视频监控系统在教学管理中的应用价值体现

　1 概述
　　在现代教育环境中，多媒体教室多安装有视频监控系统。这一系统运用前端监控设备、网络传输技术以及数据存储技术，实时显示视野内区域的图像，实现多媒体教学设备在使用过程中的视频管理与信息记录。
　　视频监控系统的发展经历了模拟视频监控系统、模拟数字相结合视频监控系统以及全网络数字化监控系统三个阶段[1]，前两种监控技术已逐步被第三种所取代。同时，高清智能化网络监控技术也在飞速发展，在日常工作中取得不俗成绩，大大提升了监控系统的整体实力。
　　2 数字化网络监控系统在教育教学中的应用
　　初期视频监控系统的应用 2006年，北京工业大学开始建设第三教学楼多媒体教室，经过前期调察研究，决定安装视频监控系统用于多媒体设备的日常管理和维护。当期选用的是以硬盘录像机为主要存储设备的第二代数模结合视频监控系统。硬盘录像机（DVR，Digital Video Recorder）将采集的模拟信号进行抽样、量化和编码处理，生成数字信号存储于计算机硬盘[2]，改善了视频信息的处理与保存能力。但由于模拟摄像机传输的信号仍为模拟信号，只能通过同轴电缆以模拟方式传输，因而在传输距离和空间布设上都有一定的限制。
　　数字化网络监控系统的应用 2008年，北京工业大学第一、第二教学楼多媒体教室实施升级改造工程，建设方案选用全数字化的网络视频监控系统。这套系统以TCP/IP网络传输协议为基础，用户可以通过网络上任意一台装有监控系统客户端的计算机来监看和管理所辖区域内的视频信息，提高了管理的灵活性；数字化视频信号通过交换机在网络内传输，避免了模拟信号的线性衰减，提升了图像的稳定性和品质；而经过压缩处理的视频数据也可便捷存储和调用，提高了存储设备的管理效率。
　　如图1所示，数字视频监控系统由摄像机、数字视频编码器（DVS，Digital Video Server）、录像服务器、监控主机及监控软件、画面分割器以及电视墙组成。其中摄像机将拍摄图像传输到DVS中，由DVS进行编码处理，并通过网络传送回主控中心。管理人员则可通过监控软件实现监控视频的实时切换和对监控设备的远程控制，如发出指令，操作云台转动，改变摄像机的拍摄角度；或调节摄像机焦距，放大或缩小监控画面，同时安置在机房内的录像服务器对传送回的视频数据实时存储于硬盘上。一间教室即一路信号源，每路信号每50分钟生成一个200 MB左右大小的avi格式文件。每天从早6：30—22：00不间断录像，一天生成20个文件，共计3.9 GB，第一、第二教学楼共有多媒体教室106间，所有监控一天产生的文件约为414 GB。数据存储使用的是DAS型存储方式，存储设备直接连接在服务器的内部总线上。由于服务器可插拔硬盘数量有限，这些视频文件被分别保存在三台服务器的硬盘中。而这三台服务器从2008年起不间断工作，已出现硬盘故障，且由于该型号硬盘已停产，无法使用新型号硬盘替换，使得服务器存储空间不断减少，已经导致录像保存时间减少为一周左右。
　　视频监控系统还可将视频信号通过画面分割器显示到电视墙上，实时显示全景监控画面，便于管理人员同时查看所有教室，在多媒体设备管理中发挥了优势作用。如多媒体设备管理员每天上课前集中在中控室里，同时查看所有一教、二教的上课情况，及时发现教师在使用多媒体设备过程中出现的问题，通过远程控制操作或通过教室内安装的IP电话，协助教师解决设备使用问题；如果设备硬件出现故障或损毁，无法现场更换配件，还可直接在监控画面上寻找空余教室，将课堂转移过去，保障了教学的顺利运行。当进行学期统一设备检修时，发布远程指令使教室内所有设备全部打开后，先从电视墙上仔细查看，确定哪间教室出现问题，再对症下药，消除故障隐患。
　　如图2所示，中控室中共装有12台55寸液晶电视显示屏，机房内的12台画面分割器将教室108路信号源分为12组，每组9路，分别显示在这12台电视上，实现教室的全体监看。液晶电视显示屏上显示的画面还可以根据监控需求进行更改，如可使画面分别显示1路信号、4路信号、9路信号或16路信号，每路信号既可选取同样教室，又可选取不同的教室，灵活多变，操控简单。
　　校长副控技术的应用 当实时监控技术运在多媒体设备管理中逐渐显示出一定的优势后，监控系统又衍生出一个新的管理功能——校长副控，如图3所示。校长副控是一套安装在学校领导办公室计算机上的监控系统客户端软件，通过该软件，学校领导可以在办公室内随时查看教室内教师授课情况和学生听讲情况，时间久了便可掌握大量的教学实况。经过一定的分析总结，可得出一定的教学客观规律和教学活动特点，充分研究和发展好的教学经验，建立有针对性的教学质量管理与评估体系，可进一步引领和促进广大师生共同建立一个良好的教学环境[3]。
　　3 高清数字化考试监控系统的应用
　　为了推进信息化考试进程，构造一个严谨公平的考试环境，2012年12月，北京工业大学在第一教学楼内安装了一套高清数字化考试系统。如图4所示，这套系统采用高清视频一体化监控机、转发服务器、网络存储、监控工作站及控制软件。一体化监控机将高清摄像机、DVS、拾音器等设备集成在一起，采用百万像素级别的CCD传感器，视频图像分辨率高；在教室内顶角附近安装，以广角定焦方式拍摄考场内情况。高清摄像机中控室内工作站通过浏览、录制等操作控制考试系统运行，而电视墙上的大屏幕则实时播放考场情况。由于视频浏览和网络存储均采用高清模式，数据传输采用专用网络，以保证稳定性和安全性。监控视频采用MP4格式进行文件保存，一路视频信号的数据码流为2 Mbps，一个小时的数据总量为：2 Mbps÷8×3600 s/h÷1024=0.91 GB。如果启用所有教室作为考场，一场三个小时的考试将产生近300 G的文件。如图5所示，面对庞大的视频数据，考试系统采用NAS（Network Attached Storage）网络附属存储模式来存储和管理数据。这种存储模式将存储设备与服务器分离，将存储设备直接连接在网络上；以数据为中心，将分布独立的大型数据集中管理；支持多种协议和多种操作系统，可在任意一台工作站采用IE或Netscape浏览器直接操作和管理[4]。
　　本套系统自安装使用至今，已多次应用于校内外各类考试中，在作弊、违反考场纪律等情况出现时，提 供了有力佐证。同时，北京考试院还通过流媒体转发服务器，远程监看整个考试过程，随时掌握考场内情况，充分发挥了远程电子巡查指挥中心的作用，增强了远程巡查力度。
　　流媒体转发服务器可将监控信息共享给大量用户，当他们同时访问同一视频源时，服务器与视频编码设备建立单路连接，将图像分发给请求服务的设备，既消除了因上传带宽不足导致的网络阻塞，又避免了视频编码设备的无法访问现象，提高了网络资源利用率，保障了监控系统的正常运行，并使客户可以获得较为流畅的视频数据源[5]。
　　4 结束语
　　总体来说，监控系统能够在事发或者事后提供有效帮助，但并不能提前预知或干预事态的发生与发展。建立多媒体教学监控系统的初衷是为了更好地服务教学，完善学校的教学环境。而随着大数据时代的到来，监控系统所采集和存储的数据经过认真挖掘，也许会挖掘出更多对于教育教学管理有用的决策支持信息，从而协助教育管理者制定出更好的教育教学计划，更健全的教学管理规章制度，以及完善的教师教学评估体系。  
　　参考文献
　　[1]邓泽国.安防视频监控实训教程[M].北京：电子工业出版社，2013：3-6.
　　[2]田振华.视频监控发展与趋势[J].中国公共安全，
　　2013（19）：108-109.
　　[3]校长做好教学管理工作三要则[EB/OL].http：//jzlhx_lzl/blog/static/11695540720126254534241.
　　[4]黄河，汪光阳，大规模视频监控系统中存储系统的研究[J].信息通信，2013（4）：29-30.
　　[5]姜琴，王林，马勇.基于P2P技术的流媒体转发服务器的设计与实现[J].计算机系统应用，2008（4）：90-92.