井下電視客戶端軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

嚴(yán)正國，胡明月

（西安石油大學(xué)光電油氣測(cè)井與檢測(cè)國家教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710065)

0 引言

井下電視是用來獲取井下直觀圖像資料的一種電視成像測(cè)井儀器[1]，主要用于石油、氣、水井中套管問題診斷。視頻成像測(cè)井儀即井下電視（downhole video）以其圖像直觀、清晰、實(shí)時(shí)性好而在成像測(cè)井儀器中獨(dú)樹一幟[4]。隨著測(cè)井技術(shù)的發(fā)展，井下電視有了重要的突破，搭載新一代測(cè)井電纜高速傳輸技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)高清井下電視可取得高清井下視頻圖像資料，解決了模擬視頻無法遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴}。為測(cè)井人員設(shè)計(jì)井下作業(yè)方案提供了可靠的依據(jù)，并且可對(duì)井下作業(yè)效果檢查評(píng)估。設(shè)計(jì)一款客戶端軟件可最大程度人為直觀地控制網(wǎng)絡(luò)高清井下電視，實(shí)現(xiàn)其客戶端控制、決策和管理。

1 井下電視及SDK簡介

網(wǎng)絡(luò)高清井下電視整體上分為三大部分[3]：網(wǎng)絡(luò)高清井下電視下井儀，網(wǎng)絡(luò)高清井下電視地面儀、PC，如圖1所示：攝像頭在下井儀部分采集井下視頻通過處理由測(cè)井電纜傳輸?shù)降孛鎯x，地面儀對(duì)傳回的視頻處理后顯示在PC端。網(wǎng)絡(luò)高清井下電視可實(shí)現(xiàn)在鎧裝電纜上傳輸距離長達(dá)7000m、電纜傳輸速率超過1Mb?ps，電纜自適應(yīng)，網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)勢(shì)，其傳輸?shù)膱D像為流暢的彩色全幀率圖像，開辟了測(cè)井技術(shù)的新鄰域。

圖1 井下電視結(jié)構(gòu)框圖

SDK是提供給軟件開發(fā)人員進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)的，程序員據(jù)此就可以快速地建立應(yīng)用軟件，而省去了編寫硬件代碼和基礎(chǔ)代碼框架的過程。通過調(diào)用SDK提供的API函數(shù)完成系統(tǒng)各個(gè)模塊的功能。客戶端軟件開發(fā)中視頻處理和字符疊加模塊是基于海康威視設(shè)備網(wǎng)絡(luò)SDK開發(fā)包進(jìn)行二次開發(fā)。設(shè)備網(wǎng)絡(luò)SDK是基于設(shè)備私有網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議開發(fā)的，為嵌入式網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品服務(wù)的配套模塊[2]。考慮到硬件兼容性問題，云臺(tái)控制模塊采用雄邁的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)SDK開發(fā)[7]。利用功能強(qiáng)大的SDK開發(fā)網(wǎng)絡(luò)高清井下電視客戶端軟件具有功能完善，可靠性高，開發(fā)周期短，效率高，開發(fā)成本低等優(yōu)點(diǎn)。

2 客戶端軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

該客戶端軟件是在Windows7操作系統(tǒng)下使用Mi?crosoft Visual Studio 2005進(jìn)行開發(fā)。在開發(fā)中使用C++面向?qū)ο缶幊陶Z言進(jìn)行編程。基于MFC進(jìn)行軟件界面設(shè)計(jì)，SDK進(jìn)行具體功能開發(fā)。采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想，將系統(tǒng)整體劃分為界面層和邏輯處理層兩大模塊。

2.1 需求分析

根據(jù)測(cè)井需要，客戶端軟件視頻處理包括：視頻連接、播放、錄像，抓圖功能；利用MFC將這部分功能控件置于客戶端軟件主界面，主界面是整個(gè)軟件的核心部分，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)覽井下狀況，診斷井下問題；錄像，并抓圖分析，測(cè)井過程中需要配置下井儀下井速度與深度，標(biāo)注井號(hào)，井況等信息。字符疊加功能在參數(shù)配置框中，用于深度參數(shù)配置（包括編碼器脈沖常數(shù)，同步輪周長，深度值），OSD設(shè)置（視頻標(biāo)題設(shè)置，用戶標(biāo)注設(shè)置）。井下環(huán)境復(fù)雜，空間狹小，黑暗。PTZ控制攝像頭上、下、左、右、居中以及攝像頭焦距和燈光，可對(duì)井下狀況進(jìn)行全面準(zhǔn)確的參數(shù)配置對(duì)深度參數(shù)及OSD進(jìn)行設(shè)置，云臺(tái)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像頭方位及燈光亮暗進(jìn)行控制。

2.2 客戶端軟件分功能模塊設(shè)計(jì)

測(cè)井人員直接與界面層接觸，設(shè)置友好的操作界面和操作方式可為測(cè)井人員在測(cè)井過程中提供良好的體驗(yàn)。客戶端軟件的界面設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 井下電視界面框架圖

利用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)思想，把整個(gè)客戶端軟件劃分為界面層和邏輯處理層兩部分，界面層由測(cè)井人員直接操作，界面層使用MFC根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)不同功能模塊分別創(chuàng)建不同的類，調(diào)用SDK提供的庫函數(shù)實(shí)現(xiàn)軟件功能[5]。

客戶端軟件按功能模塊分為三個(gè)類：class CReal?PlayDlg主要用于選擇一路播放通道，井下視頻實(shí)時(shí)播放，錄像，抓圖；class SerialTransDlg主要用于深度參數(shù)設(shè)置，OSD設(shè)置；class TransparentDemonDlg主要用于進(jìn)行云臺(tái)控制。

視頻播放是從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備取實(shí)時(shí)碼流，解碼顯示到客戶端界面；該功能主要是調(diào)用SDK的接口NET_DVR_RealPlay_V30實(shí)現(xiàn)視頻預(yù)覽播放；調(diào)用接口NET_DVR_StopRealPlay停止播放；錄像主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流存儲(chǔ)，錄像按照如：20170323091834_ch01.mp4格式存儲(chǔ)在record文件夾里。在測(cè)井過程中抓取圖片有利于輔助測(cè)井人員分析井況，抓取圖片調(diào)用NET_DVR_CapturePicture接口，抓圖之前保持一路通道播放測(cè)井視頻，抓圖模式分為BMP和JPG。

參數(shù)配置部分主要分為深度參數(shù)配置合OSD設(shè)置，深度參數(shù)配置用來配置下井儀下井速度與深度。OSD設(shè)置部分用來設(shè)置測(cè)井視頻標(biāo)題如：井號(hào)信息，位置，疊加的方式，字體型號(hào)，顏色大小，顯示模式疊加到視頻碼流中去。用戶標(biāo)注，以及數(shù)據(jù)的顯示位置，行為10，列為24調(diào)用SDK接口NET_DVR_SerialSend通過透明通道向設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，調(diào)用NET_DVR_SerialStart建立透明通道，NET_DVR_SerialStop停止透明通道，數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)為字符型和ascii。

云臺(tái)控制攝像頭位置，攝像頭中燈光的亮暗，以及焦距的遠(yuǎn)近，云臺(tái)控制協(xié)議為PELCO-D，利用該協(xié)議對(duì)攝像頭的上、下、左、右、居中，攝像頭焦距遠(yuǎn)近進(jìn)行控制；利用自定義協(xié)議控制燈光。整個(gè)軟件的流程框圖如圖3所示。

3 軟件運(yùn)行界面效果

圖3 客戶端流程框圖

圖5 套管結(jié)垢測(cè)井圖片

網(wǎng)絡(luò)高清井下電視客戶端軟件設(shè)計(jì)完成后，界面圖如圖4所示，軟件與網(wǎng)絡(luò)高清井下電視連接成功，在多次測(cè)井中取得了良好的效果，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，從井下傳輸回來的實(shí)時(shí)圖像清晰流暢。圖5為客戶端軟件測(cè)井圖片。高清井下電視客戶端軟件的設(shè)計(jì)，該軟件支持TCP/IP協(xié)議，兼容性良好，界面美觀易操作，能顯著提高測(cè)井人員的工作效率，為設(shè)定井下作業(yè)方案提供了可靠的依據(jù)。且實(shí)現(xiàn)了設(shè)備登錄，視頻連接，播放，錄像，抓圖，深度參數(shù)配置（包括編碼器脈沖常數(shù)，同步輪周長，深度清零，深度設(shè)置），OS D設(shè)置（視頻標(biāo)題設(shè)置，位置設(shè)置，用戶標(biāo)注設(shè)置），云臺(tái)控制等功能。并在實(shí)際測(cè)井應(yīng)用中取得了很好的效果，有較高的應(yīng)用推廣價(jià)值。

4 結(jié)語

通過使用HIKVISON SDK和雄邁SDK實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)正國.井下電視成像測(cè)井圖像壓縮技術(shù)研究[D].西安電子科技大學(xué),2005.

[2]海康威視.設(shè)備網(wǎng)絡(luò)SDK編程指南[EB/OL].http://www.hikvision.com/cn/download_61.html

[3]嚴(yán)正國,張家田.井下電視圖像壓縮技術(shù)[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))

[4]張家田，嚴(yán)正國，胡長嶺等.井下視頻成像測(cè)井技術(shù)[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2007,28(4):714～717.

[5]王永嘉.監(jiān)控系統(tǒng)-客戶端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].浙江大學(xué),2009.

[6]Barron J,Fleet D,Beauchemin S.Performance of Optical Flow Techniques.International Journal of Computer Vision,1994,12(1):42-77.

[7]雄邁.網(wǎng)絡(luò)SDK開發(fā)手冊(cè)[EB/OL].https://pan.sohu.net/f/MTY4MzQsaGR1a20.html.