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电子监考系统方案


电子考场方案
(网络视频服务器)

有限公司
二〇一三年七月

电子考场建设方案

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。 近年来,考试违纪舞弊行为的隐蔽化,舞弊手段的现代化程度越来越高。建立 电子监考系统以后,对考试全过程实施全方位监控和即使录像,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。 电子考场系统也不断革新,经历了三个历史时期: 第一代 模拟技术电子考场

模拟技术出现于 20 年前,当时数字技术还不成熟。采用模拟技术, 每个考场 的摄像机都需要用一根视频线接到总控室,通过电视墙显示,同时录制在录像带上 存档。 这种方式的主要问题是: 摄像机采集的图像信号在视频线上传输损失很大, 1. 当考场与总控室的距离较远时,图像将严重受损;2. 每个考场都需要接一组音视频 线到总控室,布线工程量很大;3. 操作及存档麻烦,需要由专人负责更换录像带并 分类保存;4. 信息提取困难、无法进行加密等信息处理工作;5. 无法实现远程监 看功能。 第二代 硬盘录像电子考场

这种方式出现于 6、7 年前,当时图像处理技术、计算机技术、信息存储技术等 数字技术已有一定的发展,利用这三种数字技术,硬盘录像机解决了模拟技术的信 息存档困难这一问题。硬盘录像机实质上是一台工控机,内置了硬盘及多路图像采 集卡,它将摄像机信号数字化采集并压缩,然后存储在硬盘上,不再采用模拟技术 的录像带。不过,由于当时网络技术还不够成熟,在图像传输方式上,它还是采用 模拟技术,需要接大量的模拟音视频线到总控室。

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随着网络技术的发展成熟,硬盘录像机也在努力适应这种变化,它内置了网卡, 使采集的图像可以通过互连网传输到远程。不过,这还称不上革新,因为现在大部 分学校都已经建设了校园网。真正的革新是充分利用数字技术的成就,通过校园网 实现图像网络传输。网络传输技术相对于模拟传输技术,图像更能保真。而且,网 络技术由大量的国际标准作支持,通过各种严格的国际化品质测试验证,稳定性可 靠性极高。 第三代 全数字化网络监控系统

数字化网络监控系统是一种以 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,真正实现了远程综合监控 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.

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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。 现代中庆正式是顺应数字技术发展的趋势,采用嵌入式技术专门为教育行业量 身订做的嵌入式网络电子考场,它在每个教室都安装一台嵌入式网络计算机,它将 摄像机信号采集压缩,并通过校园网传输到网络中心,存储在网络硬盘上。硬盘录 像技术解决了图像数字化存储的问题,而嵌入式网络终端方案实现了从图像处理、 传输、存储及管理的整个数字化过程。数字技术很灵活,它不仅仅是像硬盘录像技 术那样对模拟技术进行延伸,而且通过软件加入大量模拟技术无法企及的功能:如 档案处理、远程传输、在非考试时期用作视频会议等等;由于教室端采用了特定开 发的嵌入式网络计算机,极大的提升了系统的稳定性、可靠性、灵活性、实用性, 从而使系统具有强大的扩展性,只要升级软件,就可以提升整个系统的功能,使整 个系统保值升值。 本方案采用北京中庆的嵌入式网络电子考场进行设计。该方案完整,设计具有 前瞻性,满足长远发展。系统结构灵活,采用模块化设计,支持多种典型应用模式。 系统建设既可一步到位,也可以根据学校资金及需求状况分阶段建设。无论一步到 位还是分步实施,整个系统都能够协调一致,构成一个满足相应需求的功能应用系 统,不会造成重复建设或系统冲突。6102 三代电子考场的发展趋势对比 功能 技术特性 第一代模拟技术 电子考场 第二代硬盘录像电 子考场 第三代嵌入式网络 电子考场

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模拟视频信号的 传输对距离十分 距离限制 敏感

数字化视频可在校 园网络(广域网或 教育城域网)上传 输图像数据,不受 距离限制

数字化视频可在校 园网络(广域网或 教育城域网)上传 输图像数据,不受 距离限制

技术先 实用 功能 布线方式 远程控制 进性

在 20 年前已经出 现, 技术相对落后 模拟布线

出现在 6、7 年前属 全数字的嵌入式系 于模拟数字混合的 系统。 模拟、数字混合布 线 统符合未来的技术 发展趋势 标准网络布线

不可以 模拟视频信号数

可以 可数字化存储,经 过压缩的视频数据 可存储在磁盘阵列 中或保存在光盘中 可部分实现 实现起来比较复杂 困难 不可以

可以 可数字化存储,经 过压缩的视频数据 可存储在磁盘阵列 中或保存在光盘中 可实现 完全可以 可以 可以

存储方式

据的存储会耗费 大量的存储介质 (如录像带)

信息共享 与 MIS 集 管理 功能 成 集中管理 零管理、 免维护 扩展 功能 可升级教 学功能 系统扩展

无法实现 不可以 不可以 不可以

不可以 无

不可以 一般

可以 很好

1.1 设计描述
1.1.1 设计目标
根据招标文件撰写。

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1.1.2 设计原则
方案设计体现了整个系统工程的实现思路,它是今后工程实施的技术基础和依 据。因此好的方案设计对整个工程是至关重要的,必须设计时坚持几个基本的原则: (1)先进性与实用性原则; (2)稳定性原则; (3)标准化与开放性原则; (4)易用 性原则; (5)经济性与可扩充性原则等。 1.1.2.1 先进性与实用性 我们从学校教学管理的实际需求出发,在系统设计和设备选型充分注重实用功 能、降低总体投资:电子监考终端为高度集成化的专用产品,实现网络电子监考及 教学评估、数字广播接收、IP 电话应用的集成,以最优的性能/价格比实现先进性与 经济性的完美统一。 该系统采用先进的 MPEG4 视频压缩技术,具有图像清晰、分辨率高、实时监控、 同步备份、事后查询的特点。该系统构架在校园以太网络平台上,符合 TCP/IP 协议 标准的计算机校园网应用,是一个全数字的电子监考解决方案。 1.1.2.2 稳定性 该系统应能够要满足电子监考的功能,同时满足学校日常教学需要,如教学评 估、无干扰听课、数字广播的接收。但是作为电子监考系统,他的稳定性是毋庸置 疑的,因为这关系到数百万的考生的切身利益,是公平、公正的保证。我们要选择 性能稳定的电子监考专用产品。 1.1.2.3 标准化与开放性 标准化与开放性原则要求选用的设备、软件和通讯协议符合国际标准或工业标 准。由于学校信息化建设已经或准备建设,要采用结构化综合布线标准、以太计算 机网络标准,要使网络硬件环境、软件环境、通讯环境、操作平台与高层应用系统 之间的相互依赖性减至最小,便于发挥各自的优势。 网络视频服务器都以 IP 地址进行标识,该系统可直接连入网络,无线缆长度和 信号衰减的限制。网络是没有距离概念的,它彻底抛弃了地域的限制,实现远程监控 和管理。 开放性体现在以下方面:
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? 能适应计算机硬、软件技术的迅速发展。 ? 硬件上简便的重新组合能够支撑新环境要求和适应新技术的发展。 ? 底层应用系统支撑软件的版本升级对高层应用系统的影响应局限在可控制的范 围内或无影响。 ? 在尽量少变动或不变动硬件体系结构的同时, 能适应学校管理体制和组织结构的 变化。 ? 应用系统能适应用户发展的新要求,易于修改和扩展新功能 1.1.2.4 易用性 以提高系统的整体运行效率为出发点,根据简便性原则,针对系统内操作人员 的实际情况和实际操作需要,全面系统操作链进行优化设计,使信号采集、传输和 操作控制等各子功能应用的操作实现最优的效率状态水平。 1.1.2.5 经济性与可扩充性 追求经济实用的系统是每个用户的心愿,但经济并不意味着价格的最低,而是 综合性能、质量、服务之后的性能、质量、服务价格比的最优。较高的价格可能意 味着较好的质量与服务。我们公司并不追求最低价格。因为盲目追求低价格,最终 只能导致降低设备档次,降低服务质量,不符合双方的长远利益。我们只是在保证 设备档次和服务质量前提下保证合理利润,使客户享受到最优的性能质量、服务价 格比。同时我们亦会设计出几种不同配置的系统,满足不同资金条件客户的需求。 在达到总设计目标的前提下,争取高的性能/价格比,力争少花钱,多办事。校 园网应有良好的可扩充性,随着网络技术的不断发展和增加新的任务、扩充新的能 力,系统应能方便升级且能最大的限度保护现有的投资。

1.1.3 设计技术规范
方案设计中涉及许多我公司为教育行业专门开发的专用产品,为保证这些专用 产品的质量,制订了本公司的企业内部标准。所有设计中采用的专用产品,其生产 检验过程符合北京中庆现代技术有限公司制定的企业产品标准。 外围产品设计遵循同行业其他标准: ? 中华人民共和国公共安全行业标准 GA/T 75-94《安全技术防范工程程序和

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要求》 。 ? 中华人民共和国国家标准 GB 50198-94《民用闭路监视电视系统工程监视 规范》 。 ? 中华人民共和国公共安全行业标准 GA/T 70-94《安全技术防范工程费用 概预算编制办法》 。IEC574-7/GB12641《视听、视频和电视设备及系统维 护操作的安全要求》 。 ? IEC574-3/SJ/Z9141-2《视听、视频和电视设备及系统:视听系统设备 连接》 。 ? IEC65/GB8898-88 《电网电源供电的家用和类似一般用途的电子有关设备 的安全要求》 。 ? 《民用建筑电气设计技术规范》JGJ/T16-92 ? 《建筑电气设计技术规范》JGJ16-83 ? 《电子计算机机房设计规范》GB50174-93


1、标准和规范化:要选择符合工业标准的网络通信协议、操作系统、网络平台 和系统软件,系统设计必须标准化、规范化,并具有开放性。 此次项目,我们公司推荐的是育港嵌入式监控系统—网络监控终端方案,此套 系统是建立在计算机网络的基础上,符合 TCP/IP 网络通信协议,终端采用的软件为 嵌入式 Linux 系统,管理平台软件建立在微软的 Windows 操作系统上,整套系统做 到了稳定可靠;并具有良好的开放性。 2、先进性和成熟性:为保证整个网络系统结构、网络技术的先进性以及网络运 行的可靠性,须选择合理的、实用的便于扩展与升级的网络拓扑结构。网络系统所 用设备、器材以及软件产品,选择技术先进的、有技术质量保证的、为广大用户认 可的正规厂家的产品。 为保证整个网络系统结构优良,我公司根据学校的实际需求,推荐了网络监控 终端的电子监考方案,主要的出发点为考虑学校日后的升级以及电子监控系统的扩 展应用,通过扩展相应的其他设备,避免了电子监考系统一年只用 3 天的尴尬境地。 同时提供了有质量保证的正规厂家产品:如美国的霍尼维尔摄像机、台湾的 D-link 交换机,确保高考监控的公正性。

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3、安全性和可靠性:考场电子监控系统是一个相对公开的系统,而普通高考又 是相对保密的活动。需要软件和硬件两方面采取措施以保证整个网络系统安全、可 靠运行。 高考的电子监控是相对保密的活动,育港网络监控终端在硬件上采用了专用的 芯片,在采集视频数据的同时,将学校的班级、名称、日期、时间等信息实时绑定, 录制的数据没有任何更改的余地;软件上进行了二次加密,只有专用的播放工具才 能够播放录制的文件,确保了高考录制资料的严肃性和真实性。 4、 易于管理和易于维护性: 考场电子监控系统是一个比较复杂的系统, 在设计、 组建一个网络时,必须采用先进的、标准的、界面友好的网络管理软件,管理人员 易于系统的使用、管理和维护。 此次推荐的育港网络监控终端方案,在产品的设计之初就考虑了系统的管理和维护 必须方便于管理人员的宗旨,整套网络布线符合国际标准,产品为嵌入式硬件设计, 可以做到零管理、免维护,软件界面简单易用,系统设计规范,极大的降低了管理 成本。

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第二章 嵌入式网络电子监考系统介绍
2.1 系统综述
Ds-6102hc 北京中庆现代技术有限公司是国内率先致力于教学信息化、 服务网络 教学的高新技术企业。十年来,北京中庆一直站在教育信息化事业的前列,为全国 中小学研发了一代又一代的教学信息化产品。凭借十多年的教育信息化工作经验, 结合自身强大的技术优势, 在充分理解了教育信息化的根本目标后, 北京中庆于 2002 年推出第一代全数字信息化产品—— 教学信息专业解决方案。 “育港”实现了在校 园网基础上的多网合一, 取代了以往校园里各个独立的系统, “多媒体教学系统” 将 、 “数字监控/教学评估系统”“智能广播系统”“闭路电视系统”“双向控制系统” 、 、 、 、 “电子监考系统”等系统应用有机的、完整的整合于校园网络平台上,从而彻底解 决了基于校园网基础上的教学信息化应用。随着信息化的发展和基于教学应用的不 断深入,基于校园的数字化电子监考系统也逐渐开始成为校园当中的一个主要的应 用,中庆公司在原有 教学信息化专业解决方案的基础上,经过对市场的调研和监考 在校园应用中的实际需求,开发出了电子考场系统。本着以专用、易用、够用、先 进可靠的原则,采用嵌入式技术设计了全新的网络电子考场系统,作为一套综合性 的电子考场系统,不但实现了电子监考的功能,而且还填补了学校在日常工作中的 教学问题。 通过现代中庆监控终端,提供基于校园网络的电子监考系统,是以保障安全为目 标而建立起来的校园考试安全技术防范系统,系统可及时发现作弊等行为、报警并 阻止作弊,同时为考试现场提供证据,提醒监考人员采取适当的防范措施。 根据通过安装在教室内及校园重要部位摄像头连接中庆嵌入式终端,提供网管 中心服务器或授权用户,对全校考场进行有效的监视和实时硬盘录像,可以直观地 掌握现场情况,及时发现处理问题,以便为整个学校提供更安全更可靠的电子网络 高效管理手段,为保障学校的考试规范化、安全化,迅速而有效地发现、禁止或处 理考试违规事件、校园安全隐患的发生提供了最便捷的途径。

2.2 系统拓扑结构
电子考场专业解决方案的拓扑结构图如下:
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2.3 系统特点
北京中庆的 电子考场专业解决方案是基于计算机网络的高性能、高可用

性、高可靠性的强大媒体信息化教学平台,不但应用于局域网,在城域网也能很好 应用。它利用现代化的多媒体技术和网络技术及视频压缩技术,将教学设备、教学 软件与教学手段有效的组合起来,为学校提供了一个全方位的数字化电子考场系统。 作为一个完整的信息化电子考场平台,它具有以下的特点: 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。 电子考场系统的一个突出技术特点是充分运用嵌入式计算机技术,所有硬 件设备都是基于嵌入式技术,从而保证整个系统非常可靠、稳定、安全。“育港” 中有一项自主开发的远程开关机技术。计算机网卡虽然也有远程开关机功能,但是 开关机失败率很高。“育港”采用的技术能保证 100%成功,这样保证了系统管理员 可以实现 100%的远程设备管理。
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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, 在(2003 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、电视节目实时转播、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。

2.4 系统的设备清单及应用描述
以下提供一个 电子考场系统的设备清单及应用描述,并在后面的篇幅中对

电子考场系统的软硬件平台进行详尽的介绍。 设备清单及应用描述 分类 设备名称 型号 港 数量 1套 说 明 备注 必选

监考专用软件 e 网 络 管 理 平 台 数字电视墙 e 3210 平台 录像服务器 2120

安装在录像服务器上, 提供系 统管理及实时录像

需求数 标准服务器,实现集中存储。 必选 根据教 帆 室数量 或电视 墙规模 模块化, 支持 1-5 块单元板, 实现 3-19 路实时监看。 全软 件控制, 完成状态设置、 巡视、 可选 字幕管理、远程云镜控制、录 像管理等。

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根据教 数字电视墙的模块化扩展配 视频解码单元 e 3211 帆 室数量 件, 每块单元板可实现 4 路并 或电视 发解码及 DA 转换。 墙规模 嵌入式设计, 可连接摄像机实 e 帆 现视频采集, 实现高考期间考 根据考 场的信息实时采集, 同时还可 场数量 以外接拾音器或话筒, 实现定 向声音采集, 并可扩展教学等 功能。 根据学 一体化摄像机 校具体 根据考 组 要求确 场数量 定 采集各个考场的现场实况, 经 过网络监控终端实时压缩处 理后上传到网络, 实现集中存 必选 储及各种网络视频的应用。 必选 可选

网络视频服务 教 室 考 场 器

4620A

2.5 系统功能及特色
该系统的工作过程是将前端摄像机采集的模拟图像通过 Ds-6102hc 网络视频服 务器转换成数字图像后经过网络传输至远程监控室,远程 3 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。 系统功能:
功能 考场信息防伪 远程监 多级用户认证 考 云台镜头控制 考场中 心监控 对全校考场进行实时录像,有效避免本地存储造成的考试信息丢失、 集中实时录像 修改、损坏等弊端 监考有序进行 可控制各考场摄像机的转向、变倍、调焦、调光。实现全方位监控 功能描述 学校、考场、考试时间等信息与声像实时绑定,有效防伪 多级用户身份认证,访问授权管理,用户优先级自动识别,保证远程

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网上任意 PC 机通过校园网进行监考, 每位监考人负责四或九个班级, PC 机多画面监考 现场 网上 监考 系统自检功能 图画标记功能 网络电视墙 并在每个画面上标记班级名称及时间 系统定时自检,实时自动错误报警 经授权,可对监控画面标记,便于对违纪作弊学生标记、取证 多画面集中监考、自动巡视、控制云镜动作 实时抓拍图像,支持多种格式与路径保存,可用于另作证据,文档 图像抓拍打印 素材,打印等 资料 分析 局部放大 录像分割合并 登录密码保护 定时自锁保护 可将回放画面的某一局部图像进行静止放大 根据需要将有用的部分进行分割、合并,有效利用硬盘空间 有效防止无授权用户进入或修改监考结果 可设定无人操作自动锁定功能,保证系统安全运行 适用 LAN/DDN/E1/PSTN 电话网、互联网,网络允许情况下,可对任 网络控制功能 系统平 台管理 硬盘空间提示 录像管理功能 意点进行现场控制 可在界面上显示硬盘资源占用情况 可对任意点设置录像手动操作 可分别设置每路录像的码流、录像质量,在规定时间段内自动录像,定 定时录像功能 时开关录像,实现无人值守时自动监控录像功能 影像防伪保护 资料 管理 文件加密保存 录像备份 检索功能 本地录像 有效防止第三方软件的编辑及修改功能,确保资料真实性 文件加密录制,保障文件安全性 支持多种备份方式(扩展硬盘阵列、热插拔硬盘、CD-RW) 按文件、日期、时间、监控点、储存容量检索,方便操作及日常管理 当网络出现突发故障,能够利用移动硬盘在考场自启动本地录像 能智能分组,多路广播和定时广播,广播源可为数字的,也可以是传 数字音频广播 统的模拟节目源(VCD、DVD、有线电视等) 联动报警 在学校任何地方安放红外报警装置,任何非法触动,系统都会自动报
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录像回放处理

将回放画面的某一局部图像柔化、锐化、反相处理

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警 扩展教学功能 通过升级可并入育港教学信息化平台,具备教学功能

系统特色: 一、性能稳定可靠,无需专人管理 网络视频服务器是基于嵌入式技术,采用嵌入式实时多任务操作系统,系统稳 定可靠,使用 Ds-6102hc 视频服务器的网络监控系统不存在机器死机造成系统无法 正常运行的问题。网络视频服务器能够在 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 Ds-6102hc 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 由于我们的视频服务器芯片采用国际最新的 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 。服务器还能根据带宽大小 自动调节码流。因此不会过多地增加网络负担。 四、组成强大的监控网络 基于嵌入式网络视频服务器为核心的监控系统,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,由于网络视频服务器输出已完成模拟到 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

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Ds-6102hc 视频服务器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。

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第三章 嵌入式网络电子考场方案
3.1 硬件平台
校园网是 电子考场系统的基础, 电子考场系统由两大部分组成, 即硬

件平台和电子考场专用软件平台。现代中庆公司自主研发用于电子考场的核心硬件 平台为 V 帆系列硬件组件。 V 帆系列硬件优势分析: ? 标准化布线,无忧实现 1-2 路分布式局域网内远程数字化监控。 ? 嵌入式技术,专业化设计,针对教育行业量身订制的软、硬件系统。 ? 考场信息防伪,先进的 OSD 字幕叠加,确保数据真实可信。 ? 集中存储,应急备份,本地录像;

3.1.1 Ds-6102hc
“Ds-6102hc 网络监控终端”是 电子考场专业解决方案在电子考场应用的

核心设备,它具有多种外部端口,很方便的连接各种外围设备,通过标准的内置 10M/100M 自适应以太网接口,采用 TCP/IP 通讯协议,直接与校园网完全整合。 海康威视的 Ds-6102hc 网络视频服务器是专门应用于 IP 网络中,将模拟图像、 声音压缩成数字信号在网络中传输, 实现了监控系统由模拟向 IP 网络化的升级换代。 通过直接与网络相连,提供了一种方便且高性价比的实时图像、声音采集和传输、 控制、录像的系统解决方案,用户可通过管理软件或标准 IE 浏览器进行远程监看、 录像,在获得授权情况下可进行远程控制。 3.1.1.1 产品结构

Ds-6102hc
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ARM 主板采用三个重要的设计方法: 1.采用嵌入式计算机技术; 2.采用嵌入式处理器架构; 3. 无转接线,超静音设计; 3.1.1.2 技术特点 基于互连网技术标准网络产品: 网络监控终端内置 10M/100M 自适应以太网接口, 通过 DHCP 服务器获得 IP 地址, 采用 TCP/IP 通讯协议, 可以直接与校园网完全融合。 嵌入式计算机技术:采用嵌入式计算机技术设计硬件和软件,全部拥有自主知 识产权,系统稳定可靠。 完全数字化:音频、视频等多媒体数据的传输处理完全采用数字化技术。 操作简单:操作流程清晰,使用简单,真正实现家电化操作。 专有的远程开关机技术,实现系统零管理:专有的远程开关机技术,保证在总 控室远程开关机 100%成功率,实现集中高效地设备管理。针对教学专门开发的软件 和硬件,全部拥有自主产权,消除两者不兼容造成的故障;硬件设计上没有接插件, 接插件容易松动,是最大的故障源。 无风扇全静音设计:低功耗,没有机械散热风扇,从而实现无噪声,避免干扰 学生学习,保证系统长时间稳定运行。 3.1.1.3 产品优势 ? 嵌入式设计:具有高性能的可编程信号处理器、内嵌数字音视频压缩算法, 性价比高,稳定可靠。 ? 字幕叠加(OSD) :采用软件技术实现在监控画面上填加控制点、日期等信 息。 ? 前后端一体化解决方案:图像的编码、传输、存储与管理简便可靠。 ? 灵活增加监控点:可方便地与计算机网络应用集成。 ? 多级身份认证:可靠的网络安全性。 ? B/S 或 C/S 的监看方式:B/S 方式适用于单点监看,C/S 方式适用于 1/4/9 画 面监看。B/S 结构工作模式,以 IE 浏览器形式直观显示配置界面,网络上

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的各个节点的工作人员在不同时间和不同地点直接访问服务器资源, 远程登 录到服务器上,配置服务器的各项参数,如修改 IP 地址,调节码流等。对 服务器,远程升级,远程重启等方便了设备的运行和维护。

? 节省 IP 地址资源:远程视频服务器,提供视频代理,一个公网 IP 可实现所 有网内视频服务器的访问。 3.1.1.4 产品功能

Ds-6102hc 网络监控终端是电子考场中各个考点的中心, 具备丰富的即插即用端 口,可以在教室里方便的连接如下设备: ? 内置拾音器可以实现教室声音的采集; ? 可以接动圈式话筒或接外部音频信号; ? 可以连接摄像头的模拟视频信号,进行采集、压缩,并向校园网发布; ? 可以连接云台,实现控制云台、镜头的动作; ? 标准 RJ45 口,直接联入校园网。 1、监视:监控点的集中或分散、本地或远程监看(局部放大、多画面轮巡、云
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镜控制,图像抓拍) 。 2、录像:定时、远程录像,加密存贮、录像管理、备份,影像防伪保护,智能 检索,录像回放,网络中断时 ARM 主板仍在工作,同时可进行本地应急录像,根据 调整服务器上的录像策略,自动提取录像文件至本地移动硬盘或上传至录像服务器。 3、数字电视墙:配置数字电视墙服务器,智能分配、多路实时数模(DA)转 换、字幕叠加。 4、集中控制 :网络中心可控制监控点的开机、关机、全开、全关、定时开关、 工作状态检测。 5、远程管理:网络视频服务器即插即用,远程联通报告,监控点树形名录,可 同时选择抽查不同单位的几个监控点。 6、优先级设置:高级别用户对摄像机的云台镜头控制权可优先抢断。 7、远程升级:远程更新启动包,从而达到性能提升和功能增加。 8、音频广播:对各监控点可进行单个、分组、全体广播。 采用广泛使用的以太网络技术,将音频信号以 TCP/IP 协议形式在校园网上进行 传送,彻底解决了传统校园广播系统存在的音质不佳,维护管理复杂,互动性能差 等问题。该系统设备简单,安装方便——只需将 Ds-6102hc 数字终端接入校园网络, 再将普通有源音箱接入 Ds-6102hc 后部专用数字音频接口上,即可构成功能强大的 校园数字化广播系统。 在功能上,能够完全实现传统校园广播系统的基本功能,如定时打铃、分区播 放、喊操等; 在音质上,实现了飞跃,每个发音都可以清晰可辨,不再为含混不清的声音所 困扰。 主要特点: ? 系统基于以太网、TCP/IP 协议一线多用,充分利用校园网络资源,避免重 复架设线路,有以太网接口的地方就可以接数字广播终端,真正实现广播、 计算机教学网络的多网合一。 ? 自动播放功能:用广播系统实现上下课音乐铃、眼保操、背景音乐等常用音 乐的自动播放。根据学校的《作息时间表》 ,编排每天的自动播放列表,主 控管理可实现自动开关机,默认执行该天的播放列表,进行顺序自动播放,

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达到无人职守功能。 ? 自由点播: 教师通过遥控器控制分布在每个教室的数字广播终端完成音频服 务器中资料库的任意点播。 ? 数字音源库:系统资源服务器可存储数千小时以上的音乐节目或语音节目。 用户可以根据实际情况扩充存储空间或更换服务器, 或增加磁盘阵列等设备 提升系统性能。

9、联动报警 现代中庆结合中小学校的实际情况,为建立平安校园,终端设计可以和平安校 园系统进行完整融合,实现各个子模块之间的联动。 10、城域网或教委监视平台:专用的城域网监控平台软件,实现统一数据库平 台下的跨地域权限管理, 实现城域网级别监控, 多级用户认证, 或 C/S 远程巡视, B/S IP 地址自动报告。 3.1.1.5 产品参数 系统结构 音视频端口 压缩格式 图像分辨率 最大帧率 传输带宽 网络协议 嵌入式 ASIC 结构 1-4 路音、视频输入 视频:H.264/MPEG4; 音频:MP3 D1/CIF 25 帧/秒(PAL) 64K—2M TCP/IP、RTSP、PPPoE、DHCP、RTP、 RTCP
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报警端口 控制端口 接口 WEB 浏览 工作环境 电源 电视墙 在线升级 SDK 开发包 3.1.1.6 产品应用

TTL4 路输入,4 路输出 RS—232/485 RJ45/2 路 USB1.1 接口 支持 WEB(需安装插件) 0—50℃,20—80% RHG DC12V,1.5A VGA 电视墙/模拟电视墙 提供固件远程在线升级 支持

“育港”电子监考平台在局域网广泛应用的同时,城域网应用也是方案一个重 要特色,尽而形成电子监考系统的整体解决方案。 “育港”电子监考平台的域间互操 作网关 ZDIG(Zonekey Domain Interoperation Gateway)是中庆“育港”城域网平台 的一个重要特色,ZDIG 技术除了用户转换、安全机制等应用外,数据的转发代理是 很重要的工作,基本原理是:在城域网结构中的每一个相对的局域网(比如学校、 教委、招办等)都设一台 ZDIG 服务器,这台服务器的作用除了一些数据封装、身 份认证外,最主要的作用是访问控制和数据转发。比如,教委现在有 3 个用户在观 摩一中的同一堂课,这个时候,教委与一中的链路中并不是我们想象的 3 路流,而 是只有 1 路,另外的两路经过教委的 ZDIG 服务器验证后在教委局域网环境中进行 了转发, 当本局域网内使用点达到一定数量级后, ZDIG 服务器自动转换为多播模式。 这样,有效降低了城域网链路的负载,也保证了城域网环境中的多点并发应用。

3.1.2 E 帆 VGA 电视墙 3210A
3.1.2.1 产品结构

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E 帆数字电视墙由底板和 MPEG-4 解码板两部分组成。底板上有 5 个插槽,每个 插槽可以接入一个 MPEG-4 解码板, 底板负责给 MPEG-4 解码板提供电源。 每个 MPEG-4 解码板具有 3 路 MPEG-4/MPEG-2/MPEG-1 解码能力,通过网络接收视频流,并实时 解码,转换成视频信号,输出到电视机上。每块解码板可以实现 3 路单画面输出, 也可以实现 1 路 4 画面的输出。因而,当底板的 5 个插槽都插入 MPEG-4 解码板后, 一个 E 帆数字电视墙可以实时处理 20 路 MPEG-4/MPEG-2/MPEG-1 视频流,加上 VGA 输出可以切换成四画面的功能,共可实现一个有 24 个画面的电视墙。 3.1.2.2 产品功能 E 帆数字电视墙是“育港教学信息化专业解决方案”中一个核心部件, 它与 E 帆 网络教学专用计算机标准型一起构成一个完全数字化、网络化的电子监视系统,可 以实现电子考场系统、教学评估等功能。 E 帆数字电视墙可以直接接入校园网, 从校园网接收由 E 帆网络教学专用计算机 发来的课况,在电视墙上显示。只需在软件上作简单配置,就能实现:给每个教室 画面贴上班级号或其它信息;逐屏漫游;将特定班级画面指定到任意电视机上。还 有中心电视墙的概念;中心电视墙有声音输出。“育港教学信息化专业解决方案” 强大的软件平台可以通过软件配置实现对电视墙每块解码板输出的控制,内置多画 面分割系统,实现 4 路画面混合输出,这样,只需占用一个网络端口,使用 1 台数 字电视墙就可以方便的实现 3-20 路任意规模的电视墙,提供用户更灵活的选择。 与模拟系统相比,数字系统布线简单,不需要从教室布很多模拟线路到主控室, 画面清晰,不会因主控室离教室太远而影响图像质量。更重要的是,数字系统完全 与校园网融合,没有主控、分控之分,只要校园网到的地方,都可以是主控室。 3.1.2.3 技术特点 ? 广泛的格式兼容性--数字电视墙采用 MPEG-4 解码,但考虑到对用户对 MPEG-1/MPEG-2 视频使用的需求,专门开发了对 MPEG-1/MPEG-2 视频格式的 兼容,方便用户使用。 ? 低端口占用--数字电视墙采用 MPEG-4 解码,带宽占用小,因而实现低端口 占用,只需一个网络端口就可以实现多达 20 路的电视墙。 ? 集中化管理--每台电视墙最多可以输出 20 路的监控视频信号,因此电视墙
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的管理更加智能化和集中化。 ? 良好的扩展性—每台电视墙机箱的主板上设计有 5 个插槽,可扩展 5 块共 20 路的视频输出。 ? 强大的 DA 转换能力—在每块解码板集成了 4 块解码芯片, 块 DA 转换芯片, 4 每块芯片配置 2M 内存,可高速完成数字信号向模拟信号的转换。 ? 标准设计—数字电视墙为机箱结合机架式结构设计, 可以直接与交换机一样 固定在网络机柜内。 ? 与校园网无缝连接—在每块解码板集成了标准的以太网卡, 可以与校园网进 行无缝连接。 3.1.2.4 技术参数 3.1.2.4.1 外部接口

电源开关 ? POWER:电源指示灯 ? SLEEP :休眠指示灯 ? H.D.D :硬盘指示灯 ? RESET :重启按钮

? 1 电源输出 ? 2 电源输入 ? 3 键盘鼠标接口
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? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

4 USB 接口 5 COM1 6 COM2 7 麦克风信号输入(红色) 8 音频线路输入(蓝色) 9 音频线路输出(绿色) 10 显卡(VGA、S 端子) 11 网卡 12—16 视频输出(复合视频) 注:上图为最大配置(5×4 路视频输出) 。

3.1.2.4.2 环境参数 序号 1 2 2 3 4 5 6 7 特性 电源输入 电源输出 网络接口 环境要求 体 积 环境参数 AC220V/50Hz/3A AC220V/50Hz/1A IEEE802.3u 100BASE-TX 以太网标准 工作温度:0~40℃ 湿度:40~90% 仓储温度:-40~55℃ 湿度:20~95% 475mm(长)×425mm(宽)×173mm(高) 504mm(长)×485mm(宽)×173mm(高) (含把手、 耳板) 复合视频 Φ 3.2 标准视频接口 ≤90W

视频输出 视频接口 功 耗

3.1.3 录像服务器
“育港”系统的录像服务器安装了“育港”录像管理平台的大容量计算机。 “育 港”系统采用精确的算法,不仅提高了编码效率,也极大的提高了存储效率,同时 配合先进的流量控制机制和多种网络技术的应用,成功的解决了基于校园网基础上 大规模的集中存储。实现一台普通的录像服务器就可以同时完成 30-40 路的实时录 像,也可以合理指定网络中的其他工作 PC 协同完成录像,极大的提高了设备使用效 率,减少了学校的重复投资。 录像服务器配置信息: 名称 配置 数量 备注 配置相应提高 时,并发录像 路数也相应增 加
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录 像 服 P4 3.0G/1G DDR/160G*3 IDE 7200 考场数/40 务器 转 RAID0/1000M/100M*2

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停止录像:

正在进行录像的班级:

3.2 软件平台
“育港”电子考场专业解决方案由“育港”电子考场系统专用软件平台和 v 帆 硬件组件两部分组成。计算机界专业人士都知道,在计算机构成的系统中,软件比 硬件要重要,没有软件,硬件就无法工作。育港电子考场也是如此, “育港”电子考 场系统专用软件平台相比于 v 帆硬件组件,虽然并不是实物,看不见摸不着,却是 更重要的部分。软硬件共同组成“育港”电子考场系统强大的功能应用平台,软件 性能的提升将极大的提升“育港”电子考场系统整体性能,从而使“育港”电子考 场系统实现真正的软件升级。 “育港”电子考场专用软件平台是基于电子考场文件和要求专门开发的,校园 网里的标准的服务器、PC 机安装“育港”电子考场系统专用软件平台组件就可以完 成,使校园网上的电脑和 v 帆硬件组件都在其控制下,完成电子考场的功能和其他 的各种多媒体教学任务。 “育港”电子考场系统专用件平台主要有平台类和应用类两 大类,平台类主要安装在校园网的服务器中,提供系统正常工作的软件平台,主要
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有系统管理软件、监考专用软件包;应用类分布在校园网的各个办公信息点上,根 据应用可以分为多画面监控软件、管理员软件。以下分别介绍。

3.2.1 电子考场系统管理服务软件
3.2.1.1 概述 “育港”电子考场系统管理服务软件是“育港”电子考场系统专业解决方案的 中枢,是后者所有服务和应用的焦点。作为“育港”电子考场系统专业解决方案不 可分割的一部分, “育港”电子考场系统管理服务软件提供了整个解决方案的基础部 分。基于“育港”管理服务软件,可以实现对整个系统的管理,并构造出先进、完 整的管理工具。 具体地, “育港”电子考场系统管理服务软件包含了校园网环境中的网络实体及 其它们之间的联系。在“育港”电子考场系统专业解决方案中,网络实体包含“v 帆” 嵌入式网络监控终端、服务器、PC 机等。 “育港”电子考场系统管理服务软件提供了 一种统一的方式以命名、描述、定位、访问、管理和保护这些网络实体的信息。进 一步地,它管理这些网络实体的标识和它们之间的关系,使它们能够协同工作。由 于“育港”电子考场系统管理服务软件提供这些基础功能,因此它又包含了安全机 制保证网络的集成性。另外,它还在校园网定义和维护网络基础设施,执行系统管 理,和控制用户使用经验方面提供了关键的作用。 通过对整个系统提供包括用户认证、服务器和设备单点管理, “育港”电子考场 系统管理服务软件降低了整个系统管理的复杂性。是“育港”电子考场系统专业解 决方案可扩展性、灵活性、可管理性、安全性、可用性和高性能的基础。

“育港”电子考场系统管理服务软件设置界面
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3.2.1.2 功能与特性 在这里需要引入一个新名词——中庆管理域。 中庆管理域是由一个校园网内的“育港”育港电子考场专业解决方案的所有软件 和硬件共同构成。具体地,一个中庆管理域包括“育港”管理服务解决方案的核心 —管理服务器及它所管理的一组终端、服务器、PC 机构成。一个中庆管理域有一个 管理服务器。中庆管理域与网络的拓扑无关,可以由使用路由器或其它设备连接的 多个网络段(校园网的三层结构)构成。在实际情况下,一个中庆管理域是往往使 用 LAN 连接的一个或多个 IP 子网,或者一系列由高速网络骨干连接的多个局域网。 在单个中庆管理域中的所有计算机、终端都被良好地连接。同样地,多个中庆管理 域可以通过较低速的网络连接。通过在高速网络内部建立中庆管理域,系统管理的 请求和访问能够在本地网络中进行,从而提高了系统管理的执行效率。 “育港”管理服务软件主要功能是: ? 区域管理:实时地维护、管理和控制管理域中所有相关设备,包括终端和服务器 的状态。 ? 服务器集群:提供负载均衡及错误转换,保证系统具有高度的可用性、可扩展性 和可管理性。 ? ? 用户和权限管理:提供系统用户及权限分配管理。 网络带宽和流量管理: 内嵌了网络信息流量模型, 自动侦听和自适应网络信息流, 使系统保持良好的媒体网络通信性能。 基于以上分析,提供“育港”管理服务软件的逻辑结构示意图

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3.2.2 育港”电子考场系统监考软件包
3.2.2.1 功能描述
功能 考场信息防伪 远程监 多级用户认证 考 云台镜头控制 考场中 心监控 对全校考场进行实时录像,有效避免本地存储造成的考试信息丢失、 集中实时录像 修改、损坏等弊端 网上任意 PC 机通过校园网进行监考, 每位监考人负责四或九个班级, PC 机多画面监考 现场 网上 监考 系统自检功能 图画标记功能 网络电视墙 并在每个画面上标记班级名称及时间 系统定时自检,实时自动错误报警 经授权,可对监控画面标记,便于对违纪作弊学生标记、取证 多画面集中监考、自动巡视、控制云镜动作 实时抓拍图像,支持多种格式与路径保存,可用于另作证据,文档 图像抓拍打印 素材,打印等 资料 分析 局部放大 录像分割合并 登录密码保护 定时自锁保护 系统平 网络控制功能 台管理 硬盘空间提示 录像管理功能 意点进行现场控制 可在界面上显示硬盘资源占用情况 可对任意点设置录像手动操作 可将回放画面的某一局部图像进行静止放大 根据需要将有用的部分进行分割、合并,有效利用硬盘空间 有效防止无授权用户进入或修改监考结果 可设定无人操作自动锁定功能,保证系统安全运行 适用 LAN/DDN/E1/PSTN 电话网、互联网,网络允许情况下,可对任 录像回放处理 将回放画面的某一局部图像柔化、锐化、反相处理 监考有序进行 可控制各考场摄像机的转向、变倍、调焦、调光。实现全方位监控 功能描述 学校、考场、考试时间等信息与声像实时绑定,有效防伪 多级用户身份认证,访问授权管理,用户优先级自动识别,保证远程

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可分别设置每路录像的码流、录像质量,在规定时间段内自动录像,定 定时录像功能 时开关录像,实现无人值守时自动监控录像功能 影像防伪保护 资料 管理 文件加密保存 录像备份 检索功能 本地录像 有效防止第三方软件的编辑及修改功能,确保资料真实性 文件加密录制,保障文件安全性 支持多种备份方式(扩展硬盘阵列、热插拔硬盘、CD-RW) 按文件、日期、时间、监控点、储存容量检索,方便操作及日常管理 当网络出现突发故障,能够利用移动硬盘在考场自启动本地录像 能智能分组,多路广播和定时广播,广播源可为数字的,也可以是传 数字音频广播 统的模拟节目源(VCD、DVD、有线电视等) 在学校任何地方安放红外报警装置,任何非法触动,系统都会自动报 联动报警 警 扩展教学功能 通过升级可并入育港教学信息化平台,具备教学功能

3.2.2.2 多画面监考软件 “育港”电子考场系统专用软件平台通过将其中的相应组件安装在标准办公 PC 中,构建成“育港”电子考场系统的远程监控工作平台,主要根据电子考场需要的 实际需求,力求操作简易合理,符合工作人员的习惯,又能真正起到辅助办公的作 用。主要包括多画面监控,可以实现如下功能: ? 远程云镜控制:远程控制云台和镜头动作; ? 考场数字录像:对各个考点实时录像; ? 实时回放:边录边放,任意设定回放点,及时把握考场异动; ? VGA 电视墙监考:透明字幕、设备状态、巡视班级、排列设定、云镜控制、 录像管理等。

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多画面监考 3.2.2.3 录像管理软件 录像管理软件是“育港”系统的软件平台,用来完成系统管理、录像管理、监 看、后期处理等工作。具有并发录像、码率调节、视频丢失报警、录像模式选择、 录像任务分配、录像回放、检索查询、加密录制、抓拍打印、视频截取、多种方式 存储备份、密码保护、系统锁定等多种功能,并且根据录像策略灵活设置各项参数。

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录像管理界面

远程启动录像服务器;

录像回放、抓拍、检索软件

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3.2.2.4 管理员软件 管理员软件通过将 电子考场系统专用软件平台中的相应组件安装在管理

员办公 PC 中,构建成“育港”的网络管理平台,将“育港”的各项网络管理工作整 合在这个平台上,让管理员在自己的 PC 机上就可以很方便的完成系统、设备、教学 等管理工作。主要包括终端管理、电视墙管理等,可以实现如下功能: ? 远程开关机:单开单关、全开全关、定时开关、状态监控; ? 用户及权限管理:用户及用户组建立、管理、权限分配等; ? 电视墙管理:透明字幕、设备状态、巡视、排列设定、云镜控制、录像管理 等。

终端管理

电视墙管理

]

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3.3 远程监考平台
3.3.1 远程方案概述
本方案采用中庆“育港”的远程电子监考平台,具有强大的功能和可扩展性, 硬件采用嵌入式技术的网络视频服务器,具有稳定可靠的特点。另外,通过电子监 考平台的灵活性,本方案还提供了与第三方视频服务器、硬盘录像机无缝集成的方 法,也就是说通过软件平台我们可以将第三方的视频服务器和传统的硬盘录像机转 换成“育港”电子监考平台可识别的视频服务器,从而实现异构平台的应用。 3.3.1.1 解决方案的主要特点 1. 兼容性:本方案的设计充分考虑了教育用户在建设过程中的长期性和阶段 性,以及方案产品选用的多样化,方案对已有系统及未来可预见系统给予了 全面兼容,真正实现异构平台的统一应用,有效保障用户投资。因此,系统 具有广泛的兼容性和扩展性,能够适应教育用户分步实施、全面兼容的客观 实际。 2. 可靠性:本方案以嵌入式为基础构架,全面采用嵌入式操作系统、嵌入式运 算体系、嵌入式板卡设计等,不仅保证了设备的低功耗,也为整个系统应用 提供了较高的稳定性和可靠性。 3. 完整性:本方案定位于教育行业的电子监考应用,对于电子监考提供了完整 的解决,涵盖了学校监考中心、市巡考中心、省巡考中心、Internet 远程巡 考等各个层面的应用,并根据不同层面的需求提供了相对完善的管理功能。 在应用层面本方案也提供了完整应用, 系统充分考虑了不同教育用户的应用 需求,从学校的电子监考一直到省中心的监考都有完整的解决;系统在软件 层面上包含有监控、录像、互动、用户权限、系统管理等;从硬件设备上包 含视频服务器、数字电视墙等多种设备,是解决教育用户电子监考应用的完 整的解决方案。 4. 稳定性:本方案采用嵌入式技术架构,累积了现代中庆 13 年来在嵌入式领 域开发的丰富经验和技术优势,提供了稳定可靠的应用。2003 年、2004 年 以及 2005 年现代中庆的“育港”电子监考平台在全国各地共建设考场 1000 多所学校,尤其山东全省 600 多所学校的电子考场均采用“育港”系统,3
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年来系统良好运行,保证了山东省 3 年的高考电子监考应用。 5. 良好的层次性构建方式: “育港”电子监考平台采用分布式层次性架构,整 个系统形成从学校、区招办、市招办、省招办多级体系、多个中心,每一级 体系权限覆盖本级体系中的全部应用, 每一个中心覆盖本中心所辖的管理应 用,用户内部认证,自上而下进行包容。每个中心独立工作,在上级中心授 权的情况下交互工作。实现层次性构造,并可以灵活组织。 6. 带宽和码流控制: “育港”电子监考平台有很多工作是在城域网或广域网平 台中进行的,这样对于带宽和码流的控制策略就很重要。现代中庆独有技术 ——中庆域间互操作网关 ZDIG(Zonekey Domain Interoperation Gateway)和 单组播转换技术, 可以实现域间策略访问, 实现域间的数据转发、 用户转换、 带宽控制等,可以根据应用规模和在不同的网络环境下节省带宽。

3.3.2 方案逻辑结构和主要部件

图 3-1 解决方案逻辑结构示意图

上图 3-1 为“育港”远程监考系统解决方案逻辑结构示意图。如图所示,本图由 三个逻辑层次构成:硬件层、基础平台库层和应用程序层。下面分三小节介绍这三 个层次。 3.3.2.1 硬件层 如图 3-1 所示, 本方案采用两种硬件设备: 应用于视频图像采集压缩的中庆嵌入
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式视频服务器、第三方嵌入式视频服务器、需改造的硬盘录像机和应用于解码和电 视输出的中庆电视墙硬件。 视频压缩设备 本解决方案支持三种类型的视频压缩设备,中庆嵌入式视频服务器,其它厂商 的嵌入式视频服务器和硬盘录像机等原有需改造的解决方案。这些硬件设备,通过 两种方式,完全兼容于本解决方案软件平台: 1. 通过中庆的视频服务器软件支持。这种方式体现为两种形式,一,内嵌的可 网络更新的嵌入式视频服务器软件支持,安装于中庆视频服务器;二,基于 Windows 的视频服务器软件, 通过直接读取视频采集压缩卡的压缩后视频数 据,实现视频服务器。利用原有 Windows/Linux 的硬盘录像机实现的视频服 务器,在系统软件平台上,与中庆多路视频服务器没有区别,由于中庆播放 器支持多种播放格式,因此这样的实现方式同样可以实现与系统完全兼容。 2. 通过中间转发服务器支持。通过系统中间的转发服务器,接收并转发第三方 设备,包括硬盘录像机和第三方视频服务器的视频数据,可以起到将第三方 硬件方案与系统集成的目标。从转发服务器外部看来,转发服务器将第三方 设备转换为标准的中庆视频服务器,从而可以实现与系统平台的无缝集成。 但是,这种方式存在着为系统的构建和视频通信延迟引入了开销的缺点。一 种有效的方式是将转发服务器与域间网关安装在一起,降低系统构造开销。

图 3-2 第三方设备转发服务器方式集成支持

上图为转发服务器实现的原理图。转发服务器,类似于网关,可以将数据协议从 多个第三方的协议转换为中庆协议,从而实现与多个硬件的无缝集成。需要特殊说
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明的是,中庆协议不仅需要通过 RTP、RTSP 等协议处理标准的视频数据传输和控 制,还需要通过 RTSP 的扩展处理访问控制能力,如优先抢断、CA 认证等内容,因 此采用转发服务器方式应该认为是集成第三方,尤其是需改造的硬盘录像等解决方 案的必要途径。这是因为,一方面,利用转发服务器,未来系统功能的升级通过转 发服务器统一实现,可以降低未来系统升级的开销;另一方面,期望对需要改造的 硬盘录像机系统的升级,涉及到过大的开销。 中庆电视墙 采用嵌入式 Linux 操作系统,由“育港”电子监考平台中的电视墙程序支持运 行,中庆电视墙的主要作用是可以将从网络获得的视频信号解压后显示在电视墙上, 同时通过软件平台的配合,完成应用层面的各种功能。 3.3.2.2 基础平台库 如图 3-1,在系统的中间层为中庆基础平台库.Key Framework,这个库包含了两 部分内容,系统管理和多媒体视频处理库。这些库,对于构造解决方案中绝大多数 应用,是必须的。在很大程度上,这些库同时是提供 SDK 的基础。下面介绍这两部 分基础库。 系统管理重用库 1. 目录管理:与通用管理目标相同,中庆平台的目录管理的目标是收集系统中 的物理和逻辑实体,从而形成关于集中的系统映像,作为访问和查询系统实 体的唯一访问点。 2. 安全管理:处理系统管理安全方面的问题,包含的功能包括: 用户认证,用户证明自身; 访问控制, 用认证结果判断用户是否能访问某个资源/服务的具体操作; 优先抢断, 使用认证结果, 在多用户访问冲突性资源高优先级用户可以 抢断地优先级用户的当前使用; 对安全的管理,对安全性信息和策略的管理; 基于角色的个性化界面; 一些应用程序,如网上巡考应用程序,可以根据用户角色(系统管理
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员、市级巡考、区级巡考、校级巡考、普通教师)进行基于角色的界面和 按钮初始化,即不同的用户有不同的功能。 3. 调度管理:对系统定时事件的管理,具体地,指的是可以指定某种类型的调 度事件,系统能够在设定的调度时间自动执行调度事件,如定时录像、定时 开关机等。 4. 软固件管理:对系统软件固件的更新管理,在集中点提供新的升级程序,系 统其它部分定期下载更新,从而提供方便的方式提供系统升级。具体地,软 件升级包括:应用程序,服务器程序,系统的基础库;固件升级主要是嵌入 式视频服务器内的运行固件。 5. 配置管理:系统管理对系统设备、服务的静态配置。系统实体在启动后从配 置服务中自动获取这些配置信息,并利用这些信息对自身进行配置。 6. 统计日志管理:通过基础库,为系统的应用程序提供日志的记录功能,并作 为系统统计的基础。 多媒体视频处理库 基础平台库的另一部分是多媒体视频库,下图为中庆多媒体视频库的概要结构。

1.

协议层: 包含了基础的多媒体通信和控制协议栈, 具体地, 目前包括: RTSP、 RTP、SDP、SAP、SIP 五种协议。

2.

框架层:提供了快速构造服务器和客户端的应用框架,包含: Server Framework,采用对象面向的 Framework 设计方式实现的视频服 务器框架,应用于视频服务器、录像服务器、转发 服务器和域间网关等服务器;
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Client Framework,采用对象面向的 Framework 设计方式实现的视频客 户端框架,应用于巡考客户端、域间网关的客户端 部分; RTSP Server,RTSP 服务器,与 Server Framework 结合使用。 需要特殊指出的是,上述 Server Framework 和 Client Framework 不仅涵 盖了基础的媒体处理部分,还内嵌了安全管理,包括用户认证信息的获取、 根据用户认证信息和访问要求进行访问控制、对于稀缺资源的优先抢断等功 能,提供了快速构造各种服务器和客户端的基础。 3. 控件层:包含两种视频控件,表现为 OCX 控件形式,集成视频播放和控制, 目前包含两个: 一,实时播放控件,基于 Client Framework,用于播放实时视频源,如 视频服务器,提供了基础的用户认证,访问控制 事件等接口, 并提供输入视频服务器 url 到播放的 完整流程,还提供了播放抓屏等播放控制功能; 二,录像播放控件,用于播放录像文件,相比于实时播放控件,它提 供了更多的功能,包括:播放的快进、快退、正 放、反放、单帧播放等,更大程度地方便了考试 录像的调查取证。 3.3.2.3 应用程序层 应用程序层不仅包含了应用程序,还包含了服务器服务等各种可独立运行的系 统程序。如图 3-1 所示,具体地,应用程序层包含了 9 个逻辑部件。 1. 管理服务器:应用于系统管理的服务器,包含了 6 个服务,目录服务、认证 服务、调度服务、软固件更新服务、配置服务和统计日志服务。关于这六种 服务的基本信息,可参见系统管理服务部分。 2. 录像服务器:用于集中录制系统视频服务器的考试过程,作为调查取证的基 础。同一个域中可安装多台,实现分布式存储结构。同时,录像服务器还提 供基于 FTP 和 HTTP 的文件下载服务,根据请求提取录像信息。录像服务 器有两种控制方式:一,定时录像,通过读取数据库的定时信息,进行定时 录像;二,触发录像,即通过 Server Framework 的网络接口,通过网络命令
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触发录像,具体地,这些触发条件可能是录像客户端发出的录像控制命令, 也可能来自于视频服务器的移动侦测和报警所触发的录像控制命令。 3. 视频服务器:视频服务器软件,具有两种表现形式,一种体现为与中庆自有 的视频服务器形成应用平台; 另外一种表现为与第三方视频服务器和传统硬 盘录像机的整合,通过软件将上述外部设备转换为“育港”电子监考平台可 识别的视频服务器模式,从而为异构平台应用实现基础整合。 。 4. 域间网关:通过中庆域间互操作网关 ZDIG(Zonekey Domain Interoperation Gateway)处理域间数据通信,实现域间用户转换、域间数据转发、域间流 量控制、有效控制域间访问,提高安全管理,节省有效带宽。同时作为系统 的转发服务器。 5. 系统管理程序:管理/配置整个系统,监控整个系统的运行状态,通过各种 形式向系统用户提交系统状态报告,控制录像服务器的录像的启动、停止。 6. 网上巡考程序: 提供 C/S 模式的监考应用, 用于监考中心的监考工作的开展, 具有完整的管理功能;提供 B/S 模式的监考应用实现基于 Internet 的监考应 用,可实现自动下载安装,操作简单方便。 7. 录像回放程序:实现对已录像的考场资料或正在录像的考场资料的回放,支 持快进、快退、正放、反放、单帧播放、抓拍、截取等,更大程度地方便了 考试录像的调查取证 8. 电视墙控制程序:实现对 e 帆数字电视墙及电视墙大规模集中监看的支持, 实现电视墙布局策略,巡视策略的制定,云镜的控制,实时的监看,中心电 视的切换等。 9. 录像客户端:属于录像的管理客户端,可以经授权管理分布在其有效范围中 的所有录像服务器,实现集中和分布式相结合的录像策略。可以在任意节点 查看网络中所有有效工作的录像服务器的工作状态:CPU 占用率、硬盘容 量、网络带宽占用量、相关考场的录像规则(加密、回卷、时间、文件大小、 时间长短等) 。

3.3.2.4 嵌入式 CPU 与 DSP 组合的体系结构设计的优点 1、 可以极大的提高系统的稳定性和可靠性。
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通用的计算机的所有任务都是单一 CPU 来处理,多任务切换,没有专用的乘加 法器(MAC) ,在图像处理时效率很低,只有通过高主频来负责所有任务的处理。这 种单一的 CPU 处理方式在支持大量的视频处理时存在很多不确定因素,如 CPU 资 源不足,内存溢出,任务切换失败,现场数据保护出错等,这些是系统稳定性差的 根源。嵌入式计算机对功能实现进行合理分配,对外设的控制和用户的交互通过专 用的嵌入式 CPU 来完成, 多媒体数据通过 DSP 来处理。在中庆的嵌入式计算机中几 个核心的功能交给 DSP 处理,如媒体点播服务,课件点播服务,摄像机图像的编码 服务,音频编码服务,而嵌入式 CPU 只负责简单的任务控制和用户交互,这些运算 处理量极少。 2、 可以降低整个系统的能源损耗。 由于专用 DSP 对多媒体数据的处理特性,效率很高,在较低的频率下就可实现 高主频通用 CPU 的功能。 原来需要一个 2G 的 CPU 来处理的多媒体数据可以通过一 个低主频的嵌入式 CPU 和多个 DSP 来完成。 中庆的嵌入式教学计算机就是通过一个 133M 主频的 CPU 与 4 个 200M DSP 协作处理来实现的,而这些 DSP 也只有在用户 发出特定的请求后才参与运算处理,通常处于休眠状态。而普通的单 CPU 的设计, 只要开机,CPU 就以固有的速度运行,发热量极大,空闲状态时造成很大的能源浪 费。为满足教学评估的需要,教室内的计算机通常整天处理开机状态。 3、 DSP 可以根据需要进行开启和关闭,进一步降低整机的能耗。 正如我们的手机一样,如果不进行通话,手机处于待机状态,在此状态下专门 负责话音处理的 DSP 芯片处于休眠状态,只有在接听电话时才会自动唤醒。嵌入式 教学计算机在没有多媒体数据处理时,主 CPU 就会向 DSP 发一条指令,使其进入休 眠状态。 4、 无风扇设计。 低主频 CPU 的散热处理可以通过芯片的自散热来实现, 不用另外安装散热风扇, 这种设计能很好的适应教室多粉尘的环境。

3.3.3 ARM 技术
ARM(Advanced RISC Machines) ,既可以认为是一个公司的名字,也可以认为 是对一类微处理器的通称,还可以认为是一种技术的名字。1991 年 ARM 公司成立于 英国剑桥,主要出售芯片设计技术的授权。 ARM 公司是专门从事基于 RISC 技术芯片设计开发的公司, 作为知识产权供应商,
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本身不直接从事芯片生产,靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片,世界 各大半导体从 ARM 公司购买其设计的 ARM 微处理器核,根据各自不同的应用领域, 加入适当的外围电路,从而形成自己的 ARM 微处理器芯片进入市场。因此既使得 ARM 技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持,更具有竞争力。 ARM 微处理器特点: ARM9 系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能,采用 RISC 架构的 ARM 微处理器一般具有如下特点: 1、体积小、低功耗、低成本、高性能; 2、支持 Thumb(16 位)/ARM(32 位)双指令集,能很好的兼容 8 位/16 位器件; 3、大量使用寄存器,指令执行速度更快; 4、大多数数据操作都在寄存器中完成; 5、寻址方式灵活简单,执行效率高; 6、指令长度固定;

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