視頻濃縮技術支撐變電站無人值守業務

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控系的攝像頭數量方面也將增加到35～40個，以爭取做到全站無死角監視。

我局采用了成熟的視頻濃縮與視頻摘要技術，自主開發出一套《基于視頻濃縮技術的變電站監控錄像分析管理系統》軟件（以下簡稱本系統），并在500kV千里山變電站進行了試點運行。

1 總體設計

1.1 設計目標

為降低開發風險，采用較為成熟的視頻濃縮中間件，在此基礎上進行二次開發形成一套軟件工具，能夠自動獲取視頻監控系統產生的監控錄像，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，并提高有用視頻數據的長期保存能力。

1.2 系統框架

系統的框架示意圖如圖1。

本系統的分析對象為監控錄像視頻文件。因此，本系統是與視頻監控系統進行集成，在授權情況下訪問錄像服務器，定期復制視頻文件到視頻分析服務器上，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。若對某時刻的關鍵場景數據感興趣，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備查。

1.3 應用流程

通過對試點站內現有視頻監控的應用目的、工作流程的調研與交流，對本系統的應用流程設計如圖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，將視頻錄像機中新產生的視頻錄像文件復制到視頻分析服務器中。該進程始終監控視頻錄像文件的產生，定期觸發產生復制任務，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存，也可手工結束、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、摘要合成及元數據導出等系列操作，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控視頻。一旦發現感興趣的畫面，可立即回溯原始視頻。用鼠標點擊關注目標，即可跳轉到原始視頻中的對應位置開始播放，便于詳細查看場景過程和前后相關內容。

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果進行條件檢索，快速找到關注的場景。可設置的條件包括：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，用鼠標點擊關注目標，即可跳轉到原始視頻對應的時間點開始播放。

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，則可使用數據導出功能完成目標。可通過填寫該段原始視頻的開始時間和結束時間，將此范圍內的原始視頻片段單獨導出。

圖2：系統應用流程圖

圖3

2.5 參數設置

主要面向視頻濃縮分析。包括：畫面對象密度數、對象大小（像素）、對象顏色、運動方向、運動速度、關注區域等等。通過靈活設置相關參數，能得到更有效的預分析檢索效果。例如：對于監視設備區入口的視頻錄像，就可設置為關注從進入設備區內的對象，運動方向由設備區外指向設備區內。按照此方式進行濃縮分析，則分析結果將只是進入設備區的活動對象的視頻內容。

2.6 集成接口

這里的集成接口包括2部分：

2.6.1 與視頻監控系統接口

方便地接入主流視頻監控廠商的監控系統。包括IP地址、共享目錄、只讀權限、賬號密碼等。設置完成后，即可完成定時收集監控視頻，自動進行視頻分析。

2.6.2 與其他管理系統接口

方便被其他管理軟件以門戶方式、數據共享方式集成。包括賬號密碼、文件目錄名（原始視頻、濃縮視頻、原始片段等）、分析服務調用接口、文件復制調用接口等等。

3 試點應用效果

本系統研制完成后，選擇500kV千里山變電站進行了試運行。

系統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天的錄像數據進行濃縮分析，并將濃縮分析前后的視頻數據進行對比。其中：攝像頭均采用2M碼率編碼；視頻濃縮分析參數設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；而保存有效視頻數據的存儲空間也大大提升，平均是原始視頻的10倍～20倍以上，超過了原設計目標。

4 技術應用創新點

4.1 創新監控視頻檢查模式

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控錄像視頻）逐步提升為“24小時全時段檢查”模式，更易發現潛在隱患信息，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

本系統能有效降低目前視頻監控數據的傳輸量，僅將分析結果定期上傳局中心，視頻數據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，極大減輕網絡帶寬壓力。

5 結束語

通過本項目的實際應用，表明本系統能提高變電站視頻監控錄像的回看、檢索效率至少50倍以上，并進一步發揮出視頻監控系統錄像數據的留存記錄價值，對管理部門直觀、持續跟蹤記錄變電站的運行狀況提供了有效的技術支持手段。后續將繼續研究CUDA框架與GPU矢量計算加速方案，進一步提高本系統濃縮分析的總體性能。