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1、第7章 硬盘录像机,【本章导读】本章将首先介绍硬盘录像技术的起源、发展与前景，并分析硬盘录像机在新一代网络视频监控系统中的地位与作用；其后着重分析嵌入式硬盘录像机的架构与原理，并演示具体的使用方法；还介绍硬盘录像机日常故障的处置方法。此外，为使大家进一步提高对硬盘录像机的认识与实际操作技能，在本教材所配的教学光盘中，系统介绍了应用嵌入式硬盘录像机来改造传统视频监控系统的实例，以供广大读者查阅。,7.1 硬盘录像技术,7.1.1 硬盘录像技术的衍进DVR是英文Digital Video Recorder的中文译名，意思是数字视频录像技术。在这里，并没有说明是以硬盘还是以磁带为存储介质。例如，20
2、世纪70年代末期，SONY推出的全世界首款实用化数字磁带录像机，就是以磁带作为存储介质，但并没有应用在视频监控领域，那时的视频监控系统仍然使用24 h录像机作为图像记录设备，其信号为模拟式的，也没有采用压缩格式。随着计算机技术、数字视频技术的飞速发展与日趋成熟，20世纪80年代出现了硬盘录像技术。硬盘录像技术跨越数字磁带录像技术而直接应用在视频监控领域中，20世纪90年代中后期，DN公司推出的数字硬盘录像机就已安装在视频监控系统中，不过，当时的价格非常高且硬盘容量不大，没有得到广泛应用。进入21世纪后，随着硬盘的性价比越来越高，数字硬盘录像机在视频监控中的应用也越来越广泛，其结构也逐渐从嵌入式
3、向基于计算机式衍进，而其视频信号压缩比达到几十甚至一百的级别。数字硬盘录像机因其在图像存储、检索、传输等方面拥有无与伦比的优势，并集画面分割、切换、云/镜控制、录像、网络传输、与字符叠加、视频报警与报警联动等多功能于一体，大有取代24 h录像机之势。此时，DVR则成为以数字视频技术进行图像记录、以硬盘作为存储介质、并应用于视频监控领域的硬盘录像的专用名称。,7.1.2 硬盘录像的特点,相对于传统的监控系统，硬盘录像系统具有以下特点：（1）功能高度集成 （2）操作简便 （3）维护方便（4）网络监控 （5）性价比高,（1）功能高度集成,功能高度集成是硬盘录像系统的一大特点。以IDIS硬盘录像主机为
4、例，一套硬盘录像主机即可实现全双工1, 4, 9, 16路画面分割，多达16路云/镜控制，16路画面任意切换，16路录像速度任意设定等功能。同时还可实现视频移动报警，16路传感器与摄像机、报警器任意联动。传统监控系统需要集合十几个设备才能完成的功能，硬盘录像系统只需一个主机即可完成。大大节省了系统空间的占用，简化操作，更加方便系统的保养与维护。与传统监控系统相比，硬盘录像系统还具有一个显著的特点，即组网简单，可方便实现网络监控及分控。,（2）操作简便,硬盘录像系统的设置都在显示界面上直观进行。以IDIS硬盘录像主机为例，其界面完全为中文界面，形象化操作指导菜单设计，操作及设置人员完全不必具备电
5、脑知识，即可在十分钟内学会熟练操作该系统。相对于传统监控系统需熟悉大量的、不同设备的使用说明及功能上的复杂组合，硬盘录像系统要节省将近80%的工作量。,（3）维护方便,硬盘录像系统一般不需要维护。整个系统功能主要由一块多频道画面捕捉卡及一套软件完成。软件在主机中有备份，必要时重新装载即可。而多频道画面捕捉卡的性能非常稳定。在使用过程中，因为存储空间可根据需要进行配置，完全满足录像资料的保存周期，因此免去了在使用录像机录像时，烦琐的录像带更换、保管及查询检索工作。这也是硬盘录像系统将取代传统录像监控系统的最重要的原因。,（4）网络监控,使用硬盘录像系统使得网络远程监控及控制成为容易之举。硬盘录像
6、系统不仅可以使用一般的以太网、光纤网等进行完美的图像传输及各项功能控制操作，甚至使用电话线也可以实现远程监控。,（5）性价比高,随着包括硬盘在内的计算机产品的价格大幅降低，硬盘录像系统主机的价格也降低了一个数量级。以实现普通16路录像视频监控系统为例，采用硬盘录像技术与采用传统录像技术在总体建设费用上已相差无几，然而前者所拥有的性能是后者望尘莫及的，再考虑维护方面的成本因素硬盘录像机的性价比是相当高的。,7.1.3 硬盘录像机的功能,（1）操作系统Windows 2000，压缩方式MPEG4, MPEG1, H.264。（2）显示分辨率1024768，录像分辨率352288。（3）一套系统支持
7、32路。（4）支持单画面、4画面、9画面、16画面、25画面、32画面显示，可多级放大。（5）多画面实时显示、录像、回放功能，支持多种云/镜控制。（6）连续录像、定时录像、动态录像、事件录像、联动报警录像等录像方式。（7）每个镜头可以设定不同的名称。（8）NTSC/PAL两种视频显示制式，25帧/秒实时录像，实时回放。（9）视频图像属性调节功能，使图像更清晰。（10）视频录像图像质量有多种等级可调，以改变存储文件的大小，方便不同场合应用。（11）视频移动报警录像功能，报警录像灵敏度、延迟时间可调。（12）智能检索，可按摄像镜头（年、月、日）查找任意通道的录像和回放，也可连续播放。自动检索报警录
8、像，能区分录像事件。（13）回放时可选不同的回放速度（快进、快退），画面可单帧前进、后退。回放时可进行图片抓拍并保存打印。（14）可进行远程监控，远程控制云/镜、灯光等工作，远程设置，远程录像。,（15）支持现今最大容量的硬盘，并支持安装多个大容量的硬盘。（16）可以通过对最大使用硬盘和硬盘最小预留空间的设置，使硬盘能够得到充分、合理的使用。（17）自动创建日志文件，便于查询操作记录。（18）系统可任意设置定时关机、定时重启功能，保证系统运行的高稳定性。（19）可设定是否开机自动运行监控软件、断电自动关闭程序、来电自动重启、自动恢复录像。（20）系统经过严格的拷机试验，稳定可靠，无硬件问题，系
9、统软件绝对不死机。（21）系统硬件配置要求低，32路同时录像显示时，CPU的占用率不到20%。（22）该系统能有效防止用户多次重复运行监控系统而导致的系统崩溃的情况。（23）即时抓图，看图时可无级放大图像，即时打印图片。（24）调用系统软键盘，无需外接键盘工作。（25）电子地图功能，有报警触发时自动跳出电子地图，并有语音提示报警位置。（26）远程双向语音对讲。（27）16路一对一报警输入/输出。（28）设置并控制高速球预定初始位。（29）兼容多种监控设备的数据管理，如控制矩阵、云台、镜头、防盗信号等。,7.1.4 硬盘录像机的参数,1硬盘录像机的硬件参数以Geutebruck公司的MultiS
10、cope-为例，其硬件参数见表7-1。,2硬盘录像机的软件参数,同样以Geutebruck公司的MultiScope-为例，其软件参数见表7-2。,7.2 各类型硬盘录像机,7.2.1 硬盘录像机的种类目前，数字硬盘录像暂时还没有统一的标准，所以其种类也不尽一致。这里，我们依据架构、实现方式的不同，大致将应用于视频监控系统中的数字硬盘录像机分为以下两大类型。,1嵌入式硬盘录像机,嵌入式硬盘录像机直接使用嵌入式CPU及RAM，在底层进行板卡级产品的开发设计。依据其实现方式的不同，嵌入式硬盘录像机又可以分为三种架构。 硬件方式：CPU硬压缩芯片。例如，IDT的79RC32438+Intime。 软
11、件方式：CPUDSP。例如，AMD+Trimedia。 软件方式：多媒体CPU单独完成。例如，Trimedia+Trimedia。对于第一种架构，例如，使用IDT的79RC32438+Intime芯片来实现DVR，缺少软件升级能力的灵活性和标准不统一等原因都制约着这种方案。这也是欧美等芯片大厂没有推出FULLD1的MPEG4硬件芯片的原因。并且MPEG4的硬压缩芯片价格也不具有竞争优势。,由于嵌入式CPU的技术已非常成熟，可使用ARM系列、POWERPC系列的控制CPU，专用DSP的运算速度也已能够满足现有一些算法的需求，所以较为流行的实现方式是CPU+DSP架构，但它需要分别对CPU和DSP
12、进行编程，可能针对不同的操作系统完成程序设计。另外，DSP程序的稳定性需要花费很大的精力。如图7-1所示，为某型嵌入式硬盘录像机实物。 使用多媒体CPU作为主控CPU和视频编/解码CPU最大的优点在于统一的开发平台，软、硬件设计相对简单，具有容易开发和高集成、低成本的明显特点。缺点是灵活性差，可选择性差，受芯片厂商的制约。采用嵌入式操作系统及硬件压缩技术运行固化的硬盘录像应用软件，既可外接计算机的显示器，并以VGA方式显示画面，也可外接普通的视频监视器。此类型硬盘录像机无Windows操作平台，也不需要鼠标操作，设置及控制是在机器面板上直接操作按钮或使用遥控板来完成，其运行状态信息与其他设置信
13、息既可使用面板上的显示屏进行显示，也可使用外接监视器进行显示。嵌入式硬盘录像机一般采用传统VHS录像机的操作模式，因而更符合传统录像机的操作人员的习惯。此外，因为采用了专用一体化设计，不会出现死机现象，所以，相对于VHS录像机而言，嵌入式硬盘录像机无论是从其本身品质上，还是从其稳定性、存储速度、分辨率、画质等方面来看都有很大的优势。所以，嵌入式硬盘录像机非常适于传统视频监控系统改进为外挂多媒体监控系统。,2基于PC的硬盘录像机,基于PC的硬盘录像机多用于网络监控系统中，由于是在计算机内插有多块视频采集卡，因此又称计算机插卡型。按照硬、软件实现方式的不同，基于PC的硬盘录像机又进一步细分为单卡单
14、路型、多卡多路型和单卡多路型等。如图7-2所示，为某种DVR卡的外形。,基于PC的硬盘录像机以轮换、同时的方式采集从前端若干台摄像机送来的视/音频信号。其操作平台基本上都为Windows平台；其压缩方式既可是在卡上硬件压缩，也可进行软件压缩，压缩后的视频图像存储在硬盘上。压缩标准则是常见的MJPEG, MPEG1, MPEG2, MPEG4, H.261, H.263等。由于视频采集卡厂商都提供软件开发包，使软件的二次开发很容易实现，所以基于PC的硬盘录像机的种类很多，可购买整机也可购买套件自行设计安装。为防止用户从其他渠道购买到同样型号的视频采集卡，以对录像软件进行非法复制，基于PC的硬盘录
15、像机的录像软件进行了加密处理，其密码掌握在视频采集卡的生产厂家手中。还有另一种计算机插卡式的变形，是把计算机板卡与视频采集板卡装在厂商自己生产的机壳中，用于固定各视频输入/输出端子，同时还可驳接VGA显示器或普通监视器。实际上它是一种准嵌入式机型，又称计算机改装式。与计算机插卡式相比，改装式更适应工业环境应用，其适应性和可行性都较高，但其成本比较高，基本功能和压缩方式与计算机插卡式大体一致。如图7-3所示，为某计算机改装式硬盘录像机的实物图。,7.2.2 嵌入式硬盘录像机的架构,嵌入式硬盘录像机主要包括前面板、AV板、后面板模块。前面板用于用户输入；AV板完成音/视频的压缩、解压和存储；后面板
16、包括报警、备份等接口。AV板是DVR的主要组成部分，分为模拟视频解码、视频压缩、系统控制、视频编码与接口等模块。,1模拟视频解码模块,模拟视频解码主要完成模拟视频的数字化。视频解码器对最终压缩效果起着很重要的作用，干净的数字信号可以降低压缩算法的输出码流，提高清晰度。一些设计方案在视频解码芯片后增加降噪芯片来降低视频解码器的噪声。目前比较常用的有philips的SAA系列、TI的TVP系列、Rockwell的BT系列等。是否带有梳妆滤波器是选择视频解码器的一个重要参考指标。,2视频压缩模块,视频压缩模块是AV板的核心，根据产品的应用场合，完成不同标准的压缩算法，如MPEG1, MPEG2, M
17、PEG4, H.263, H.264, MontionJPEG等。不同的DVR方案的主要区别就是看采用什么样的视频压缩模块来实现视频压缩。对采用最新的MPEG4算法的DVR而言，主要分为硬压缩和软压缩。硬压缩是指采用专用MPEG4编/解码芯片来完成视频压缩，现在国内常见的D1压缩芯片有WISGO7007、INTIMEIME6400和VWEBVW2010等，它们的共同特点是：输入分辨率从6464、以16像素为间隔，最高可达720576；最大帧率在full-D1分辨率下为25 fps（PAL），在CIF分辨率下可达100 fps。硬压缩芯片集成了MIPS和DSP，DSP主要完成音频的编/解码，MI
18、PS主要完成控制及一些简单的配置。使用专用ASIC模块提供快速运算完成视频压缩算法，能够完成输入分辨率为FULLD1的视频信号的实时压缩，有较高的可靠性。缺点是MPEG4标准只提供了标准的框架，所以造成彼此的码流格式不兼容。另外，由于MPEG4的硬压缩芯片算法保密，对于开发DVR产品，设计解码器时必定受到制约，同时用户在算法操控上完全取决于供应商对内部资源的开放程度上，不能保证设计出完全符合产品定义时的DVR，并且DVR压缩算法不能改进以适应新的压缩技术。软压缩方案采用高速DSP来实现MPEG4算法。由于很多组织已经公开了自己的MPEG4源码，并且可以用PC机验证算法的优劣，使算法的可实现性得
19、以保证。ASIC技术的发展使高速DSP已经可以完成MPEG4的FULLD1的运算。目前国内采用的方案主要有ADI的DSP、TI的64X系列DSP、TRIMEDIA的TM系列、EQUATOR等，这些芯片的共同特点是多个运算单元模块并行工作，提高了数据处理能力，提供音/视频接口，可以方便地直接接收数字音/视频数据，提供丰富的接口单元接收用户的控制命令。在DSP上完成符合MPEG4国际标准框架和经过高度优化的算法，可实现高、中、低和极低码率的视频压缩，具有良好的编码效率、容错能力和自适应码流，保证完美持续的视频质量。同时由于采用软件实现压缩算法，可以在不改变硬件平台的基础上使用不同的算法来完成视频压缩，如H.263、H.264或者微软的最新压缩算法，具有强大的升级能力。缺点是软件开发周期过长，针对不同的操作系统和CPU，算法优化比较复杂，可靠性和稳定性很难保证。,
