Yeraltı TV'de H.264 kodlama ve SHDSL iletim teknolojisinin uygulanması
Liu Kang, Zhang Jiatian
(Temel Optoelektronik Petrol ve Gaz Kayıt ve Test Laboratuvarı, Eğitim Bakanlığı, Xi'an Shiyou Üniversitesi, Xi'an, Shaanxi 710065)
: Kuyu içi TV uygulamaları her zaman iletim hızından etkilenmiştir ve dijital kuyu içi TV yeraltının karmaşık koşullarını analiz edip çözebilir. H.264 kodlama teknolojisinin kullanılması, aynı bant genişliğinde daha yüksek görüntü kalitesini iletebilir ve tek çift yüksek hızlı dijital abone hattı (SHDSL) teknolojisinin kullanılması, yeraltı iletim mesafesi ile hız arasındaki çelişkiyi çözebilir. İletim teknolojisi, eş eksenli zırhlı kablolara uyum sağlamak için uyarlanabilir yeteneklere sahiptir, bu da iletim ortamı gereksinimlerini azaltır ve maliyetleri düşürür. Yukarıdaki iki teknoloji sayesinde, kısa iletim mesafesi ve kuyu içi görüntülerin düşük çözünürlüğü sorunları çözülebilir ve kuyu içi veri iletim hızı iyileştirilebilir.
: Yeraltı TV; H.264; SHDSL; HD; gerçek zamanlı
: TE953 belge tanımlama kodu: ADII: 10.19358 / j.issn.1674-7720.2017.03.027
Alıntı biçimi : Liu Kang, Zhang Jiatian. H264 kodlama ve SHDSL iletim teknolojisinin yer altı TV'de uygulanması J. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2017,36 (3): 93-95.
0 Önsöz
Şu anda petrol ve gaz sahalarının geliştirme sürecinde iki büyük sorun var: Biri, çoğu petrol sahasının uzun vadeli kullanım için tükenme ile karşı karşıya kalması, yeni petrol ve gaz kaynaklarının çıkarılmasının daha zor olması; diğeri ise tüm yıl boyunca üretim sürecinde olan üretim kuyularının ön yüzüdür. Yaşlanma, korozyon ve hasar vb. Günümüzde, hasarlı noktayı birlikte ölçmek ve doğru bir şekilde bulmak için birden fazla yöntem kullanılmaktadır, maliyet ve risk yüksek olacaktır ve hasarlı noktayı belirlemek için sezgisel, düşük maliyetli doğru konumlandırma yöntemi yoktur [1]. Yeraltı TV, yukarıdaki sorunları çözmenin etkili bir yoludur, ancak 3.0 km'lik [2] iletim mesafesi sınırdır ve iç kesimlerde derin kuyu madenciliği için pek yararlı değildir.Bu nedenle, bu makale H.264 kodlama sıkıştırma teknolojisini ve SHDSL yüksek hızlı iletim teknolojisini kullanmaya çalışmaktadır. Yüksek çözünürlüklü, gerçek zamanlı görüntü aktarım mesafesinin 7 km'ye [3] ulaşmasını sağlayın. Bu sistemde yer alan iki bölüm ve bunlara karşılık gelen önemli teknolojiler şunlardır: kuyu içi kayıt bölümü ve yüzey yazılım bölümü Görüntü sıkıştırma ve açma, esas olarak H.264 kodlama ve sıkıştırma teknolojisini kullanır; aktarım bölümü esas olarak SHDSL yüksek hızlı iletim teknolojisini kullanır.
1 Önemli teknolojilere giriş
1.1H.264 kodlama ve sıkıştırma teknolojisi
Video sıkıştırma, temel olarak sıkıştırma, sıkıştırılmış dosyalar oluşturma, gönderme, açma, videoyu geri yükleme ve videoyu görüntüleme işlemlerini içeren gereksiz görüntü verilerinin kaldırılmasıyla elde edilir. Gecikme, sıkıştırma sürecini, gönderme işlemini, açma işlemini ve videoyu [4] görüntülemek için gereken süreyi içerir. Gecikme, görüntü sıkıştırma algoritmasının ileri düzeyiyle orantılıdır. H.263 teknolojisi ile karşılaştırıldığında, ön ve arka çerçeve referans ikili aritmetik kodlama (CABAC) algoritmasına dayalı H.264 teknolojisi, tepe sinyal-gürültü oranını (PSNR) 0,6 db'den [5] daha fazla geliştirir ve video verileri daha da sıkıştırılır. H.264 kodlama teknolojisinde, gereksiz fazlalık verileri azaltmak için I çerçevelerinde veri sıkıştırma kodlaması gerçekleştirilir. Bu yöntem, çerçevedeki her makro bloğundaki daha küçük piksel bloklarını sürekli olarak tahmin ederek I çerçevesinin işgal ettiği veri bitlerini azaltır. Bu nokta, yeni 4 × 4 piksel bloğundaki [6] diğer piksellerle eşleştirilebilir. Bu algoritmanın avantajı, gereksiz veri kodlamasını azaltmak ve depolama alanından tasarruf etmek için mümkün olduğunca önceki çerçeve ile benzer eşleşmeler kullanmaktır.
1.2SHDSL iletim teknolojisi
Tek çift yüksek hızlı dijital abone hattı (SHDSL) teknolojisinin iletim mesafesi, abonenin telefon hattının tel çapı ile orantılıdır Telefon hattının çapı ne kadar büyükse, iletim mesafesi o kadar uzun olur. Kullanıcının gerçek iletim bant genişliğinden bağımsız olarak, iki hatlı SHDSL modu ile dört hatlı HDSL'yi karşılaştırarak, HDSL teknolojisinin iletim bant genişliği 2 Mb / s'dir ve sabittir; SHDSL uyarlanabilir bir işleve sahipken ve farklı bant genişlikleri hattı takip eder. Aktarım hızının değişmesiyle gerçekleşen aktarım mesafesi de farklıdır. İki telli SHDSL ve dört telli HDSL karşılaştırıldığında, iletim hızı 2 Mb / s ise, ilki, iletim mesafesini ikincisine kıyasla% 15 artıracaktır. SHDSL, gerçek zamanlı video aktarımı için çok önemli olan veri akışı aktarım yedekliliği ve saniyede 1,2 ms'den fazla olmayan bir gecikme [7] sağlar. Bu nedenle, SHDSL'nin önemli bir avantajı, iletim mesafesinin değişmesi, bant genişliğinin de değişmesi ve kablo gereksinimlerinin azalmasıdır.
2 Genel sistem tasarımı
2.1 Sistem yapısı
Dijital yüksek çözünürlüklü kuyu içi kayıt aracı, mühendislik ihtiyaçlarına göre temel olarak üç bölüme ayrılmıştır: yüzey sistemi, iletim kablosu ve kuyu içi sistemi. Yer sistemi, bir ana bilgisayar ve bir güç kaynağı sisteminden oluşur.Yeraltı sistemi, bir CCD yüksek çözünürlüklü ağ kamerasından oluşur.İletim kablosu, bir çift ana-bağımlı iletim kartı ve zırhlı kablodan oluşur. Yapı, Şekil 1'de gösterilmektedir.
Sistemin aşağıdaki hedeflere ulaşması gerekir: ana bilgisayar, kuyu içi toplanan görüntülerin çözünürlüğünü ve kod oranını ayarlamak için kontrol talimatları yayınlar, iletim dengesini sağlamak için iletim hızına ve kayıt kablosuna uyar ve kuyu içi görüntü sinyalinin yüzey sisteminde yüksek çözünürlüklü gerçek zamanlı oynatımını gerçekleştirir. İletim devre sistemi Şekil 2'deki gibi gösterilmiştir.
Şekil 2'de, analog ön uç çevirici, iletim hızını uyarlamalı olarak dengeleyebilir. Çeviricide toplam 4 bit bulunur. Birincisi, yer sistemi iletim devre sistemini ve kuyu içi sistem iletim devre sistemini ayarlamaktır. Merkez ofis veya müşteri tarafı, ana-bağımlı ilişkisini ayarlar ve iletir Devre sisteminin yeşil ışığı, bunun kullanıcı tarafı olduğunu ve diğer ucunun yeşil ışık kapalı olarak ayarlanması gerektiğini; son üç bit, 2,3 Mb / sn'ye kadar hızı ayarladığını, spesifik hız ayarı Şekil 3'te gösterilmektedir ve iletim devre yapısı Şekil 4'te gösterilmektedir. Göstermek. Yeraltındaki yüksek sıcaklık ve yüksek basınç nedeniyle, iletim devresi bir vakumlu şişede [8] olmalıdır, aydınlatma ışık kaynağı kuyu duvarını aydınlatır, yansıyan ışık CCD sensörü tarafından alınır ve çıkış voltajı görüntüleme modülü tarafından veri işleme devresi tarafından sıkıştırılan ve kodlanan dijital bir sinyale dönüştürülür. Toprak sistemine kablo ile iletilir.
2.2 Kablo iletim modu seçimi
Bu sistemin toprak sistemi ve yer altı sistemi 220 V alternatif akım kullanır, bu nedenle alternatif akımın düşük voltajlı doğru akım gücüne dönüştürülmesi gerekir.Yer sistemi, güç kaynağı için +12 V voltaj sağlamak için AC / DC dönüşüm modülü güç kaynağını kullanır, ancak yeraltı sisteminin 220 V alternatif akımı uzun süre geçmesi gerekir. Kablo kuyuya iletildikten sonra kuyu içi cihaza güç sağlamak için AC / DC dönüştürme modülü güç kaynağı kullanılarak uygun bir kablo güç kaynağı ve iletim bağlantı yöntemi seçmek gerekir. Bu sistemde yedi çekirdekli bir kablo bilgi iletmek ve açmak için kullanılır.Veri iletimi için yedi çekirdekli bir kablo kullanıldığında, iletim mesafesi 7000 m kadar uzun olduğu için kablonun empedansının sinyal iletimi üzerinde büyük etkisi vardır, bu nedenle 2, 5, 3 kullanılır. Şekil 5'te gösterildiği gibi, paralel olarak 6 iletim sinyali, 1, 4 güç kaynağı.
3 Test süreci ve sonuç analizi
Testten önce, donanımı bağlamanız, gücü açmanız ve kırmızı ışığın yanıp sönmesinden sonra iletim kartının kırmızı ışığının yeşile dönmesini beklemeniz gerekir; bu, iletim panosunun bağlı olduğunu ve yer sistemi ile yer altı sisteminin iletişim kurabildiğini kanıtlar. Ana bilgisayarı açın ve yerel bağlantıdaki TCP / IPv4 adresini 192.168.0.55 ve alt ağ maskesini 255.255.255.0 olarak değiştirin. Tamamlandıktan sonra, ağ kamerasının IP adresini aramak için yüzey sistemi yazılımını açın Bağlantı başarılı olduktan sonra, Şekil 6'da gösterildiği gibi kuyu içi kasa görüntüsü görünecektir.
Ekran göründükten sonra, ekran yükseltme veya gecikme problemi ortaya çıkacaktır.Bu anda, ekran net ve gerçek zamanlı olana kadar kod akışı ve görüntü çözünürlüğünde sürekli hata ayıklamak gerekir.Parametre hata ayıklama arayüzü Şekil 7'de gösterilmektedir. Kod akışı kontrolü, sınırlayıcı olmayan bir kod hızına değiştirilir, çerçeve hızı 30 FPS'dir ve çözünürlük ve görüntü kalitesi dengelenir, eğer çok kameralı bir iletim veri akışı ise, yukarıdaki parametreler farklı kanalların kameraları için ayarlanabilir. Test sırasında, 2 Mb / sn'lik bir aktarım hızında, dört kanallı aktarım veri akışında temelde bir gecikme sorunu yoktur, ancak aktarım oranını artırmak için daha fazla kanalın kablo paralel modunu kullanması gerekir. Çok kanallı veri aktarımının donanıma bir Ethernet anahtarı eklemesi gerekir ve Ethernet anahtarı her ağ bağlantı noktasına aynı aktarım hızını atar.
Şekil 8'de gösterildiği gibi 0,4 mm, 0,5 mm ve 0,6 mm çaplı kablolarda test veri aktarım hızı ile aktarım mesafesi arasındaki ilişkiyi çizmek için MATLAB kullanın. Bağlantı hızının iletim mesafesi ile ters orantılı olduğu şekilden görülebilmektedir.Yeraltı sisteminde 0.6 mm çapında ve 6 km derinliğinde olan kablonun iletim hızı 2 Mb / sn'ye ulaşabilmektedir. Düz kuyu derinliği genellikle 4 km'yi geçmez ve 0,4 mm çapındaki kablo 2 Mb / s'ye ulaşabilir, bu da büyük maliyet tasarrufu sağlar. Gerçek uygulamalarda, en yüksek verimliliği ve maliyet etkinliğini elde etmek için yerel koşullara göre uygun kablolar seçilmelidir.
4. Sonuç
Bu makale, H.264 kodlama teknolojisi ve SHDSL iletim teknolojisine dayalı kuyu içi TV'nin avantajlarını ve uygulamadaki fizibilitesini tanıtmaktadır.Kayıtlı kablo iletim deneyleri ve 7000 m içindeki test sonuçlarının analizi sayesinde, iletim hızı 2'ye ulaşabilir. Mb / s, iletim hızının iki çift hat kullanılarak 3 Mb / s'ye ulaşması bekleniyor.
SHDSL iletim teknolojisi, uyarlanabilir kablo iletimi ve otomatik eşleştirme, otomatik bağlantıdır ve IEEE802.3 / 3u / 3x ve IEEE802.1Q standartlarına uygundur ve köprü / yönlendirme modunu destekler.
MATLAB analizine göre, sıradan kablolar durumunda, yukarıdaki iki teknolojiye dayalı iletim sistemi, en iyi iletim oranını ve görüntü netliğini elde etmek için çeşitli kablo gereksinimlerini dengelemek için otomatik olarak adapte olabilir.Bu görüntü sıkıştırma teknolojisi ve uyarlanabilir yüksek hızlı iletim teknolojisi, Bu teknoloji, çok çeşitli uygulama olanakları ve promosyon değeri olan yüzeye daha fazla kuyu içi enstrümantasyon verisinin iletilmesini sağlar.
Referanslar
1 TAGUE J R, HOLLMAN G F.Chevron USA üretim co.downhole videosu: bir maliyet / fayda analizi R .SPE 62522,2000.
[2] Zhang Jiatian, Li Huiling Kuyu içi televizyon görüntüleme teknolojisi üzerine araştırma J Petroleum Instruments, 2005, 19 (5): 11-12.
3 Shi Lei, Xu Hong. SHDSL Teknolojisine Dayalı Sivil Havacılık Veri İletimi J. Science and Technology Outlook, 2015 (18): 248,250.
[4] Cai Qin, Tang Ting, Bai Shuhong. H.264 video sıkıştırmanın anahtar teknolojileri üzerine araştırma J. Value Engineering, 2015, 34 (8): 40-41.
5 ANSARI M A, KHAN I U. Kontrol, otomasyon ve güç mühendisliğinde son gelişmeler C .RDCAPE on International Conference, Noida, 2015: 371-376.
[6] Qin Ling, Wang Yujian, Li Dongxin ve diğerleri Video kodlama standardı H.264 [J] 'nin temel teknik özellikleri ve uygulama olasılıkları Mikrobilgisayar Uygulamaları, 2004, 24 (4): 450-455.
7 Yu Haibin, Liu Jingbiao, Cai Wenyu. SHDSL J. OCEANS, 2008, 23 (2): 950-954'e dayalı 10 km koaksiyel çekme kablosunun üzerinde Deepsea tekrarlanmayan video iletim sistemi.
[8] Su Juan, Zhang Jiatian, Yan Zhengguo ve diğerleri Bir delikli video görüntüleme kayıt aracı C .2009 Uluslararası Bilgi Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Konferansı, ICIECS 2009, Wuhan, 2009: 253-258.
