目前,以音视频编解码算法技术为核心技术、以DVR 为核心产品的数字视频监控系统是安防视频监控的主流系统。数字视频监控系统包括视频信息采集、传输、记录和控制、显示等环节,各环节中又有具备特定功能的视频监控产品与之对应,包括摄像机、照相机等视频信息采集设备、光端机等网络传输设备、DVR、NVS 等主控设备、监视器和电视墙等显示设备。数字视频监控系统中的核心产品DVR 是音视频编解码算法技术、集成电路应用技术、网络控制与传输技术和能够满足智能化与系统集中管理需要的信息存储调用技术的综合利用。DVR 所应用到的有关技术的基本情况如下:
(1)音视频编解码算法技术
音视频编解码算法技术又称音视频压缩算法技术,可将其分为视频编解码和音频编解码两个部分,其中视频编解码技术因为难度较高且应用复杂成为音视频编解码算法技术的主要构成部分。音视频编解码算法技术是数字视频监控系统的核心技术,选择一个既能满足客户需求的图像质量,又能节省硬盘存储空间,同时还能保证在低带宽网络上实时传输的编解码算法的产品是每个用户的心愿。从目前的音视频编解码算法技术来看,H.264 算法在满足较好画质图像质量的前提下,压缩率较MPEG4 等算法有较大提高,并且其技术特点更适合网络的传输,另外在需要长时间录像时,还可以节省存储空间,是目前较为理想的一种音视频编解码算法。
(2)集成电路应用技术
视频图像质量与分辨率的关系最为直接,高分辨率的支持除了通过改进音视频编解码算法来实现以外,还得益于集成电路应用技术的发展。目前用于完成音视频编解码的集成电路主要是DSP 芯片和ASIC 芯片。从技术和成本上来看,ASIC 比DSP 更适合于产品化,而且稳定性更高,但是ASIC 芯片一旦确定就无法修改,添加新的功能或升级都比较麻烦。相形之下DSP 芯片应用上的灵活性较ASIC 略胜一筹,DSP 芯片有极强可维护性和再利用性,既可以添加新的功能,也可以轻松地实现升级,如果系统软件做得好,DSP 芯片的优势会充分展示出来,但是DSP 的系统软件开发需要更多的资源和成本,因此这两类芯片还是会在一段时间内并存。
(3)网络控制与传输技术
视频监控的网络时代即将到来,目前的网络控制与传输技术是IP 视频监控发展的最大瓶颈。随着以太网技术的不断发展,在接入和局域网中广泛使用的价格便宜的双绞铜线以太网带宽从10M 发展到了10G,以802.11X为代表的WLAN从A 版本发展到了N 版本,传输带宽也从11M 发展到了100M 以上,为无线传输海量数据提供了可能。在互联网的刺激下,IP 协议族已经成为统治型标准,存储服务、视频点播、IPTV 等新生应用无一例外的采用IP 协议。基于上述网络现状,视频监控领域的DVR 产品一般都可以支持以太网接入,配合基于IP 协议的应用软件,DVR 就成为网络视频应用的核心部件,形成网络点播、数字矩阵、远程监控等多种应用。新型的数字化摄像机可以支持WLAN无线网络接入,减少部署的工程量。
(4)信息存储调用技术
信息存储调用是DVR 最重要的功能,它与放像功能、网络功能、备份功能等其他功能相关联。而DVR 作为主控设备在视频监控系统中的地位尤其突出,所以信息存储调用技术是目前数字视频监控系统的关键技术之一。信息存储调用技术涉及到两方面的内容:
一是采用什么样的文件系统,它通常与操作系统有关,不容易自主选择。目前市场上,PC 式DVR 一般基于Windows 操作系统,文件系统一般采用NTFS 或FAT32;而嵌入式DVR 所采用的文件系统则与厂商选择的嵌入式操作系统有密切的关系。目前市场上的嵌入式操作系统主要有pSOS、EmbeddedLinux、vxWorks 等,而采用的文件系统则有较多种类,如MS-DOS 兼容文件系统、UNIX 兼容文件系统、Windows 兼容文件系统等。本公司的嵌入式DVR采用的是Embedded Linux 操作系统和自主研发并拥有软件著作权的DHFS。
二是在已选文件系统的条件下,如何发挥文件系统的优势,这方面的技术具体包括二个方面:
第一个方面是文件系统中录像模块的设计。录像模块的设计合理与否直接决定了DVR 的录像性能的优劣,例如,有的文件系统采用删除老文件的方式实现循环录像的功能,而这种方式不能保证DVR 长时间稳定运行,因为压缩芯片输出的码流位率变化较大,长时间运行后会导致硬盘上充满碎片,从而使系统运行效率急剧下降。本公司的DHFS 应用了磁盘预分配和多分区技术,这一技术很好的解决了由于磁盘磁头工作时长距离来回奔波导致的写盘速度急剧下降和硬盘
寿命因此大受影响的问题,也可保证硬盘循环记录过程中不出现碎片。
第二个方面是文件系统对硬盘的管理。文件系统对硬盘的管理由一套链表构成的文件检索机制来实现,该文件检索机制包括FAT 表和目录区,如果关机的时正在写或者修改FAT 表或目录区,则FAT 表扇区或目录扇区就会被破坏,从而导致一组硬盘文件丢失。在DVR 的使用过程中,几乎不停地在写硬盘,如果非正常关机,FAT 表扇区或目录扇区被破坏的概率就会非常高,从而导致硬盘文件丢失,有时会给使用者带来无法挽回的损失。