浅谈数码硬盘录像机...

 

视频录像在安全防范系统中有着极其重要的意义，对于过程的记录，事后的取证等防范工作而言，视频录像是其它防范措施所取代不了的。长期以来，人们传统的视频录像都是通过录像机将http://anfang.matop.com视频图像记录在录像带上，这种录像又称模拟录像，它具有很多无法克服的缺陷：
    (1)检索困难。录像和检索都要倒带、预卷带时间。
    (2)维护费用高。大量的录像使录像机磁头磨损，故障率升高。检修与维护困难。
    (3)重复质量差。录像带的视频信号在长期存放后图像质量会不断下降；尤其是定期重复录像的系统，经过画面分割器后，录像带的质量就大为降低，单帧画面几乎无法分辨。

(4)管理繁琐。由于录像带是容量很小的，它需要管理人员定时更换和保管，否则就会中断录像。此外对于大批量录像带的保存也较为麻烦。
    为此人们迫切需要一种新的录像设备以改进传统模拟录像的缺点。随着数字压缩技术的不断改进，以及磁介质性能价格比不断提高，人们推出了数码录像机（Digital Video Recorder简称DVR），根据录像介质的不同又分为硬盘录像和光盘录像二种，这里只讨论硬盘录像。
    数字压缩技术
    当我们将视频和音频模拟信号进行采样并分别进行模一数转换，则这些视频、音频信号就成为数字化的信息流。但这些数据流是不能直接进行传送和存储。http://anfang.matop.com因为未经压缩的图形、视频和音频数据需要非常可贵的存储容量。例如；用PAL制式采集的视频信号在一般清晰度时要求25帧/秒、352×288像素/帧，彩色图象每像素占用空间24bit，则该数据流速度为352×288×25×24=60825kbit/s。显然这样庞大的数据流对大多数传输线路来说是无法承受的，而且也是无法存储的。为此人们开始专门研究将这些视频、音频数据流进行压缩。很多压缩编码标准相继推出，主要有JPEG/M-JPEG、H.261/H.263和MPEG等标准。其中JPEG标准主要是用在静止图像的压缩。M-JPEG是将JPEG改进后用到运动图象上，在压缩比不高时，有较好的复现图像质量，但占用存储空间大；在压缩比高的情况下，复现图像质量差。H.261/H.263标准是专门为用于图像质量要求不高的视频会议和可视电话设计。MPEG（Moving Picture Expert Group即活动图像专家组）。它是由ISO（国际标准化组织）和IEC（国际电工委员会）于1988年联合成立的。专门致力于运动图像及伴音编码标准化工作。它们推出了MPEG编码标准，即MPEG视频及MPEG音频。到现在为止，专家组已制定了MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4三种标准，不同的标准具有不同的质量和用途。
    三种MPEG标准的比较
    MPEG-1制定于1992年，它是将视频数据压缩成1~2Mb/s的标准数据流，它对动作不激烈的视频信号可获得较好的图像质量，但当动作激烈时，图像就会产生马赛克现象。它没有定义用于对额外数据流进行编码的格式，因此这种技术不能广泛推广。它主要用于家用VCD，它需要的存储空间比较大，下面的例子可说明这点。
    对于清晰度为352×288的彩色画面，采用25帧/秒，压缩比为50：1时，实时录像一个小时，经计算可知需存储空间为600MB左右，若是8路图像以每天录像10小时，每月30天算，则要求硬盘存储容量为1440GB，则显然是不能被接受的。
    MPEG-2制定于1994年，它是为了力争获得更高的分辨率（720×486），提供广播级视频和CD级的音频，它是高质量视频音频编码标准。传输速率在3~10Mbit/s之间。作为MPEG-1的兼容性扩展，MPEG-2支持隔行扫描视频格式和其它先进功能，可广泛应用在各种速率和各种分辨率的场合。但是MPEG-2标准数据量依然很大，不便存放和传输。
    MPEG-4制定于1998年，视频质量分辨率很高，而数据速率相对较低。主要原因在于，MPEG-4采用ACE（高级译码效率）技术，它是一套首次使用于MPEG-4的编码运算规则。与ACE有关的目标定向可以启用很低的数据率。它与MPEG-2相比，可节省90%的储存空间。MPEG-4还可以在声频与视频流中广泛的升级。当视频在5kb/s与10Mb/s之间变化时，声频信号可以在2kb/s与24kb/s之间进行处理。
    特别要强调的是MPEG-4标准是面向对象的压缩方式，不是像MPEG-1和MPEG-2简单地将图像分为一些像块，而是根据图像内容，将其中的对象（物体、人物、背景）分离出来分别进行帧内、帧间编码压缩，并允许在不同的对象之间灵活分配码率，对重要的对象分配较多的字节，对次要的对象分配较少的字节，从而大大提高了压缩比，使其在较低的码率下获得较好的效果。
    MPEG-4的面向对象的压缩方式也使图像探测功能和准确性更充分体现，该图像探测功能使硬盘录像机系统具有较好的视频移动报警功能。
    总之MPEG-4是一种崭新的低码率、高压缩比的视频编码标准，传输速率为4.8~64kbit/s，使用时占用的存储空间比较小，例如：
    对于清晰度352×288的彩色画面，其每帧占用空间为1.3KB时，选25帧/秒，则每小时需120KB、每天10小时、每月30天，则每路每月需36GB。若是8路则需288GB，这显然是能接受的。
    工作原理
    数据硬盘录像机通常是分成二类，一类是基于PC机组合而成，另一类是嵌入式硬盘录像机，它脱离PC机，我们这里仅介绍前者。
     图1给出了一种基于PC机的硬盘录像机（视频部分）方框图

 图1 硬盘录像机原理框图（视频部分）
    图中（1）视频模一转换器是将视频模拟信号转换成数字信号。
    （2）视频处理器用来处理视频信号，调整图像大小，提供PCI介面。
    （3）数字信号处理器是专门负责数字压缩功能，它相当于一个CPU与掩膜存储器、
     起始存储器、映像数据库一起构成一个数字压缩处理单元。

    工作原理说明：
    1. 录像
    在录像时由硬盘机的应用程序和操作系统通过PC的CPU对视频处理器下指令，由它通知视频模一数转换器截取图像信号，该信号经压缩处理后送入PC机存盘。
    2. 回放
    回放过程是将保存于磁盘上的压缩文件通过应用程序在PC上解压缩，而不需要视频卡的支持。
    3. 监控
    在监控时由硬盘录像机的应用程序和操作系统通过PC的CPU对视频处理器下指令，由它通知视频模数转换器截取图像信号，该信号不经压缩处理，直接由视频处理器送入PC机。
    4. 报警
    当报警功能被激活时，应用程序对送入的图像数据中被框选的一段数据进行检测，如有异动时将由操作系统告知声卡播放出报警声。http://anfang.matop.com
    5. 录音
    系统通过软件控制音频后压缩卡把声音录制下来，并与视频文件连接，播放时应用程序会同时处理视频和声音文件，一并播放出来。
    6. 远端监看
    先由本地机的应用程序告知操作系统，操作系统告知本地网络连接器完成接网动作。（参见图2）。当远地网络连接器被接上时，本地机的应用程序告知操作系统，操作系统通过两地网络连接器和局域网（广域网）发送指令告知远端操作系统，远端操作系统通知远端机的应用程序，远端机的应用程序开始先停下正在执行的其它命令，响应本地机的指令，送出准备发送的信息给本地机。本地机应用程序接到准备发送指令后，当准备工作完成时，会回应可以发送准备接收的信息到远地PC机，远地PC机收到信息后开始录像，并把压缩的图像信息编码送给本地机。最后，由本地机对图像进行解码并还原为一帧帧的图像。

主要功能
    硬盘录像机应用框图由图3所示:

硬盘录像机主界面由图4所示

图4 多画面数字硬盘录像机主界面
    通常硬盘录像机具备的主要功能如下：
    1. 多路画面实时录像。具有1-16路画面实时录像功能，具有三种录像触发模式：手动录像、定时录像、报警录像、定时录像时间段可以设置。
    2. 多路画面实时显示。具有1-16路画面实时显示功能，具有多种显示方式：1路显示、4路、9路或16路同时显示，实时显示滞后时间不大于0.2秒，应满足前端控制要求。
    3. 图像压缩质量设置。视频采集率、图像压缩质量、帧率可根据需要进行调节
    视频采集率：384×288
     768×288
     768×576
图像压缩质量：分最好、好、普通、较差、差五档
    图像帧率：分10、15、20、25帧/秒（PAL制）
     分10、15、25、30帧/秒（NTSC制）
    4. 报警录像可外接1个报警控制器（该控制器可接16路防盗报警探头），录像机具有
     报警联动录像功能http://anfang.matop.com。
    5. 音、视频自适应同步记录。采用实时音频压缩卡，具有1路、4路、9路、16路音频视频自适应同步记录功能。
    6. 字符、时钟叠加。每路视频都可迭加日期、时间、摄像机标题字幕，字幕位置可调。
    7. 视频移动报警联动录像。具有视频图像动态检测功能，每路图像最多可设置99个不同的检测区域，检测灵敏度可调在每个检测区域如果有人入侵或物体位置挪动而导致这些点的图像亮度变化时，会产生报警并联动录像机工作。
    8. 视频丢失报警。每路视频信号一旦消失，录像机会给出视频丢失报警指示。
    9. 查询、回放。可按日期、时间迅速找到欲查对象，查询手段方便、简单，在查询回
     放时，录像机操作能快进、快退、单帧进、单帧图像存储及打印功能。
    10. 云台、镜头控制。当配置前端解码器时，可对云台、摄像机镜头等前端设备进行实
     时控制。http://anfang.matop.com
    11.视频参数设置。可对每路视频的亮度、对比度、饱和度和色调进行设置。
    12.自动监测。具有无人值守的自动监测功能，具有每路视频状态显示和报警显示。录像
     硬盘使用容量和剩余容量显示。
    13.自动复盖。硬盘录像机存储图像具有自动循环、自动复盖功能，当所有录像硬盘全部
     录满时，录像机会自动循环到最初的硬盘，将新的记录复盖在最初的硬盘上。
    14.远程图像显示。通过局域网域Internet网可实现远程图像实时显示录像回放功能。
    15.全中文操作界面。

 

 

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