王雁

（通號(hào)通信信息集團(tuán)有限公司，北京 100070）

鐵路視頻圖像質(zhì)量診斷故障庫(kù)探討

王雁

（通號(hào)通信信息集團(tuán)有限公司，北京 100070）

對(duì)鐵路視頻圖像質(zhì)量診斷故障庫(kù)的建立和分類(lèi)進(jìn)行闡述，給出不同廠家視頻圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)診斷效果的評(píng)估依據(jù)，有助于獲得更適用于鐵路領(lǐng)域的視頻圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)。同時(shí)，其應(yīng)用也可配合進(jìn)行診斷算法優(yōu)化，提升診斷準(zhǔn)確度，更好地進(jìn)行故障定位，提高故障處理效率，保障綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行。

鐵路；視頻圖像；故障庫(kù)；質(zhì)量診斷；效果評(píng)估

0 引言

視頻圖像質(zhì)量診斷大致經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段：第一階段為人工檢測(cè)階段，這種方式耗費(fèi)人力物力，增加了運(yùn)維的時(shí)間及成本，同時(shí)還會(huì)受到人為主觀因素影響，檢測(cè)結(jié)果不夠準(zhǔn)確。第二階段通過(guò)圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)方式多為人工手動(dòng)發(fā)起，這種方式也會(huì)受一定的主觀因素影響，會(huì)出現(xiàn)漏檢情況。第三階段是在第二階段的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化、整合，可以根據(jù)用戶需求對(duì)指定的攝像機(jī)進(jìn)行自動(dòng)巡檢，時(shí)間可以精確到秒級(jí)，同時(shí)將檢測(cè)結(jié)果中存在圖像質(zhì)量問(wèn)題的情況，以提示或告警的形式輸出。這種方式支持任何時(shí)間段的自動(dòng)檢測(cè)，不會(huì)出現(xiàn)漏檢的情況。同時(shí)，對(duì)圖像質(zhì)量問(wèn)題的檢測(cè)不受主觀因素影響。

綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)是鐵路安全防范系統(tǒng)的重要組成部分，通過(guò)綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)車(chē)站、廣場(chǎng)、鐵路沿線等各個(gè)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)處理。隨著鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，其作為公共安全守護(hù)、相關(guān)鐵路業(yè)務(wù)工作支撐的作用越來(lái)越大[1]。

視頻圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)對(duì)綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)維起到了關(guān)鍵作用，各廠家也開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的視頻圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)的檢測(cè)效果有待評(píng)估，其在鐵路領(lǐng)域的運(yùn)用效果等，可通過(guò)視頻圖像質(zhì)量診斷故障庫(kù)（簡(jiǎn)稱(chēng)故障庫(kù)）進(jìn)行評(píng)估。

1 鐵路視頻圖像質(zhì)量診斷故障庫(kù)

自2012年起，開(kāi)始收集鐵路領(lǐng)域存在質(zhì)量故障的視頻及圖像，建立鐵路視頻圖像質(zhì)量診斷故障庫(kù)。截至目前，故障庫(kù)中積累的視頻及圖像均達(dá)到了萬(wàn)級(jí)，對(duì)這些故障視頻及圖像進(jìn)行有效管理，才能更好地將其運(yùn)用到視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)效果評(píng)估工作，并且在系統(tǒng)算法優(yōu)化過(guò)程中發(fā)揮更大作用。因此，對(duì)故障庫(kù)中的視頻及圖像制定了命名及分類(lèi)辦法，按照13種故障診斷類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)。根據(jù)不同的故障診斷類(lèi)型，對(duì)應(yīng)的診斷結(jié)果為有、無(wú)或不同的嚴(yán)重程度，并對(duì)各種故障診斷類(lèi)型的視頻及圖像進(jìn)行等級(jí)劃分。部分故障診斷類(lèi)型及等級(jí)劃分見(jiàn)表1。

表1 部分故障診斷類(lèi)型及等級(jí)劃分

由表1可知，網(wǎng)絡(luò)狀況、視頻丟失等故障診斷類(lèi)型的故障結(jié)果只有正常和異常2種；對(duì)比度異常、視頻遮擋等故障診斷類(lèi)型，可以根據(jù)嚴(yán)重程度按照5個(gè)等級(jí)進(jìn)行劃分。視頻遮擋不同等級(jí)的故障圖像見(jiàn)圖1，視頻丟失不同等級(jí)的故障圖像見(jiàn)圖2。

另外，對(duì)故障庫(kù)中的視頻及圖像進(jìn)行等級(jí)劃分，有助于對(duì)故障進(jìn)行定位。例如，對(duì)噪聲條紋干擾和畫(huà)面雪花故障類(lèi)型的等級(jí)劃分，將有利于綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)維工作的開(kāi)展。噪聲條紋干擾和畫(huà)面雪花的故障圖像見(jiàn)圖3。

圖1 視頻遮擋不同等級(jí)的故障圖像

圖2 視頻丟失不同等級(jí)的故障圖像

圖3 噪聲條紋干擾和畫(huà)面雪花的故障圖像

噪聲條紋干擾和畫(huà)面雪花的類(lèi)型有多種，根據(jù)其類(lèi)型可以初步判斷出干擾源。具體情況如下：

（1）工頻干擾：圖像出現(xiàn)雪花噪點(diǎn)、網(wǎng)紋或很寬暗橫帶持續(xù)不斷滾動(dòng)；

（2）空間電磁波干擾：圖像出現(xiàn)較密的斜形網(wǎng)紋，嚴(yán)重時(shí)會(huì)淹沒(méi)圖像；

（3）低頻干擾（20～200 Hz低頻噪聲干擾）：圖像出現(xiàn)靜止水平條紋；

（4）高頻干擾（高頻噪聲干擾）：圖像出現(xiàn)雪花點(diǎn)或高亮點(diǎn)；

（5）反射干擾：圖像出現(xiàn)重影。

由此可知，每種故障診斷類(lèi)型的等級(jí)劃分方式不盡相同，但劃分原則都是能夠清晰地區(qū)分不同的嚴(yán)重程度，有助于視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)的效果評(píng)估及故障定位。

2 圖像質(zhì)量診斷效果評(píng)估方法

鐵路視頻圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)是一套智能化視頻故障分析與預(yù)警系統(tǒng)，其效果評(píng)估架構(gòu)見(jiàn)圖4。

由圖4可知，故障庫(kù)中的視頻及圖像作為待評(píng)估視頻圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)的輸入源，視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)中的接口服務(wù)同步故障庫(kù)中的視頻資源，獲取一定時(shí)長(zhǎng)的實(shí)時(shí)碼流，進(jìn)行解碼分析，視頻圖像診斷算法服務(wù)對(duì)視頻碼流進(jìn)行智能分析、判斷和預(yù)警，將診斷結(jié)果在數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄并輸出。將診斷結(jié)果與輸入的故障視頻及圖像進(jìn)行比對(duì)，得到系統(tǒng)診斷效果。

圖4 視頻圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)效果評(píng)估架構(gòu)

3 作用及意義

視頻圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)從最初只能診斷是否可以正常輸出視頻流，到現(xiàn)在可以診斷視頻丟失、清晰度異常、偏色、對(duì)比度異常、亮度異常[2]等視頻質(zhì)量故障，支持的診斷算法數(shù)量在不斷增加。目前，鐵路視頻圖像質(zhì)量診斷故障庫(kù)中已包含網(wǎng)絡(luò)狀況、視頻丟失、視頻凍結(jié)、畫(huà)面過(guò)暗、畫(huà)面過(guò)亮、畫(huà)面對(duì)比度異常、畫(huà)面偏色、畫(huà)面抖動(dòng)、畫(huà)面清晰度異常、畫(huà)面雪花、視頻遮擋、場(chǎng)景變更、噪聲條紋干擾共13類(lèi)故障，每種類(lèi)型又包含不同嚴(yán)重程度的等級(jí)劃分。包含這13類(lèi)中任一故障診斷類(lèi)型的視頻圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)，都可以按照以上的評(píng)估方法進(jìn)行效果評(píng)估。

同時(shí)，通過(guò)故障庫(kù)中的視頻及圖像配合診斷算法優(yōu)化，可不斷提升系統(tǒng)的診斷準(zhǔn)確度，優(yōu)化系統(tǒng)功能。

建立鐵路視頻圖像質(zhì)量診斷故障庫(kù)，并采用科學(xué)的方法進(jìn)行分類(lèi)管理，可加強(qiáng)對(duì)不同故障診斷類(lèi)型特點(diǎn)的把控，對(duì)鐵路視頻圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)的診斷效果進(jìn)行更準(zhǔn)確的評(píng)估；同時(shí)，也有利于故障原因的定位，對(duì)鐵路視頻圖像質(zhì)量診斷領(lǐng)域有著較為深遠(yuǎn)的意義。

4 結(jié)束語(yǔ)

闡述了鐵路視頻圖像質(zhì)量診斷故障庫(kù)的建立與分類(lèi)，及其在視頻圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)效果評(píng)估中的應(yīng)用。采用科學(xué)的方法對(duì)故障庫(kù)中的視頻及圖像進(jìn)行分類(lèi)與等級(jí)劃分；將其中的視頻及圖像作為輸入源，可對(duì)各廠家的視頻圖像質(zhì)量診斷系統(tǒng)進(jìn)行診斷效果評(píng)估，有助于獲得診斷效果更佳的系統(tǒng)。目前，故障庫(kù)還在不斷擴(kuò)容，在視頻及圖像的管理、分類(lèi)等方面還有待進(jìn)一步完善和探討。

[1]安國(guó)成，李明．鐵路綜合視頻晝夜監(jiān)控與設(shè)備維護(hù)研究[J]．中國(guó)鐵路，2016(11)：60-62.

[2]沈志忠，安國(guó)成，張濤．視頻丟失快速檢測(cè)算法研究[J]．中國(guó)鐵路，2017(1)：82-85.

責(zé)任編輯盧敏

Discussion on Failure Database of Rail Video Image Quality Diagnosis

Wang Yan
（CRSC Communication & Information Group Company Ltd，Beijing 100070，China）

This paper describes the establishment and classification of failure database of rail video image quality, and gives the evaluation basis for the diagnosis effect of video image quality diagnosis systems of diferent manufacturers, which can help obtaining the video image quality diagnosis system that is more suitable in railway sector. At the same time, its application can also be used to optimize the diagnostic algorithm, improve the diagnostic accuracy, locate the failure spot more accurately, and to enhance failure handling efficiency, ensuring the normal operation of integrated video surveillance system.

railway；video image；failure database；quality diagnosis；efect evaluation

U298

A

1001-683X（2017）05-0082-04

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.05.082

2017-03-11

王雁（1983—），女，工程師。

E-mail：wangy@crscic.com