文/王蒙生 王欣 劉春英 梁海洋 李中為

“十三五”末，烏海超高壓供電局管轄的500千伏變電站將增加到15座，并要在2020年達(dá)到全面采用少人無人值守的集控目標(biāo)。同時(shí)，每個(gè)變電站的視頻監(jiān)控系的攝像頭數(shù)量方面也將增加到35～40個(gè)，以爭(zhēng)取做到全站無死角監(jiān)視。

我局采用了成熟的視頻濃縮與視頻摘要技術(shù)，自主開發(fā)出一套《基于視頻濃縮技術(shù)的變電站監(jiān)控錄像分析管理系統(tǒng)》軟件（以下簡(jiǎn)稱本系統(tǒng)），并在500kV千里山變電站進(jìn)行了試點(diǎn)運(yùn)行。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

為降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，采用較為成熟的視頻濃縮中間件，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)形成一套軟件工具，能夠自動(dòng)獲取視頻監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生的監(jiān)控錄像，對(duì)其進(jìn)行預(yù)分析，獲取有效視頻片段，減少視頻存儲(chǔ)空間，輔助工作人員提高視頻檢索速度10倍以上，并提高有用視頻數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期保存能力。

1.2 系統(tǒng)框架

系統(tǒng)的框架示意圖如圖1。

本系統(tǒng)的分析對(duì)象為監(jiān)控錄像視頻文件。因此，本系統(tǒng)是與視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行集成，在授權(quán)情況下訪問錄像服務(wù)器，定期復(fù)制視頻文件到視頻分析服務(wù)器上，自動(dòng)進(jìn)行分析，形成分析后的視頻文件，供用戶快速檢索、回看。若對(duì)某時(shí)刻的關(guān)鍵場(chǎng)景數(shù)據(jù)感興趣，則可指定該視頻片段的起止時(shí)刻，將其導(dǎo)出為獨(dú)立的視頻片段保存?zhèn)洳椤?/p>

1.3 應(yīng)用流程

通過對(duì)試點(diǎn)站內(nèi)現(xiàn)有視頻監(jiān)控的應(yīng)用目的、工作流程的調(diào)研與交流，對(duì)本系統(tǒng)的應(yīng)用流程設(shè)計(jì)如圖2。

2 軟件主要功能

2.1 視頻復(fù)制

視頻復(fù)制功能為后臺(tái)進(jìn)程，按照指定參數(shù)，將視頻錄像機(jī)中新產(chǎn)生的視頻錄像文件復(fù)制到視頻分析服務(wù)器中。該進(jìn)程始終監(jiān)控視頻錄像文件的產(chǎn)生，定期觸發(fā)產(chǎn)生復(fù)制任務(wù)，并自動(dòng)判斷是否同名、處理復(fù)制沖突。此功能為自動(dòng)啟動(dòng)并常駐內(nèi)存，也可手工結(jié)束、手工啟動(dòng)。

2.2 自動(dòng)分析

自動(dòng)分析功能對(duì)指定目錄下的監(jiān)控視頻文件，逐一讀取進(jìn)行解碼，逐幀進(jìn)行分析，完成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、跟蹤、特征分析、摘要合成及元數(shù)據(jù)導(dǎo)出等系列操作，并形成獨(dú)立的濃縮摘要文件備查。其中，最重要的合成濃縮功能將把判定為重要的視頻片段組合在一起，形成某種時(shí)空疊加形式的視頻濃縮摘要效果，如圖3。

進(jìn)行過合成濃縮處理后，用戶需要觀看的視頻時(shí)間大幅縮短，極大減輕了最終用戶查看視頻的工作強(qiáng)度。

2.3 瀏覽檢索

視頻文件經(jīng)過自動(dòng)分析處理后，形成視頻濃縮文件。用戶可對(duì)濃縮視頻進(jìn)行瀏覽，相當(dāng)于極快速地瀏覽監(jiān)控視頻。一旦發(fā)現(xiàn)感興趣的畫面，可立即回溯原始視頻。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊關(guān)注目標(biāo)，即可跳轉(zhuǎn)到原始視頻中的對(duì)應(yīng)位置開始播放，便于詳細(xì)查看場(chǎng)景過程和前后相關(guān)內(nèi)容。

若濃縮視頻不能滿足使用者的更復(fù)雜查找需要，則可選擇瀏覽檢索功能。該功能可對(duì)某個(gè)濃縮結(jié)果進(jìn)行條件檢索，快速找到關(guān)注的場(chǎng)景。可設(shè)置的條件包括：對(duì)象的大小、顏色、運(yùn)動(dòng)方向、時(shí)間范圍等。在檢索完后，顯示多個(gè)符合條件的視頻縮略畫面，便于使用者快速瀏覽定位，進(jìn)一步查看確認(rèn)。同樣，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊關(guān)注目標(biāo)，即可跳轉(zhuǎn)到原始視頻對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)開始播放。

2.4 視頻導(dǎo)出

一旦對(duì)某個(gè)片段的原始視頻感興趣，且希望長(zhǎng)期保存，則可使用數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能完成目標(biāo)?？赏ㄟ^填寫該段原始視頻的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，將此范圍內(nèi)的原始視頻片段單獨(dú)導(dǎo)出。

圖2：系統(tǒng)應(yīng)用流程圖

圖3

2.5 參數(shù)設(shè)置

主要面向視頻濃縮分析。包括：畫面對(duì)象密度數(shù)、對(duì)象大小（像素）、對(duì)象顏色、運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度、關(guān)注區(qū)域等等。通過靈活設(shè)置相關(guān)參數(shù)，能得到更有效的預(yù)分析檢索效果。例如：對(duì)于監(jiān)視設(shè)備區(qū)入口的視頻錄像，就可設(shè)置為關(guān)注從進(jìn)入設(shè)備區(qū)內(nèi)的對(duì)象，運(yùn)動(dòng)方向由設(shè)備區(qū)外指向設(shè)備區(qū)內(nèi)。按照此方式進(jìn)行濃縮分析，則分析結(jié)果將只是進(jìn)入設(shè)備區(qū)的活動(dòng)對(duì)象的視頻內(nèi)容。

2.6 集成接口

這里的集成接口包括2部分：

2.6.1 與視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口

方便地接入主流視頻監(jiān)控廠商的監(jiān)控系統(tǒng)。包括IP地址、共享目錄、只讀權(quán)限、賬號(hào)密碼等。設(shè)置完成后，即可完成定時(shí)收集監(jiān)控視頻，自動(dòng)進(jìn)行視頻分析。

2.6.2 與其他管理系統(tǒng)接口

方便被其他管理軟件以門戶方式、數(shù)據(jù)共享方式集成。包括賬號(hào)密碼、文件目錄名（原始視頻、濃縮視頻、原始片段等）、分析服務(wù)調(diào)用接口、文件復(fù)制調(diào)用接口等等。

3 試點(diǎn)應(yīng)用效果

本系統(tǒng)研制完成后，選擇500kV千里山變電站進(jìn)行了試運(yùn)行。

系統(tǒng)投入運(yùn)行一段時(shí)間后，對(duì)12個(gè)攝像頭隨機(jī)挑選了5個(gè)攝像頭，對(duì)其各自的24小時(shí)*5天的錄像數(shù)據(jù)進(jìn)行濃縮分析，并將濃縮分析前后的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。其中：攝像頭均采用2M碼率編碼；視頻濃縮分析參數(shù)設(shè)置是針對(duì)較大活動(dòng)物體（如畫面比例的1/10以上物體）進(jìn)行分析與濃縮

濃縮后視頻時(shí)長(zhǎng)為原始視頻文件的0.89%，容量大小平均為原始視頻的3.5%。相比目前的常規(guī)瀏覽模式（以16倍速快進(jìn)方式），采用濃縮模式后回看速度提高50倍～100倍以上；而保存有效視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間也大大提升，平均是原始視頻的10倍～20倍以上，超過了原設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4 技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 創(chuàng)新監(jiān)控視頻檢查模式

變電管理部門將之前每天“定時(shí)抽查1小時(shí)錄像”模式（各攝像頭固定時(shí)段監(jiān)控錄像視頻）逐步提升為“24小時(shí)全時(shí)段檢查”模式，更易發(fā)現(xiàn)潛在隱患信息，進(jìn)一步降低了視頻瀏覽漏檢重要情況的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 提高視頻傳輸效率

本系統(tǒng)能有效降低目前視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸量，僅將分析結(jié)果定期上傳局中心，視頻數(shù)據(jù)傳輸量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原始視頻容量（1/10～1/20），有效提高了視頻傳輸效率。由于這種方式每個(gè)站點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立，彼此之間互不干擾，極大減輕網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力。

5 結(jié)束語

通過本項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用，表明本系統(tǒng)能提高變電站視頻監(jiān)控錄像的回看、檢索效率至少50倍以上，并進(jìn)一步發(fā)揮出視頻監(jiān)控系統(tǒng)錄像數(shù)據(jù)的留存記錄價(jià)值，對(duì)管理部門直觀、持續(xù)跟蹤記錄變電站的運(yùn)行狀況提供了有效的技術(shù)支持手段。后續(xù)將繼續(xù)研究CUDA框架與GPU矢量計(jì)算加速方案，進(jìn)一步提高本系統(tǒng)濃縮分析的總體性能。