利用ＩＰ攝像機構建數字化多媒體教學系統

摘 要傳統的多媒體閉路教學系統傳輸的是模擬信號，需要鋪設專門的線路，投資高，并且容易出故障。IP攝像機是一種新興的網絡視頻設備，可以在互聯網及局域網上作即時視訊或連續傳輸，現在已經廣泛應用于安防行業。本文是討論怎樣把它應用于教育，結合VOD系統，方便快捷地構建數字化多媒體教學系統。

關鍵字 IP攝像機；多媒體教學系統；安防；數字化；VOD

中圖分類號：G434文獻標識碼：A文章編號：1671-489X（2007）10－0073-03

Construct Digital Multimedia Instructional System with IP Cameras//Jin Tianze

Abstract Traditional closed-circuit television system used analog signals， they are transmitted by special circuitry， with high investment and easy to malfunctions. IP camera is a new device of web video， it can be used to instantaneous video and continuous output in Internet and LAN， which has been fully used in secure industry. This topic discusses how to use the IP camera in education area and integrate VOD system to construct digital multimedia instructional system.

Key words IP camera; multimedia instructional system; secure digital; VOD

Author’s address Guangdong University of Technology， Guangzhou 510520

1 IP網絡攝像機簡介

IP網絡攝像機是內置有IP服務器，可以在互聯網及區域網絡上作即時視訊或連續傳輸的攝像機，與普通攝像機相比，IP網絡攝像機內建Web server和CCD，從功能上說，它在內部增加了對模擬視頻進行數字化處理的芯片，可以將數字化的視頻信號轉換成符合網絡傳輸協議（如TCP/IP協議）的數據流，送到網上傳輸，遠端的瀏覽者不需要任何專業軟件，只要標準的網絡瀏覽器監視其影像。每一個IP網絡攝像機都有自己的IP網址、數據處理功能和內置的應用軟件，可擔當網絡服務器、ftp服務器、ftp用戶端和郵箱用戶端，許多高級的IP網絡攝像機還包括其特殊功能，比如移動探測、警報訊號輸入/輸出設備和郵件支持功能。

表1是瑞典的網絡視頻公司AXIS今年推出的AXIS 250S IP攝像機的參數，了解一下IP攝像機的主要軟硬件組成及能實現的功能。

使用IP網絡攝像機可以在現有的以太網上傳輸視頻和音頻，在制定IP地址后，也可以在網絡上任何一個位置通過瀏覽器在本地或遠程網絡上調閱圖像，多個用戶可以同時調閱同一圖像。從表格中可以看出，圖像傳輸速度可以達到每秒25幀，圖像分辨率最高可達720×576，可以和DVD相媲美，調閱的圖像既可以顯示在電腦屏幕上，也可以顯示在常規監視器上。

IP網絡攝像機的IP地址及圖像的各種參數均可以預先設置好，這樣在現場安裝時可以做到即插即用。IP網絡攝像機由于能將雙向音頻以多播放方式傳輸，帶有lvp-p雙向音頻接口，故可以實現對進功能，采用的是G.711或C.728壓縮。攝像機內置的低速數據傳輸格式，支持RS232、RS422、RS485接口，傳輸速率為1 299 bps—115.2 kbps，可以用來控制云臺和鏡頭。IP網絡攝像機還可以直接連接多路報警輸入和多路報警輸出。

IP網絡攝像機內置有Web服務器，從而可以在任何TCP/IP網絡環境下即插即用。安全性有口令保護和IP地址保護，從軟件上而言，配置和組態可以用以太網口，快閃存儲器允許通過TCP/IP網絡升級到新版本軟件。

2 IP 網絡攝像機在教育領域中的應用

鑒于IP攝像機的種種優勢，對其在教育領域的應用，筆者參考了一些傳統的閉路電視系統，結合計算機網絡，IP攝像機和VOD系統，構建了數字化多媒體教學系統的框圖（圖1）。

2.1 系統組成

（1）教室。需要2個IP地址：一臺連接IP攝像機，記錄視頻信號；另外一個IP地址連接普通的計算機，再用投影把信號放到大屏幕上，可以實現普通的多媒體教學，還可以進行視頻點播，以管理員的權限登陸也能控制IP攝像機。

（2）VOD服務器。實現視頻點播功能，還可以存儲IP攝像機傳送來的信號。

（3）計算機（網絡中的任一臺計算機）。根據不同的登陸權限，可以控制IP攝像機，監控各個地方，把錄制的視頻信號存儲到VOD服務器中，以供點播，還可以通過控制進行教學直播。

（4）如果IP攝像機擁有固定的IP地址，就可以實現遠程實時監控。

2.2 數字化多媒體教學系統的技術特點

（1）技術先進：依托局域網和互聯網，現在校園局域網大多數采用千兆光纖；另外，采用VOD系統和IP攝像機結合。

（2）功能完善：使用最新的IP攝像機，可以實現多路節目的直播和錄制，并存放到VOD服務器上，可以實現視頻的搜索。

（3）易于使用：該系統采用的是數字化的設計思想，操作簡單，使用方便。

（4）運行穩定：VOD是一套很成熟的技術，運行穩定且管理和維護方便簡潔；IP攝像機技術在安防領域已經得到了廣泛的使用，技術已經很成熟。

2.3 數字化多媒體教學系統在教學中的應用

（1）記錄教師授課情況：擁有管理員權限的人可以通過計算機查看教師授課情況，也可以通過控制軟件將采集的視頻信號保存到VOD視頻服務器上，以便以后分析教師講課的不足，提高教師的講課能力，相當于實現了傳統微格實驗室的功能；各個班級可以自己觀看優秀教師的講課錄像。

（2）實時公開課功能：可以將任意一路視音頻信號切換到VOD系統上，這樣其他教室的師生就可以通過計算機和投影屏幕進行實時的收看，實現教學資源共享及其最大限度的利用；可以在教學過程中實現對講、廣播功能，與教室內的老師或同學進行講話，指導教學中的問題，提醒學生注意聽課，非常方便快捷；提供分組廣播的功能，可以對任意幾個教室同時講話。

（3）組建校園電視臺，通過VOD系統完成校園電視節目對各個聯網計算機的直播和轉播。

（4）監視、監聽教室情況：擁有管理員權限的人可通過計算機或監視器對教室內的教學情況、自習情況進行實時觀看、監聽，或者在考試中實現電子監考；也可以在家里或外地通過互聯網和IP攝像機互聯，實時對學校的情況進行監視。

2.4 與傳統閉路電視雙向交互系統相比的優點

通過IP 網絡攝像機構建的數字化多媒體教學系統與傳統閉路電視雙向交互系統相比有很多優勢，主要集中在以下幾個方面：

（1）節省費用：傳統閉路電視雙向交互系統解決方案通常都需要復雜的系統，涉及到PC、附加軟件和硬件、工作站，有時還有視頻電纜系統；數字化多媒體教學系統不需要那些不必要的設備和安裝投入，IP網絡攝像機可以直接插到現有的數據網絡中通過以太網得以應用；現在大多數學校都有先進的局域網，省去了閉路電視，大幅減少線材及人力費用；同時，IP 網絡攝像機可以在PC上獨立作業，圖像可用標準網絡瀏覽器讀取，降低了成本。

（2）安裝方便：IP網絡攝像機具備了所有需要用來建立遠程監控系統的構件；內置Web server功能，只需要接入以太網，分配一個地址，就可以通過網絡直接實現遠端監控、攝像，并隨時用瀏覽器觀察傳輸過來的圖像；基于Web 的管理工具包括一些用戶使用向導，可令用戶快速按照需要進行應用設計，可多人同時監控多個點，可使用光纖遠距離傳輸圖像。

（3）系統性能高：畫面設置靈活，可依應用環境不同及用戶喜好自行設定畫面的大小、解析度以及監控的地點，達到多點網絡監控的目的；最高能夠在網絡上以每秒25幀的速度傳送高質量的動態圖像，圖像分辨率最高可達720×576，達到DVD的分辨率，并支持多用戶同時訪問此視頻服務器。

（4）在網絡中使用和靈活集成：IP網絡攝像機基于全球業界標準，可以與各種類型的以太網設備無縫連接，本系統就是IP攝像機和VOD系統的集成。

2.5 需要進一步完成的工作

現在IP攝像機主要應用于安防行業，開發的軟件也是針對安防行業的，如果想實現以上多媒體教學系統的功能，必須開發出相應的軟件，達到與學校原有的VOD系統無縫整合，更方便快捷地使用。需要開發的軟件要實現以下功能：

（1）視頻記錄和上傳功能：能控制某一個IP攝像機，并把錄制內容按一定的分類存放到VOD視頻服務器上，以便其他用戶進行搜索、查詢和觀看，并且也能夠實時觀看，實現直播功能。

（2）管理：不同權限的用戶有不同的功能，管理員可以監控每一個IP攝像機所能觀測的教師、重點區域，并能遠程控制云臺和鏡頭，以便觀測到詳細的信息；普通用戶只能查看VOD視頻服務器上的信息，或者接收直播信號。

（3）便捷使用：軟件基于B/S，只需要通過瀏覽器，局域網和因特網的每一臺計算機都可以以不同權限登陸，進行管理或查看。

3 總結

隨著教育信息化的發展，現在無論是高校還是中小學，都建立了比較先進的局域網，主干是千兆光纖，桌面是百兆，能夠很好地傳輸大量的視頻信號。利用IP攝像機構建數字化多媒體教學系統很容易，可以更大發揮網絡的作用。