校园网数字化监控教学专项方案.doc

第1章 系统组成1.1 总体布局校园网络综合系统总体上能够分为以下功效子网：● 教学考场监控子网● 多媒体电化教学子网● 音视频广播子网全部信息公用一套网络布线系统，多网合一，节省投资提升效率，易于分步实施下面是校园网网络拓朴图：1.2 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，计算机为关键、结合多媒体技术、计算机网络技术而开发多路实时图像传输软件和控制软件一个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，经过计算机网络使其能够抵达某个教室（或桌面）计算机上，从而和信息管理系统融合在一起，愈加好为管理服务，提升管理水平和效率系统支持Windows 98/NT 环境1.2.1 目标① 用于对课堂纪律、考场纪律、学生自习、老师教学质量监督② 用于教学观摩评定校内、外领导和其它老师能够在办公室观摩优异老师示范教学，并可将教学过程实时录制光碟或录像带，留作重播或资料保留、交流③为规范老师教学和学生学习行为，尤其是学生考试行为，教学监控网应含有此功效1.2.2 监控装置① 47个教室均配置高清楚度摄像机和云台，用以对教室全景进行监控② 每个教室配置一台（可多台）多媒体计算机，进行多媒体教学。

教室多媒体计算机安装数字化视频捕捉卡，负责采集摄像机景象和声音信号，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全部教室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，取得录像带工作量会尤其巨大，设备闲置率十分惊人③ 主控室配置15台电视机组成屏幕墙经过四画面分割方法，将47个教室图像实时显示④ 主控室配置15台计算机三台用做主监控和录象；另外12台各自对应屏幕墙一台电视机，其功效是同时接压缩四个教室图象和声音，将教室实况在屏幕墙上清楚回放，教室机传来图象可依据指令保留在对应屏幕墙监视器计算机中且保留后图像每秒不低于25帧实现含有法律效力录相证据，真正达成监控要求实现目标教室图像能在其它教室里回放③ 主控室主控计算机，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；可确保20小时连续录象④ 主控室可任意控制教室摄象机和云台动作⑤ 主控室配置一台视频服务器，可将录象节目、VCD教学、电视节目等在全部教室中经过校园网进行广播1.2.3 控制装置SH-TMCC远程多点智能云台控制器，实现对教室摄像机进行变倍、变焦、拉伸和上下左右移动1.2.4 音视频装置①29寸彩色电视机作计算机大屏幕显示器，供于教学（可选）。

②电视机接收显示各类节目源和当地微机提供视频信号（可选）下面是教学监控网示意图（一个教室）1.2.5 特点①镜头二可变控制：即可控制光圈、焦距②云台控制：该系统能够对云台上下左右转动和配套云台护罩对应保护设备进行全方位控制③视频切换：可将任一教室图象经过计算机切换至大屏 ④分布式计算机控制：系统由中心计算机和各级智能控制子站组成，经过网络组成监控网控制子站独立完成某一区域监控或实现某一控制功效，使用中只需增加控制子站和在子站上增挂监控点即可，所以监控点多少几乎没有限制且不增加系统复杂性，系统配置十分灵活，扩展性好，极易实现对较大区域监控而且某一监控子站本身设备故障不影响其它子站正常工作和系统整体可靠性⑤视窗图像控制：计算机视窗图形控制台替换传统文字控制键盘，操作人员只需鼠标点按即可控制系统多种设备，操作形象、简单，无须记忆各个烦琐功效 ⑥易使用性：系统软件在WINDOWS下实现，人机界面友好，汉字菜单，图形化标识无须记忆烦琐功效键盘，极易操作，使用人员几乎不加任何培训，即可掌握 1.3 多媒体电化教学子网多媒体电化教学网最终目标是为了提升教学质量，方便学校教方和学生双向交流，实现真正意义上数字化教学。

1.3.1 园区电化教学网①教室多媒体微机教学老师可用教室里多媒体教学微机进行计算机辅助教学，计算机图文界面显示在教室老师显示器和学生观看电视机上②各教室能够经过校园网独立播放光碟节目和运行光盘程序③教室实物投影，经过操作教室教学用变焦摄像机对教学模型、演示试验过程、图片摄像，学生可在大屏幕电视机上观看，降低工作强度、提升教学效果④教学实况转播进行集中教学，主控室能够依据需要，将指定教室教学实况向其它教室广播，这么一名老师能够对几百名学生上大课⑤录像带和光碟播放功效对于很多教学节目，多以录像带或光碟形式存放我们可在控制中心主服务机上配置对应硬件和软件，同时将节目广播到指定各个教室⑥能将主控室节目源(录像带、VCD、磁带等信息)经过电化教学网传到各教室微机中播放⑦能将电脑信号经过本室电视屏幕显示⑧能向主控室传输语音和文字图象信息，求援并适时取得主控室操作人员技术指导或直接操作⑨计算机在一定权限范围内可反向控制服务器操作1.3.2 集中式多媒体教室教学网大多数学校全部建立了这种教室，用多媒体计算机组成最初校园多媒体应用概念就是以后而来但这种教室并不能代表校园网整体概念1.4 音视频广播子网利用视频捕捉软件将有线电视、演播室图像语音信号捕捉，然后对有线电视等进行广播，此项功效突破传统模拟语音教室和一般数字语音教室功效限制，实现真正语音分组教学和交互教学。

老师能够将多种声音（如老师麦克风输入，录音机音源输入）进行广播，老师和学生对话广播，自动或手动地将学生进行动态分组①闭路电视播放利用现有有线电视网，可实现对各个教室播放不一样节目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实况向全校直播，亦可用于播发关键新闻、通知④文本交流任意教室和总控室之间能够利用专用软件进行文字交流，利于教室和总控室情况沟通⑤广播分区控制总控制室可对任意一个教室、任意多个教室、全部教室进行广播通话第2章 设计方案 2.1.1 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，永不生锈监听器选择进口高保真监听器，宽动态、无指向、高灵敏，能清楚地听到教室每个角落声音· 高清楚度彩色数字摄像机480线,0.5LUX，自动光圈，16倍二可变镜头电源①AC230V±15% 50HZ ②AC24V±10% 50HZ ③DC12V(10.5-15V)2.1.2 演播设备选型 各多媒体微机选择高配置微机，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标独立播控，总控室能够进行全校广播录相机选择SHRAP录相机，用于节目源卡座采取奇声立体声双卡座，用于节目源松下VCD影碟机，用于节目源2.2 软件及应用系统设计2.2.1 实时图像监控软件设计视频实时传输系统是现在计算机领域一个热点伴随计算机技术、网络通信和多媒体技术，尤其是视频压缩技术发展，视频远距离传输将成为计算机信息处理关键业务视频传输和通常业务不一样，数据量巨大，时延敏感性强试验表明，176 X 144YUV原始视频在10Mbps计算机局域网上传送速率是3帧/秒左右，可见未压缩资源在网上传输效果是无法容忍，很轻易将其它资源吞没，造成网络拥塞甚至瓦解由此我们充足利用计算机网络资源，采取MPEG压缩算法实现网络视频实时传输，打破了传统硬压缩、点对点结构，克服了在分散点之间使用存放/转发或由一点向其它几点次序发送方法所带来非实时性限制，实现了多点同时接收音视频功效，充足表现了多点服务所带来实时传输特点，也就是多路网络视频系统2.2.1.1 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基于TCP/IP协议多点对一点连接、一点对多点广播实时图象监控和视频广播系统,其目标是经过音频、视频等多媒体数据在多个场地间进行采集、处理和控制，并实时传送。

关键包含前端视频采集系统、视频编解码系统、网络传输控制系统和接收回放系统（以下图）前端采集视频流经过软压缩成一个信息包，经过协调控制并经过网络传输到用户机，用户接收到信息包进行软解压并实时回放，从而得到清楚流畅运动图像2.2.1.2 视频捕捉播放软件特征该软件是我们采取当今世界上最优异视频压缩算法（MPEG），经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，高清楚度24位真彩图像，384×288点阵在计算机上满屏回放，并实时保留使用该软件大大节省了硬件成本，降低了工程施工复杂度实现了在局域网上音视频传输该软件操作灵活，使用方便，运行可靠①依据人眼对亮度和色差度敏感程度，科学地利用彩色图象分量（光亮度和两个色差分量）对它们大小进行采样和量化编码，色差分量采取4:1:1（YUV411P）和384 X288象素二次采样②采取视频捕捉卡PAL制捕捉方法（25FPS），确保了帧间隔均匀（40ms/F），可用于帧间定时器，而且捕捉图象连续、清楚③根据MPEG规范标准，从算法运算时间、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内完成单帧图像实时静态压缩。

确保了每秒25帧压缩能力和压缩率④采取用户/服务器模式进行消息应答双向差错控制和流控制，使帧间图象进行均匀传输且同时，组成连续运动图象，确保了回放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物理屏障，由数据采集服务器集中控制，减轻了各站点负担，有效地提升了整个系统实时性，能很好地处理数据一致性问题⑤本系统在设计过程中，考虑要处理大量连续多媒体数据，实时地对信息进行处理和确保不一样媒体数据流之间同时是十分关键对音视频这类连续多媒体数据实时发送和接收，我们采取单帧发送，减小了回放延时；将音频、视频数据同时发送，形成音频帧/视频帧交错排列次序，实现了同时地将声音和图像在当地或异地播放 ⑥采取DriectDraw YUY2通用显示模式进行回放，支持384 X288 X24BPP 和640 X480 X24BPP（24位真彩图象）显示，支持图象拉伸，显示速度快且清楚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，并发送给请求用户机，同时发送就绪标志信息；用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“选择重传ARQ协议”)。

数据采集服务器集中控制方法采取了一个服务器进程为多个用户进程服务单进程多线程调度技术2.2.1.3 控制管理软件该软件是我们专门针对在校园网上实施多媒体教学和监控开发一套控制软件经过对Windows进行网络编程，实现了在Intranet上远程计算机控制它是我们实现校园网络监控中关键部分，经过它我们能够实现硬件电源控制和软件程序控制等①设备控制软件：选择对应监控教室，进行云台上下左右移动和摄像头变倍、变焦、微调②远程控制：经过主控服务器控制各个教室定点摄像机、动点摄像机转动、变焦及自动巡视③广播视频：将捕捉视频源计算机捕捉视频源传送到另外指定多个教室计算机和电视机上．④远程控制：经过主控计算上操作，对教室视频进行捕捉、屏幕墙计算机进行视频回放、保留、删除和全部计算机软关机⑤状态监视：在主控程序主窗口中列出目前正在捕捉视频计算机列表、目前正在播放监控视频计算机列表、目前正在保留监控视频流数据计算机列表.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。