海上平台视频监控系统配置及智能动态降噪（iDNR）技术应用

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）

1 视频监控系统简介

在现代社会迅速发展的今天，人们对于安全防范愈发重视，以往主要采取的人防与物防手段，现在已难以跟上时代的发展。在能源行业视频监控安全防范方面，一直缺少智能监管手段。因此作为以智能技术防范为主要手段的视频监控平台建设，已经凸显其重要性。然而，长期以来建设的视频监控平台具备的功能较少，难与其他系统进行连接，无法满足资源与业务整合的需求。为给能源行业提供一个安全的环境，需要对同一视频监控平台加以规划，尽快实现统一化管理，以此来进行全方位监控。

视频监控系统即CCTV系统，主要有模拟视频监控系统、基于PC多媒体卡的视频监控系统、基于嵌入式视频服务器的网络数字监控系统等几种构建方式。在这些构建方式中，嵌入式视频服务器的网络数字监控系统目前广泛应用于海洋石油领域。

2 海上平台的视频监控系统配置要求及选型

海上石油平台的视频监控系统主要由以下几部分组成：

（1）前端视频采集部分

摄像装置是收集被摄物体的光信号，并将其转换为电视信号的设备。它是整个系统的核心部分，包括镜头、摄像机、防护罩及支撑设备等。根据被摄物体及摄像地点的不同，摄像装置的具体配置也各不相同。

同时，为适合夜间监控的要求，可选用带红外夜视功能的摄像机，一般用于通道及登陆平台区域，保证人员清楚地监控到夜间的情况，以满足平台对于反恐方面的需求。

视频服务器是实现网络化、数字化处理的重要设备，它完成模拟视频监视信号的数字采集、影像压缩、监控数据处理、报警信号采集、网络的Web发布等功能。它可将前端的模拟信号同时处理成高清晰度的实时数字图像发布到网络中，可保证监控中心能实时监控到现场情况。

（2）网络通信部分

网络视频监控系统采用标准的TCP/IP协议，可直接应用在局域网或广域网上。具体的通道方式可根据现场的实际情况进行选择。

（3）中心控制部分

视频监控系统采用Brower/Sever结构，用户在调度/监控中心设置一台图像监控系统服务器，主要完成现场图像接收、用户登录管理、优先权的分配、控制信号的协调、图像的实时监控、录像的存储、检索、回放、备份、恢复等。总控使用集中管理软件安装到计算机来进行管理。

在本地监控点可安装网络视频监控系统的客户端，用户利用IE浏览器查看本地和远程现场情况。在客户端上还可实现多画面实时监控，远程控制摄像机云台、制订录像计划等操作。此外，各个平台的视频监控情况可以通过海底光纤或微波系统传输到陆地终端控制中心进行集中控制，同时陆地终端控制中心也可通过广域网将信息传输到公司总部供领导进行察看，特别是在平台出现紧急情况甚至险情时能为领导层的决策发挥重要作用。

由于海洋石油平台的特殊性，根据安装环境的不同，对应的监控需求也有所不同。针对各个位置的监控应用需求，平台上视频监控系统的前端设备主要有室外云台式摄像头，如设置在危险区，需要选择隔爆型（Ex’d’）摄像机以应对特殊环境。室内摄像头更多考虑到室内的监控时常需要对内部仪器、人员等细节进行监控等因素，应选择可控制的快球摄像机。此外，近年来随着海上反恐的需求日趋增多，多数新建平台会在底层登平台甲板及楼梯处设置入侵报警装置，配置带红外的监控摄像头，以实现日夜不间断监视。

垦利3-2油田扩建项目位于渤海南部，采用全海式开发，充分依托垦利3-2油田开展新建井口平台的无人化设计，包括新建1座4腿简易无人驻守井口保护架KL3-2 WPFB。在此新建无人井口保护架上设置有视频监控系统，所有室内区域均设置有视频监控，其中电气间视频功能集成到电气间的无人巡检机器人系统里，仪表间安装有室内摄像头。室外区域的摄像头布置在重点生产区域如井口区、楼梯口逃生通道处、登平台处以及为监控溢油情况而设置的面向海面方向。

3 智能动态降噪（iDNR）的技术应用

近年来，随着高清视频技术的发展，获得高清视频图像的需求逐渐增大。高清（High Definition），即高分辨率。常用分辨率有720P、1080i和1080P，高清监控的优势在于高清晰度，可提供更多关键细节，单位面积监控点密度的下降，通过高清图像可以提高智能分析算法的精度。

负责平台重点区域监控的摄像机若要得到清晰的图像则需要更大的像素，而那些百万像素摄像机可提供超详细的图像和更多有用的信息，但这需要付出代价，即传输和存储这些图像所需的数据量显著增加，导致对网络基础设施带来的带宽需求增大以及所需存储容量的增加，从而增加总成本。而存储磁盘是IP网络系统中最昂贵的组件之一。因此降低存储成本是运行项目中必须要考虑的因素。通过研究发现，降低成本可以从摄像机入手。目前一项最新的创新技术可以有效降低网络带宽要求和后续存储成本，同时保持高质量和详细的图像。

众所周知，在发送或接收信号的任何电子设备中总是存在一定程度的噪声。图像噪声是图像捕获同时的负面产物，并且是阻塞编码过程的最不利因素，其直接导致给定图像夸大的比特率。百万像素相机更容易受到噪声影响，因为传感器上的像素较小，无法收集太多光线，需要更多的放大而引入噪声，而在弱光场景下也会增加噪声水平。

控制图像处理的新技术是基于内容的成像技术（Contented-Based Imaging Technology），是一种智能场景分析系统，它检查视频图像的实际内容，并向数字信号处理器（DSP）提供反馈，以重新调整图像处理。CBIT从根本上改善了许多区域的图像质量，但也很大程度上降低了噪声的影响。

通常的降噪可以采取空间降噪和时间降噪两种形式。空间降噪是降低平均帧内的像素以减少噪声。时间降噪是降低涉及对几帧上的像素求平均值以抵消噪声伪像。智能动态降噪（iDNR）使用这两种方法的组合，并根据光照水平和场景中移动物体的CBIT分析动态调整它们。

时间降噪对静态图像非常有效，但在图像中有运动时会引起问题。如果对移动物体应用时间降噪，则在物体模糊或重复的图像中可能看到鬼影。CBIT分析识别那些存在移动的帧并将该信息传递回DSP，然后DSP调整这些帧的时间来降噪。

iDNR使用三个因素来控制空间和时间降噪，即CBIT运动分析、场景灯光亮度和用户设置级别。通过组合这些过程，iDNR可以根据对通过摄像机移动的重要物体的分析动态调整降噪程度来优化带宽。当场景静止无运动时，带宽被最小化。检测到重要对象有运动状态时，带宽会增加来捕捉最大的细节。iDNR的高级算法可在某些场景中将比特率和存储要求最多降低50%，而不会降低视频质量。

默认情况下，某些百万像素摄像头会限制您的带宽，通常这是通过恒定比特率（CBR）完成的。CBR是一种将比特率保持在任意固定水平的编码方法。这可能导致始终较高的比特率，或者当限制为低比特率时，甚至可能导致图像质量永远不会达到最佳状态。另一方面，可变比特率（VBR）建立了预定水平的图像质量，无论场景中是否存在运动，都可以保持该水平。带宽将根据场景而波动。

iDNR的运行原理与VBR相同，但增加了智能，可根据场景中是否存在运动做出明智的决策。总体上说，iDNR是一种更好、更智能的VBR形式。除了iDNR之外，区域优先级排序功能还允许通过调整图像的各个区域的编码器压缩比来进一步降低比特率。

综上所述，使用iDNR技术，通过优化细节带宽比提供最实用的图像，在不降低图像质量的情况下大大节约存储成本。在平台无人化已发展为趋势的情况下，这项技术的应用，会进一步减少平台上视频监控系统配置的成本投入，实现降本增效的目的。