馬靜靜

（北京信息科技大學安全穩(wěn)定處，北京 100192）

淺談高校視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化建設

馬靜靜

（北京信息科技大學安全穩(wěn)定處，北京 100192）

信息技術對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的注入，使得視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化建設成為必然趨勢。目前高校正處于視頻監(jiān)控系統(tǒng)更新?lián)Q代的轉折期。文章以北京信息科技大學的視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設為例，介紹了視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化的改造過程，分析了如何借鑒信息技術的分層架構和標準化，進而逐步改造現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并闡述了視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化改造中遇到的問題及解決途徑。

數(shù)字化；標準化；視頻監(jiān)控系統(tǒng)；大數(shù)據(jù)

隨著經濟的增長，高等教育事業(yè)快速發(fā)展，規(guī)模不斷擴大，跨區(qū)域、多校區(qū)辦學模式不斷增加，高校呈現(xiàn)出人員多、面積廣、建筑多的特點，且流動人員不斷增加[1-3]，很多高校出現(xiàn)物品、財務被竊等問題。另外，校園暴力事件不斷上演，對于學生安全而言，也是一大隱患。通過視頻監(jiān)控的手段，可以及時了解學校各區(qū)的實際情況，對學校進行安全管理，并且可以節(jié)約大量人力物力資源[4]。因此，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在高校安全保衛(wèi)中發(fā)揮著越來越重要的作用[5]，對于預防和控制校園犯罪、保護師生人身財產安全、提高院校處理突發(fā)事件的能力而言，是必不可少的[6]。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展經歷了3個階段：模擬視頻監(jiān)控、模擬+數(shù)字混合監(jiān)控和基于IP攝像機、視頻服務器基礎上的完全數(shù)字化監(jiān)控[7-8]。數(shù)字化技術是計算機技術、多媒體技術以及互聯(lián)網(wǎng)技術的基礎，是實現(xiàn)信息數(shù)字化的技術手段，將文字、圖形、圖像、視頻、音頻等信息轉化成計算機能夠識別和處理的二進制編碼，使應用對象更清晰、更高品質、更易于把握和傳播[9-11]。伴隨著數(shù)字技術和IP技術的成熟，視頻監(jiān)控向以計算機為核心的數(shù)字化、網(wǎng)絡化發(fā)展已經成為不爭的事實。

文章以北京信息科技大學（以下簡稱本校）的視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設為例，結合工作實際，就高校視頻監(jiān)控系統(tǒng)該如何進行數(shù)字化建設進行初步的探討。

1 數(shù)字化是視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設的方向

視頻監(jiān)控是高校安全防范系統(tǒng)的重要組成部分，是一種技術防范能力較強的綜合系統(tǒng)。校園人員密集性高、流量大、活動范圍廣，決定了安防工作的重要性、復雜性和艱巨性，而視頻監(jiān)控系統(tǒng)為預防、控制和快速處置違法犯罪案件及突發(fā)事件，切實保護師生的人身財產安全，凈化教學、生活環(huán)境，提供了及時、準確、高效的信息和手段服務。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化，就是運用計算機處理視頻信息，即視頻信息流數(shù)字化，將模擬視頻信號經模數(shù)轉換和彩色空間變換轉為計算機可處理的數(shù)字信號。數(shù)字化能夠大幅度增強、完善視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能，提高工作效率，節(jié)約人力物力，從而強化校園的安全管理。近些年來，計算機網(wǎng)絡技術、圖像處理技術、通信技術以及傳感技術等信息技術迅猛發(fā)展，并且以強大的科技優(yōu)勢、便捷的服務功能以及嶄新的價值理念，給校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)帶來了巨大而深刻的影響。實踐證明，其產生的效益較為顯著并逐步被廣泛采用。因此，數(shù)字化是校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設與時俱進的必然趨勢。2015年，本校清河校區(qū)進行了全面的視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化改造，利用監(jiān)控系統(tǒng)破案率比改造前提高25%，失物找回率提高60%，協(xié)助處理車輛剮蹭率提高50%。

2 信息技術的分層架構理念在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

視頻監(jiān)控的數(shù)字化，將徹底打破以監(jiān)視器為中心的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)結構，從根本上改變視頻監(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、處理等方面的方式和結構形式。

2.1 充分認識視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設的必要性

高校視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設具有共性，也存在各自的差異。本校第一代模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用矩陣主機控制，攝像機輸出的視頻信號直接傳輸?shù)街行臋C房，離中心機房較遠的區(qū)域會受到同軸電纜傳輸距離的限制，比如操場、新建實驗樓和圖書館都沒有設置監(jiān)控點位，因為隨著傳輸距離的增長，途中視頻信號的衰減會越來越嚴重。同軸電纜的鋪設全部采用挖溝填埋的方式，視頻信號出現(xiàn)故障時，則無法準確定位故障點。系統(tǒng)采用長延時模擬錄像機進行錄像和回放，當錄像資料需長時間備份時，要使用大量錄像帶，并且在錄像回放、檢索時操作極為不便。整個監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)最終體現(xiàn)在監(jiān)視器的屏幕上，監(jiān)視器的優(yōu)劣直接影響著整個系統(tǒng)的最終效果。雖然這種閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)能在人們無法直接觀察的場合，實時、形象、真實地反映被監(jiān)視控制對象的畫面，但是只能提供近距離的監(jiān)視，而監(jiān)視的數(shù)據(jù)如何高效傳輸、集中存儲、智能管理無法得到有效解決。顯然，這一視頻監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與安全防范任務的總體要求和形勢發(fā)展不適應、不匹配，因此需要克服短板，漸進有序地實施升級改造。

2.2 現(xiàn)有模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化改造

二十世紀初，基于數(shù)字存儲技術的硬盤錄像系統(tǒng)應運而生，不僅存儲費用低、效率高，而且具有網(wǎng)絡傳輸和循環(huán)存儲的優(yōu)點。與此同時，硬盤錄像系統(tǒng)的數(shù)字化和傳輸網(wǎng)絡化的先進技術還可以實現(xiàn)有限的IP網(wǎng)絡訪問。數(shù)字硬盤錄像機的基本功能是將模擬的音視頻信號轉變?yōu)?MPEG（Moving Pictures Experts Group，動態(tài)圖像專家組）數(shù)字信號存儲在硬盤上，并提供與錄制、播放和管理節(jié)目相對應的功能，是磁帶式錄像機的換代產品。

2010年，本校視頻監(jiān)控系統(tǒng)引入了數(shù)字硬盤錄像機，從此拉開了模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化改造的序幕。首先，以中心機房為圓心，向第一教學樓、第二教學樓、圖書館、辦公樓、實驗樓、第一公寓、第二公寓、第四公寓、第五公寓和第六學生公寓鋪設了光纖，完成數(shù)字化骨干網(wǎng)的建設；其次，對離中心機房較遠的辦公樓采用了數(shù)模結合“軟組網(wǎng)”的數(shù)字化改造方案，硬盤錄像機放置在辦公樓內的設備間，樓內14處監(jiān)控點位的模擬視頻信號先進入硬盤錄像機，在其中完成模數(shù)轉換和錄像文件保存，錄像機與接入交換機連接，把壓縮的視頻數(shù)據(jù)上傳，由中心機房配置的計算機來完成遠程監(jiān)控，錄像遠程回放；然后，對其他樓宇的數(shù)字化改造采用了數(shù)模結合的“集中監(jiān)控”方案，此方案中各樓宇內的模擬攝像機的視頻信號集中到數(shù)字光端機里，再利用光纖傳輸進入到中心機房的錄像機內；最后，對于室外比較分散的監(jiān)控點位仍采用同軸視頻線直接連接模擬攝像機和硬盤錄像機，在中心機房配備了計算機，與硬盤錄像機通過網(wǎng)絡連接，在計算機上安裝數(shù)字硬盤錄像機的客戶端，可以執(zhí)行視頻實時瀏覽、錄像回放，文件備份等功能。

這種以數(shù)字硬盤錄像機為核心的半模擬半數(shù)字的視頻監(jiān)控方案、“模擬攝像機+光端機+模擬矩陣+硬盤錄像機”的監(jiān)控方式，很好地解決了模擬視頻信號數(shù)字化的存儲，大大節(jié)省了存儲空間，在某種意義上也已經開始走向信息技術的分層架構建設。信息技術的分層架構就是將網(wǎng)絡節(jié)點所要完成的數(shù)據(jù)的發(fā)送或轉發(fā)、打包或拆包，控制信息的加載或拆出等工作，分別由不同的硬件和軟件模塊去完成，這樣可以將往來通信和網(wǎng)絡互連這一復雜的問題變得較為簡單。但就早期的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)而言，系統(tǒng)組成并沒有得到明確劃分。

2011年，本校視頻監(jiān)控系統(tǒng)增加了48個720P（P：progressive，意思是逐行掃描，720P是一種在逐行掃描下達到1280×720的分辨率的顯示格式）的網(wǎng)絡數(shù)字高清攝像機監(jiān)控點位，后端使用了IP SAN（Internet protocol storage area network，因特網(wǎng)協(xié)議存儲區(qū)域網(wǎng)絡）存儲系統(tǒng)，并引入第三方視頻管理平臺軟件（平臺分為兩大類：一類是編碼設備廠家的平臺，另外一類是第三方平臺）。平臺與數(shù)字硬盤錄像機對接，管理模擬攝像機；與服務器對接，管理網(wǎng)絡數(shù)字攝像機；并完成監(jiān)控點位視頻的實時瀏覽、回放、下載、設備管理等功能，成為模數(shù)混合視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)的核心。這種系統(tǒng)架構完全基于IP網(wǎng)絡技術，視頻數(shù)據(jù)的傳輸、存儲、調度、處理，均使用二進制。這種架構建設很清晰，在網(wǎng)絡層面上，根據(jù)不同的業(yè)務和應用要求將整個網(wǎng)絡層分為設備接入層、核心層、服務器層、網(wǎng)絡存儲層等4個部分。這種模塊化的劃分，基本實現(xiàn)了信息技術的分層架構建設，可以適應網(wǎng)絡平臺的擴展，也可以滿足日后校園監(jiān)控點位的擴容要求。

2.3 現(xiàn)有模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的平滑升級

以目前校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展來看，從“模擬”到“數(shù)字”的系統(tǒng)轉換，特別是全數(shù)字系統(tǒng)建設，已取得可喜成效，大大提升了安防系統(tǒng)的實力和水平。然而，簡單地根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢勾畫出系統(tǒng)建設的方向，容易忽略更適合實際運行的新產品。

2014年底，本校小營校區(qū)教四樓需要新增3處點位，按照數(shù)字化建設的方向規(guī)劃后，如果3處點位安裝高清數(shù)字攝像機，則需要增加的配套設備大約在一萬元左右。如果按照“系統(tǒng)利舊”的原則，采用某主流品牌新出的700線模擬攝像機，利用模擬監(jiān)控系統(tǒng)原有的視頻光端機和錄像機的閑置接口，整個項目的造價不過千元。該款攝像機采用了新一代的CCD技術，是基于傳統(tǒng)模擬技術的又一次提升，可獲取比傳統(tǒng)模擬視頻更佳的圖像質量，將原有的模擬視頻圖像清晰度從540線升級到700線，所呈現(xiàn)的畫質和低照效果也有大幅度的提升，幾乎可以與數(shù)字高清相媲美。在此次視頻監(jiān)控項目建設中，模擬攝像機（CA）+數(shù)字硬盤錄像機（DVR）系統(tǒng)的成熟、穩(wěn)定、廉價等特點被很好地保留下來，從而大大降低了系統(tǒng)高清化、數(shù)字化所帶來的安裝或升級成本問題。對校園舊有模擬監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化升級改造，要解決兼容利舊問題，系統(tǒng)本身的整體數(shù)字化規(guī)劃應該盡可能地不影響舊有系統(tǒng)的應用范圍和使用習慣，更需要把實際運行的系統(tǒng)與新產品應用緊密地結合起來。

3 信息技術的標準化在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件包括視頻數(shù)據(jù)采集設備（攝像機）、傳輸設備（交換機）、存儲設備（硬盤錄像機）等，這些設備都是可以想的到、實實在在看的到和摸的到的，它們的價值可以在政府采購網(wǎng)上進行查詢。但是對于這些監(jiān)控設備以及在這些設備中跑動的看不見的視頻數(shù)據(jù)要如何進行管理，我們往往缺乏足夠的認識。視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在，我們也逐漸發(fā)現(xiàn)，模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化改造的重中之重并不是監(jiān)控設備的更新?lián)Q代，而是視頻監(jiān)控管理平臺在決定著數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)的業(yè)務格局。

3.1 視頻監(jiān)控管理平臺軟件的建設

視頻信息流數(shù)字化后的數(shù)據(jù)適合于計算機進行處理和運算,使得對視頻數(shù)據(jù)的各種編碼、解碼等處理變成了軟件的操作。視頻監(jiān)控管理平臺是軟件，可以實現(xiàn)對視頻監(jiān)控系統(tǒng)全網(wǎng)的設備管理、用戶的權限管理、視頻數(shù)據(jù)流的管理、錄像存儲的管理、設備的擴容、增加新業(yè)務或改變業(yè)務種類、讓視頻監(jiān)控系統(tǒng)與其它系統(tǒng)進行對接等各種功能。

本校舊有的平臺管理軟件不能與新增的監(jiān)控設備進行對接。新設備只能依靠各式各樣的本地人機分別進行管理，導致平臺管理軟件和各種自帶管理設備的對接問題，無法涵蓋更多的應用。實際上，如果能充分地吸納和借鑒IT行業(yè)的標準化，這些問題就可以得到解決。隨著GB28181（安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術要求）標準和國際標準協(xié)議ONVIF（Open Network Video Interface Forum，開放型網(wǎng)絡視頻接口論壇）協(xié)議在視頻監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應用，視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)的標準化也正在逐步走上正軌。

良好的校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)，使用設備應多樣化，管理平臺應具備較好的兼容性和可擴展性。本校的視頻監(jiān)控系統(tǒng)經過十多年的建設，系統(tǒng)呈現(xiàn)出規(guī)模大、監(jiān)控設備品牌眾多、模數(shù)混合、產品技術含量參差不齊等狀況。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化改造要從實際情況出發(fā)，既要最大限度地保護國有資產，又要整合現(xiàn)有視頻監(jiān)控資源，并逐步接入數(shù)字化項目的視頻監(jiān)控資源，以構建統(tǒng)一的視頻監(jiān)控資源管理機制。2015年，本校對視頻監(jiān)控管理軟件進行了升級改造。新平臺與監(jiān)控設備的兼容方式有三種：對本校第一批安裝的臺灣某品牌網(wǎng)絡數(shù)字攝像機使用公開的數(shù)據(jù)協(xié)議進行接入；平臺與監(jiān)控設備均支持GB28181標準和ONVIF協(xié)議；針對不同廠家的SDK（Software DevelopmentKit，軟件開發(fā)工具包）進行二次開發(fā)。新平臺的建設實現(xiàn)了對視頻監(jiān)控系統(tǒng)全網(wǎng)的設備管理和視頻數(shù)據(jù)流的管理，做到了設備與數(shù)據(jù)的統(tǒng)一。

新平臺對攝像機的接入建立在公開的協(xié)議處理之上，有效地降低了平臺處理前端攝像機產生的數(shù)據(jù)流時間消耗，提高了平臺的穩(wěn)定性和健壯性。但平臺與存儲設備的對接仍然建立在基于設備級的SDK基礎上進行二次開發(fā)，用以實現(xiàn)監(jiān)控點位視頻錄像的回放和下載功能。存儲設備提供的諸如遠程操控攝像機、錄像設置、錄像時長查看、添加攝像機等功能未對平臺開放接口，“所見即所得”的程度為零。視頻監(jiān)控行業(yè)中有些前端設備商的標準協(xié)議和接口不一致，平臺開發(fā)商需要與這些設備商長期溝通滾動升級才能保證設備接入的順利，這無形中增加了平臺開發(fā)的技術難度與開發(fā)成本，造成平臺軟件應用普及的難度加大。視頻監(jiān)控市場競爭激烈，為了控制市場占有率，一些硬件廠商不愿提供接口協(xié)議或者改為定制，增加了兼容難度。

3.2 運用大數(shù)據(jù)的相關性思維方式推進視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺建設

大數(shù)據(jù)是蘊含巨大價值的海量、高增長率、多樣化和復雜關聯(lián)的信息數(shù)據(jù)集，此意義上也可稱之為“海量數(shù)據(jù)”[12]。相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)特征可總結為5個V：體量大（volume）、速度快（velocity）、模態(tài)多 （variety）、難辨識 （veracity）和價值大密度低（value）[13]。大數(shù)據(jù)是一種認識世界、解決問題的技術，通過對海量數(shù)據(jù)進行分析，可以更好地理解研究問題的所在。

2014年7月，本校建設了車輛出入口管理系統(tǒng)，校門出入口加裝了網(wǎng)絡數(shù)字全高清攝像機，對進出學校的機動車輛進行實時管理。2015年9月，對系統(tǒng)運行一年多產生的停車收費大數(shù)據(jù)進行了分析和整理，發(fā)現(xiàn)夏、秋兩季收費為0元的車輛明顯比春、冬兩季多。進一步分析收費數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，夏秋兩季車輛入口車牌識別率大幅度下降，造成車輛出口時找不到對應的入口信息，系統(tǒng)只能產生0元的收費數(shù)據(jù)。為探究車輛入口識別率在夏秋兩季降低的原因，帶在9月底進行了為期一周的收費工作，發(fā)現(xiàn)本校小營校區(qū)車輛入口處是正南方向，夏秋兩季太陽從上午11點到下午3點光線非常強烈，使得駛入車輛的車牌金屬邊框反光，干擾了攝像機的正常拍攝，系統(tǒng)軟件不能識別駛入車輛車牌號碼，造成了這個時間段90%的車牌不識別率。通過向車輛管理系統(tǒng)的集成商反映這一情況，集成商為入口攝像機加裝了遮光罩，并對系統(tǒng)圖像識別功能進行了升級，使駛入車輛車牌不識別率降低到5%。這次大數(shù)據(jù)分析與處理的成功運用，說明大數(shù)據(jù)分析的重點是如何運用數(shù)據(jù)真正解決實際問題。

然而，車輛管理系統(tǒng)視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)的展示結果是以表的結構為基礎的結構化數(shù)據(jù)，通過描述統(tǒng)計法、相關性分析等數(shù)理統(tǒng)計方法對數(shù)據(jù)進行挖掘，可以反映出設備及系統(tǒng)運行的變化趨勢和好壞。但是，視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)本身則屬于多媒體數(shù)據(jù)，是非結構化的，對非結構化的數(shù)據(jù)如何進行采集、傳輸、存儲和管理是目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)急需解決的最大問題。從信息技術的角度分析，則涉及到視頻數(shù)據(jù)的編解碼、數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡的適配、多媒體數(shù)據(jù)庫、多媒體數(shù)據(jù)智能分析等諸多領域，而這些領域大部分至今還處于發(fā)展過程中，不夠成熟[14]。

4 結束語

視頻監(jiān)控的數(shù)字化建設優(yōu)化了校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)，有力地推動了信息技術領域的成熟理念、層次化和標準化在視頻監(jiān)控領域的應用。目前在視頻監(jiān)控數(shù)字化建設中還存在許多問題，比如，設備之間的兼容性已成為實際工程中迫切需要解決的問題。學校視頻監(jiān)控系統(tǒng)新增的監(jiān)控設備雖然都具備通用協(xié)議接口，但仍有廠商人為設置控制參數(shù)，造成視頻管理平臺與監(jiān)控設備之間的互不兼容，難于發(fā)揮視頻監(jiān)控系統(tǒng)的整體效益。如果學校采用一家公司的產品，容易受制于廠家，不利于學校監(jiān)控系統(tǒng)的長遠發(fā)展。類似的問題值得深入探討。

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[14]再談“安防IT化”.

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