证20小时连续录象。主控室可任意控制教室摄象机和云台动作。主控室配置一台视频服务器，可将录象节目、VCD教学、电视节目等在所有教室中通过校园网进行广播。技术指导或直接操作。⑨计算机在一定的权限范围内可反向控制服务器的操作。集中式多媒体教室教学网大多数学校都建立了这种教室，用多媒体计算机组成。最初的校园多媒体应用的概念就是从此而来。但这种教室并不能代表校园网的整体概念。音视频广播子网利用视频捕捉软件将有线电视、演播室的图像语音信号捕捉，然后对有线电视等进行广播，此项功能突破传统模拟语音教室和普通数字语音教室的功能限制，实现真正的语音分组教学和交互教学。教师可以将各种声音（如老师的麦克风输入，录音机音源输入）进行广播，教师与学生对话的广播，自动或手动地将学生进行动态分组。①闭路电视的播放。利用现有的有线电视网，可实现对各个教室播放不同的节目。②能将闭路电视信号和其它节目源信号在电视屏幕上显示。能向服务器索取和交换各类信息资源。③电视会议。将中心会场的实况向全校直播，亦可用于播发重要新闻、通知。④文本交流。任意教室与总控室之间可以运用专用软件进行文字交流，利于教室与总控室的情况沟通。⑤广播分区控制。总控制室可对任意一个教室、任意几个教室、全部教室进行广播通话。校园网络综合系统设计方案监控产品选型。教室摄像机选装全密封铝合金防护罩，表面氧化镀膜，永不生锈。。监听器选用进口高保真监听器，宽动态、无指向、高灵敏，能清晰地听到教室每个角落的声音。高清晰度彩色数字摄像机。480线,0.5LUX，自动光圈，16倍二可变镜头。。电源①AC230V±15%50HZ②AC24V±10%50HZ③DC12V(10.5-15V)演播设备选型各多媒体微机选用高配置微机，windows98环境开发用户软件，人机界面友好，操作简便、明快。64M内存，6.4G硬盘，36速CD光驱。各教室均可实现节目的独立播控，总控室可以进行全校广播。。录相机选用SHRAP录相机，用于节目源。。卡座采用奇声立体声双卡座，用于节目源。。松下VCD影碟机，用于节目源软件及应用系统设计实时图像监控软件设计视频实时传输系统是目前计算机领域的一个热点。随着计算机技术、网络通信和多媒体技术，特别是视频压缩技术的发展，视频远距离传输将成为计算机信息处理的主要业务。视频传输与一般业务不同，数据量巨大，时延敏感性强。实验表明，176X144的YUV原始视频在10Mbps的计算机局域网上传送速率是3帧/秒左右，可见未压缩的资源在网上传输效果是无法容忍的，很容易将其他资源吞没，造成网络拥塞甚至崩溃。由此我们充分利用计算机网络资源，采用MPEG压缩算法实现的网络视频实时传输，打破了传统的硬压缩、点对点的结构，克服了在分散点之间使用存储/转发或由一点向其他几点顺序发送的方法所带来的非实时性的限制，实现了多点同时接收音视频的功能，充分体现了多点服务所带来的实时传输的特点，也就是多路网络视频系统。实时图像监控软件工作过程视频传输系统是我们自己设计的基于TCP/IP协议的多点对一点连接、一点对多点广播的实时图象监控和视频广播系统,其目的是通过音频、视频等多媒体数据的在多个场地间进行采集、处理和控制，并实时传送。主要包括前端视频采集系统、视频编解码系统、网络传输控制系统和接收回放系统（如下图）。前端采集的视频流经过软压缩成一个信息包，经过协调的控制并通过网络传输到客户机，客户接收到信息包进行软解压并实时回放，从而得到清晰流畅的运动图像。视频捕捉播放软件特性该软件是我们采用当今世界上最先进的视频压缩算法（MPEG），通过计算机对音视频进行实时压缩和传输。通讯速率为64K-6Mbps可调,25帧/秒，高清晰度24位真彩图像，384×288点阵在计算机上满屏回放，并实时保存。使用该软件大大节约了硬件成本，降低了工程施工的复杂度。实现了在局域网上的音视频传输。该软件操作灵活，使用方便，运行可靠。①根据人眼对亮度和色差度的敏感程度，科学地利用彩色图象的分量（光亮度和两个色差分量）对它们的大小进行采样和量化编码，色差分量采用4:1:1（YUV411P）和384X288象素的二次采样。②采用视频捕捉卡的PAL制捕捉方式（25FPS），确保了帧间隔均匀（40ms/F），可用于帧间定时器，并且捕捉的图象连续、清晰。③按照MPEG规范标准，从算法的运算时间、编码效率和编码质量等角度对算法进行优化设计，实现了在15ms内完成单帧图像的实时静态压缩。确保了每秒25帧的压缩能力和压缩率。④采用客户/服务器模式进行消息应答的双向差错控制和流控制，使帧间图象进行均匀传输且同步，组成连续的运动图象，保证了回放的运动图象质量不受损失,同时增强了数据共享能力和数据访问的物理屏障，由数据采集服务器的集中控制，减轻了各站点的负担，有效地提高了整个系统的实时性，能很好地解决数据一致性问题。⑤本系统在设计过程中，考虑要处理大量连续的多媒体数据，实时地对信息进行处理和保证不同媒体数据流之间的同步是十分重要的。对音视频这类连续的多媒体数据实时发送和接收，我们采用单帧发送，减小了回放的延时；将音频、视频数据同时发送，形成音频帧/视频帧交错排列的顺序，实现了同步地将声音和图像在本地或异地播放。⑥采用DriectDraw的YUY2通用显示模式进行回放，支持384X288X24BPP和640X480X24BPP（24位真彩图象）的显示，支持图象拉伸，显示速度快且清晰。⑦传输控制系统利用视频捕捉卡作为帧间定时器，定时采集数据到发送缓冲区队列，并发送给请求的客户机，同时发送就绪标志信息；客户机接收视频数据到接收缓冲区队列，立即回放，发送接收标志信息，请求下一帧数据(参见计算机网络中的“选择重传ARQ协议”)。数据采集服务器的集中控制方式采用了一个服务器进程为多个客户进程服务的单进程多线程调度技术。控制管理软件该软件是我们专门针对在校园网上实行多媒体教学和监控开发的一套控制软件。通过对Windows进行网络编程，实现了在Intranet上的远程计算机的控制。它是我们实现校园网络监控中的核心部分，通过它我们可以实现硬件的电源控制和软件的程序控制等。①设备控制软件：选择对应的监控教室，进行云台的上下左右移动以及摄像头的变倍、变焦、微调。②远程控制：通过主控服务器控制各个教室的定点摄像机、动点摄像机的转动、变焦及自动巡视。③广播视频：将捕捉视频源计算机捕获的视频源传送到另外指定的多个教室的计算机和电视机上．④远程控制：通过主控计算上操作，对教室的视频进行捕捉、屏幕墙计算机进行视频回放、保存、删除以及所有计算机的软关机。⑤状态监视：在主控程序主窗口中列出当前正在捕捉视频的计算机的列表、当前正在播放监控视频的计算机的列表、当前正在保存监控视频流数据的计算机的列表.⑥监控视窗：主控计算机可选择任意一路图像到大屏幕电视机上，校长可切换任意某个教室，察看讲课等。⑦双向对讲：能进行指定或临时编辑的文字信息的双向沟通，再配合视频监控软件，实现更完美的图像、语音、文字的双向交互。校园网综合系统与传统监控网相比所具有的优势比较：1、多网合一，充分利用计算机资源常规的解决方案都是将上述多个网分开做，虽然实现容易，但是造价高且以后的扩充和升级不方便，将多网集成起来费力较大。本方案利用现代计算机网络技术的先进性，将多网合一，不仅充分利用了校园网高速准确的优点，同时也容易将各种服务需求集成于Intranet。体现了先进性和经济性。高度智能化，自动化的教学环境充分利用现有软、硬件技术，极大地改善了教学条件，同时节约了老师与学生许多时间，使得教学工作达到数字化。高度的开放性校园网所采用的Intranet是一种非常开放的网络技术，它保证了将来的各种应用服务都可以无缝地和现有的软硬件平台融合在一起，有效保护了投资。做到了一次投资，多次受益，校方今后在改造校园网络平台以适应将来的发展需要时，不需要完全舍弃现有网络平台，只需在现有网络平台上进行相应的扩充即可满足将来的要求。经济性其系统造价在同等设备配置与功能要求情况下，比常规系统模式节省30%左右。技术先进性系统做到所有教室同时实时数字录相，并且其画面为教室学生全画面显示，其记录具有法律效力。常规的监控系统，由概率分析只能取到威慑作用，并不实用，首先是因为其不能取得全景画面，由动态扫描完成，而在扫描的过程中有足够的死角空间可供作弊者使用。其次人们法律意识越来越强，法律证据越来越重要，由于不能做到全部教室的实时录相，即使发现作弊者，若作弊者拒不承认，并反诉监考老师，则老师一点办法也没有，由此可能会引起法律纠纷。维护的简单化常规系统一般由四套系统完成，这就需要四套不同的设备，其维护也就需要四类专业人才，我公司建立的此系统为一套计算机系统，而计算机现在已成为大家常用工具，常人都熟悉，不需专业人材，同时由于计算机网可实行远程操作维护，更使得系统的维护简单化。长期使用可降低维护费用。本系统特点1、本系统所有功能均在微机和校园网络上实现。即校园局域网，校园数字监控网，校园音、视频广播网均在同一套硬件系统上实现，且所有核心技术全部是数字化处理。这是本系统最突出的优势。它让我们充分感受到高科技技术为我们的工作和生活带来的诸多方便，它可以成为学校校园进入数字化时代的一个标志。而传统监控网只具有监控功能，且在图像质量，信号传输，设备控制上均不能与本系统相比。校园数字网络建设是今后学校建设工作中的一个重要发展方向，如果在传统监控网上再构建校园网系统，不仅成本很高，资源浪费非常严重，而且不易维护。2、本系统的另一大优势是采用了最先进的软件数字图像压缩传输技术（MPEG算法）。这门技术一直因硬件和网络带宽的限制，不能很好的发挥作用，而我们为很好的利用这门技术构建了一套经济实用的双百兆校园网络，提供了一个稳定的运行环境。校园网络系统采用软件数字图像压缩传输技术更实际的意义在于极大的降低了成本，因为目前在国内运行的数字图像传输系统中采用的是硬卡压缩，它的优点是压缩比高，占用计算机CPU时间少，但它的造价却高得惊人，目前市面上这种视频捕捉压缩卡的报价大约每块3万元，而本系统采用的视频压缩传输系统价位在2万元以内。不言而喻，传统监控在技术先进性上是无法与本系统相比拟的。3、由于校园的特殊性，监控点分布零散，而主控室屏幕墙计算机集中，视频、音频、控制信号传输距离会较远，无疑为工程施工提高了难度，若采用传统监控，则需要多根视频和音频线至主控室，则施工和调试难度可想而知，且不易扩展。而本系统采用多模光纤作为信号传输主干，楼内采用非屏蔽双绞线，抗干扰性好，使用寿命长，利用率高，易于维护和扩展，且一套线路多种用途，性价比之高令传统监控无法相比。4、本系统采用数字化存盘。市面上硬盘性价比已很高，很大容量的硬盘价位也相当低，这为本系统的实时、全程保存图像数据提供了有力保障，且操作也很方便。而传统监控系统若要做到这一点，成本和难度之高难以想像。另外，屏幕墙上的主机即将构成另一套电子阅览系统，充分利用了现有资源，符合时代潮流。5、本系统基于中文Windows98/NT/2000平台之上，所有操作通过计算机键盘、鼠标来完成，操作界面全中文，交互性好，易于掌握，可以说懂Windows基本操作就可使用本套系统，而传统监控系统则须专业人员维护。6、本系统每教室均配备多媒体微机，均可独立运行光盘程序和播放VCD教学节目，还可在教室运用设备控制软件，将动点镜头和视频捕捉卡组合起来进行实物投影，在上物理、化学、劳技实验课时，此功能相当实用.由于有计算机网络，学生可以在教室很方便得浏览网络信息资源，运用计算机和主控室进行交流，以求获得帮助等等。而传统监控系统则根本无法具有这些功能。以上列出了一些校园网络综合系统与传统监控系统相比较所具有的一些优势，其实从根本上来讲，传统监控系统是模拟信号传输，而本系统是数字信号传输，两种工作方式本来就无法相比，只是校园网络综合系统包含了传统监控系统的主要功能，且操作更灵活，还具有自己独特的优势，所以在数字化时代到来的今天，校园网综合系统无疑更经济、更实用、更能体现科技推动社会不断进步的步伐。让我们相信，明天会更好！3．设备选择： 根据用户图象监控系统特点，我们推荐选用设备详见附件。4．系统配置4．1前端设备（每个教室）名称数量1．系统：视频服务器12．可变镜头摄像点：摄象机+三可变镜头（或智能型一体化多倍摄像机）1解码器1万向云台1云台支架13．固定镜头摄像点：普通彩色摄像机，1定焦距自动光圈镜头1固定支架14．其他：室内防护罩14．2主控设备（主控室）名称数量多媒体控制主机1控制软件（数量视主控+分控定）1回放主机（与安装摄像机的教室数量相关）n监视墙1附一 产品特点众所周知，现场摄象机采集到的模拟信号是不能直接在网络上传输的，必须先数字化；而每秒25帧的彩色活动图象在数字化后约需67Mbps的传输带宽，目前只有在光纤上才能实现传输，其浪费是显而易见的。在有限的带宽下实现远程图象实时监控，就必须对图象进行压缩。目前，在远程图象监控领域普遍采用的系统解决办法是：采用会议电视用压缩及传输卡，由于其通常用于双向通信，且开会时时间不会太长。在用于24小时监控时往往不稳定。采用一体化压缩传输主机，体积较小，安装方便，但是在传输上局限于点对点，在多级控制中配置较为复杂。视音频实时压缩部分选一款用于制作VCD的编辑卡，传输部分则利用编辑卡提供的开发包将压缩的信号流在网络上传输并进行流量控制。VCD编辑卡通常面向普通用户，用于实时监控质量不佳，且外加传输软件，影响系统稳定。我公司凭借独特的软件技术优势（软件实现实时MPEG1-MPEG2压缩），将视音频信号以各种方式在网络上传输。

传输方式主要有以下几种：

点对点：采用TCP/IP或UDP网络协议，实现两台计算机之间视音频传输，同时提供两个透明串口（RS232或RS485），用于摄象机、画面分割器控制和其他信息传递。

广播：采用UDP网络协议及网络广播技术（IPBroadcast），服务器将采集到的视音频信号实时向网络上广播，凡安装有回放软件计算机均能实时接收视音频流，并能实施控制。组播：采用UDP网络协议及组播技术（IPMulticast），服务器将采集到的视音频信号以设定好的组播地址实时向网络上广播，凡在同一组内安装有回放软件计算机均能实时接收视音频流，并能实施控制。此方案能有效降低网络流量，避免广播风暴，对网络上其他数据传输不产生影响；同时可有多个不同分组在同一网络进行广播交流。下表是经广泛、长期的对比测试，在多种现场环境，与多家公司网络视频产品实时比较，得出的综合性能，获得广大客户的认可。产品性能我们的产品同类产品压缩传输方式利用普通视频捕获卡和声卡，采用纯软件实时压缩技术，同时将数据流传送到网络，接收端延时<100ms采用MPEG1硬压缩卡，通过其提供的开发包进行二次开发，进行网络传输，接收端延时约为500ms图象质量（以最坏现场环境—光线不足时汽车的横向运动做参照）优于SVCD效果；满屏（CIF），25帧/秒；图象清晰，无马赛克；运动流畅，无停顿抖动VCD效果；满屏（CIF），25帧/秒；图象清晰，但经常出现马赛克；活动物体时常有停顿、跳跃现象可靠性采用广泛使用的捕获卡和纯软件压缩，与传输部分无缝结合；完善的纠错和网络故障恢复机制，在网络情况恶劣时不会死机系统的可靠性依赖于硬卡提供的开发包和开发传输部分软件的接口性能，网络情况不佳时容易死机稳定性软件产品一旦测试成功，就能在各种环境每天24小时不间断运行商用VCD制作卡大多不适合每天24小时不间断工作，环境恶劣时会极大影响性能安装维护软件主要采用汇编语言编写，非常小巧，整个安装设置仅需5分钟便能掌握；中文化浏览器界面极易操作软件包含硬卡驱动和自行开发的传输及控制部分，安装较为复杂，容易与系统其他部分产生冲突可扩展性随时跟踪国际最新技术，软件更新换代非常方便硬卡一经选型，不能更换；硬卡升级，传输及控制软件要做很大改动，周期较长分级控制系统具备灵活的传输方式，适合各种分控及多级控制方式传输方式单一，组建多级控制系统比较复杂，需集成多家产品，其兼容性存在问题附二 产品功能描述CSERVER1.0数字视音频监控系统根据贵方实时监控的具体要求，可采用我公司CSERVER1.0数字视音频监控系统。CSERVER1.0数字视音频监控系统主要包括视音频压缩及传输软件、视音频解压软件和按用户需求定制的中心控制软件。CSERVER1.0完成将捕获卡捕获并数字化的原始图象数据流按类似ISOMPEG标准压缩，再发送到网络。网络环境可按用户需求，配置以太网卡（TCP/IP协议）、ATM网卡、E1卡或V.35卡，压缩数据位率可由用户设置为384K—4Mbps。CSERVER1.0中解压软件完成接收网络上压缩数据流后进行解压，在计算机显示器或普通电视机上回放图象，其质量可达CIF格式（352*288像素）时30帧/秒。CSERVER1.0中comm组件实现控制通道的复用：在图象传输的同时，提供两路透明串口（均可由用户选配RS232或RS485方式），以完成摄象机云台解码器和告警信号的透明传输。CSERVER1.0集成了可设定时长的实时录象功能，并能对任一帧图象进行抓拍编辑。CSERVER1.0主控软件可实现多个地点及多个不同场景的切换；可由用户随时增删监控地点。CSERVER1.0采用点对点传输和TURNKEY技术，仅需打开电源，被监控站的图象即可传送到网络上指定地点，对网络上其他数据流量无丝毫影响，维护和管理非常简单。由于系统吸收了国际最新的MPEG-4标准中的先进算法，压缩核心使用高性能微处理器PentiumIII特有的SI