視頻監(jiān)控系統(tǒng)在幼兒園的應用★

王良成 王喜鴻

0 引言

幼兒教自古以來一直倍受關注，每位家長都不希望自己的孩子輸在起跑線上。為使孩子受到良好的教育，家長都會在合適的年齡把孩子送到幼兒園接受學前教育。當今社會獨生子女占大多數(shù)，孩子被送到幼兒園后家長的擔心也就隨之而來。如，孩子在學校過的開不開心、生活情況怎么樣、是否受到老師的體罰等等。尤其是近年來校園安全事故頻發(fā)的情況下，孩子在學校的安全都成為家長關心的問題。隨著電子技術的飛躍式發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的成本逐年降低，使得視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用更加廣泛。視頻監(jiān)控作為一項重要的工具，幾乎涉及了所有的行業(yè)[1]，包括幼兒園。通過監(jiān)控系統(tǒng)家長在辦公室或是家中甚至出差的路上，只要有網(wǎng)絡的地方就能觀察孩子在幼兒園的生活狀況。筆者總結(jié)了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程，并著重分析了視頻監(jiān)控系統(tǒng)在幼兒園中應用的關鍵技術及未來的發(fā)展方向。

1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展歷程

從視頻監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)至今，主要經(jīng)歷了三個階段:純模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)、模擬—數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)、純數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。時至今日已經(jīng)得到了較好的發(fā)展，已經(jīng)實現(xiàn)了全數(shù)字化，使視頻存儲更方便、數(shù)據(jù)傳輸多元化、應用場合更廣泛。

1.1 純模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在視頻監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)之初，即20世紀90年代以前由于當時數(shù)字技術還沒有廣泛應用到電子產(chǎn)品領域，視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用的是純模擬電路，從視頻監(jiān)控的攝像機到線路傳輸再到錄像的存儲全部采用的是模擬信號。只能進行一對一的視頻監(jiān)控(一臺攝像機對應一臺監(jiān)視器)，直到后來畫面分割器和模擬視頻矩陣的出現(xiàn)，才實現(xiàn)了多路視頻信號輸入多路視頻信號輸出的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有帶寬資源浪費、抗干擾能力差、施工維護復雜等諸多缺點[2]。

1.2 模擬—數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的夾縫中模擬—數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一個不得不提及的歷史時期，在這個發(fā)展階段監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)歷了由純模擬到純數(shù)字退化的一個過渡時期。在這個階段中數(shù)字化已經(jīng)廣泛的應用在電子產(chǎn)品的開發(fā)設計中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設備也進行了更新?lián)Q代，生產(chǎn)出了DVR(數(shù)字硬盤錄像機)、數(shù)字攝像機、數(shù)字控制矩陣等。但是在這個時期還沒有完全實現(xiàn)全數(shù)字化，視頻信號的傳輸仍然采用的是同軸電纜，攝像機仍然是以模擬信號輸出的攝像機為主。但此時DVR已經(jīng)可以與網(wǎng)絡相連，實現(xiàn)了模擬信號的數(shù)字存儲和數(shù)字傳輸。目前正在使用的監(jiān)控系統(tǒng)中大多數(shù)都是這種模擬—數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)與純模擬系統(tǒng)相比明顯的優(yōu)點就是存儲變得簡單而且存儲量很大、成本也在逐年降低，實現(xiàn)了遠程監(jiān)控。

1.3 純數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)

近年來隨著嵌入式技術在電子行業(yè)的飛躍式發(fā)展、光纖技術在信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)膹V泛采用、遠程網(wǎng)絡技術的成熟應用都為純數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展奠定了良好的基礎。在視頻服務器內(nèi)置嵌入式Web服務器，采用嵌入式實時操作系統(tǒng)[3]，對監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了全數(shù)字化:攝像機采用了IP數(shù)字網(wǎng)路攝像機，數(shù)據(jù)線路傳輸采用雙絞線/光纜、存儲全數(shù)字化。建設了一條全數(shù)字的視頻數(shù)據(jù)高速公路，也把視頻監(jiān)控系統(tǒng)帶入了純數(shù)字時代。該系統(tǒng)具有抗干擾極強、數(shù)據(jù)誤碼丟包極少、可靠性較高等優(yōu)點，就是系統(tǒng)造價要高于其他視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

2 幼兒園監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術

在幼兒園視頻監(jiān)控系統(tǒng)中之所以能實現(xiàn)家長的遠程監(jiān)控還主要是依托于“兩大關鍵技術”的支撐:信令控制協(xié)議、視頻編解碼。

2.1 信令控制協(xié)議技術

單獨為視頻監(jiān)控制定一個專門的協(xié)議標準是不太現(xiàn)實的。比較可行的辦法是借用現(xiàn)有成熟穩(wěn)定的信令控制協(xié)議，目前，可以借用的協(xié)議是廣泛用于視頻會議、VoIP應用的H.323體系與SIP(會話初始協(xié)議)。H.323提供了在基于IP網(wǎng)絡上進行多媒體通信的規(guī)范，H.323是一個復雜而龐大的協(xié)議族，現(xiàn)階段是視頻應用的主流技術。然而由于其過于復雜，現(xiàn)在正受到基于SIP協(xié)議視頻應用的挑戰(zhàn)，圖1即為基于SIP協(xié)議的視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構。IETF提出的SIP是用于建立多方多媒體通信的規(guī)范。SIP具備簡單靈活、分布式控制等優(yōu)點，有望廣泛應用于視頻監(jiān)控領域。

圖1 基于SIP協(xié)議的視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構

2.2 視頻編解碼技術

在視頻編解碼技術方面，監(jiān)控技術主要采用MJPEG，MPEG系列與H.26x系列。MJPEG是基于靜態(tài)視頻壓縮的技術，圖像的清晰度比較高，適用于監(jiān)控應用領域。MPEG系列主要應用于視頻存儲、視頻廣播和視頻流媒體、互聯(lián)網(wǎng)或無線網(wǎng)上的流媒體等領域。H.26x系列主要應用于實時視頻通信領域，如可視電話、會議電視等。

目前視頻編解碼研究的熱點是MPEG-4和H.264，它們采用基于對象的動態(tài)壓縮技術，可以獲得更高的圖像壓縮比和帶寬利用率，在400 kbit/s左右碼率下即可實現(xiàn)有效音、視頻傳輸，隨著碼率的提高可以相應地提高音頻、視頻質(zhì)量，在2 Mbit/s左右時即可達到類似DVD的效果。MPEG-4和H.264被普遍認為是未來視頻編解碼的發(fā)展趨勢。

3 幼兒園監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

隨著電子技術的不斷發(fā)展，監(jiān)控技術也將不斷進步。在未來的發(fā)展中幼兒園監(jiān)控系統(tǒng)的應用必將更加廣泛，使用更加靈活。

3.1 高速網(wǎng)絡化

今后建設的幼兒園監(jiān)控系統(tǒng)必將實現(xiàn)完全的數(shù)字化、網(wǎng)絡化，系統(tǒng)將與Internet、無線網(wǎng)路相結(jié)合[4]。但是目前因網(wǎng)路帶寬的限制和系統(tǒng)設備的自身問題，致使家長在提交遠程監(jiān)控請求時還存在兩個問題:一個是同一時間訪問數(shù)量，另一個是監(jiān)控圖像的流暢程度，這些問題都將在未來得以解決。比如不會像現(xiàn)在這樣同一時間只能允許少量請求訪問幼兒園主機，理論上可以解決無窮多個請求同時訪問(不包括控制)。

3.2 高清/智能控制

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的高清設計及對現(xiàn)場攝像機的智能控制是將來幼兒園監(jiān)控系統(tǒng)必須要解決的問題，這樣可以為家長提供一個更加舒適的監(jiān)控角度及細節(jié)信息。將現(xiàn)在的被動式呆板監(jiān)控，轉(zhuǎn)換為主動靈活監(jiān)控。通過客戶端軟件的控制功能來操作現(xiàn)場攝像機的云臺，使家長可以從各個角度去了解孩子的狀況，使家長更放心。

3.3 系統(tǒng)高度集成化

在未來幼兒園的主管機構將轄區(qū)內(nèi)的幼兒園監(jiān)控系統(tǒng)進行集成化是必須要考慮的問題，這樣能夠規(guī)范幼兒園的監(jiān)控系統(tǒng)管理。要將幾十個甚至是幾百個幼兒園監(jiān)控系統(tǒng)進行集成不但要解決系統(tǒng)兼容問題，還要考慮網(wǎng)絡構架等相關技術的接口，使之成為一個智能化管理系統(tǒng)。

4 結(jié)語

雖然視頻監(jiān)控系統(tǒng)在其他領域已經(jīng)廣泛應用，技術也比較成熟，但用于幼兒園監(jiān)控還處于發(fā)展階段，還有很多問題有待于解決，如前面提到的智能控制、圖像高清，以及幼兒園教師提出的教師隱私問題等等，都有待于進一步的研究。

[1]樊亞琴.淺談視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用與發(fā)展[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2010，20(5):206-207.

[2]侯曉俊.淺談視頻監(jiān)控系統(tǒng)在鐵路系統(tǒng)中的應用[J].鐵道建筑技術，2009(3):92-95.

[3]王家良，王朝暉，焦斌亮，等.視頻監(jiān)控系統(tǒng)在家居中的應用[J].電視技術，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.