海上平臺視頻監(jiān)控系統(tǒng)配置及智能動態(tài)降噪（iDNR）技術應用

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）

1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)簡介

在現(xiàn)代社會迅速發(fā)展的今天，人們對于安全防范愈發(fā)重視，以往主要采取的人防與物防手段，現(xiàn)在已難以跟上時代的發(fā)展。在能源行業(yè)視頻監(jiān)控安全防范方面，一直缺少智能監(jiān)管手段。因此作為以智能技術防范為主要手段的視頻監(jiān)控平臺建設，已經凸顯其重要性。然而，長期以來建設的視頻監(jiān)控平臺具備的功能較少，難與其他系統(tǒng)進行連接，無法滿足資源與業(yè)務整合的需求。為給能源行業(yè)提供一個安全的環(huán)境，需要對同一視頻監(jiān)控平臺加以規(guī)劃，盡快實現(xiàn)統(tǒng)一化管理，以此來進行全方位監(jiān)控。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)即CCTV系統(tǒng)，主要有模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)、基于PC多媒體卡的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、基于嵌入式視頻服務器的網絡數字監(jiān)控系統(tǒng)等幾種構建方式。在這些構建方式中，嵌入式視頻服務器的網絡數字監(jiān)控系統(tǒng)目前廣泛應用于海洋石油領域。

2 海上平臺的視頻監(jiān)控系統(tǒng)配置要求及選型

海上石油平臺的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：

（1）前端視頻采集部分

攝像裝置是收集被攝物體的光信號，并將其轉換為電視信號的設備。它是整個系統(tǒng)的核心部分，包括鏡頭、攝像機、防護罩及支撐設備等。根據被攝物體及攝像地點的不同，攝像裝置的具體配置也各不相同。

同時，為適合夜間監(jiān)控的要求，可選用帶紅外夜視功能的攝像機，一般用于通道及登陸平臺區(qū)域，保證人員清楚地監(jiān)控到夜間的情況，以滿足平臺對于反恐方面的需求。

視頻服務器是實現(xiàn)網絡化、數字化處理的重要設備，它完成模擬視頻監(jiān)視信號的數字采集、影像壓縮、監(jiān)控數據處理、報警信號采集、網絡的Web發(fā)布等功能。它可將前端的模擬信號同時處理成高清晰度的實時數字圖像發(fā)布到網絡中，可保證監(jiān)控中心能實時監(jiān)控到現(xiàn)場情況。

（2）網絡通信部分

網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用標準的TCP/IP協(xié)議，可直接應用在局域網或廣域網上。具體的通道方式可根據現(xiàn)場的實際情況進行選擇。

（3）中心控制部分

視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用Brower/Sever結構，用戶在調度/監(jiān)控中心設置一臺圖像監(jiān)控系統(tǒng)服務器，主要完成現(xiàn)場圖像接收、用戶登錄管理、優(yōu)先權的分配、控制信號的協(xié)調、圖像的實時監(jiān)控、錄像的存儲、檢索、回放、備份、恢復等?？偪厥褂眉泄芾碥浖惭b到計算機來進行管理。

在本地監(jiān)控點可安裝網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的客戶端，用戶利用IE瀏覽器查看本地和遠程現(xiàn)場情況。在客戶端上還可實現(xiàn)多畫面實時監(jiān)控，遠程控制攝像機云臺、制訂錄像計劃等操作。此外，各個平臺的視頻監(jiān)控情況可以通過海底光纖或微波系統(tǒng)傳輸到陸地終端控制中心進行集中控制，同時陸地終端控制中心也可通過廣域網將信息傳輸到公司總部供領導進行察看，特別是在平臺出現(xiàn)緊急情況甚至險情時能為領導層的決策發(fā)揮重要作用。

由于海洋石油平臺的特殊性，根據安裝環(huán)境的不同，對應的監(jiān)控需求也有所不同。針對各個位置的監(jiān)控應用需求，平臺上視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端設備主要有室外云臺式攝像頭，如設置在危險區(qū)，需要選擇隔爆型（Ex’d’）攝像機以應對特殊環(huán)境。室內攝像頭更多考慮到室內的監(jiān)控時常需要對內部儀器、人員等細節(jié)進行監(jiān)控等因素，應選擇可控制的快球攝像機。此外，近年來隨著海上反恐的需求日趨增多，多數新建平臺會在底層登平臺甲板及樓梯處設置入侵報警裝置，配置帶紅外的監(jiān)控攝像頭，以實現(xiàn)日夜不間斷監(jiān)視。

墾利3-2油田擴建項目位于渤海南部，采用全海式開發(fā)，充分依托墾利3-2油田開展新建井口平臺的無人化設計，包括新建1座4腿簡易無人駐守井口保護架KL3-2 WPFB。在此新建無人井口保護架上設置有視頻監(jiān)控系統(tǒng)，所有室內區(qū)域均設置有視頻監(jiān)控，其中電氣間視頻功能集成到電氣間的無人巡檢機器人系統(tǒng)里，儀表間安裝有室內攝像頭。室外區(qū)域的攝像頭布置在重點生產區(qū)域如井口區(qū)、樓梯口逃生通道處、登平臺處以及為監(jiān)控溢油情況而設置的面向海面方向。

3 智能動態(tài)降噪（iDNR）的技術應用

近年來，隨著高清視頻技術的發(fā)展，獲得高清視頻圖像的需求逐漸增大。高清（High Definition），即高分辨率。常用分辨率有720P、1080i和1080P，高清監(jiān)控的優(yōu)勢在于高清晰度，可提供更多關鍵細節(jié)，單位面積監(jiān)控點密度的下降，通過高清圖像可以提高智能分析算法的精度。

負責平臺重點區(qū)域監(jiān)控的攝像機若要得到清晰的圖像則需要更大的像素，而那些百萬像素攝像機可提供超詳細的圖像和更多有用的信息，但這需要付出代價，即傳輸和存儲這些圖像所需的數據量顯著增加，導致對網絡基礎設施帶來的帶寬需求增大以及所需存儲容量的增加，從而增加總成本。而存儲磁盤是IP網絡系統(tǒng)中最昂貴的組件之一。因此降低存儲成本是運行項目中必須要考慮的因素。通過研究發(fā)現(xiàn)，降低成本可以從攝像機入手。目前一項最新的創(chuàng)新技術可以有效降低網絡帶寬要求和后續(xù)存儲成本，同時保持高質量和詳細的圖像。

眾所周知，在發(fā)送或接收信號的任何電子設備中總是存在一定程度的噪聲。圖像噪聲是圖像捕獲同時的負面產物，并且是阻塞編碼過程的最不利因素，其直接導致給定圖像夸大的比特率。百萬像素相機更容易受到噪聲影響，因為傳感器上的像素較小，無法收集太多光線，需要更多的放大而引入噪聲，而在弱光場景下也會增加噪聲水平。

控制圖像處理的新技術是基于內容的成像技術（Contented-Based Imaging Technology），是一種智能場景分析系統(tǒng)，它檢查視頻圖像的實際內容，并向數字信號處理器（DSP）提供反饋，以重新調整圖像處理。CBIT從根本上改善了許多區(qū)域的圖像質量，但也很大程度上降低了噪聲的影響。

通常的降噪可以采取空間降噪和時間降噪兩種形式?？臻g降噪是降低平均幀內的像素以減少噪聲。時間降噪是降低涉及對幾幀上的像素求平均值以抵消噪聲偽像。智能動態(tài)降噪（iDNR）使用這兩種方法的組合，并根據光照水平和場景中移動物體的CBIT分析動態(tài)調整它們。

時間降噪對靜態(tài)圖像非常有效，但在圖像中有運動時會引起問題。如果對移動物體應用時間降噪，則在物體模糊或重復的圖像中可能看到鬼影。CBIT分析識別那些存在移動的幀并將該信息傳遞回DSP，然后DSP調整這些幀的時間來降噪。

iDNR使用三個因素來控制空間和時間降噪，即CBIT運動分析、場景燈光亮度和用戶設置級別。通過組合這些過程，iDNR可以根據對通過攝像機移動的重要物體的分析動態(tài)調整降噪程度來優(yōu)化帶寬。當場景靜止無運動時，帶寬被最小化。檢測到重要對象有運動狀態(tài)時，帶寬會增加來捕捉最大的細節(jié)。iDNR的高級算法可在某些場景中將比特率和存儲要求最多降低50%，而不會降低視頻質量。

默認情況下，某些百萬像素攝像頭會限制您的帶寬，通常這是通過恒定比特率（CBR）完成的。CBR是一種將比特率保持在任意固定水平的編碼方法。這可能導致始終較高的比特率，或者當限制為低比特率時，甚至可能導致圖像質量永遠不會達到最佳狀態(tài)。另一方面，可變比特率（VBR）建立了預定水平的圖像質量，無論場景中是否存在運動，都可以保持該水平。帶寬將根據場景而波動。

iDNR的運行原理與VBR相同，但增加了智能，可根據場景中是否存在運動做出明智的決策。總體上說，iDNR是一種更好、更智能的VBR形式。除了iDNR之外，區(qū)域優(yōu)先級排序功能還允許通過調整圖像的各個區(qū)域的編碼器壓縮比來進一步降低比特率。

綜上所述，使用iDNR技術，通過優(yōu)化細節(jié)帶寬比提供最實用的圖像，在不降低圖像質量的情況下大大節(jié)約存儲成本。在平臺無人化已發(fā)展為趨勢的情況下，這項技術的應用，會進一步減少平臺上視頻監(jiān)控系統(tǒng)配置的成本投入，實現(xiàn)降本增效的目的。