視頻濃縮技術(shù)支撐變電站無人值守業(yè)務(wù)

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年達到全面采用少人無人值守的集控目標。同時，每個變電站的視頻監(jiān)控系的攝像頭數(shù)量方面也將增加到35～40個，以爭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（以下簡稱本系統(tǒng)），并在500kV千里山變電站進行了試點運行。

1 總體設(shè)計

1.1 設(shè)計目標

為降低開發(fā)風險，采用較為成熟的視頻濃縮中間件，在此基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)形成一套軟件工具，能夠自動獲取視頻監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生的監(jiān)控錄像，對其進行預分析，獲取有效視頻片段，減少視頻存儲空間，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)進行集成，在授權(quán)情況下訪問錄像服務(wù)器，定期復制視頻文件到視頻分析服務(wù)器上，自動進行分析，形成分析后的視頻文件，供用戶快速檢索、回看。若對某時刻的關(guān)鍵場景數(shù)據(jù)感興趣，則可指定該視頻片段的起止時刻，將其導出為獨立的視頻片段保存?zhèn)洳椤?/p>

1.3 應(yīng)用流程

通過對試點站內(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，對本系統(tǒng)的應(yīng)用流程設(shè)計如圖2。

2 軟件主要功能

2.1 視頻復制

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

2.2 自動分析

自動分析功能對指定目錄下的監(jiān)控視頻文件，逐一讀取進行解碼，逐幀進行分析，完成運動目標檢測、跟蹤、特征分析、摘要合成及元數(shù)據(jù)導出等系列操作，并形成獨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，形成某種時空疊加形式的視頻濃縮摘要效果，如圖3。

進行過合成濃縮處理后，用戶需要觀看的視頻時間大幅縮短，極大減輕了最終用戶查看視頻的工作強度。

2.3 瀏覽檢索

視頻文件經(jīng)過自動分析處理后，形成視頻濃縮文件。用戶可對濃縮視頻進行瀏覽，相當于極快速地瀏覽監(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。用鼠標點擊關(guān)注目標，即可跳轉(zhuǎn)到原始視頻中的對應(yīng)位置開始播放，便于詳細查看場景過程和前后相關(guān)內(nèi)容。

若濃縮視頻不能滿足使用者的更復雜查找需要，則可選擇瀏覽檢索功能。該功能可對某個濃縮結(jié)果進行條件檢索，快速找到關(guān)注的場景?？稍O(shè)置的條件包括：對象的大小、顏色、運動方向、時間范圍等。在檢索完后，顯示多個符合條件的視頻縮略畫面，便于使用者快速瀏覽定位，進一步查看確認。同樣，用鼠標點擊關(guān)注目標，即可跳轉(zhuǎn)到原始視頻對應(yīng)的時間點開始播放。

2.4 視頻導出

一旦對某個片段的原始視頻感興趣，且希望長期保存，則可使用數(shù)據(jù)導出功能完成目標?？赏ㄟ^填寫該段原始視頻的開始時間和結(jié)束時間，將此范圍內(nèi)的原始視頻片段單獨導出。

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：畫面對象密度數(shù)、對象大?。ㄏ袼兀ο箢伾?、運動方向、運動速度、關(guān)注區(qū)域等等。通過靈活設(shè)置相關(guān)參數(shù)，能得到更有效的預分析檢索效果。例如：對于監(jiān)視設(shè)備區(qū)入口的視頻錄像，就可設(shè)置為關(guān)注從進入設(shè)備區(qū)內(nèi)的對象，運動方向由設(shè)備區(qū)外指向設(shè)備區(qū)內(nèi)。按照此方式進行濃縮分析，則分析結(jié)果將只是進入設(shè)備區(qū)的活動對象的視頻內(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、賬號密碼等。設(shè)置完成后，即可完成定時收集監(jiān)控視頻，自動進行視頻分析。

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、文件復制調(diào)用接口等等。

3 試點應(yīng)用效果

本系統(tǒng)研制完成后，選擇500kV千里山變電站進行了試運行。

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

濃縮后視頻時長為原始視頻文件的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)計目標。

4 技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新點

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“定時抽查1小時錄像”模式（各攝像頭固定時段監(jiān)控錄像視頻）逐步提升為“24小時全時段檢查”模式，更易發(fā)現(xiàn)潛在隱患信息，進一步降低了視頻瀏覽漏檢重要情況的運行風險。

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)控數(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)傳輸量遠遠小于原始視頻容量（1/10～1/20），有效提高了視頻傳輸效率。由于這種方式每個站點相對獨立，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

通過本項目的實際應(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)的留存記錄價值，對管理部門直觀、持續(xù)跟蹤記錄變電站的運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矢量計算加速方案，進一步提高本系統(tǒng)濃縮分析的總體性能。