基于MPEG4編碼和以太網技術的調度視頻監(jiān)控系統(tǒng)分析

【摘要】電力調度通信網是電力調度指揮專用網，要求必須具有很高的可靠性和接續(xù)速度。某地電力檢修公司對原有的工業(yè)電視系統(tǒng)進行升級改造過程中，采用以IP協議及MPEG4編碼技術為核心的、基于寬帶數據網絡傳輸系統(tǒng)而建立的調度視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現該區(qū)域電網調度監(jiān)控中心和各500kV變電站分控中心的相關部門和管理人員對視頻監(jiān)控圖像的網絡瀏覽、云鏡控制、分布存儲等功能，保證兩級指揮中心能夠及時的了解現場情況，提高事故應急處理速度。

【關鍵詞】調度視頻監(jiān)控；MPEG4編碼；虛擬以太網

1、系統(tǒng)組成

系統(tǒng)共包括三個子系統(tǒng)：前端視頻信號采集子系統(tǒng)、數字轉換傳輸子系統(tǒng)、終端用戶網管系統(tǒng)。

（1）前端視頻信號采集子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)主要完成視頻信號源的采集、分配及模擬視頻信號的傳輸工作。主要設備包括：攝像機、云臺、解碼器、視頻切換矩陣、視頻分配器、模擬視頻電纜組成?？筛鶕h程管理人員的遙控指令改變攝像機鏡頭的方位、角度、焦距等，用于對機房內設備運行情況、現場環(huán)境進行監(jiān)視。通過攝像機、拾音器采集來的音視頻模擬信號接入切換控制矩陣，并根據視頻矩陣的編程控制輸出任一路圖像到網絡視頻編碼器。選擇上傳圖像的基本原則是：主要以機組、變電廠區(qū)、通信設備等具有代表性的現場圖像進行上傳。

（2）數字轉換傳輸子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)主要負責完成將前端采集的視頻信號進行MPEG4編碼、壓縮等數字化處理，并以IP包的形式通過E1線路傳輸，通過超級虛擬以太網關設備將2個2兆[1]通道進行捆綁以搭建4兆帶寬的局域網實現與該區(qū)域電網公司通信調度監(jiān)控中心的連接。除具有圖像清晰流暢的特點外，還具有占用帶寬小，實時性好等優(yōu)勢。主要設備包括：網絡視頻編解碼服務器、超級虛擬以太網關等設備。

（3）終端用戶網管系統(tǒng)。該子系統(tǒng)主要功能是完成用戶監(jiān)控界面的顯示、告警信息的輸出、系統(tǒng)的各種功能參數的配置以及根據用戶的不同定制實現不同的錄像計劃等。作為專業(yè)的綜合監(jiān)控管理軟件，可通過任何網絡進行無縫數字視頻流的管理，其分布式結構可以同時實況轉播來自多個站點的圖像，并在具體的“開”和“關”指令下同時存儲圖像信息。任意指定的網上分布存貯，提供在多個地點用全雙工方式存儲和觀看任何鏡頭圖像和操作報警。

2、系統(tǒng)技術特點

（1）系統(tǒng)從軟件結構上采用SERVICE的系統(tǒng)架構，系統(tǒng)基于WINDOWS操作系統(tǒng)開發(fā)。同時，主程序可對其他系統(tǒng)功能模塊的實時監(jiān)測功能，自動診斷，自動維護，系統(tǒng)穩(wěn)定性更高。

（2）采用標準的TCP/IP協議，能架構在局域網、廣域網和無線網絡之上。同時，對于大型監(jiān)控項目，專門設計多級聯網軟件機制，可做到兩級或者三級網絡的系統(tǒng)互聯。

（3）采用MPEG-4標準對視頻信號進行編碼。MPEG-4[2]是用于多媒體信息中的視頻描述標準，是針對低比特率視頻編碼方法提出的，它所涉及的應用范圍覆蓋了有線、無線、移動通信、Internet以及數字存儲等領域。MPEG-4與MPEG-1，MPEG-2的最根本區(qū)別在于MPEG-4是采用基于對象的編碼理念，即在編碼時將一幅景物分成若干在時間和空間上相互聯系的視頻音頻對象，分別編碼后，再經過復用傳輸到接收端，然后再對不同的對象分別解碼，從而組合成所需要的視頻和音頻。這樣既方便我們對不同的對象采用不同的編碼方法和表示方法，又有利于不同數據類型間的融合，并且這樣也可以方便地實現對于各種對象的操作及編輯。

（4）采用分布式視頻技術，適合超大規(guī)模集群用戶使用。通過一臺主監(jiān)控服務器集中管理分布在各地的從服務器協同工作，這樣能有效的均衡服務器的負載，滿足超大型監(jiān)控用戶的監(jiān)控需要。

（5）完善的系統(tǒng)功能。電力調度指揮中心和各分控中心可以對管轄范圍內多個本地和遠程變電站前端進行實時監(jiān)控，不同的用戶可根據職務分配不同的控制權限?，F場圖像可根據地點分成監(jiān)控組，以1/4/8/9/12/16分屏方式顯示，組內圖像可自動輪巡，切換時間可以任意調節(jié)，可設置手動錄像、計劃錄像和報警自動錄像等多種錄像方式。

（6）采用嵌入式技術，防病毒侵入，穩(wěn)定性高。系統(tǒng)采用先進的具有嵌入式操作系統(tǒng)的視頻服務器，操作系統(tǒng)固化在芯片之中，不易受目前網絡中爆發(fā)病毒的侵害；設備采用ATPEC-2視頻壓縮芯片，視頻處理速度快，穩(wěn)定性極高，并具有自動恢復功能，當前端發(fā)生掉電后，可自動啟動，無需人工維護，設備平均無故障時間大于10萬小時。

（7）更高的安全性。系統(tǒng)具有自動診斷功能，能自動監(jiān)測各個系統(tǒng)功能模塊的運行狀況，一旦發(fā)生異常，主系統(tǒng)模塊可對各個分控功能模塊進行自動維護，保證其24小時連續(xù)運行；系統(tǒng)具有報警聯動功能，對各種設備的報警實時記錄，一旦有告警事件發(fā)生，可聯動燈光、警笛，自動將現場圖像實時記錄，用于事件回放和故障分析。

3、系統(tǒng)實現方式

由于原有工業(yè)電視系統(tǒng)正在運行，為盡量減少對原系統(tǒng)的影響，通過增設視頻分配設備將需要上傳的幾路圖像進行轉接，這樣原視頻信號首先進入視頻分配器，經過信號復制、放大后，一路輸出至原工業(yè)電視系統(tǒng)，另一路則輸出至本監(jiān)控系統(tǒng)的視頻矩陣中，再經由視頻矩陣輸出一路至視頻編碼服務器按MPEG4格式進行編碼壓縮，然后再通過超級虛擬以太網關進行協議轉換將數字信號分別傳輸至某地電力檢修公司通信機房和該區(qū)域電網監(jiān)控中心的以太網交換機，這樣凡是接入該交換機的計算機終端再安裝客戶端程序后就都可以根據相應的權限實時瀏覽監(jiān)控圖像。

4、結語

某地電力檢修公司采用以IP協議及MPEG4編解碼技術為核心的、基于寬帶數據網絡傳輸系統(tǒng)而建立的調度視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現了500kV變電站廠區(qū)、機組、通信設備等重要監(jiān)控對象的圖像實時傳送到該區(qū)域電網公司調度監(jiān)控中心，保證兩級指揮中心能夠及時的了解現場情況，提高事故應急處理速度。系統(tǒng)投入應用以來，運行良好，穩(wěn)定可靠，為該地區(qū)電網的安全穩(wěn)定運行提供了堅強保障。

參考文獻

[1]張秀軍.沈陽地調交換系統(tǒng)異機同組方式實現[J].東北電力技術，2012，33（6）：24.

[2]桑林，郝建軍，劉丹譜.數字通信[M].北京：北京郵電大學出版社，2002，72.