杭州海康威視數(shù)字技術(shù)有限公司
前言
嵌入式硬盤錄像機自本世紀初問世以來，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行回放，由于錄像資料的保存以及檢索取證方便等特點，所以逐漸取代了傳統(tǒng)的長延時模擬錄像機。第二代嵌入式硬盤錄像機使得視頻監(jiān)控走向了網(wǎng)絡(luò)化。在第一代嵌入式硬盤錄像機的基礎(chǔ)上，第二代嵌入式硬盤錄像機增加了網(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將視頻監(jiān)控與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)進行了結(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，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。
硬盤錄像機的技術(shù)特點
硬盤錄像機提供的主要功能包括視音頻的監(jiān)視監(jiān)聽、錄像、回放、報警輸入/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，實現(xiàn)的功能也大致一樣，但其穩(wěn)定性、可靠性、易用性、可擴展性、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)品的實現(xiàn)方式有很大關(guān)系。硬盤錄像機的主要技術(shù)特點：
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重要指標之一。將這款嵌入式硬盤錄像機的錄像分辨率調(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，嵌入式硬盤錄像機本地回放圖像可穩(wěn)定在350線數(shù)以上。對于室外場景，當(dāng)轉(zhuǎn)動高速球，進行網(wǎng)絡(luò)預(yù)覽的情況下，通過主觀評價，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視頻壓縮標準以其高效率的編碼效率（提供了明顯優(yōu)于以前任何標準的壓縮性能）、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，其最終制定的標準在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，其明顯的好處就是算法的先進性與實用性，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問世。
2.SATA硬盤錄像。錄像是嵌入式硬盤錄像機必備的基本功能。以前看到的嵌入式硬盤錄像機存儲接口全部是IDE接口，也就是內(nèi)部安裝IDE硬盤，但某些較為先進的嵌入式硬盤錄像機內(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)該有利于整機長時間運行的穩(wěn)定性。
對于SATA硬盤，整機開機后，每個硬盤可以異步啟動，這樣降低了整機啟動的負載，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在記錄介質(zhì)外擴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，目前的硬盤錄像機單盤容量已經(jīng)達到750GB，不久的將來，還有1TB的硬盤問世，所以，硬盤錄像機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行備份存儲，那么就需要采用記錄介質(zhì)外擴。一種解決方案是通過物理層進行擴展，如在嵌入式硬盤錄像機內(nèi)增加外擴物理端口，如1394、IDE、SATA、SCSI等等，外擴端口的多少，決定了可擴的容量。這種方案主要用于保存周期不夠的情況下，其優(yōu)點是擴充成本較低，缺點是擴展性不是很好。
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對碼流進行存儲，這種方案可以用于擴展存儲，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，擴展性較好。但這樣做也有一個明顯的缺點，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，擴充成本就較高。
3. 雙通道輸出。一般的硬盤錄像機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除了有兩個獨立的視頻輸出口，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、獨立進行以下操作：主輸出口上可完成參數(shù)配置、預(yù)覽、錄像、放像、PTZ控制、報警彈出畫面等功能。輔口上可完全獨立地完成預(yù)覽、放像、PTZ控制、報警彈出畫面。這意味著一臺嵌入式硬盤錄像機可以由兩個獨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行云臺控制，另外一個操作員可以進行錄像回放。由于主口和輔口是完全獨立輸出，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用的、滿足監(jiān)控實際要求的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。
4.圖像抓拍。圖像抓拍是隨著視頻監(jiān)控數(shù)字化以后，根據(jù)某些應(yīng)用的特定要求而開發(fā)的一項功能，這在模擬時代是無法實現(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。圖像抓拍實際上是對攝像機圖像采樣以后，對單幀的靜止圖像進行壓縮。目前，使用最為普遍的靜止幀壓縮標準是JPEG標準。
該嵌入式硬盤錄像機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)、通過報警輸入口的報警信號觸發(fā)、通過移動偵測報警觸發(fā)和通過網(wǎng)絡(luò)口發(fā)命令觸發(fā)。以上條件也可以進行運算后觸發(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。通過對抓拍圖像進行檢索，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。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)視頻源來進行目標采集、提取特征碼、進行識別，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中，一定會將一些發(fā)展得比較成熟的技術(shù)集成進去，使得嵌入式硬盤錄像機具備一定的智能功能，通過后臺處理，可實現(xiàn)具有智能功能的監(jiān)控系統(tǒng)。
嵌入式硬盤錄像機是根據(jù)監(jiān)控的實際需求孕育而生的，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，嵌入式硬盤錄像機同樣會見證監(jiān)控行業(yè)的明天！
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