杭州海康威視數(shù)字技術(shù)有限公司
前言
嵌入式硬盤錄像機(jī)自本世紀(jì)初問世以來，經(jīng)過短短幾年時間，已經(jīng)經(jīng)歷了兩代產(chǎn)品。第一代嵌入式硬盤錄像機(jī)使得視頻監(jiān)控走向了數(shù)字化。它把模擬的圖像通過視頻壓縮以后，將壓縮的視頻流數(shù)據(jù)（簡稱碼流）記錄在硬盤這種數(shù)字存儲介質(zhì)上，并且能夠從硬盤上讀出進(jìn)行回放，由于錄像資料的保存以及檢索取證方便等特點(diǎn)，所以逐漸取代了傳統(tǒng)的長延時模擬錄像機(jī)。第二代嵌入式硬盤錄像機(jī)使得視頻監(jiān)控走向了網(wǎng)絡(luò)化。在第一代嵌入式硬盤錄像機(jī)的基礎(chǔ)上，第二代嵌入式硬盤錄像機(jī)增加了網(wǎng)絡(luò)接口，碼流通過這個網(wǎng)絡(luò)接口（一般為以太網(wǎng)接口）發(fā)送上網(wǎng)，供網(wǎng)絡(luò)用戶共享、訪問，所以第二代嵌入式硬盤錄像機(jī)將視頻監(jiān)控與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了結(jié)合，具有了網(wǎng)絡(luò)功能，與應(yīng)用軟件一起可構(gòu)成一個安全防范的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
目前市場上的硬盤錄像機(jī)，絕大多數(shù)屬于第二代前期產(chǎn)品，在功能性方面已基本成型。然而，由于技術(shù)與成本的因素，使得當(dāng)前市場上的硬盤錄像機(jī)在許多方面還是存在著很多不盡如人意之處，這也表明了產(chǎn)品本身存在著巨大的發(fā)展空間。
硬盤錄像機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)
硬盤錄像機(jī)提供的主要功能包括視音頻的監(jiān)視監(jiān)聽、錄像、回放、報(bào)警輸入/輸出、云臺鏡頭控制、網(wǎng)絡(luò)傳輸以及其他一些輔助功能，如OSD疊加、語音對講、數(shù)據(jù)采集等等。國內(nèi)外生產(chǎn)廠家很多，實(shí)現(xiàn)的功能也大致一樣，但其穩(wěn)定性、可靠性、易用性、可擴(kuò)展性、集成性等性能方面的差別很大，這主要與生產(chǎn)廠家的技術(shù)水平、產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)方式有很大關(guān)系。硬盤錄像機(jī)的主要技術(shù)特點(diǎn)：
1.圖像清晰度。回放或網(wǎng)絡(luò)預(yù)覽的圖像清晰度是硬盤錄像機(jī)重要指標(biāo)之一。將這款嵌入式硬盤錄像機(jī)的錄像分辨率調(diào)到4CIF，碼流選擇了1.5、1.75、2Mbps等3種，使用480線的某廠家攝像機(jī)，嵌入式硬盤錄像機(jī)本地回放圖像可穩(wěn)定在350線數(shù)以上。對于室外場景，當(dāng)轉(zhuǎn)動高速球，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)預(yù)覽的情況下，通過主觀評價(jià)，圖像清晰度依然很好，同時無明顯馬賽克。
有些廠家采用了基于TI的DM642 DSP硬件壓縮方式，壓縮算法采用H.264。資料顯示，H.264視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)以其高效率的編碼效率（提供了明顯優(yōu)于以前任何標(biāo)準(zhǔn)的壓縮性能）、傳輸性能（包含一系列內(nèi)在屬性，支持在信道和網(wǎng)絡(luò)上的可靠與魯棒地傳輸）和集中于視頻壓縮等為主要特征，其最終制定的標(biāo)準(zhǔn)在2003年已經(jīng)被ISO/IEC（作為MPEG-4的第十部分）和ITU-T（H.264草案）同時支持。它目前已經(jīng)在電視監(jiān)控領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
采用壓縮算法+DSP結(jié)構(gòu)的硬盤錄像機(jī)，其明顯的好處就是算法的先進(jìn)性與實(shí)用性，生產(chǎn)廠商能根據(jù)市場及應(yīng)用需求，短時間內(nèi)改進(jìn)算法，推出新產(chǎn)品，從而提高產(chǎn)品競爭力。從生產(chǎn)廠家而言，DSP方案使得嵌入式硬件方面的設(shè)計(jì)非常簡潔，無需過多的外圍芯片，一定程度上提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。從用戶而言，DSP方案能給用戶帶來直接利益，就是通過編解碼程序的升級就可提升或增加已投資產(chǎn)品的性能和功能。圖像清晰度需要以成本為代價(jià)的，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，今后一定能夠有更高分辨率的硬盤錄像機(jī)問世。
2.SATA硬盤錄像。錄像是嵌入式硬盤錄像機(jī)必備的基本功能。以前看到的嵌入式硬盤錄像機(jī)存儲接口全部是IDE接口，也就是內(nèi)部安裝IDE硬盤，但某些較為先進(jìn)的嵌入式硬盤錄像機(jī)內(nèi)部提供了八個SATA接口，也就是說內(nèi)部可以安裝八塊SATA硬盤，安裝完以后，對硬盤線進(jìn)行簡單的梳理，好像覺得空間比以前大了不少，得益于SATA線比以前的IDE線要窄得多，這對內(nèi)部散熱有好處，這樣應(yīng)該有利于整機(jī)長時間運(yùn)行的穩(wěn)定性。
對于SATA硬盤，整機(jī)開機(jī)后，每個硬盤可以異步啟動，這樣降低了整機(jī)啟動的負(fù)載，增加了可靠性。另外還可以把其中的一個SATA口用作連接盤庫，或者可以作為高速備份口。說明這款嵌入式硬盤錄像機(jī)在記錄介質(zhì)外擴(kuò)方面提供了一種解決方案。SATA在數(shù)據(jù)吞吐量、功耗方面均優(yōu)于IDE，而且還支持熱插拔等IDE所不具備的特性，今后可能會成為主流存儲介質(zhì)。
存儲技術(shù)在不斷創(chuàng)新，目前的硬盤錄像機(jī)單盤容量已經(jīng)達(dá)到750GB，不久的將來，還有1TB的硬盤問世，所以，硬盤錄像機(jī)的本地存儲容量基本上可以滿足保存周期的要求。如果內(nèi)部硬盤容量不能滿足錄像保存周期的要求，或需要對重要的錄像文件進(jìn)行備份存儲，那么就需要采用記錄介質(zhì)外擴(kuò)。一種解決方案是通過物理層進(jìn)行擴(kuò)展，如在嵌入式硬盤錄像機(jī)內(nèi)增加外擴(kuò)物理端口，如1394、IDE、SATA、SCSI等等，外擴(kuò)端口的多少，決定了可擴(kuò)的容量。這種方案主要用于保存周期不夠的情況下，其優(yōu)點(diǎn)是擴(kuò)充成本較低，缺點(diǎn)是擴(kuò)展性不是很好。
另外一種解決方案就是采用網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)，通過NAS或IPSAN對碼流進(jìn)行存儲，這種方案可以用于擴(kuò)展存儲，也可用于錄像備份。這樣做的好處是存儲設(shè)備放在一起，運(yùn)維較方便，另外，以太網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備可以供多個DVR共享，擴(kuò)展性較好。但這樣做也有一個明顯的缺點(diǎn)，就是錄像數(shù)據(jù)的傳輸依賴于網(wǎng)絡(luò)，對網(wǎng)絡(luò)性能的要求高，擴(kuò)充成本就較高。
3. 雙通道輸出。一般的硬盤錄像機(jī)只有一個視頻輸出口，用于本地預(yù)覽與回放圖像的顯示。但有些嵌入式硬盤錄像機(jī)除了有兩個獨(dú)立的視頻輸出口，一個稱為主輸出口，支持兩種類型的顯示設(shè)備，包括BNC接口的監(jiān)視器VGA接口的顯示器。另外一個稱為輔輸出口，支持一種類型的顯示設(shè)備，即監(jiān)視器。通過前面板可對2個輸出口可分別、獨(dú)立進(jìn)行以下操作：主輸出口上可完成參數(shù)配置、預(yù)覽、錄像、放像、PTZ控制、報(bào)警彈出畫面等功能。輔口上可完全獨(dú)立地完成預(yù)覽、放像、PTZ控制、報(bào)警彈出畫面。這意味著一臺嵌入式硬盤錄像機(jī)可以由兩個獨(dú)立的操作員分別做自己的事情，比如其中的一個操作員在進(jìn)行云臺控制，另外一個操作員可以進(jìn)行錄像回放。由于主口和輔口是完全獨(dú)立輸出，所以一定程度上具有了16*2的數(shù)字矩陣功能，可以設(shè)定輔口輸出規(guī)則，如設(shè)定畫面分割、輪循周期，那么，輔口就作為一個分控端來進(jìn)行監(jiān)視。
雙通道輸出功能的開發(fā)技術(shù)難度不大，但在某些監(jiān)控場合非常實(shí)用，從一定角度來說，CCTV需要的是真正能滿足監(jiān)控要求的產(chǎn)品，希望監(jiān)控產(chǎn)品廠家能不斷提供實(shí)用的、滿足監(jiān)控實(shí)際要求的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。
4.圖像抓拍。圖像抓拍是隨著視頻監(jiān)控?cái)?shù)字化以后，根據(jù)某些應(yīng)用的特定要求而開發(fā)的一項(xiàng)功能，這在模擬時代是無法實(shí)現(xiàn)的。圖像抓拍一定程度上解決了關(guān)鍵場所、關(guān)鍵時刻的圖像清晰度要求和存儲成本的問題。圖像抓拍實(shí)際上是對攝像機(jī)圖像采樣以后，對單幀的靜止圖像進(jìn)行壓縮。目前，使用最為普遍的靜止幀壓縮標(biāo)準(zhǔn)是JPEG標(biāo)準(zhǔn)。
該嵌入式硬盤錄像機(jī)圖像抓拍的工作原理：首先確定一個抓拍觸發(fā)的條件，觸發(fā)的條件可以有多種。其中包括：通過串口命令觸發(fā)、通過報(bào)警輸入口的報(bào)警信號觸發(fā)、通過移動偵測報(bào)警觸發(fā)和通過網(wǎng)絡(luò)口發(fā)命令觸發(fā)。以上條件也可以進(jìn)行運(yùn)算后觸發(fā)，當(dāng)DVR收到觸發(fā)命令后，就將當(dāng)時采樣的靜止幀圖像進(jìn)行壓縮，壓縮分辨率可以選擇CIF或4CIF，壓縮成JPEG圖像文件后保存在硬盤錄像機(jī)的硬盤中，也可以選擇通過以太網(wǎng)口發(fā)送到指定的目標(biāo)。通過對抓拍圖像進(jìn)行檢索，發(fā)現(xiàn)圖像清晰度較好，同時占用的存儲空間也不大，對于一張CIF圖片，約30KB左右，4CIF圖片，約80KB左右。
對于網(wǎng)絡(luò)帶寬不能保證的情況下，采用抓圖、網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的方式可以得到很好的監(jiān)控效果，如對于公網(wǎng)環(huán)境，特別是無限公網(wǎng)的環(huán)境下的應(yīng)用。
未來展望
視頻監(jiān)控智能化是未來發(fā)展趨勢，智能化是指在人工智能技術(shù)發(fā)展到較高水平的基礎(chǔ)上，將其集成到監(jiān)控系統(tǒng)中，使得原本需要值班人員介入的識別、處理交由電腦完成，從而大大減輕值班人員的工作量，同時提高事前處理的質(zhì)量。
目前，圖像的人工智能處理技術(shù)是圖像處理技術(shù)研究的一大熱點(diǎn)。在監(jiān)控系統(tǒng)中的主要應(yīng)用有人臉識別技術(shù)、車牌識別技術(shù)、目標(biāo)跟蹤技術(shù)、行為分析技術(shù)、智能檢索技術(shù)等等。這些技術(shù)已經(jīng)在一些特殊的安防項(xiàng)目中得到了應(yīng)用。視頻監(jiān)控的智能化主要還是根據(jù)視頻源來進(jìn)行目標(biāo)采集、提取特征碼、進(jìn)行識別，但是由于這些技術(shù)的復(fù)雜性和目前技術(shù)因素，識別率還不是很高。在下一代嵌入式硬盤錄像機(jī)中，一定會將一些發(fā)展得比較成熟的技術(shù)集成進(jìn)去，使得嵌入式硬盤錄像機(jī)具備一定的智能功能，通過后臺處理，可實(shí)現(xiàn)具有智能功能的監(jiān)控系統(tǒng)。
嵌入式硬盤錄像機(jī)是根據(jù)監(jiān)控的實(shí)際需求孕育而生的，它見證著視頻監(jiān)控的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化歷程，在許多應(yīng)用領(lǐng)域正發(fā)揮著重要的作用。監(jiān)控行業(yè)的應(yīng)用需求日益復(fù)雜，同時也日益多樣化，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，嵌入式硬盤錄像機(jī)同樣會見證監(jiān)控行業(yè)的明天！
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