海南電網公司 鄭 楨 高 鵬 何啟遠

國網電力科學研究院信息通信分公司 余 昇

1.引言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)如今已經廣泛應用于交通、公安、金融證券、電信、電力等各個行業(yè)[2]。而現今電力行業(yè)中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)往往只能對各自管轄的局部區(qū)域進行監(jiān)控，建設現狀比較凌亂，不能做到標準統(tǒng)一、逐層匯集。隨著智能電網信息化各業(yè)務系統(tǒng)應用的不斷深化，各系統(tǒng)對視頻統(tǒng)一接入、集中展示和視頻聯動的需求不斷增加。在此背景下，國家電網公司編制并印發(fā)《電網視頻監(jiān)控系統(tǒng)及接口》標準，對視頻監(jiān)控的功能、音視頻編碼格式、業(yè)務系統(tǒng)調用及前端系統(tǒng)接入接口服務提出了明確的要求。一套遵照《電網視頻監(jiān)控系統(tǒng)及接口》企業(yè)標準，研發(fā)和建設電網統(tǒng)一視頻監(jiān)視平臺十分必要。

2.電網“全球眼”系統(tǒng)簡介

海南省是臺風多發(fā)省份，亟需加強平時的安全生產管理以及當臺風等災害事件發(fā)生時，及時了解真實、準確的現場情況，包括突發(fā)事件發(fā)生的原因及過程、突發(fā)事件對電網設備設施造成的破壞等。為充分滿足海南國際旅游島“超穩(wěn)定”的供電需求，海南電網公司在全面落實強化安全管理要求的同時，積極響應智能電網的總體要求，提出了建設以多視角，多維度展現電網運行狀態(tài)的電網全景展現運行指揮系統(tǒng)。

在智能電網迅速發(fā)展的條件下，變電站“四遙”功能（遙測、遙信、遙控、遙調）得以充分體現，隨著無人值班管理模式的推廣，其中所涉及的數字式和簡單圖形化的監(jiān)控已不能完全滿足對變電站內設備的監(jiān)控，人們越來越迫切希望能夠通過視頻圖像實現對變電站內設備及周邊環(huán)境的監(jiān)視，以及實現無人值班環(huán)境下的安全防衛(wèi)。遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)是對“四遙”功能的進一步補充－“遙視”，它能監(jiān)視并記錄變電站的安全以及設備的運行情況，并提供事后分析事故的有關圖像資料。同時它還具有防火、防盜、等設備聯動等功能。因此越來越多的電力局把遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)作為自動化變電站管理的新手段。同時，各種通信媒介的鋪設和多媒體壓縮技術以及網絡傳輸技術的發(fā)展為“五遙”－遙視提供了必要的前提條件和技術保證。電網全景展現系統(tǒng)構架圖如下圖1所示。

3.視頻展現單元

3.1 視頻展現單元

視頻監(jiān)控系統(tǒng)基于IP網絡，能獨立完成視頻監(jiān)控相關業(yè)務，提供音視頻、數據、告警及狀態(tài)等信息遠程采集、傳輸、儲存、處理業(yè)務的監(jiān)控系統(tǒng)。不同區(qū)域的視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以聯網，實現多區(qū)域視頻監(jiān)控。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成部分包括視頻監(jiān)控平臺、前端設備和應用客戶端。平臺數據架構如下圖2所示。

視頻展現單元作為視頻平臺的模塊之一，根據海南電網全景展現系統(tǒng)對視頻業(yè)務的需求，滿足用戶配置、用戶認證、設備列表、實時音視頻瀏覽、音視頻解碼器要求、多畫面顯示、云鏡控制、視頻錄像、錄像查詢回放、信號聯動、實時語音、抓圖、電子地圖、時間同步、移動終端瀏覽等功能。

視頻展現單元可分為CS和BS兩種模式。CS模式之傳統(tǒng)的應用客戶端，用戶安裝程序后，運行客戶端程序即可瀏覽視頻；用戶不僅可通過C/S，還可以通過B/S模式接入系統(tǒng)。用戶打開瀏覽器輸入相應URL即可訪問視頻瀏覽頁面，通過OCX集成方式完成海南全景展現系統(tǒng)視頻功能。

表1

圖1 電網全景展現系統(tǒng)構架圖

圖2 全景展現系統(tǒng)視頻平臺架構

圖3 應用客戶端分層設計

圖4 視頻解碼庫結構

圖5 視頻調閱程序流程

圖6 CS客戶端運行界面

圖7 綜合展示界面

3.2 視頻展現單元分層設計

應用客戶端模塊框架按照分層設計。如圖3所示，分為通信層和應用層。通信層與視頻統(tǒng)一平臺進行信令及媒體數據的交互，其通信接口符合國家電網視頻規(guī)范A接口標準，同時為業(yè)務層提供服務支撐?？丶臉I(yè)務層承載了業(yè)務系統(tǒng)對視頻統(tǒng)業(yè)務的需求，包括音視頻、控制、系統(tǒng)功能、歷史視頻、資源獲取5個模塊。

3.2.1 通信層

通信層作為應用客戶端的最底層，負責與視頻平臺進行數據的交互，其中包括通信接口模塊、RTPRTCP模塊、HTTP模塊、RTSP模塊。

通信接口模塊主要實現對TCP通信報文的收發(fā)控制以及對請求命令對象和通信報文的序列化和反序列化；HTTP通信模塊主要實現對HTTP通信報文的收發(fā)控制以及對請求命令對象和通信報文的序列化和反序列化，主要用于和音視頻業(yè)務相關性不高的業(yè)務，如資源獲取、系統(tǒng)功能等；RTP/RTCP傳輸模塊主要實現對RTP/RTCP數據報文的收發(fā)控制以及對數據報文的序列化和反序列化，用于音視頻數據的傳輸；RTSP通信模塊主要實現對媒體會話的建立、修改、刪除控制以及對RTSP通信報文的序列化和反序列化，主要用于遠程錄像回放業(yè)務。

3.2.2 音視頻解碼層

音視頻解碼層實現對音視頻數據的解碼。應用客戶端接收到音視頻數據流后，首先由通信層接收，再由音視頻解碼層解碼顯示于播放窗口或播放。

應用客戶端通過調用標準解碼庫對數據進行解碼。標準解碼庫對應用客戶端提供標準的函數接口，以動態(tài)鏈接庫（.dll文件）的形式提供給應用客戶端。其邏輯結構如下圖4所示。

如圖4所示，由于統(tǒng)一視頻平臺需要接入各電網公司及其下屬單位的視的頻數據，而各下屬單位的輸出視頻流編碼格式并不統(tǒng)一，包括各廠商自定義的編碼格式及H.264編碼格式。所以需要對各廠家提供的視頻解碼庫及H.264解碼進行再次封裝[3]，并對應用客戶端的業(yè)務層提供統(tǒng)一解碼接口。由于整個視頻系統(tǒng)采用軟解碼的形式，且應用客戶端在WINDOWS系統(tǒng)VC環(huán)境下開發(fā)，所以接口全部由C語言函數的形式提供。

3.2.3 業(yè)務層

業(yè)務層用于實現應用客戶端上層業(yè)務，由通信層和音視頻解碼層提供接口。業(yè)務層用于將視頻系統(tǒng)的業(yè)務展現給用戶，所以又可稱作業(yè)務展現層。業(yè)務層可分為音視頻功能、系統(tǒng)功能、資源獲取、歷史視頻回放、控制功能幾大模塊?？梢詽M足操作者多樣化的多媒體業(yè)務需求。

3.3 程序流程設計

本節(jié)以最具典型意義的視頻調閱業(yè)務為例，闡述應用客戶端的功能實現流程[1]。

調閱實時視頻包含信令接口和媒體流接口，信令基于TCP協議，媒體傳輸采用RTP/RTCP。

視頻信令采用自定義協議，數據報文采用自定義結構，包括報文表示、報文類型、消息體、報文結束表示組成。

視頻數據采用RTP打包傳輸時，考慮每個傳輸分組不大于MTU，采用了編碼器層支持（ITU-T H.264的multi-slice技術）技術和RTP層的分片機制（IETF RFC 3984定義的FU-A技術）[5]。

結束會話宜由用戶發(fā)起，也可由支持由被調閱的系統(tǒng)結束會話（如網絡資源不足等原因）。視頻調閱業(yè)務流程圖如圖5所示。

視頻調閱業(yè)務信令由TCP協議完成，實時視頻流通過RTP/RTCP協議傳輸。應用客戶端發(fā)起視頻請求的數據定義如下：TCP消息以C++結構體形式定義，調用TCP協議動態(tài)庫提供的函數接口發(fā)送，如表1。

3.4 視頻展現單元運行結果

應用客戶端軟件應用WINDOWS系統(tǒng)的VC2008作為編碼工具，C++作為編程語言。實現了電網統(tǒng)一視頻的應用客戶端部分。包括音視頻調閱、歷史視頻回放、控制等功能，運行結果如圖6、7所示。

4.結束語

本文首先對整個電網統(tǒng)一視頻平臺做了介紹和概括，其次通過模塊設計、業(yè)務流程設計、消息內容設計幾個層面詳細闡述了視頻平臺中的應用客戶端軟件的實現。該應用客戶端軟件已經成功運行于生產環(huán)境，運行穩(wěn)定。下一步的研究主要集中在視頻業(yè)務的高級應用上，挖掘電力行業(yè)對視頻業(yè)務的特有需求研究并實現實更加多樣化的功能。

[1]電網視頻監(jiān)控系統(tǒng)及接口,第一部分:技術要求[S].Q/GDW 517.1-2010.

[2]江潮,蘇祥芳.基于網絡的數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J],武漢大學學報(自然科學版),2003,46(5):608-612.

[3]樓劍,虞露.新一代的視頻編解碼標準-H.264[J].當代通信,2003(5):29-32.

[4]王紅熳,鄒華.SIP協議棧的實現與應用[J].北京郵電大學學報,2000,23(4):74-78.

[5]Rosenberg J,Schulzrinne H,Camanilo G.SIP:Session initiation protocol.Internet RFC 3261,2002.

[6]Schulzrinne H,Rosenberg J.The session initiation protocol:Internet-Centric signaling.IEEE Communications Magazine,2000:134-141.

[7]沈國輝,佘東香,孫湃等.電力系統(tǒng)可視化技術研究及應用[J].電網技術,2009.Vol33.No17.

[8]王慶紅.電力系統(tǒng)可視化技術及其在南方電網的應用[J].南方電網技術研究,2006,2(3):40-44.

[9]Research Reports International.Understanding the smart grid,RRI00026[R].2007.

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