迅天科技考场集中监控系统解决方案
一、概述
针对近年来出现的考试违纪作弊行为越来越隐蔽化、作弊手段越来越技术化的现象，为有效打击违纪舞弊行为，杜绝这种丑陋恶习，按国家教委有关文件精神，各地区将陆续在辖区内全国教育统一考试定点考场建立电视监控系统。如广东省考试中心已向广东各市招生办和自考办发出通知，广东省全国教育统一考试定点考场将在未来三年内建立电视监控系统。
考场电视监控系统主要由前端考场内摄像设备、传输设备以及监控中心控制显示录像设备等三大部分组成。考场电视监控系统可以针对考场考试过程实施全方位监控和即时录像，一旦监控中心的监考值班老师发现某考生有异常现象时，能够及时通过控制台控制该考场摄像机，对具体位置图像进行放大取证，有关资料将成为日后的证据，其资料由专门的录像存储设备backup，从而保证考试的公平性。
传统的考场电视监控系统采用模拟监控方式，需要在每一台前端摄像设备和监控中心之间敷设视频电缆、音频信号线和控制信号线，而通常情况下各考场和监控中心距离较远，为此需花费大量人力物力穿墙打洞埋管敷线。以一个学校二十个定点考场、每个考场两套摄像设备、每个考场平均距监控中心 200 米为例，总共需敷设 24000 米的各种线材。而且如果某些考场和监控中心之间距离过长的话，为避免影响传输控制效果，还需要加一些特定的中继设备。此外，在监控中心，为实现控制、显示、录像功能，需配备监视器、长延时录像机、画面分割器、控制切换矩阵等诸多繁杂设备，而操作者也需要经过一定的培训才能掌握对众多的电器设备的操作。
因此，无论从建设成本、施工难度或系统应用的便捷性方面考虑，传统的模拟监控方式已越来越不适应于考场集中监控系统的实际应用需要。
二、考场集中监控暨远程教学典型系统简介
考场集中监控暨远程教学系统是目前国际上最新的基于网络的第三代全数字视频监控系统产品，完全克服了传统的模拟监控系统的种种缺陷，并且在功能和性能上更胜一筹。本系统主要利用最新的计算机处理技术，将前端考场的视音频信号编码压缩成数字信号通过网络传输到监控中心，再在监控中心将数字信号还原成视音频信号并显示。由于目前在校园里，随着国家“校校通”工程的推进，越来越多的学校拥有了高带宽局域网环境，并逐渐接入互联网，因此考场集中监控暨远程教学示范系统仅需通过该网络就可以实现考场集中监控功能。
考场集中监控暨远程教学系统的核心设备包括网络视频服务器以及网络视频集中监控系统管理软件。前者安装在前端考场，主要执行将摄像机抓取的视频图像编码压缩成 IP 数据包并上传网络的功能；后者安装在监控中心的监控电脑上，主要执行将数据还原成视频信号以及一系列的控制、录像、管理功能。
网络视频服务器是以数字压缩及网络传输技术为核心，采用目前最先进的视频数字化技术（ MPEG-4 ），符合工业标准并适应中国客户需求的 IP 网络视频监控产品。能够充分满足客户对远程视频监控方面的需求，在技术性能上体现了目前视频监控领域中数字化和网络化两大趋势，具有高可靠性、高集成度的鲜明特点，可广泛应用于诸如对电力无人驻守变电站、电信机房、银行、道路交通、学校、海关、连锁营业场所的远程视频监控以及本地局域网络方式下的监控。
考场集中监控暨远程教学系统可以实现以下功能：
监视功能
通过校园网络，直接可以在考场监控中心电脑上看到各教室的情景，也可以将各教室的情况切换到电视墙上来观察。
画面分割轮巡功能
无须画面分割器、切换控制矩阵设备，通过东进网络视频集中监控系统管理软件设定，就可以实现多视频画面同屏分割显示（ 1 、 4 、 9 、 16 路）、多组画面轮巡显示。
考场监控
通过网络视频集中监控系统管理软件设定，将各个考场的场景分别切换到电视墙上监视，或向前端发出控制指令，调整摄像机焦距或云台进行局部细节观察。
现场录像
可以对任一考场的场景进行实时或定时录像，或手工启停录像、报警触发录像，录像存储媒介为电脑硬盘，录像的磁盘容量空间可设置，并具备自动覆盖功能。
智能化检索回放
可以按时间、考场号、摄像机号、报警事件等条件智能化快速检索回放记录的录像资料，回放有逐帧、慢放、常速、快速及放大 / 缩小等多种方式，并可以将任意一副回放图像存放成 JPEG 或 BMP 格式的图像，供数据交换使用或打印输出。
字符叠加
在每路视频上，可以实时叠加场景发生的时间以及来源地，使得场景信息更加完整。
场景抓拍
在区域监控中心主控电脑或校园网内各分控点电脑查看过程中，可以随时对窗口图像的突发场景图片抓拍backup。
权限管理
实行操作权限分级管理，按工作性质对每个用户赋予不同权限等级，系统登录、操作均进行权限查验，保证系统的安全性。
校长专控
校长通过办公室分控电脑即可在屏幕上选看任一考场纪律情况。
远程网络巡考
上级监考中心的工作人员通过互联网（或广域网）可以对考场进行远程实时抽检监控。而且，无须增加任何成本，利用本系统可以提供远程教学示范功能。我们知道，为了推广优秀教师的先进教学经验，或者考察教师的教学水平，学校经常需要安排进行教学示范课，但是传统的教学示范是把听课人安排在授课进行的教室里，不仅限制了听课的人数，还对正常的授课造成影响，而且传统的教学示范也只能在本地进行，对于外地观摩的教师更是不便。本系统除了可以对教学示范课进行直播外，还可以进行实时录像，听教学示范课的人员不需要进入授课现场就可以看到教学示范的实况，异地的观摩教师可以通过互联网（或广域网）方便地观看整个教学示范课的情况。
三、系统设计方案依据和指导思想
1 、设计依据
主要依据教育行业的实际需求，以及本产品在教育系统多次应用过程中实际经验，各招标文件技术部分中所提出的整体建设目标、系统功能、技术性能指标等，在设计时着重参考《工业电视系统工程设计规范》、《 MPEG4 视音频编解码标准 - 视听对象的编码（ 6 部分）》、《 100BASE-TX 快速以太网接口标准》、《电视监控工程程序与要求》等标准。
2 、设计指导思想
本解决方案以满足实际应用为出发点，在视频传输方面尽量利用校园现有的网络以求最大程度降低系统造价
性能、功能先进
设备选型要保证技术领先，性能可靠，操作简便、实用，维护简单，性能价格比最优，并留有扩展余地。设备采用均采用目前领先技术和生产工艺制造，系统建成后，三至五年不会落后淘汰。
系统功能完善
可以实现各种实际应用中所需要的功能。
操作简单实用
采用高科技手段，进行智能化设计，尽量减少系统操作的复杂性。并作到系统工作稳定可靠，维护简单。
外观效果美观
前端装置安装均考虑安全性、隐蔽性及美观性。
系统稳定性、可靠性
所选硬件均选用先进、成熟、可靠的产品，且具备良好运行业绩。
系统先进性
采用目前最先进的软硬件组合，使系统兼容性、升级、扩展更容易，并采取 模块结构维护简单化。
易操作性和实时性
所有操作均采用 WINDOWS 标准窗口操作，并使信号实时上传，真正做到实时性。
低维护性
通过模块化、层次化的设计可基本实现系统的免维护。
可扩容性
可根据需要方便地进行网络逐级汇接，增减各类前端设备等。
四、系统应用优势及特点
考场集中监控暨远程教学系统不仅功能强大，在性能上也超过常规的视频监控系统。本系统优势主要表现在以下几方面：
1 、功能集成，充分利用校园网络资源
常规的解决方案都是将上述的功能利用多个系统来实现，造价高且以后的扩充和升级不方便。本方案利用现代计算机网络技术的先进性，将多个功能集成起来，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。
2 、高度智能化、自动化的教学环境
充分利用现有软、硬件设备，极大地改善了教学条件，同时节约了老师与学生的许多时间，使得教学工作达到数字化。
3 、高度的开放性
由于校园网采用开放的网络技术，而本系统的各种应用服务均基于现有网络软硬件平台，系统的扩充仅需在前端增加网络视频服务器硬件设备或在监控中心增加电脑设备而无须任何复杂的过程，做到真正高度的开放性
4 、经济性
利用校园网络，无须费时费力铺设复杂的传输线路，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% 左右投资。
5 、维护的简单化
常规的解决方案一般是利用多个系统、各种复杂设备集合解决，其维护也就需要不同的专业人员。本系统基于校园网络，利用计算机系统处理技术，由于系统强大的网络功能，更可实行远程操作维护，使得系统的维护简单化 , 更是降低了后续的维护费用。
6 、优秀的图像品质
采用先进的 MPEG-4 编解码技术，图像清晰、自然。标准分辨率 352 × 288 像素，最高达 704 × 576 像素，并可自定义。图像无闪烁，连续性好，标准图像帧率 25 帧 / 秒（ PAL 制式）、 30 帧 / 秒（ NTSC 制式）。特别适用于对考场进行细节观测的应用。
7 、低带宽占用
采用独特的自适应 P 帧及 B 帧压缩技术，进一步加强了 MPEG-4 压缩算法的压缩比，配合 IP 组播功能，大大降低了浏览图像时占用的网络带宽。传输图像在 25 帧 / 秒、分辨率 352 × 288 像素时，平均占用带宽仅为 250kbps ，使用户在同样的网络条件下可传输的视频路数提高了数倍，无形中节约了用户的网络资源投入。
8 、低延时性
MPEG-4 加强标准编码技术，远程视频传送延时不到一秒，极大改善了远程实时监控效果。
9 、无限制位点远程实时监控录像
采用独特流技术，突破了传统的数字监控方式的局限性（注：传统的数字监控方式采用硬盘录像机或工控机加视频压缩卡作为站端视频处理单元，虽然比模拟监控更胜一筹，但无法将多路压缩后的视频信号同时上传到监控中心。），可同时对无限制多个监控位点图像实施远程实时监控录像。
10 、系统结构灵活
采用标准的组网方式，支持 IP 单播、组播功能，可以组成点对点的监控系统，又可以组成一个中心对各站点的系统；在网络上可以设置多个分控图像工作站，满足多个用户的需要，也可以用 WEB 方式组成多级监控系
11 、可扩容性强
采用模块化设计，能够平滑实现端局扩容、中心扩容和分控台扩容。无论单级扩容或多级扩容都可以充分利用前期资源，降低扩容投入成本。
12 、易操作性
监控中心东进网络视频集中监控系统管理软件的操作平台是 Windows NT/2000 中文版，控制界面为图形方式，界面、菜单全为中文，用户可以非常迅速地熟悉操作软件的使用。
13 、自主开发
系统的核心硬件设备和管理软件均属自主开发，能够及时提供良好的售后服务，响应用户的特殊需求，针对用户的要求进行功能方面的量身定做。
五、系统网络结构
考场集中监控暨远程教学示范系统对于纳入遥视监控范围的考场数量是没有限制的，主要视其应用环境的网络状况。因此基本上系统规模可根据需监控考场数量自由组合定义，同时系统可按多级组网的方式，形成大规模的远程集中监控网络。
根据教育行业的应用特点及管理模式，其考场监控系统基本上分为远程网络巡考中心、本地考场监控中心和前端考场系统的三级网络结构方式。系统在各考场装备一台或多台东进 DJ4000 网络视频服务器（具体数量视各考场监控摄像机数量的多少），完成对视音频信号的数字化及编码压缩处理，打包成 IP 数据包在 IP 网络上传输；本地考场监控中心监控主机利用各考场与监控中心之间的网络通道，接收各考场前端网络视频服务器上传的视音频信息，同时通过“网络视频集中监控系统管理软件”进行远程实时监控。系统的分级结构原理图如图一所示。
图一考场集中监控暨远程教学典型系统原理图
六、系统组成及各部分配置要求
如前所述，根据考场监控的应用特点及管理模式，考场集中监控暨远程教学系统基本上分为远程网络巡考中心、本地考场监控中心和前端考场系统。
其中，远程网络巡考中心和本地监控中心的功能基本一致，主要包括监控管理主机、显示设备、录像资料存储设备以及网络视频集中监控系统应用软件。前端考场系统包括摄像机及配件、语音设备、网络视频服务器、报警设备（可选）等。
视频、音频、告警信息，由网络视频服务器压缩编码后，通过网络上传到监控中心，完成实时监控，掌握考场场景情况。监控中心可实施对考场监控设备的管理、告警信息的查询、图像浏览和控制等功能。
考虑到考场监控系统建设的特点，考场集中监控暨远程教学系统具备良好的可扩展性。各功能部分采用模块化结构，非常易于扩容、组网方便、配置灵活，并具有良好的用户接口。
在系统增加新的考场监控点时，只须将该考场网络视频服务器接入网络并在中心做简单配置即可；系统各项功能和运行状态不受扩建影响；
系统具备多级组网能力以至组建全省乃至全国的考场监控网络。
1 、前端考场监控部分
考场监控前端部分设备安装在各考场现场，完成考场现场各种视频、音频、报警信息的采集、处理、上传，主要可分为网络视频服务器和外围监控设备两大部分。各部分的配置和要求如下：
网络视频服务器是东场集中监控暨远程教学系统的核心设备，主要功能包括：
采集各考场现场的视频图像和背景声音，经过压缩编码后上传到本地监控中心及远程网络巡考中心；
在需要时，通过现场网络连接解码器，根据监控中心操作发出来的命令控制视频切换、控制镜头聚焦、近景 / 远景、光圈调节，控制云台上下、左右和自动巡视动作；
根据报警设备发出的报警信息，实现警视联动录像功能，自动启动告警照明灯、警铃等受控设备，自动以字幕、声光提示报警加以说明。实现一定区域内的防盗报警功能。
需要特别指出的是，由于网络视频服务器的独特性能和强大功能，在各考场和监控中心之间网络带宽允许的情况下，它可以将各考场前端所有监控对象的视频图像实时上传到本地监控中心及远程网络巡考中心并同时显示。而采用数字硬盘录像机的考场数字监控系统由于其自身架构原因，就无法实现这一功能。
由于各校考场的实际监控环境不同，外围监控设备的类型、构成和组织结构，尤其是摄像点的布置和摄像机的类型数量具有一定的差异，总体上以满足图像监控基本目标和要求为原则进行配置。外围监控设备主要包括彩色摄像机、黑白摄像机等，以及配套的云台、防护罩、支架和云镜解码器等，加上根据需要配置的报警探测器、麦克风、喇叭等语音设备。一般要求指标如下：
彩色摄像机，光灵敏度值 <2Lux, 清晰度 >470 线。
黑白摄像机，光灵敏度值 <0.5Lux, 清晰度 >400 线 , 背光补偿功能。
云台、防护罩、支架，室内型云台、防护罩、支架要求具备防锈防腐功能。
云镜解码器，具备 RS485/232 接口，通过网络线和网络视频服务器透明通道相连接，直接受控于网络视频服务器，按预定程序或监控中心工作人员的操作指令，执行对云台和镜头等控制对象的控制。
2 、监控中心
监控中心的概念包括远程网络巡考中心和本地监控中心。远程网络巡考中心以权限管理的方式管理监控各学校本地考场监控中心，巡考中心的功能和本地监控中心的功能基本相同，所以在此以本地监控中心为例一并叙述。
本地监控中心的基本功能是完成所辖考场监控图像的实时显示、控制、存储、管理等功能，其硬件系统主要由监控主机、显示设备、网络接口设备、存储打印设备等组成，其核心是“东进网络视频集中监控系统管理软件”。
监控中心的监控主机安装 Windows 操作系统以及东进网络视频集中监控系统管理软件，并根据需要配备大容量硬盘或外置存储设备，主机硬件要求 P4 2G 以上 CPU ， 256M 以上内存，自带 32M 显存显卡的电脑。监控主机作为监控中心的系统操作平台，主要负责接收、存储、分析、统计和查询远端考场上传的视音频、告警、数据信号，同时执行强大的系统管理功能，包括管理系统用户和设定用户权限、管理和配置系统设备、对报警信息进行联动处理、作为网络服务器管理网络用户和网络设备等等。而这一切功能都是以东进网络视频集中监控系统管理软件为核心实施的。
3 、 领导（校长）分控中心
分控中心可根据需要设在各领导指定办公地点，分控中心系统硬件要求采用普通桌面电脑，通过 IE 浏览器（如需要也可安装东进网络视频集中监控系统管理软件）在权限范围内对各考场进行实时监控。
4 、系统的性能指标及主要参数
视频制式 NTSC 或 PAL 格式
视频压缩方式 MPEG-4 图像压缩编码
视频解像度 标准 352 × 288 像素，可自定义调整，最大 704 × 576 像素
帧率 25 帧 / 秒（ PAL 制式） 30 帧 / 秒（ NTSC 制式）向下可调
音频压缩标准 ISO-MPEG Audio Layer-3
系统可用率 > 99%
同时可监看的考场个数 > 30 个
视频流占用带宽平均 250 kbps( 分辨率 352 × 288 ， 25 帧 )
系统平均无故障工作时间 MTBF > 30000 小时
硬件平均无故障工作时间 MTBF > 100000 小时
系统平均维护时间 MTTR < 0.5 小
监控画面显示与实际事件发生时间差 < 0.5 秒
事件报警到系统自动记录相应画面时间差 < 0.8 秒
各报警探头报警到后台信息显示时间差 < 0.5 秒
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