电网全景展现系统中视频展现单元的研究与实现

海南电网公司 郑 桢 高 鹏 何启远

国网电力科学研究院信息通信分公司 余 昇

1.引言

视频监控系统如今已经广泛应用于交通、公安、金融证券、电信、电力等各个行业[2]。而现今电力行业中的视频监控系统往往只能对各自管辖的局部区域进行监控，建设现状比较凌乱，不能做到标准统一、逐层汇集。随着智能电网信息化各业务系统应用的不断深化，各系统对视频统一接入、集中展示和视频联动的需求不断增加。在此背景下，国家电网公司编制并印发《电网视频监控系统及接口》标准，对视频监控的功能、音视频编码格式、业务系统调用及前端系统接入接口服务提出了明确的要求。一套遵照《电网视频监控系统及接口》企业标准，研发和建设电网统一视频监视平台十分必要。

2.电网“全球眼”系统简介

海南省是台风多发省份，亟需加强平时的安全生产管理以及当台风等灾害事件发生时，及时了解真实、准确的现场情况，包括突发事件发生的原因及过程、突发事件对电网设备设施造成的破坏等。为充分满足海南国际旅游岛“超稳定”的供电需求，海南电网公司在全面落实强化安全管理要求的同时，积极响应智能电网的总体要求，提出了建设以多视角，多维度展现电网运行状态的电网全景展现运行指挥系统。

在智能电网迅速发展的条件下，变电站“四遥”功能（遥测、遥信、遥控、遥调）得以充分体现，随着无人值班管理模式的推广，其中所涉及的数字式和简单图形化的监控已不能完全满足对变电站内设备的监控，人们越来越迫切希望能够通过视频图像实现对变电站内设备及周边环境的监视，以及实现无人值班环境下的安全防卫。远程图像监控系统是对“四遥”功能的进一步补充－“遥视”，它能监视并记录变电站的安全以及设备的运行情况，并提供事后分析事故的有关图像资料。同时它还具有防火、防盗、等设备联动等功能。因此越来越多的电力局把远程图像监控系统作为自动化变电站管理的新手段。同时，各种通信媒介的铺设和多媒体压缩技术以及网络传输技术的发展为“五遥”－遥视提供了必要的前提条件和技术保证。电网全景展现系统构架图如下图1所示。

3.视频展现单元

3.1 视频展现单元

视频监控系统基于IP网络，能独立完成视频监控相关业务，提供音视频、数据、告警及状态等信息远程采集、传输、储存、处理业务的监控系统。不同区域的视频监控系统可以联网，实现多区域视频监控。视频监控系统的基本组成部分包括视频监控平台、前端设备和应用客户端。平台数据架构如下图2所示。

视频展现单元作为视频平台的模块之一，根据海南电网全景展现系统对视频业务的需求，满足用户配置、用户认证、设备列表、实时音视频浏览、音视频解码器要求、多画面显示、云镜控制、视频录像、录像查询回放、信号联动、实时语音、抓图、电子地图、时间同步、移动终端浏览等功能。

视频展现单元可分为CS和BS两种模式。CS模式之传统的应用客户端，用户安装程序后，运行客户端程序即可浏览视频；用户不仅可通过C/S，还可以通过B/S模式接入系统。用户打开浏览器输入相应URL即可访问视频浏览页面，通过OCX集成方式完成海南全景展现系统视频功能。

表1

图1 电网全景展现系统构架图

图2 全景展现系统视频平台架构

图3 应用客户端分层设计

图4 视频解码库结构

图5 视频调阅程序流程

图6 CS客户端运行界面

图7 综合展示界面

3.2 视频展现单元分层设计

应用客户端模块框架按照分层设计。如图3所示，分为通信层和应用层。通信层与视频统一平台进行信令及媒体数据的交互，其通信接口符合国家电网视频规范A接口标准，同时为业务层提供服务支撑。控件的业务层承载了业务系统对视频统业务的需求，包括音视频、控制、系统功能、历史视频、资源获取5个模块。

3.2.1 通信层

通信层作为应用客户端的最底层，负责与视频平台进行数据的交互，其中包括通信接口模块、RTPRTCP模块、HTTP模块、RTSP模块。

通信接口模块主要实现对TCP通信报文的收发控制以及对请求命令对象和通信报文的序列化和反序列化；HTTP通信模块主要实现对HTTP通信报文的收发控制以及对请求命令对象和通信报文的序列化和反序列化，主要用于和音视频业务相关性不高的业务，如资源获取、系统功能等；RTP/RTCP传输模块主要实现对RTP/RTCP数据报文的收发控制以及对数据报文的序列化和反序列化，用于音视频数据的传输；RTSP通信模块主要实现对媒体会话的建立、修改、删除控制以及对RTSP通信报文的序列化和反序列化，主要用于远程录像回放业务。

3.2.2 音视频解码层

音视频解码层实现对音视频数据的解码。应用客户端接收到音视频数据流后，首先由通信层接收，再由音视频解码层解码显示于播放窗口或播放。

应用客户端通过调用标准解码库对数据进行解码。标准解码库对应用客户端提供标准的函数接口，以动态链接库（.dll文件）的形式提供给应用客户端。其逻辑结构如下图4所示。

如图4所示，由于统一视频平台需要接入各电网公司及其下属单位的视的频数据，而各下属单位的输出视频流编码格式并不统一，包括各厂商自定义的编码格式及H.264编码格式。所以需要对各厂家提供的视频解码库及H.264解码进行再次封装[3]，并对应用客户端的业务层提供统一解码接口。由于整个视频系统采用软解码的形式，且应用客户端在WINDOWS系统VC环境下开发，所以接口全部由C语言函数的形式提供。

3.2.3 业务层

业务层用于实现应用客户端上层业务，由通信层和音视频解码层提供接口。业务层用于将视频系统的业务展现给用户，所以又可称作业务展现层。业务层可分为音视频功能、系统功能、资源获取、历史视频回放、控制功能几大模块。可以满足操作者多样化的多媒体业务需求。

3.3 程序流程设计

本节以最具典型意义的视频调阅业务为例，阐述应用客户端的功能实现流程[1]。

调阅实时视频包含信令接口和媒体流接口，信令基于TCP协议，媒体传输采用RTP/RTCP。

视频信令采用自定义协议，数据报文采用自定义结构，包括报文表示、报文类型、消息体、报文结束表示组成。

视频数据采用RTP打包传输时，考虑每个传输分组不大于MTU，采用了编码器层支持（ITU-T H.264的multi-slice技术）技术和RTP层的分片机制（IETF RFC 3984定义的FU-A技术）[5]。

结束会话宜由用户发起，也可由支持由被调阅的系统结束会话（如网络资源不足等原因）。视频调阅业务流程图如图5所示。

视频调阅业务信令由TCP协议完成，实时视频流通过RTP/RTCP协议传输。应用客户端发起视频请求的数据定义如下：TCP消息以C++结构体形式定义，调用TCP协议动态库提供的函数接口发送，如表1。

3.4 视频展现单元运行结果

应用客户端软件应用WINDOWS系统的VC2008作为编码工具，C++作为编程语言。实现了电网统一视频的应用客户端部分。包括音视频调阅、历史视频回放、控制等功能，运行结果如图6、7所示。

4.结束语

本文首先对整个电网统一视频平台做了介绍和概括，其次通过模块设计、业务流程设计、消息内容设计几个层面详细阐述了视频平台中的应用客户端软件的实现。该应用客户端软件已经成功运行于生产环境，运行稳定。下一步的研究主要集中在视频业务的高级应用上，挖掘电力行业对视频业务的特有需求研究并实现实更加多样化的功能。

[1]电网视频监控系统及接口,第一部分:技术要求[S].Q/GDW 517.1-2010.

[2]江潮,苏祥芳.基于网络的数字视频监控系统[J],武汉大学学报(自然科学版),2003,46(5):608-612.

[3]楼剑,虞露.新一代的视频编解码标准-H.264[J].当代通信,2003(5):29-32.

[4]王红熳,邹华.SIP协议栈的实现与应用[J].北京邮电大学学报,2000,23(4):74-78.

[5]Rosenberg J,Schulzrinne H,Camanilo G.SIP:Session initiation protocol.Internet RFC 3261,2002.

[6]Schulzrinne H,Rosenberg J.The session initiation protocol:Internet-Centric signaling.IEEE Communications Magazine,2000:134-141.

[7]沈国辉,佘东香,孙湃等.电力系统可视化技术研究及应用[J].电网技术,2009.Vol33.No17.

[8]王庆红.电力系统可视化技术及其在南方电网的应用[J].南方电网技术研究,2006,2(3):40-44.

[9]Research Reports International.Understanding the smart grid,RRI00026[R].2007.

[10]The National Energy Technology Laboratory.Modern grid bene fi ts.Pitt sburgh,PA,USA:NETL,2007.