智能电网视频流媒体服务器的设计与实现_王树刚

变电站 厂商 Ａ 硬盘录像机 厂商 Ｂ 硬盘录像机
ｎｅｄ ｃｈａｒ＊ｉＤａｔａ，ｉｎｔ ｉＬｅｎ，ＳＴＲＥＡＭ＿ＦＲＡ ＭＥ＿ＩＮＦＯ＆ ｓｆｉ）＝０
／／ 登 陆 远 程 视 频 设 备 ｖｉｒｔｕａｌ ＬＯＮＧ ＬｏｇｉｎＤｖ（ｒ ＮＥＴ＿ＳＴＲＥＡＭ＿ＩＮＦＯ ＆ｎｓｉ）＝０
／／ 检 查 视 频 流 传 输 状 态 ｖｉｒｔｕａｌ
设计与分析◆Ｓｈｅｊｉ ｙｕ Ｆｅｎｘｉ
智能电网视频流媒体服务器的设计与实现
王树刚 １ 陈志明 ２
（１．扬州供电公司，江苏 扬州 ２２５０００；２．江苏方天电力技术有限公司，江苏 南京 ２１１１０２）
摘 要：阐述了如何在现有变电站视频监控的基础上，构建符合国网公司标准的流媒体服务器，分析了系统的总体逻辑结构、各子系 统的组件构成及子系统间的通信接口，详细描述了主要接口的技术标准和实现方法，为建造新一代智能电网的视频监控平台提供有力的 技术支撑。
播放器 流媒体协议
视频流
变电站
ＢＯＯＬ ＣｈｅｃｋＳｔｒｅａｍ（ＬＯＮＧ ｌｇｉ，ＮＥＴ＿ ＳＴＲＥＡＭ＿ＩＮＦＯ ＆ｎｓｉ）＝０
Ｈ．２６４ 解码器
实时视频流 录像点播流
厂商 Ａ 硬盘录像机
2.2 视 频 编解 码 过 程 （１）将从变电站前端视频设备获取
厂商 Ｂ 硬盘录像机 的各个厂商的私有编码实时视频流，分
素就是煤矿主通风机。只有加强对煤矿主通风机的监控，才能 有效预防并杜绝潜藏的危险因素，保证煤矿生产安全，实现煤 矿生产自动化。本文通过对煤矿通风机远程安全监测系统功能 需求及设计原则进行分析，详细介绍了基于 ＧＰＲＳ 无线远程监 控方案，采用该方案可有效实现煤矿主通风机的远程控制。
准的解码库就可浏览视频，不需再加载不同厂商的解码器，可
以后期在手持终端、平板电脑上开发各类应用。（３）建立分布式
的流媒体服务器，通过负载平衡技术控制资源的使用，可大大
提高系统的可靠性和稳定性。
客户端 实时视频
变电站 硬盘录像机
客户端 实时视频
ห้องสมุดไป่ตู้
流媒体 服务器
客户端 录像点播
变电站 硬盘录像机
图 2 系统逻辑架构 1.3 流 媒 体框 架
图 3 流媒体系统框架 １．３．１ 站端视频设备
站端视频设备主要包括摄像机和硬盘录像机，摄像机负责 采集现场的视频信息，硬盘录像机将摄像机采集的视频信息编 码后，通过网络发送给用户。硬盘录像机的厂商由于商业竞争 的关系，都将视频编码作为自己的核心技术，每个厂商都采用 自己专用的格式进行编码，这就导致了不同厂商的视频流格式 存在很大的差异，国网公司在发布的技术要求中，提出要将视 频格式统一为标准的格式，为达到这一目的，我们就搭建了统 一的流媒体服务器。
2 系统接口设计与实现
传输至请求客户端。 （３）在 视 频 流 传 输 过 程 中 ，实 时 依 据 当 前 网 络 状 态 ，通 过
ＲＴＣＰ 协商调整传输码率。 （４）核心代码如下： ／／ 获 取 下 一 个 视 频 帧 ｖｏｉｄ Ｈ２６４ＢｙｔｅＳｔｒｅａｍＳｏｕｒｃｅ：：
2.1 变 电 站各 厂 商 硬盘 录 像 机实 时 视 频流 获 取
／／ 获 取 网 络 视 频 流 ｖｏｉｄ Ｈ２６４ＢｙｔｅＳｔｒｅａｍＳｏｕｒｃｅ：：
小依据设定的缓存时间，循环缓存视频流数据。
ｄｏＲｅａｄＦｒｏｍＮｅｔ（）
（３）主要调用接口：
2.4 流 媒 体播 放 器 播放 视 频 流过 程
／／ 添加实时视频流通道会话 ＢＯＯＬ ＡｄｄＳｅｓｓｉｏｎ（ＮＥＴ＿ＳＴＲ
国家电网公司于 ２０１０ 年 １１ 月发布了《电网视频监控系统 及接口 第一部分：技术要求》（Ｑ／ＧＤＷ５１７．１—２０１０），此规范中 规定了电网视频监控系统组成、视频监控平台主要功能、性能、 基本接口、音视频编解码格式及环境等要求。
视频监控系统应采用 ＩＰ 网络传输协议和数字音视频压缩编 码技术，实现远程视频浏览、视频存储、告警联动等一系列功能。
视频监控系统的基本组成包括视频监控平台、前端系统和 客户端／用户，如图 １ 所示。其中视频监控平台是系统的核心， 一般包括管理模块、流媒体模块、通信模块、存储模块等服务单 元。视频监控平台中的基本设备是一个或多个提供业务的服务 器，视频监控平台之间通过 ＩＰ 网络互联互通。
客户端／用户
其
他
其
视 频
管理模块 流媒体模块
／／ 关 闭 视 频 流 通 道 ｖｉｒｔｕａｌ ｖｏｉｄ ＳｔｏｐＳｔｒｅａｍ（ＳＥＳＳＩＯＮ＿ＩＮＦＯ＆ｓｉ）＝０
／／ 获 取 实 时 视 频 流 ｖｉｒｔｕａｌ ｖｏｉｄ ＭａｋｅＳｔｒｅａｍ（ＳＥＳＳＩＯＮ＿ＩＮＦＯ＆ｓｉ，ｕｎｓｉｇ－
客户端
Ｌｉｖｅ５５５ 框架 流媒体协议 ＲＴＳＰ ＲＴＣＰ ＲＴＰ
／／ 二次编解码视频帧 ｖｏｉｄ ＰａｒｓｅＦｒａｍｅ（ｉｎｔ ｓＩｄ，ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａ
频进行解码，然后利用标准的 Ｈ．２６４ 编码器，将解码后的视频 ｒ＊ｐＢｕｆｆｅｒ，ｉｎｔ ｉＢｕｆｆｅｒＬｅｎ）
流进行重新编码。
2.3 RTP 流 传 输过 程
Ｌｉｖｅ５５５ 是开源的流媒体服务器框架，已实现了 ＲＴＳＰ、
传统的视频应用中，客户端实时浏览视频和查询点播录像
时都是由客户端直接连接变电站端的硬盘录像机，如图 ２ 所
示，按照国网公司的技术要求，在变电站和客户端之间增加了
流媒体服务器，这样的安排可以带来如下改进：（１）流媒体服务
器可以将视频流复用，提高网络的利用率。（２）经过流媒体服务
器转码后，输出的是标准的 Ｈ．２６４ 的码流，客户端只需安装标
转换成符合国网技术要求的 Ｈ．２６４ 码流。为下一步建立统一的 电网视频监控系统打下坚实的基础。
1 系统架构与定义
智能电网的建设中需要增加视频监控的范围，日益增加的
客户端数量必然对视频服务器提出更加苛刻的要求，由于之前
的技术框架采用的是每个客户端都会单独从变电站视频服务
器取得视频流，这样就会对变电站的带宽造成巨大压力，甚至
他 业
监
通信模块 存储模块
务
控
系
系
视频监控平台
统
统
接
接
口
口
前端系统
视频监控系统
图 1 视频监控系统组成图 技术要求中规定，视频监控前端设备单元的视频编解码器 应支持以下标准中的一种：（１）ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．２６４；（２）ＭＰＥＧ－４ ｐａｒｔ２； （３）ＡＶＳ－Ｐ２。 推荐采用 ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．２６４。系统采用 ＩＴＵ－Ｔ Ｈ．２６４ 视频编解 码标准时，应至少支持 Ｈ．２６４ Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ Ｂａｓｅｌｉｎｅ Ｐｒｏｆｉｌｅ，不应 包含私有数据格式。 根据江苏省变电站的实际情况，现在变电站内所用的采集 视频信号的硬盘录像机主要是海康、大华的，这些硬盘录像机 输出的视频码流都是私有的格式，本文主要讨论如何在不更换 原有设备的基础上建立一个流媒体服务器，将这些私有的码流
继续接受 数据
建立数据 传输通道
４ 方面的优点：（１）永久在线。ＧＰＲＳ ＤＴＵ 开机即可自动在 ＧＰＲＳ
图 2 PPP 实现通信的流程
网络上进行附着，并建立连接数据中心的通信链路，对用户数 据设备提供的数据信息进行实时收发，实时性极高。（２）按流量 计费。虽然 ＧＰＲＳ ＤＴＵ 一直处于在线的状态，但是仅在进行数 据包接收、发送时才会依据传送流量收取费用，在没有传递时 则不会收取费用。（３）组网简单、灵活、迅速。依靠 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 网络， ＧＰＲＳ 无线 ＤＤＮ 系统可实现全国性、随时随地构建专用网络，
别装载到对应厂商的转码器装置中。 （２）从各厂商转码器装置中输出视
频帧，通过对帧进行优化处理，比如关键帧 Ｉ 保留，Ｐ 帧选择性 的丢弃从而减少带宽压力。
（３）将处理后的视频帧缓存起来，依据客户端请求，通过流 媒体协议发送到客户端进行播放。
（４）主要调用接口： ／／ 初始化编解码器 ｖｉｒｔｕａｌ ｖｏｉｄ ＩｎｉｔＰａｒｓｅ（ＳＥＳＳＩＯＮ＿ＩＮＦＯ＆ ｓｉ）＝０ ／／ 对 视 频 流 进 行 二 次 编 解 码 ｖｉｒｔｕａｌ ｖｏｉｄ ＰａｒｓｅＳｔｒｅａｍ （ＳＥＳＳＩＯＮ＿ＩＮＦＯ＆ｓｉ，ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ＊ｉＤａｔａ，ｉｎｔ ｉＬｅｎ）＝０
导致网络崩溃；另外国家电网对视频监控提出统一要求，视频
编码都应该采用标准的编解码格式。因此迫切需要实现流媒体
服务器，进行实时视频流的分发以及编解码工作，也方便将各
省市地区的视频监控连接在一起。
通过流媒体服务器的视频流分发功能，能够有效地解决变电
站的带宽压力；在分发视频流的同时又可以对这些私有编码的站
Ｓｈｅｊｉ ｙｕ Ｆｅｎｘｉ◆设计与分析
３．３．３ ＧＰＲＳ ＤＴＵ 无线模块
系统初始化
ＧＰＲＳ 系统为远程控制系统的核心，用于连接上位机控制 系统和底层，实施控制信息的传输及运行状态的采集，ＧＰＲＳ 无
ＧＰＲＳ 拨号
是否 ＮＣＰ 包
限模块的核心部分由西门子公司的 ＭＣ３５ｉ 模块构成，它与 ＧＰＲＳ 网络间的通信依靠点对点协议（ＰＰＰ）实现；ＧＰＲＳ 网络与
拨号成功
ＮＣＰ 协商
互联网的通信则通过 ＧＰＲＳ 网关节点实现，而其与上位机的通 信则利用 ＴＣＰ／ＩＰ 协议及可视化界面来实现。
接收数据
ＩＰ 地址
ＧＰＲＳ 无线模块是终端无线收发模块。它将 ＴＣＰ／ＩＰ 包及
是否 ＬＣＰ 包
返回 ＩＰＣＰ 包
ＧＰＲＳ 分组数据分别进行相应数据处理，然后进行转发。
３．３．４ ＧＰＲＳ 监控系统网络 基于 ＧＰＲＳ 网络构建的煤矿通风机远程安全监测系统具有
端视频流进行二次解码再编码，从而输出标准的 Ｈ．２６４ 码流；同
时流媒体服务器又可存储录像，方便用户查询和回放录像文件。