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DVR硬磁盘录像系统解析及其选用

时间:2009-9-11 9:23:43    来源:联特微 
      DVR硬磁盘录像系统是安防监控系统中数字化与网络化的产品之一,也是目前安防监控系统中应用比较广泛的系统。本文叙述了DVR的基本结构、技术性能指标、图象压缩与解压缩方法、DVR的选用等。最后介绍了LTOE等几种硬盘录像机的典型产品。
      硬盘录像既可以使用模拟式技术,也可以使用数字式技术。数字式硬盘录像(DVR)技术目前应用得非常广泛。与模拟式硬盘录像相比,这种技术需要多用5到10倍的贮存空间,图像的读写时间亦相应地增加5到10倍。一般磁盘可以存贮几十万幅高清晰度的黑白或彩色图像;磁盘的容量越大,贮存数量越多。
     由于采用了数字记录技术,使已录制的图象抗衰弱、抗干扰能力大大增强,因为无论是多少次的检索或录象回放,都不会影响播放图象的清晰度。当需要对已存贮的图象进行复制时,数字方式记录的图象不存在复制劣化的问题,而模拟方式记录的图象每经过一次复制就要劣化一次。因此,DVR代表了电视监控系统中图象记录设备的发展方向。
     近年来,由于数字硬盘录象机(DVR)集合了录象机、画面分割器、云台镜头控制、报警控制、网络传输等五种功能于一身而深受安防监控业界欢迎。其中最受欢迎的是DVR在图象储存、检索、备份、传输等方面具有传统录像机所无法比拟的优越性和方便性。现在DVR产品的结构,绝大多数采用工业奔腾PC计算机和Windows操作系统作平台,在计算机中插入二块图象采集压缩处理卡,再配上专门开发的操作控制软件,就可以构成基本的硬盘录像系统。下面就介绍一下DVR的基本结构、技术性能指标、图象压缩与解压缩方法、DVR的选用以及几种硬盘录像机的典型产品。
 
硬盘录像机的基本结构和技术性能指标
    数字硬磁盘录像机DVR系统的技术,主要表现在图象采集速率、图象压缩方式、硬磁盘信息的存取调度、解压缩方案、系统功能等诸多方面。 当前,DVR的性能技术指标主要表现在:
   (1)可同时输入摄像机的台数。一般多为4、8、16台,但最多可达到32台;
   (2)标志图像质量的是图象分辨率及所采用的图象压缩格式;
   (3)硬盘容量的大小及所采用的压缩/解压缩方法直接影响到能够存储图象的个数或记录图象时间的长短。目前每帧图象的容量多在1.5K~12K之间,硬盘容量为40GB或80GB。但松下公司的WJHD500最大容量是1040GB(26×40GB),而英国DM公司产品更高达2100GB;
   (4) 记录图象回放时的显示速度,直接影响到DVR可否被应用。因此,应采用32位PCI总线的压缩解压缩卡,以保证有较高的录像速率;
   (5) 回放方式应灵活可选,既可以在同一个屏幕上做多画面回放,也能对指定的某一个画面做单独图像的回放;
   (6)输入图象多画面分割显示的速度。可达到16路视频输入图象以每路每秒25帧的实时显示速度;
   (7)可任选一路在屏幕上作单一画面动态显示,也可在一个屏幕上同时显示4台(2×2)、9台(3×3)或16台(4×4)摄像机的图象。显示格式还可有各种变化;
   (8)每台摄像机图象的清晰度有360×280、720×280、720×560等不同档次,可对其进行选择。有的系统还可对每台摄像机的图象压缩比率作选择,有低质量图象(1:40)、中等质量图象(1:30)、中高质量图象(1:20)、高质量图象(1:10)之分;
   (9)可以方便地按日期、时间、图象号码、摄像机号、报警事件序号等为索引快速进行检索,也能通过屏幕菜单操作;
   (10)对输入摄像机的图象,可定义图象的视频移动探测摄像区域。当监视图象发生变化时产生报警;
   (11)可自动记录发生报警前几秒至发生报警后十几秒总共约30秒钟的视频图象,从而能捕获并完整地记录下每一个报警事件。有的系统在发生报警时,不仅可显示对应报警发生处的摄像机的图象,还能使该摄像机的云台运动到指定的预置位置;
   (12)图象回放时,作2倍的放大观察和有平滑等图象处理功能,并且可以调整图象的色彩、对比度、亮度、饱和度,从而有助于识别人物、车牌等细节;
   (13)可否对选定的一路云台进行控制。包括云台的上下左右移动、云台的旋转、变焦镜头的伸缩、云台和变焦镜头的预置位等。有时还要考虑可否远程遥控云台和镜头。
   (14)系统回放图象可否通过PSTN、ISDN线路或者局域网LAN作远距离传送;
   (15)进入系统时是否需要输入用户标识名ID和密码来完成登录,对系统提供保护;
   (16)除硬盘外,还有何种大容量储存装置可用作图象的转存或备份,如数据磁带、DVD-RAM、CF(Compact Flash)卡等。
 
硬盘录像机的图象压缩与解压缩方法
    硬盘录像机主要采用的图象压缩技术为:
   (1) Motion JPEG。它是会动的JPEG影像,可以生成序列化的运动图象。M-JPEG采用帧内压缩方式,适于视频编辑,如果采用高压缩比则视频质量会严重降低。
    JPEG的新进展是多层式JPEG(ML-JPEG)。它先传低清晰度的画面,故成像速度快很多;然后再补送细节的压缩资料,使画面品质改善;最后再补送更细节的压缩资料,使画面品质更加改善,这样JPEG的画面呈现由低清晰度到高清度、由模糊到清楚。
   (2) MPEG1视音频压缩标准。旨在达到VCR质量,其视频压缩率为26:1。MPEG1的源输入格式SIF(Source Input format)为352像素×288行。压缩后的数据率为1.5Mpbs,亮度信号的分辩率为360×240,色度信号的分辩率为180×120,每秒30帧。MPEG1对色差分量采用4:1:1的二次采样率。
   (3) MPEG2视音频压缩标准。对每秒30帧的720×576分辩率的视频信号进行压缩,适用于计算机显示质量的图象,压缩后的数据率为6Mbps。
   (4)MPEG4是利用电话线作为传输介质的超低码率的视音频压缩标准,用于每秒10帧低速率和64Kbps低带宽的中分辨率视频会议。支持对多媒体信息内容的访问,可根据应用的不同要求现场配置解码器。编码系统是开放的,可以随时加入新的有效的算法模块。
   (5)小波变换(Wavelet Transform)压缩比可达70:1或更高,压缩复杂度约为JPEG的3倍,它为MPEG4采用。
    目前大多数DVR系统采用的是Motion-JPEG动画画像压缩(JPEG静态压缩的变型)、MPEG1压缩等成熟技术,压缩比在1:10到1:200之间。但已有采用MPEG2技术使图象处理速度更快且价格合理的芯片推出,采用最新MPEG4压缩的机型也已出现(如加拿大Uni Vision公司的Pico2000等),很快便可顺利解决存贮媒体容量、影象压缩技术、影象处理速度这三大问题。为了提高压缩比,有的系统采用了小波压缩技术。
    DVR对图象的压缩大多采用硬件压缩方式,但也有采用软件压缩方式的。由于系统多以工业PC机为平台,因此解压缩采用软解压方案的居多。
  
DVR产品的选用
选用DVR首先要明确自己的需求,不应过多考虑暂时尚没有需求的功能,只要产品将来能扩展功能就行,这样可以获得一个好的性价比,同时面对未来的发展又不会因为以前配备的功能无法跟上新技术的发展而浪费。
   在当今技术发展非常迅速的环境下,在选用DVR时应抛弃追求完美产品的心态,而建立追求完美应用的心态,完美的应用包括:产品对用户需求的满足,无需支付额外的管理费用、维护费用,产品可以长时间的使用,产品的可靠性高,长期保修有保障而且低成本。
 
选用DVR应注意考虑的问题如下:
   (1)PC型DVR适用于对系统功能要求较多,需要其他系统作进一步的集成的应用。这种应用环境最好有人值守,量不易过大,PC型的DVR会长期的存在下去,特别是在一些新的应用领域或采用新的图象技术时。
   (2)非PC型嵌入式硬件式DVR,特别适用于大批量成体系的应用,无论从稳定性、使用维护、修理、价格等各个方面来分析,嵌入式系统均将成为DVR产品的主流。
    采用嵌入式单芯片系统(SOC:System On a Chip)体系结构,赋于其更多的切换与控制功能,同时具有更强大和速度更快的图象远程传输能力。现DM公司的Digital Sprite Lite已是视频网络数字全功能主机。既能传送视频网络图象,也能经由网络控制摄像前端的动作。
   (3)压缩技术是DVR的核心,既要考虑到图象的质量,又要顾及图象的存储量和传输速度。压缩技术大体可分为Intraframe帧间压缩和Interframe帧内压缩两大类,Intraframe帧间压缩方式是把一幅动画分解成若干个固定的画面一幅一幅地传输,Wavelet和M-JPEG是此种方式的代表。Interframe帧内压缩可区分每幅影像的差异并且只传送影像不同的部份,这种格式的代表是MPEG和H.263。
    ① MPEG1、MPEG2压缩方式的DVR产品适用于有音频及每秒25帧需求的长时间录像,MPEG1为352×288格式,MPEG2可有576×352、704×576等,从VCD到超级VCD到DVD的不同格式的区别,MPEG1的每秒种数据量可为0.5M-6M,MPEG2方式每秒钟为3M-10M,MPEG2数据量较大,作为长时间录像应用时硬盘开支过大,同时由于MPEG4快速的发展,将很快完全替代MPEG2方式,今后MPEG4将成为柜员、ATM机的主流产品(目前是MPEG1)。
    ②JPEG及M-JPEG压缩方式的DVR产品,可应用于每秒钟只需记录几帧的场所,例如交通安保监控等。
    ③H.261、H.263方式的DVR产品适用于电视会议,及中等以下品质的图象传送。
    ④小波方式,可在一些独立应用的安保系统中应用,其它方面性能均比以往产品有改进,但由于不是国际标准,建议不要大范围应用。
   (4)从系统的可靠性面言,单路一机的可靠性最高。多路一机系统由于需长时间记录,如柜员机监控需记录一个月的图象,用多路机需大量的硬盘,因而可靠性差,使用也不方便。所以,用在柜员、ATM机上应尽量选用一机一路产品,而一般的安保系统可采用多路一机的系统。