变电站远程视频监控系统的分析与应用

变电站远程视频监控系统的分析与应用

【摘要】本文介绍了变电站远程视频监控系统的基本原理和功能。重点分析了视频监控系统大量的数据量对信息的存储和传输带来巨大困难，从而提出小波变换的视频压缩方法，此算法消除了传统DCT变换带来的边缘效应和方块效应，有效的防止误码传输，降低了传输数据量和算法复杂度。

【关键词】视频监控；小波变换；变电站

引言

随着计算机技术、通信技术和视频技术的不断发展，对变电站进行远程视频监控成为可能。远程视频监控系统能监控变电站的安全和设备的运行情况以及提供事故发生过程中的图像资料。同时它具有防火、防盗等功能。因此变电站远程视频监控系统将是自动化变电站的发展趋势。本文简要介绍远程视频监控系统的基本原理和功能，并对视频监控的数据处理和传输加以分析，实现了小波变换的视频压缩方法，消除了现有系统中DCT变换带来的方块效应。

1 变电站视频监控系统的原理及功能

变电站远程视频监控系统是将变电站内各监控目标区域内的图像和环境数据传输到变电站的视频主机。视频主机对各收集的各种数据进行处理后通过通信网络传输到调度中心和集控站视频监控中心，运行人员通过监控中心视频监控工作站对目标区域内进行监视。

远程视频监控系统主要由三部分组成：监控中心、通信通道和数据采集。数据采集是采用摄像头和环境监测传感器采集环境数据和视频图片数据，并对采集的数据进行实时压缩，其环境数据包括温度、风力和烟雾等数据。数据采集的设备将放置在各个需要监控的变电站内。通信通道是采用光纤或者互联网等把压缩数据传输到监控中心，通信通道的带宽将会影响监控中心的视频效果，如果带宽不能满足视频数据传输的需求，视频播放将会延时，达不到实时。监控中心将接受到的信息进行处理，探测出变电站的各种变化，给出报警信号，并能自动启动相关保护设备。当环境和安防监控发生报警时，使工作人员能及时了解现场情况，采取处理措施。

视频监控系统利用安装在前端的摄像机等设备将被监控目标的数据传输到监控中心，同时通过监控中心控制前端设备的操作。变电站运行人员通过安装在监控中心的视频系统可以操作目标区域的设备进行全面监视。具体来说，视频监控系统功能具有以下几方面：

（1）视频监控主机可对所有的接入信号进行全天24小时的监控，并把采集的视频数据保存到监控中心的主机中，其视频数据保存时间为30天。在视频显示窗口中将显示站名、地点命名、时间和日期等信息。

（2）系统能够对采集的图像数据进行分析，以及对监控区域的物体运动进行侦测。如果采集的图像数据在变化或者物体在运动，将分析图像中物体的变化程度，如果超出限定值将触发警报。

（3）根据变电站设备的特点，监控系统中可以制定相应的巡检表。监控人员可以按照操作要求进行巡检监控，并且一台设备可以监视多个目标区域。检测多个区域时设备能预置多个监控位置的云台和镜头参数，能方便快速地转到相应预置点，并自动调整好镜头的变焦和图像清晰度。

（4）系统配置有温度探测传感器、湿度探测传感器和烟雾探测传感器等设备。这些装置能自动检测监控区域内的温度、湿度和烟雾，如果检测值超出范围，立即发出报警。

2 变电站远程视频监控核心问题

变电站视频监控系统主要通过摄像机等设备采集大量图像数据，并通过通信网络传输到监控中心。采集的图像数据的数据量非常巨大，例如分辨率为512X512的一副24位的真彩色图像，数据量就将达到

512×512×24=786.4KB

如果摄像头采集的图像按每秒25帧的速度传输到监控中心，每小时需要传输90000张图像，则每小时监控中心需要提供存储图像的空间为

同时，通信网络每小时也需要传输70.7GB的数据量。因此通信传输和存储空间成了远程视频监控系统发展的瓶颈。虽然扩展通信带宽和增加存储空间可以解决视频信息的传输和存储所带来的问题，但是并不是一个很有效的解决办法，并会带来新的困惑。解决此问题最有效的办法是降低图像数据量，因此图像压缩技术成为了远程视频监控的核心问题。本文采用小波变换对图像数据进行压缩，降低了图像数据量。

3 视频数据压缩

视频监控系统采集的视频数据虽然数据量非常巨大，但是这些图像数据之间是存在大量的冗余信息，这些冗余信息具有高度的相关性。在一些特定情况下，视频数据允许有一定的失真，但是不影响视频检测的实际效果，因此可以通过去除视频图像数据之间的冗余来达到视频数据压缩的目的，使视频数据的压缩成为可能。本文采用小波变换对数据进行了压缩。

3.1 视频小波变换原理

视频小波变换编码系统主要由二维小波变换、量化和熵编码三部分组成。首先对视频中每一帧图像进行二维小波变换（DWT），然后用改进的门限值量化矩

阵对所得的小波系数进行量化，最后在比特分配阶段对量化后的系数进行熵编码。解码过程是其编码过程的逆过程。

3.2 二维小波变换算法原理

视频中的每一帧图像都是二维信号，图像上任意一点都有一个图像信号的灰度值与之对应。其小波变换过程表示如下：

假设是一个二维信号，其中，表示二维基小波，即：

其中：A为尺度因子，都取整数，。

将进行离散化处理可得：

，，

其中：是取定的非奇异矩阵，是离散化位移的序号，则二维小波变换方程为

其中：

，

峰值信噪比方程为：

其中：M，N分别表示图像中像素点的行数和列数，表示横坐标为纵坐标为的像素点的原始灰度值和压缩后的灰度值，。

3.3 仿真实验

本实验选用了一张图片进行小波变换处理，把处理后和处理前进行了比较，其峰值信噪比为246.83Ddb。图1和图2分别表示处理前后的数据图。

图1原始数据图图2小波系数图像

4 结论

随着计算机技术和通信技术的飞速发展，在变电站内使用远程视频监控系统成为变电站发展成为无人值班变电站的必然趋势，本文分析了变电站远程监控系统的组成和基本功能，并提出了小波变换数据压缩方法，有效的降低了视频数据量，此算法消除了传统DCT变换带来的边缘效应和方块效应，有效的防止误码传输，降低了传输数据量和算法复杂度。

参考文献：