电子监考高清监控解决方案

　第一章 概 述

　　随着我国教育改革的不断深入，电子技术与计算机网络技术的不断发展，必然要发展以电子监考为主，人工监考为辅的新型监考方式。现代化网络电子监考方式与传统监考方式相比较，具有真实、公平、公正、实时录像备份、事后快速查询、无人为因素干扰等优点，是社会公平竞争的必然趋势，是国家教育发展的必然要求。

监控和即时录像，能有效的防范考生作弊行为的发生。同时，实施考场电子监考又是依法治考的需要。电子监考通过全程录像，对查处考试舞弊提供了有力的证据，能更有效的打击违纪舞弊行为，更好的维护国家教育统一考试的严肃性、权威性和公平性。此外，建立电子监考系统还是加快建设全国统一考试规范化考点和规范化考场的重要保障。电子监考的实施必将为招生工作创造更加公平、公正的竞争环境，有力的推动考试管理的现代化进程。

监控系统

监控系统是一种以LAN/WAN为现场总线构成的具有高质量的,动态图像实时监控功能的网络视频监控系统,它是大型的,分散的地理区域监控系统的最佳选择。它基于传统模拟监控系统(采用矩阵/画面分割器/长延时录像机等很多种设备构成的,记录和检索均为模拟信号的第一代监控系统)和数字硬盘录像监控系统(记录和检索的是数字信号,仅具有简单的点对点联网功能的第二代监控系统)后最新发展的第三代监控系统。网络监控系统运用最新的数字视频技术,现场总线技术,网络通信技术建立的一套软硬件相结合、崭新的、完整的安防系统,优化了内部结构,减少了不必要的环节,提高整体性能和反应速度,满足新技术不断发展的需要,并能向用户提供全面的增值服务。

　　网络监控系统的稳定性

　　网络监控系统不像前二代监控系统,生产厂家的规模相对较小,没有一个统一的国际标准,产品样式繁多,不具备大规模的监测和应用条件,产品稳定很难保证,而且一旦某个部件发生损坏,就需要整机进行更换,所以说网络监控系统的主体是计算机,它的国际化认证必保证其坚固的稳定性和高的可靠性!

　　网络监控系统的强大组网功能

　　全数字化网络监控系统以网络为平台,采用全新的设计理念,集成当今最先进的网络技术,计算机技术以及数字处理技术。全数字化网络监控系统以IP地址来识别所有的监控设备,采用TCP/IP协议来进行图像,声音和数据,真正实现了远程网络监控系统。

　　1、布线区域广：

　　没有线缆长度和信号衰减的限制,因为网络是没有距离概念的,由于全数字网络化监控系统采用网络来传输,对远端的控制和数据传输,彻底的抛弃了地域的概念。

　　2、可扩展能力：

　　因所有的设备都以IP地址进行识别,增加设备只是意味着IP地址的扩充,同时由于控制中心需要同时观察的摄像机图像有限,这就意味着在无需扩充网络带宽的条件下可以任意无缝扩展系统设备。

　　3、庞大的网络监控：

　　由模拟到数字的转换,采用统一的协议在网上传输,系统具有很强的兼容性,接入方式灵活,能够充分满足任何特殊、复杂的要求。

　　第二章 需求分析

　　2.1基本需求描述

　　(一)电子监考系统具体功能要求：

　　1、实时监视监听功能

　　① 总控室能同时监视所有考室的全部实时实地情况(画面延迟不大于200毫秒)，能切换任一考室的声图信息到主画面，能任意手动锁定到每一考生的细节情况。

　　② 声图信号稳定、准确、清晰、同步，监视墙上单一考室可视画面的对角线长不短于12.5英寸(即25英寸彩电的1/4画面大小)，主监视画面的对角线长度不短于34英寸。

　　③ 主监视画面可自主设定的时间间隔，自动轮换显示各考室声图信息。

　　④ 监控过程中，未手动锁定的考室，摄像机不能始终停留在某一位置，应不停地扫描。

　　2、实时强大的抓拍、同步录音、录像功能

　　① 能进行多通道实时同步录像(即所有考室的音频和视频进行实时同步录像)，应用先进的压缩技术，节省硬盘存储空间，处理后的彩色图像分辨率不低于352×288像素，单路同步图象帧频为25(PAL)。

　　② 具有完善、编制方便的录像策略，可实现定时自动录象、分时自动录象、手动录象、定时关闭录象等，内容可添加摄录时间、摄像机信息及一定的文字信息(如考场号等)。

　　③ 具有灵活的录像回放控制方式，可快放、慢放、倒放、暂停，具有灵活的实时单幅截图功能，文件快速索检功能，即资料可按照文件、日期、时间、考场等进行索检。

　　④ 录像信息文件的存储格式要采用通用播放软件都能播放文件格式，若文件格式为特定的，应免费提供相关软件。

　　⑤ 录像信息文件用独立专用的硬盘作为存储介质，并能方便拆除、移动(每台录像服务器配2块硬盘)。(保证1块硬盘存16小时以上信息) ⑥ 中控机可以对任一考室的监控信息，进行锁定、抓拍、录像、录音，并存储。

　　⑦ 考场信息防伪功能。

　　3、简便、直观、易懂的人性化的操作控制

　　① 系统要求采用中文操作界面，具有中文提示，操作人员可根据屏幕提示，无需专业培训就能就可进行系统操作。

　　② 系统前端设备采用机房统一集中供电方式。

　　4、具备远程监控功能

　　根据省考院要求，上级主管部门的授权用户能通过现有的INTERNET网络在远控计算机上，对任一考室进行电子巡考。

　　① 动态IP功能 ，即当用户使用 ADSL等动态IP接入INTERNET时，只要给用户权限，授权用户可以方便对任一考室进行巡考、录像。

　　② 能远程控制云台的上下左右转动，镜头光圈、焦距、变倍的调节。

　　5、系统安全性高，保密性强，运行稳定有保障

　　① 系统应具备日志查询和管理功能，视频源丢失自动报警功能。

　　② 系统长时间运行稳定可靠(保证连续24小时工作无故障)、兼容性强、功能强大，安全性高，设置方便、灵活，用户分级授权，能有效防止各种非法操作。

　　③ 前端视频服务器具备断电、断线自动恢复继传功能。

　　④ 对电压不稳、突然停电要有可靠的保障措施，保证系统的稳定运行(要求采用在线式UPS电源)其容量要保障所有设备的正常运行至少4个小时以上(包含原有的广播信号系统)。

　　⑤ 要有可靠的防雷措施，确保雷雨天气里系统设备的安全及运行的稳定。(中心控制室防雷，设备、电源、等电位防雷)

　　⑥ 防雷接地要求：按相关规定设计系统时，选用的设备应符合电子设备的雷电防护要求;系统应有防雷击措施，应设置电源避雷装置，宜设置信号避雷或隔离装置;系统应等电位接地，接地装置应满足系统抗干扰和电气安全的双重要求，并不得与强电的电网零线短接或混接。系统单独接地时，接地电阻不大于4Ω，接地导线截面积应大于25mm2。

　　6、技术先进、容量充足，扩容升级方便

　　① 容量充足，增删监控点方便、快捷。

　　② 对于学校考点的总控室装配要求在不更改主干线路和不添加 。

　　③ 其他任何设备不改变的前提下，可以对监控点进行扩容。

　　7、主要器材设备选用的要求

　　① 采用目前最新的全数字网络监控方案，主干线路信号要求采用光缆传输，确保质量。

　　② 要求每一考场到总控室的信号传输介质独立单一，不用现有的校园网的线路。

　　③ 摄像机要求有半球遮罩的，可以有效的保护镜头。

　　④ 一体化彩色数码摄像机要求：具有自动调焦、内置变焦(光学变焦大于22倍，)，480以上的水平分辨率，最低照度0.03LUX，有中文显示的菜单。

　　⑤ 为确保信息质量，视频服务器要求采用单路。

　　⑥ 云台水平转动角度不小于355°，垂直转动角度不小于90°。

　　2.2 现场环境描述：

　　第三章 嵌入式网络电子监考系统介绍

　　3.1系统介绍

　　电子监考系统由亿维网络视频服务器、中心监考管理服务器、考场巡查指挥客户端组成。亿维网络视频服务器安装在前端考场，主要执行将摄像机抓取的视频图像编码压缩成IP数据包并上传网络的功能。中心监考管理服务器负责将接收所有数据，并进行显示、转发、存储、查询的工作。而考场巡查指挥客户端安装在各个监控分点，如监控中心副控、校长办公室等，负责巡视各个考场考生应试情况，了解当前考场温湿度等环境状况，并可向前端发出指挥命令，通报当前情况等。

　　3.1.1数据采集层

　　数据采集层是收集现场数据的唯一设备组，其核心设备是网络摄像机，主要负责现场音视频数据的采集，并可以通过输出开关信号，对现场外围设备进行控制，达到收集现场数据并实时解决危情的目的。前端系统连接图如下：

　　3.1.2数据交换处理层

　　数据交换处理层是整个监控系统的核心，核心设备是若干台大型数字视频网络管理服务器(中心服务器)、数据库服务器、数据存储和转发服务器、报警服务器等多台服务器。下图中简单的描述了数据交换处理层的主要设备，本文后续会专门讲述各个设备的用途及相互关系。

　　3.2 系统特点

　　电子考场系统是专门为教育行业量身定做的电子考场专业解决方案。它建构在标准的百兆/千兆校园网上，以校园网为基础，与校园网完全融合，也能与教育城域网、公众社区网无缝衔接。

　　电子考场系统包含一个功能完善的电子考场专用软件平台，采用嵌入式软件开发方法开发，保证整个电子考场系统的稳定可靠。这个特点，今年(2011年)保障了数十个学校的高考听力和电子监考。整个软件平台已通过软件评测，成绩是“双优”。

　　电子考场系统在完成电子考场系统应用的同时，还可通过升级的方法将广播网、教学评估网、多媒体教学网、有线电视网等等传统模拟网络全部融入校园网，实现了“多网合一”，并且不断强化多媒体、视频交互功能，使校园网成为一个多媒体教学互动平台，实现一个真正意义上多媒体综合校园网。

　　电子考场系统将嵌入式计算机技术、网络通信技术、音视频技术、DSP技术完美结合。在完成了电子考场的应用后，也可在学校日常的信息化教学工作中，同时支持课堂的信息化教学、智能广播、视频会议、现场会直播、多班讨论课堂、远程听课、教学观摩等等日常教学活动全部在校园网下完成，实现一个专业的校园综合业务网。

　　3.3系统功能及特色

　　该系统的工作过程是将前端模拟摄像机采集的模拟图像通过网络编码模块转换成数字图像后经过网络传输至远程监控室，远程监控中心将数字图像还原到电视墙上,实现远程监控和管理。

　　其主要功能介绍如下：

　　监视功能

　　通过校园网络，直接可以在考场监控中心电脑上看到各教室的情景，也可以将各教室的情况切换到电视墙上来观察。

　　画面分割轮巡功能

　　无须画面分割器、切换控制矩阵设备，通过中心监考管理服务器设定，就可以实现多视频画面同屏分割显示(1、4、9、16路)、多组画面轮巡显示。

　　考场监控

　　通过中心监考管理服务器设定，将各个考场的场景分别切换到电视墙上监视，或向前端发出控制指令，调整摄像机焦距或云台进行局部细节观察。

　　海量存储

　　可以对所有考场的场景进行实时或定时录像，或手工启停录像、报警触发录像，录像存储媒介为电脑硬盘、阵列、IP-SAN等，录像的磁盘容量空间可设置，并具备自动覆盖功能。

　　智能化检索回放

　　可以按时间、考场号、摄像机号、报警事件等条件智能化快速检索回放记录的录像资料，并可以将任意一副回放图像存放成JPEG或BMP格式的图像，供数据交换使用或打印输出。

　　字符叠加

　　在每路视频上，可以实时叠加时间、考场号、考试科目、监考老师等信息，使调阅时一目了然。

　　场景抓拍

　　在区域监控中心主控电脑或校园网内各分控点电脑查看过程中，可以随时对窗口图像的突发场景图片抓拍保存。

　　网络广播

　　随时可通过网络进行英语听力语音的播放，防止校园广播突然损坏，以防突发事件对重要考试的影响。

　　权限管理

　　实行操作权限分级管理，按工作性质对每个用户赋予不同权限等级，系统登录、操作均进行权限查验，保证系统的安全性。

　　校长专控

　　校长通过考场巡查指挥客户端即可在屏幕上选看任一考场纪律情况。

　　远程网络巡考

　　各级招考管理部门都可通过校园网或广域网远程调看现场视频，随时把控全局。

　　学校监控

　　具备所有传统监控的功能，报警处理、视频显示、录像存储、电子地图、语音对讲等等，其基于数字处理的技术，让转发也变得轻而易举。

　　多媒体教学

　　无须增加任何成本，利用本系统可以提供远程教学示范功能。我们知道，为了推广优秀教师的先进教学经验，或者考察教师的教学水平，学校经常需要安排进行教学示范课，但是传统的教学示范是把听课人安排在授课进行的教室里，不仅限制了听课的人数，还对正常的授课造成影响，而且传统的教学示范也只能在本地进行，对于外地观摩的教师更是不便。本系统除了可以对教学示范课进行直播外，还可以进行实时录像，听教学示范课的人员不需要进入授课现场就可以看到教学示范的实况，异地的观摩教师可以通过互联网(或广域网)方便地观看整个教学示范课的情况。

　　3.4系统特色

　　一、性能稳定可靠，无需专人管理

　　网络摄像机是基于嵌入式技术，采用嵌入式实时多任务操作系统，系统稳定可靠，使用网络摄像机的网络视频监控系统不存在机器死机造成系统无法正常运行的问题。网络摄像机能够在64K—2M 带宽的网络上实时传送高质量的动态图象。稳定性、可靠性大大提高，无需专人管理，非常适合于无人值守的环境。

　　二、安装方便、使用简单

　　网络视频监控系统极大的简化了监控系统中可能涉及的设备种类和数量，它完全取代了模拟监控系统中的视频矩阵、切换器、画面分割器、字符叠加器等设备的施工周期，同时减少设备的使用，可提高整体系统的稳定性和可靠性，减少日后维护设备的难度。

　　三、图像清晰且占用带宽低

　　由于我们的网络摄像机芯片采用国际最新的H.264/MPEG4压缩方式进行图像压缩，能利用很窄的带宽，通过帧重建技术，来压缩和传送资料 。我们还能根据带宽大小调节服务器传输的码流，因此不会过多地增加网络负担。

　　四、组成强大的监控网络

　　基于嵌入式网络摄像机为核心的监控系统，在组网方式上与传统的模拟监控和基于PC平台的监控方式有极大的不同，由于网络摄像机输出已完成模拟到数字的转换并压缩，采用统一的协议在网络上传输，因此它支持跨网关、跨路由的远程视频传输。

　　五、远程系统维护和系统管理

　　网络摄像机提供软件访问和远程WEB 访问功能。管理员通过软件远程管理系统设备，不必到达设备现场，提高的设备维护效率。同时，管理员可以对用户信息进行修改：如修改IP地址，调节码流等。这些信息修改之后，只要在重新登录系统一次，即可得到管理员重新分配的信息，大大的减轻管理人员的软件维护工作量。

　　3.5系统应用优势及特点

　　电子监考系统不仅功能强大，在性能上也超过常规的视频监控系统。本系统优势主要表现在以下几方面：

　　功能集成，充分利用校园网络资源

　　常规的解决方案都是将上述的功能利用多个系统来实现，造价高且以后的扩充和升级不方便。本方案利用现代计算机网络技术的先进性，将多个功能集成起来，不仅充分利用了校园网高速准确的优点，同时也容易将各种服务需求集成于Internet，体现了先进性和经济性。

　　高度智能化、自动化的教学环境

　　充分利用现有软、硬件设备，极大地改善了教学条件，同时节约了老师与学生的许多时间，使得教学工作达到数字化。

　　高度的开放性

　　由于校园网采用开放的网络技术，而本系统的各种应用服务均基于现有网络软硬件平台，系统的扩充仅需在前端增加亿维网络摄像机硬件设备或在监控中心增加电脑设备而无须任何复杂的过程，做到真正高度的开放性。

　　经济性

　　利用校园网络，无须费时费力铺设复杂的传输线路，其系统造价在同等设备配置与功能要求情况下，比常规系统模式节省30%左右投资。

　　维护的简单化

　　常规的解决方案一般是利用多个系统、各种复杂设备集合解决，其维护也就需要不同的专业人员。本系统基于校园网络，利用计算机系统处理技术，由于系统强大的网络功能，更可实行远程操作维护，使得系统的维护简单化,更是降低了后续的维护费用。

　　优秀的图像品质

　　采用先进的MPEG-4编解码技术，图像清晰、自然。标准分辨率352×288像素，最高达704×576像素，并可自定义。图像无闪烁，连续性好，标准图像帧率25帧/秒(PAL 制式)、30帧/秒(NTSC制式)。特别适用于对考场进行细节观测的应用。

　　低带宽占用

　　采用独特的自适应P帧及B帧压缩技术，进一步加强了MPEG-4压缩算法的压缩比，配合IP组播功能，大大降低了浏览图像时占用的网络带宽。传输图像在25帧/秒、分辨率352×288像素时，平均占用带宽仅为250kbps，使用户在同样的网络条件下可传输的视频路数提高了数倍，无形中节约了用户的网络资源投入。

　　低延时性

　　MPEG-4加强标准编码技术，远程视频传送延时不到一秒，极大改善了远程实时监控效果。

　　无限制位点远程实时监控录像

　　采用独特流技术，突破了传统的数字监控方式的局限性(注：传统的数字监控方式采用硬盘录像机或工控机加视频压缩卡作为工作站端视频处理单元，虽然比模拟监控更胜一筹，但无法将多路压缩后的视频信号同时上传到监控中心)，可同时对无限制多个监控位点图像实施远程实时监控录像。

　　系统结构灵活

　　采用标准的组网方式，支持IP单播、组播功能，可以组成点对点的监控系统，又可以组成一个中心对各站点的系统;在网络上可以设置多个分控图像工作站，满足多个用户的需要，也可以用WEB方式组成多级监控系统。

　　可扩容性强

　　采用模块化设计，能够平滑实现端局扩容、中心扩容和分控台扩容。无论单级扩容或多级扩容都可以充分利用前期资源，降低扩容投入成本。

　　易操作性

　　电子监考系统管理软件的操作平台是Windows Server 2003 企业版，控制界面为图形方式，界面、菜单全为中文，用户可以非常迅速地熟悉操作软件的使用。

　　自主开发

　　系统的核心硬件设备和管理软件均属自主开发，能够及时提供良好的售后服务，响应用户的特殊需求，针对用户的要求进行功能方面的量身定做。

　　系统网络结构

　　电子监考集中监控系统对于纳入遥视监控范围的考场数量是没有限制的，主要视其应用环境的网络状况。因此基本上系统规模可根据需监控考场数量自由组合定义，同时系统可按多级组网的方式，形成大规模的远程集中监控网络。

　　图为广东省阳江市电子监考项目效果图：