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【摘要】随着视频监控系统技术的发展及当前校园安防需求的不断提高，由模数结合的视频监视系统已经不能满足当前的安防需求。利用现有的网络技术与流媒体技术，可实现跨校区的校园安全视频监控。系统设计可推广适用于教育系统内多校区分散办学的模式，ePON的可任意添加网络监控节点的特点为监控网络的可扩展性与可维护性提供了便利条件。
【关键词】ePON 视频监控;流媒体;IP-SAN;校园安全
引言
校园视频监控系统主要是通过对校园内的视频监控录像，根据安防控制的要求来实现对监控对象的监控、管理和控制，其主要目的是为了保障广大师生的安全防护。近年来，由于多学校的整合与提升，拥有多校区的学校逐渐增多，由此带来的跨校区视频监控系统在管理、调度上在原有基础上变得更为复杂。如何解决跨校区问题以及全数字化视频监控中的矩阵级联问题、标准化问题、视频存储问题等需要一个全新的解决问题的方案。本系统依托于已完成了数字电视整体转换工程和覆盖全市的光纤网络建设的广电网络设计，利用EPON与流媒体技术顺利实现了跨校区校园视屏监控，即发挥了网络的优势又降低了投资成本，提高校园安防管理效率。
1.广电专网特点
1.1 EPON接入技术
EPON又称以太无源光网络，它是以种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结构。拥有成本低、带宽高、扩展性强以及方便的管理等优良特性。
1.2 利用广电网络承载特点
基于广播电网的EPON可以解决大规模监控点部署问题，相对于传统的视频监控方案具有以下优势：
（1）信号质量更稳定的全光纤接入方式具有更好的保密性与高带宽，传输距离更远，覆盖面积更大。
（2）光纤呈树状监控网络拓扑分布，多级分路，系统可以灵活的增加监控点。
（3）无源网络节省供电、便于维护、可靠性高。
（4）设备专网。单独光纤，专网专用、物理隔离、安全可靠。
2.系统设计
2.1 系统设计原则
跨学区校园视频监控系统需要确保学校安全管理的全局需求。校园视频监控系统设计需要遵循以下4个原则。
（1）统一规划与标准原则。视频监控系统需要根据学校安防需求统一规划、设计与管理。系统应符合国家及相关行业的标准，统一编码与解码，统一联网与控制，在同一个标准框架下实现设计开发、资源管理与平台公用。
（2）系统的稳定性与安全性原则。校园视频监控系统需要提供7天*24小时的持续有效视频监控服务与数据存储服务。系统的稳定性与数据安全需求是视频监控系统设计的基本保障。
（3）高应用性与可扩展性原则。系统围绕校园安全需求突出应用管理，充分利用视频信息资源， 满足各种应用需求。
利用ePON网络架构特点，可以方便的增加监控节点，从而体现分散控制、统一管理的机制。
（4）良好的人机界面与易维护性原则。系统管理平台采用可视化的管理操作方式，灵活的分级管理平台可在本机或远程实现录像、监控、与其他管理功能。
2.2 系统网络总架构
本系统网络依托于现有的广播电视网络基础之上，利用以太无源光网络（EPON）在广电站机房放置一台OLT ISCOM5508，此设备可以提供灵活的组网方式，满足低密度、长距离光纤接入需求。 此专用OLT 设备提供最多6 个10GE接口可以为学校监控中心提供双向传输通道，每个OLT PON端口通过光纤无源光分路器来无源分光，其分路链接每一台ONU ISCOM5104设备光纤指出分别与不同的监测点，最后通过ONU 的FE接口连接，实现摄像头监控。每台OLT ISCOM5508可以覆盖20KM。一台OLT ISCOM5508最大支持12个PON接口和768个ONU，每个ONU可以接1到4个摄像机。在带宽需求上，由于视屏监控的图像质量的要求，必须保证至少8M的带宽，EPON的每个ONU带宽可以达到1000M，可以完全保证带宽的需求。从网络安全与控制上设计方案采用的OLT和ONU都具有强大的二层功能，可以通过ACL、VLAN、QOS、QNQ等手段对用户的视频监控业务进行控制和安全保证。
整个视频接入网的EPON传输网络可以为三级、二级、一级用户提供设备管理。三级用户可以通过OLT 设备的console口管理到OLT和远端各个ONU，也可以通过telnet方式登录管理。一、二级用户都可以通过带内的网管管理到各个机房内的OLT 设备。
ISCOM 5508 PON系统采用了Raisecom NViewNNM综合网络节点网管平台，它基于SNMP协议，可以实现拓扑管理、故障管理、告警管理、配置管理、性能管理、资源管理、用户管理、安全管理等功能。
2.3 系统前端系统设计
每个前端系统主要包括由负责拍摄监控的前端摄像机、立杆基础、室外设备箱、光网络设备与前端的配电与防雷接地系统组成。
在前端系统设计应考虑防雨抗风、防尘、防灾等环境适应性要求。此外，在设计中也要考虑监控点相关建设要求、夜间补光要求以及设备供电、接地要求等。
2.4 监控中心系统设计
监控中心系统是整个系统的核心，主要为用户提供呈现服务，通过监控系统软件对数据信息进行监看、记录、录像、回放、检索与存储等。它把前端监控点的数字信号转变为图像信号，通过网络传送给监控中心的监视墙;同时把视频资料存贮到相关设备中，通过操作主机及时地对视频资料进行监看、录像回放，一旦发现特殊情况可控制前端的云台与镜头实行声音监听、实时抓图以及联动报警。
2.4.1 监控中心系统的组成及功能
监控中心由中心管理服务器、收集信号的存储器、监控PC机以及显示视频电视墙组成。通过监控中心管理平台工作人员可以控制电视墙的显示以及实现对前端设备的PTZ控制。 监控中心主要设备功能：
（1）流媒体服务器：支持监控客户端连接，信息流的转发;
（2）录像服务器：可以同时对32 路高清码流进行录像;
（3）视频工作站：可以同时支持16路画面选择监控;
（4）虚拟矩阵：同时支持多路电视墙;
（5）监控PC机：运维数据、采集软件;
（6）其它设备。
2.4.2 监控中心系统软件平台建设
（1）流媒体转发设计
校园监控中心流媒体转发服务器主要实现音视频信号及控制信号的传输与控制。它全面先进的转发功能支持大容量的客户并发访问;能充分满足学校安防监控系统跨校区、高品质的数据需求。它本身并不存储视频数据，只是对下级机构的视频图像进行转发处理，响应后端大容量的并发访问。当数据通过流媒体进行转发，用户访问视频图像时，流媒体转发服务器首先建立与前端硬盘录像机的连接，接着向后端客户端提供视频数据呈现。
本项目流媒体综合应用软件是一个大型的视音频流管理、转发和应用的信息管理软件。它支持5000路以上图像的接入、管理。流媒体综合应用软件作为本系统的核心支撑部分之一，主要实现视频流分发、视频网关和流媒体路由三个方面的应用。
系统设计在一级中心和大的二级中心分别部署流媒体服务器，流媒体服务器 之间可实现多级级联。一级中心用户调看图像时不必连接远端二级中心的流媒体 服务器，而是就近访问一级中心的流媒体服务器，由该服务器访问二级中心的流 媒体服务器，从而节省一级中心到二级中心主干网络的带宽。
系统内部署的流媒体服务器应支持平滑扩容，当一个流媒体服务器不能满足 用户的应用需要时，可加装新的服务器，与原有的服务器并行工作，实现平滑扩容。 支持单播和组播，可根据应用需求灵活设定。
同时，流媒体综合应用系统应满足高冗余性要求：在一台流媒体服务器发生 故障时，可通过中心管理服务器，将原先发给它的视频流改为转发至其它的流媒体服务器，在线接管，保障系统的稳定运行。
2.4.3 监控平台的管理功能
系统监控平台主要实现以下方面的管理功能。
（1）对前段摄像机的管理。由前端摄像机采集图像后传送回音视频监控服务器，通过操作实现全方位的画面监看。
（2）对监视墙的管理
采用46″平面直角的彩色显示器组成数字监视墙，直连音视频监控服务器，全数字显示，并支持对任意一个或多个监控点视频的抓拍、录像、存储、检索等功能。
（3）对录像存储设备的管理
工作人员可以实现对视频数据的实时录制监控图像与存储管理。多种录制存储方式与自动硬盘空间检测报警功能并可轻松实现无人值守自动录像。
（4）对权限的管理
监控平台实现了对不同用户的权限设置与验证。并可针对不同的操作设定用户。并且，在不同的联网区域经过授权各级领导可通过WEB 浏览方式或客户端监控软件对任一监控点的情况进行实时监控，体现了管理安全与操作灵活的特性。
（5）对带宽的管理
系统平台可以根据网络带宽实施情况调整输出码流，并可通过前端摄像机的降帧增帧功能调整画质保障用户获得高图像质量需求的同时输出匹配的带宽。
2.5 存储系统的设计
监控系统系统的存储采用IP-SAN的存储架构设计，能充分保证数据存储的安全性与可靠性。由于校园安防视频监控系统需要确保图像数据的连续性和完整性，所以每一路视频图像存储时间不小于24小时*30天。因此工作人员可以自己定制录像策略，调整视频分辨率、减轻硬盘与系统的负荷。
2.6 机房建设与人员培训
监控中心机房建设主要包括了网络中心机房、系统监控中心及工作指挥区。 网络中心机房的建设不仅要考虑到设备、材料与技术工艺更要考虑设备环境适应性需求与突发性事件如抗震、抗干扰、防雷电等需求。
人员培训是系统管理不可或缺的一个环节。系统管理的质量主要体现在技术人员的操作上，因此相关技术人员需要了解监控流程及理论知识，熟悉各部分设备性能情况、学习管理软件使用方法，并对系统进行日常维护。
3.结束语
在构建“和谐校园”的核心思想指导下，学校利用现有的有线电视数字化网络为基础，以 “有线电视双向视频监控网络”核心技术为支撑，设计开发校园安全视频监控系统，为学校安全防范提供一个有力可靠的保障。利用ePON技术特别适合于学校多校区分散办学的模式，每个监控摄像头一个IP，接入广电网内，可以实现任意汇聚、分发图像或在任意一点都可以接收图像。
参考文献
[1]蒋卫星.视频监控开发平台的设计与实现[D].浙江：浙江大学，2008.
[2]崔燕明，刘孝先，马超，陈建宁.电网视频监控系统及接口技术标准[J].电力系统自动化，2010，10.
[3]李立仁，李少军，刘忠领.智能视频监控技术综述[J].中国安防，2009，10.
[4]骆云志，刘治红.视频监控技术发展综述[J].兵工自动化，2009，01.
[5]孔晓东.智能视频监控技术研究[D].上海：上海交通大学，2008：10-20.
[6]张毅，许薛超，吕峰.基于广电EPON网络的平安城市构建方案[J].中国有线电视，2014，02.
【关键词】ePON 视频监控;流媒体;IP-SAN;校园安全
引言
校园视频监控系统主要是通过对校园内的视频监控录像，根据安防控制的要求来实现对监控对象的监控、管理和控制，其主要目的是为了保障广大师生的安全防护。近年来，由于多学校的整合与提升，拥有多校区的学校逐渐增多，由此带来的跨校区视频监控系统在管理、调度上在原有基础上变得更为复杂。如何解决跨校区问题以及全数字化视频监控中的矩阵级联问题、标准化问题、视频存储问题等需要一个全新的解决问题的方案。本系统依托于已完成了数字电视整体转换工程和覆盖全市的光纤网络建设的广电网络设计，利用EPON与流媒体技术顺利实现了跨校区校园视屏监控，即发挥了网络的优势又降低了投资成本，提高校园安防管理效率。
1.广电专网特点
1.1 EPON接入技术
EPON又称以太无源光网络，它是以种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结构。拥有成本低、带宽高、扩展性强以及方便的管理等优良特性。
1.2 利用广电网络承载特点
基于广播电网的EPON可以解决大规模监控点部署问题，相对于传统的视频监控方案具有以下优势：
（1）信号质量更稳定的全光纤接入方式具有更好的保密性与高带宽，传输距离更远，覆盖面积更大。
（2）光纤呈树状监控网络拓扑分布，多级分路，系统可以灵活的增加监控点。
（3）无源网络节省供电、便于维护、可靠性高。
（4）设备专网。单独光纤，专网专用、物理隔离、安全可靠。
2.系统设计
2.1 系统设计原则
跨学区校园视频监控系统需要确保学校安全管理的全局需求。校园视频监控系统设计需要遵循以下4个原则。
（1）统一规划与标准原则。视频监控系统需要根据学校安防需求统一规划、设计与管理。系统应符合国家及相关行业的标准，统一编码与解码，统一联网与控制，在同一个标准框架下实现设计开发、资源管理与平台公用。
（2）系统的稳定性与安全性原则。校园视频监控系统需要提供7天*24小时的持续有效视频监控服务与数据存储服务。系统的稳定性与数据安全需求是视频监控系统设计的基本保障。
（3）高应用性与可扩展性原则。系统围绕校园安全需求突出应用管理，充分利用视频信息资源， 满足各种应用需求。
利用ePON网络架构特点，可以方便的增加监控节点，从而体现分散控制、统一管理的机制。
（4）良好的人机界面与易维护性原则。系统管理平台采用可视化的管理操作方式，灵活的分级管理平台可在本机或远程实现录像、监控、与其他管理功能。
2.2 系统网络总架构
本系统网络依托于现有的广播电视网络基础之上，利用以太无源光网络（EPON）在广电站机房放置一台OLT ISCOM5508，此设备可以提供灵活的组网方式，满足低密度、长距离光纤接入需求。 此专用OLT 设备提供最多6 个10GE接口可以为学校监控中心提供双向传输通道，每个OLT PON端口通过光纤无源光分路器来无源分光，其分路链接每一台ONU ISCOM5104设备光纤指出分别与不同的监测点，最后通过ONU 的FE接口连接，实现摄像头监控。每台OLT ISCOM5508可以覆盖20KM。一台OLT ISCOM5508最大支持12个PON接口和768个ONU，每个ONU可以接1到4个摄像机。在带宽需求上，由于视屏监控的图像质量的要求，必须保证至少8M的带宽，EPON的每个ONU带宽可以达到1000M，可以完全保证带宽的需求。从网络安全与控制上设计方案采用的OLT和ONU都具有强大的二层功能，可以通过ACL、VLAN、QOS、QNQ等手段对用户的视频监控业务进行控制和安全保证。
整个视频接入网的EPON传输网络可以为三级、二级、一级用户提供设备管理。三级用户可以通过OLT 设备的console口管理到OLT和远端各个ONU，也可以通过telnet方式登录管理。一、二级用户都可以通过带内的网管管理到各个机房内的OLT 设备。
ISCOM 5508 PON系统采用了Raisecom NViewNNM综合网络节点网管平台，它基于SNMP协议，可以实现拓扑管理、故障管理、告警管理、配置管理、性能管理、资源管理、用户管理、安全管理等功能。
2.3 系统前端系统设计
每个前端系统主要包括由负责拍摄监控的前端摄像机、立杆基础、室外设备箱、光网络设备与前端的配电与防雷接地系统组成。
在前端系统设计应考虑防雨抗风、防尘、防灾等环境适应性要求。此外，在设计中也要考虑监控点相关建设要求、夜间补光要求以及设备供电、接地要求等。
2.4 监控中心系统设计
监控中心系统是整个系统的核心，主要为用户提供呈现服务，通过监控系统软件对数据信息进行监看、记录、录像、回放、检索与存储等。它把前端监控点的数字信号转变为图像信号，通过网络传送给监控中心的监视墙;同时把视频资料存贮到相关设备中，通过操作主机及时地对视频资料进行监看、录像回放，一旦发现特殊情况可控制前端的云台与镜头实行声音监听、实时抓图以及联动报警。
2.4.1 监控中心系统的组成及功能
监控中心由中心管理服务器、收集信号的存储器、监控PC机以及显示视频电视墙组成。通过监控中心管理平台工作人员可以控制电视墙的显示以及实现对前端设备的PTZ控制。 监控中心主要设备功能：
（1）流媒体服务器：支持监控客户端连接，信息流的转发;
（2）录像服务器：可以同时对32 路高清码流进行录像;
（3）视频工作站：可以同时支持16路画面选择监控;
（4）虚拟矩阵：同时支持多路电视墙;
（5）监控PC机：运维数据、采集软件;
（6）其它设备。
2.4.2 监控中心系统软件平台建设
（1）流媒体转发设计
校园监控中心流媒体转发服务器主要实现音视频信号及控制信号的传输与控制。它全面先进的转发功能支持大容量的客户并发访问;能充分满足学校安防监控系统跨校区、高品质的数据需求。它本身并不存储视频数据，只是对下级机构的视频图像进行转发处理，响应后端大容量的并发访问。当数据通过流媒体进行转发，用户访问视频图像时，流媒体转发服务器首先建立与前端硬盘录像机的连接，接着向后端客户端提供视频数据呈现。
本项目流媒体综合应用软件是一个大型的视音频流管理、转发和应用的信息管理软件。它支持5000路以上图像的接入、管理。流媒体综合应用软件作为本系统的核心支撑部分之一，主要实现视频流分发、视频网关和流媒体路由三个方面的应用。
系统设计在一级中心和大的二级中心分别部署流媒体服务器，流媒体服务器 之间可实现多级级联。一级中心用户调看图像时不必连接远端二级中心的流媒体 服务器，而是就近访问一级中心的流媒体服务器，由该服务器访问二级中心的流 媒体服务器，从而节省一级中心到二级中心主干网络的带宽。
系统内部署的流媒体服务器应支持平滑扩容，当一个流媒体服务器不能满足 用户的应用需要时，可加装新的服务器，与原有的服务器并行工作，实现平滑扩容。 支持单播和组播，可根据应用需求灵活设定。
同时，流媒体综合应用系统应满足高冗余性要求：在一台流媒体服务器发生 故障时，可通过中心管理服务器，将原先发给它的视频流改为转发至其它的流媒体服务器，在线接管，保障系统的稳定运行。
2.4.3 监控平台的管理功能
系统监控平台主要实现以下方面的管理功能。
（1）对前段摄像机的管理。由前端摄像机采集图像后传送回音视频监控服务器，通过操作实现全方位的画面监看。
（2）对监视墙的管理
采用46″平面直角的彩色显示器组成数字监视墙，直连音视频监控服务器，全数字显示，并支持对任意一个或多个监控点视频的抓拍、录像、存储、检索等功能。
（3）对录像存储设备的管理
工作人员可以实现对视频数据的实时录制监控图像与存储管理。多种录制存储方式与自动硬盘空间检测报警功能并可轻松实现无人值守自动录像。
（4）对权限的管理
监控平台实现了对不同用户的权限设置与验证。并可针对不同的操作设定用户。并且，在不同的联网区域经过授权各级领导可通过WEB 浏览方式或客户端监控软件对任一监控点的情况进行实时监控，体现了管理安全与操作灵活的特性。
（5）对带宽的管理
系统平台可以根据网络带宽实施情况调整输出码流，并可通过前端摄像机的降帧增帧功能调整画质保障用户获得高图像质量需求的同时输出匹配的带宽。
2.5 存储系统的设计
监控系统系统的存储采用IP-SAN的存储架构设计，能充分保证数据存储的安全性与可靠性。由于校园安防视频监控系统需要确保图像数据的连续性和完整性，所以每一路视频图像存储时间不小于24小时*30天。因此工作人员可以自己定制录像策略，调整视频分辨率、减轻硬盘与系统的负荷。
2.6 机房建设与人员培训
监控中心机房建设主要包括了网络中心机房、系统监控中心及工作指挥区。 网络中心机房的建设不仅要考虑到设备、材料与技术工艺更要考虑设备环境适应性需求与突发性事件如抗震、抗干扰、防雷电等需求。
人员培训是系统管理不可或缺的一个环节。系统管理的质量主要体现在技术人员的操作上，因此相关技术人员需要了解监控流程及理论知识，熟悉各部分设备性能情况、学习管理软件使用方法，并对系统进行日常维护。
3.结束语
在构建“和谐校园”的核心思想指导下，学校利用现有的有线电视数字化网络为基础，以 “有线电视双向视频监控网络”核心技术为支撑，设计开发校园安全视频监控系统，为学校安全防范提供一个有力可靠的保障。利用ePON技术特别适合于学校多校区分散办学的模式，每个监控摄像头一个IP，接入广电网内，可以实现任意汇聚、分发图像或在任意一点都可以接收图像。
参考文献
[1]蒋卫星.视频监控开发平台的设计与实现[D].浙江：浙江大学，2008.
[2]崔燕明，刘孝先，马超，陈建宁.电网视频监控系统及接口技术标准[J].电力系统自动化，2010，10.
[3]李立仁，李少军，刘忠领.智能视频监控技术综述[J].中国安防，2009，10.
[4]骆云志，刘治红.视频监控技术发展综述[J].兵工自动化，2009，01.
[5]孔晓东.智能视频监控技术研究[D].上海：上海交通大学，2008：10-20.
[6]张毅，许薛超，吕峰.基于广电EPON网络的平安城市构建方案[J].中国有线电视，2014，02.