王良成 王喜鴻

0 引言

幼兒教自古以來(lái)一直倍受關(guān)注，每位家長(zhǎng)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(zhǎng)都會(huì)在合適的年齡把孩子送到幼兒園接受學(xué)前教育。當(dāng)今社會(huì)獨(dú)生子女占大多數(shù)，孩子被送到幼兒園后家長(zhǎng)的擔(dān)心也就隨之而來(lái)。如，孩子在學(xué)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(lái)校園安全事故頻發(fā)的情況下，孩子在學(xué)校的安全都成為家長(zhǎng)關(guān)心的問題。隨著電子技術(shù)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(yīng)用更加廣泛。視頻監(jiān)控作為一項(xiàng)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(zhǎng)在辦公室或是家中甚至出差的路上，只要有網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)及未來(lái)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(gè)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(shí)至今日已經(jīng)得到了較好的發(fā)展，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化，使視頻存儲(chǔ)更方便、數(shù)據(jù)傳輸多元化、應(yīng)用場(chǎng)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(jì)90年代以前由于當(dāng)時(shí)數(shù)字技術(shù)還沒有廣泛應(yīng)用到電子產(chǎn)品領(lǐng)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(jī)到線路傳輸再到錄像的存儲(chǔ)全部采用的是模擬信號(hào)。只能進(jìn)行一對(duì)一的視頻監(jiān)控(一臺(tái)攝像機(jī)對(duì)應(yīng)一臺(tái)監(jiān)視器)，直到后來(lái)畫面分割器和模擬視頻矩陣的出現(xiàn)，才實(shí)現(xiàn)了多路視頻信號(hào)輸入多路視頻信號(hào)輸出的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有帶寬資源浪費(fèi)、抗干擾能力差、施工維護(hù)復(fù)雜等諸多缺點(diǎn)[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(gè)不得不提及的歷史時(shí)期，在這個(gè)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(gè)過渡時(shí)期。在這個(gè)階段中數(shù)字化已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在電子產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備也進(jìn)行了更新?lián)Q代，生產(chǎn)出了DVR(數(shù)字硬盤錄像機(jī))、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、數(shù)字控制矩陣等。但是在這個(gè)時(shí)期還沒有完全實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，視頻信號(hào)的傳輸仍然采用的是同軸電纜，攝像機(jī)仍然是以模擬信號(hào)輸出的攝像機(jī)為主。但此時(shí)DVR已經(jīng)可以與網(wǎng)絡(luò)相連，實(shí)現(xiàn)了模擬信號(hào)的數(shù)字存儲(chǔ)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(diǎn)就是存儲(chǔ)變得簡(jiǎn)單而且存儲(chǔ)量很大、成本也在逐年降低，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1.3 純數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)

近年來(lái)隨著嵌入式技術(shù)在電子行業(yè)的飛躍式發(fā)展、光纖技術(shù)在信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)膹V泛采用、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟應(yīng)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(chǔ)。在視頻服務(wù)器內(nèi)置嵌入式Web服務(wù)器，采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)[3]，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化:攝像機(jī)采用了IP數(shù)字網(wǎng)路攝像機(jī)，數(shù)據(jù)線路傳輸采用雙絞線/光纜、存儲(chǔ)全數(shù)字化。建設(shè)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(shí)代。該系統(tǒng)具有抗干擾極強(qiáng)、數(shù)據(jù)誤碼丟包極少、可靠性較高等優(yōu)點(diǎn)，就是系統(tǒng)造價(jià)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(guān)鍵技術(shù)

在幼兒園視頻監(jiān)控系統(tǒng)中之所以能實(shí)現(xiàn)家長(zhǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控還主要是依托于“兩大關(guān)鍵技術(shù)”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(shù)

單獨(dú)為視頻監(jiān)控制定一個(gè)專門的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是不太現(xiàn)實(shí)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(huì)議、VoIP應(yīng)用的H.323體系與SIP(會(huì)話初始協(xié)議)。H.323提供了在基于IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行多媒體通信的規(guī)范，H.323是一個(gè)復(fù)雜而龐大的協(xié)議族，現(xiàn)階段是視頻應(yīng)用的主流技術(shù)。然而由于其過于復(fù)雜，現(xiàn)在正受到基于SIP協(xié)議視頻應(yīng)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(gòu)。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(jiǎn)單靈活、分布式控制等優(yōu)點(diǎn)，有望廣泛應(yīng)用于視頻監(jiān)控領(lǐng)域。

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

2.2 視頻編解碼技術(shù)

在視頻編解碼技術(shù)方面，監(jiān)控技術(shù)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(shù)，圖像的清晰度比較高，適用于監(jiān)控應(yīng)用領(lǐng)域。MPEG系列主要應(yīng)用于視頻存儲(chǔ)、視頻廣播和視頻流媒體、互聯(lián)網(wǎng)或無(wú)線網(wǎng)上的流媒體等領(lǐng)域。H.26x系列主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)視頻通信領(lǐng)域，如可視電話、會(huì)議電視等。

目前視頻編解碼研究的熱點(diǎn)是MPEG-4和H.264，它們采用基于對(duì)象的動(dòng)態(tài)壓縮技術(shù)，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(shí)現(xiàn)有效音、視頻傳輸，隨著碼率的提高可以相應(yīng)地提高音頻、視頻質(zhì)量，在2 Mbit/s左右時(shí)即可達(dá)到類似DVD的效果。MPEG-4和H.264被普遍認(rèn)為是未來(lái)視頻編解碼的發(fā)展趨勢(shì)。

3 幼兒園監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

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

3.1 高速網(wǎng)絡(luò)化

今后建設(shè)的幼兒園監(jiān)控系統(tǒng)必將實(shí)現(xiàn)完全的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，系統(tǒng)將與Internet、無(wú)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(shè)備的自身問題，致使家長(zhǎng)在提交遠(yuǎn)程監(jiān)控請(qǐng)求時(shí)還存在兩個(gè)問題:一個(gè)是同一時(shí)間訪問數(shù)量，另一個(gè)是監(jiān)控圖像的流暢程度，這些問題都將在未來(lái)得以解決。比如不會(huì)像現(xiàn)在這樣同一時(shí)間只能允許少量請(qǐng)求訪問幼兒園主機(jī)，理論上可以解決無(wú)窮多個(gè)請(qǐng)求同時(shí)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(shè)計(jì)及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)的智能控制是將來(lái)幼兒園監(jiān)控系統(tǒng)必須要解決的問題，這樣可以為家長(zhǎng)提供一個(gè)更加舒適的監(jiān)控角度及細(xì)節(jié)信息。將現(xiàn)在的被動(dòng)式呆板監(jiān)控，轉(zhuǎn)換為主動(dòng)靈活監(jiān)控。通過客戶端軟件的控制功能來(lái)操作現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)的云臺(tái)，使家長(zhǎng)可以從各個(gè)角度去了解孩子的狀況，使家長(zhǎng)更放心。

3.3 系統(tǒng)高度集成化

在未來(lái)幼兒園的主管機(jī)構(gòu)將轄區(qū)內(nèi)的幼兒園監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)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(gè)甚至是幾百個(gè)幼兒園監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行集成不但要解決系統(tǒng)兼容問題，還要考慮網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架等相關(guān)技術(shù)的接口，使之成為一個(gè)智能化管理系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

雖然視頻監(jiān)控系統(tǒng)在其他領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用，技術(shù)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(jìn)一步的研究。

[1]樊亞琴.淺談視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，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(yīng)用[J].鐵道建筑技術(shù)，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(yīng)用[J].電視技術(shù)，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.