一种电力视频监控系统中实现码率自适应控制的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电力视频监控系统中实现码率自适应控制的方法，对视频前端系统及视频平台侧分别提取视频关键帧图像信息及视频运动特征，通过拓展现有电力监控系统协议，实现视频特征同步传送至平台侧，视频平台侧基于特征比对结果计算调整的码率倍率下发至前端系统。在发明专利技术说明书中详细介绍了用于衡量视频质量的半参考特征的提取步骤及方法，电力视频监控系统的规范接口实现特征传输的拓展方式，并对基于视频质量评估的自适应码率控制方法的全过程进行了清晰的描述，体现了该方法的易用性。用性。用性。

【技术实现步骤摘要】
一种电力视频监控系统中实现码率自适应控制的方法


[0001]本专利技术涉及电力系统自动化，特别是一种电力视频监控系统中实现码率自适应控制的方法。

技术介绍

[0002]视频监控系统是数字电网建设的重要组成部分，前端视频系统与平台侧视频系统通过统一的接口实现交互连接，实现平台侧对各前端系统的视频资源的统一监控管理和需求应用集成，如图2所示。获取可靠稳定的高质量视频流是实现电力领域场景分析，全景融合，智能巡检等高级应用功能的前提。现有的视频采集设备具备强大的编码能力，然受限于电力专网的信道承载能力限制，以及平台侧解码能力的不确定性，如果缺乏对前端系统所属视频设备码流控制，那么平台侧解码后的视频质量会降低，出现花屏、跳帧及卡顿等现象，如图3所示。
[0003]维持现有条件不变的情况下，解决上述异常最直接有效的方法是调节前端采集设备编码码率。之前往往依赖工程人员人工调整编码设备码率，即根据经验调整码率直至在平台侧观测解码后的视频片段无异常，这种方式有其固有局限性，当前端系统设备较多时，工作量较大，同时人工有限试验次数无法模拟多路并发复杂的场景，且为了确保多路并发时无传输丢失，单个前端设备的码率设置较低，当并发数不大时带宽没有得到充分利用。
[0004]电网视频监控系统是由前端系统、监控平台以及客户端三层结构组成，如图4所示，前端系统接入监控平台并被统一管理，视频平台与前端系统之间的交互遵循电力视频接口规范，主要分为三个子部分，一是信令交互，监控平台与前端通过SIP协议实现注册、消息请求、会话请求及事件订阅等功能；二是媒体流传输，前端系统的基于RTP/RTCP协议推送至视频平台侧所含流媒体服务；三是数据传输通道，前端系统作为HTTP客户端发送二进制数据至平台侧。客户端和监控平台之间通过HTTP协议实现分发流的展示与控制命令发送。
[0005]近些年随着互联网的视频技术的方法，客户端根据视频数据缓存长度变化趋势实现拉流自适应码率切换技术已经得到广泛应用。但是在电力视频监控领域，视频监控平台和视频前端系统之间的码率自适应控制研究的比较少，尽管有网络层利用RTCP等报文中包含着视频质量控制信息，但是对于多样化的前端系统，有时RTCP中的数据存在不规范的现象。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种电力视频监控系统中实现码率自适应控制的方法，从而实现视频码率自适应控制，并通过对现有的电力视频接口协议的拓展，形成基于视频质量评估实现码率自适应控制的解决方案。
[0007]技术方案：本专利技术所述的一种电力视频监控系统中实现码率自适应控制的方法，包括以下步骤：
[0008](1)视频平台在收到站端移动告警事件通知且建立视频流传输通道后，下发启动
视频设备自适应码率控制指令开始的信令后，对前端系统及视频平台的视频图像信息采样；从双方约定的同步帧开始对关键帧的像素信息按区域进行降采样，前端系统采样后的数据通过步骤(3)中拓展协议发送至平台侧。
[0009]所述的视频图像信息采样的步骤为：
[0010]从前端系统和视频平台约定的帧序列开始，提取关键帧序列的图像信息作为评价视频质量比对信息，对关键帧图像按区域采样后发送其像素信息数据至平台侧，采样后减少了数据规模，有利于通过协议传输到视频平台侧。本专利技术对关键帧图像按固定大小依次划分区域，各区域内部采样的子区域作为关键帧的像素采样信息。
[0011](2)提取前端系统及视频平台的视频运动特征；在收发端计算帧间光流特征，并依次从空间、时间两个维度对光流特征序列压缩变换，前端系统在获取运动特征后按步骤(3)拓展协议传输至视频平台侧。
[0012]所述的提取视频运动特征的步骤为：
[0013]按固定帧数间隔，在前端系统及视频平台侧依次计算帧间稠密光流场，各帧间获得W*H*2的光流常矩阵F，其中W,H与视频序列中图宽度和高度保持一致，通道数目为2，分别对应光流场在互相垂直方向的两个方向上的分量；视频平台接收端根据解码间隔时间对获取光流进行时间校正，如公式(1)所示。
[0014][0015]其中F
’
是接收端时间校正后的光流矩阵，为接收侧当前定位帧与光流计算参照帧解码时间间隔，t为当前帧与光流计算参考帧的标准时间差，对光流特征的时间校准能有效利用视频序列的时空信息，提升基于运动特征的半参考的视频质量估计方法对于卡顿延时等现象的敏感度。
[0016]按间隔对视频序列计算光流特征并校正，获取视频的光流序列，为了方便参考运动特征传输及计算，受离散余弦变换(DCT)的思想启发，本专利技术从空域和时域两个维度采用DCT变换对光流特征序列进行压缩；首先对视频各序列的光流特征在空间上压缩，采用图像DCT压缩方法，参考公式(2)，将光流特征从空间域转换到频域。
[0017][0018]其中u,v分别为DCT变换后的行列坐标，W,H为输入矩阵的宽度及高度；帧间光流特征DCT变换后能量主要集中于变换后图像左上区域，保留光流特征DCT变换后左上区域数据作为帧内压缩后的运动特征；序列中所有光流矩阵在空域上DCT变换并截取兴趣区域后，对于兴趣区域中一个坐标点，按时序把对应坐标点的DCT特征值组织成一个一维向量，对该时序一维向量进行DCT变换，参考公式(3)，获取特定空间频域的幅值在时间频域下的分布。
[0019][0020]其中u为DCT变换后一维向量的索引，N为光流特征在时间序列数；获取上述一维特征DCT变换结果后，取其中前一部分离散值作为特定空间频域幅值在时间频域分布下的压缩特征；最后将各兴趣区内坐标点的压缩结果串联并归一化作为视频整体运动特征。
[0021](3)通过拓展现有电力视频监控接口规范协议，实现前端系统的关键帧图像采样信息数据和视频运动特征数据可靠传输至平台侧，拓展方式如图5所示。
[0022](3.1)视频平台向前端系统发送SIP信令，告知前端系统即将开始自动码率设置流程，前端系统收到后信令后回复并开始对上送视频流解码，平台侧收到消息回复后开始度接收视频解码；SIP信令体中内容采用XML格式，主要包含事件类型标志、任务ID、控制设备编码、起始流序列号、历经关键帧帧数N。
[0023]事件类型用“BitsRateControl”字符串标志；任务ID为贯穿此次自动码率控制过程唯一标志，在后续的步骤中都要携带该ID，控制设备编码是前端设备的唯一编码；起始流序列号为前端和平台侧约定好开始计算视频特征的RTP流序列号，用来同步双方的起始视频帧，如果该序列号不是帧的起始包，那就从该序列包所属帧的下一帧开始计算计算视频特征；历经关键帧帧数为从起始视频帧开始，捕获到所设置的数目的关键帧后停止视频解码及特征计算。
[0024](3.2)前端系统从标志起始帧开始，遇到关键帧则把该帧的像素统计信息二进制数据采用HTTP协议发送到平台侧，同时HTTP协议报文中应该包含所属任务ID及关键帧序列号。
[0025](3.3)前端系统从标志起始帧开始直至历经指定数目关键帧结束期间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力视频监控系统中实现码率自适应控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)视频平台在收到站端移动告警事件通知且建立视频流传输通道，下发启动视频设备自适应码率控制指令，对在视频前端系统及平台侧分别进行图像信息采样，从双方约定的同步帧开始对视频关键帧图像的像素信息按区域进行降采样，前端系统采样后的数据按步骤(3)传输至平台侧；(2)提取前端系统及视频平台的视频运动特征；计算收发端视频帧间光流特征，并依次从空间、时间两个维度对光流特征序列压缩变换，前端系统在获取运动特征后按步骤(3)传输至视频平台侧；(3)通过拓展现有电力视频监控接口规范协议，实现前端系统的关键帧图像采样信息数据和视频运动特征数据可靠传输至平台侧；(4)视频平台侧基于半参考特征评估视频质量并计算调整的码率倍率下发至前端系统。2.根据权利要求1所述的一种电力视频监控系统中实现码率自适应控制的方法，其特征在于，步骤(1)所述的视频图像信息采样的步骤为：从前端系统和视频平台约定的帧序列开始，提取视频序列的关键帧图像信息作为评价视频质量比对信息，对关键帧图像按区域采样后发送其像素信息数据至平台侧；对关键帧图像按固定大小依次划分区域，各区域内部采样的子区域作为关键帧的像素采样信息。3.根据权利要求1所述的一种电力视频监控系统中实现码率自适应控制的方法，其特征在于，步骤(2)所述的提取视频运动特征的步骤为：按固定帧数间隔，在前端系统及视频平台侧依次计算帧间稠密光流场，视频平台接收端根据实际解码间隔时间与标准帧间解码间隔时间的比例对光流特征进行时间校正，获取视频光流序列后，从空域和时域两个维度采用DCT变换对光流特征序列进行压缩，压缩结果为视频运动特征。4.根据权利要求1所述的一种电力视频监控系统中实现码率自适应控制的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈西海，姜啸远，周建新，张昭，杨莎，孙树才，张传羽，
申请(专利权)人：国电南瑞南京控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：