網絡硬盤錄像機

數字硬盤錄像機的迅猛發展主要得益於其自身的機械結構簡單，採用了高精密封裝的大容量硬盤作為記錄設備，因此，只要在計算機擴充槽中插入圖像採集卡，再配上相應的系統軟件及應用軟件，就實現了傳統磁帶錄像機的所有功能。特別是隨後出現的嵌入式硬盤錄像機結構更加緊湊，性能更加穩定，幾乎成了傳統時滯錄像機的終結者。

硬盤錄像機的實現硬盤錄像機有多種實現方法。從系統結構上來説，有PC插卡型或嵌入式一體機型；從所用的核心芯片來説，有的是基於數字信號處理器（DSP），而有的是基於專用集成電路（ASIC），其中基於DSP的結構又分為不同的系列，它們因選用不同廠家的DSP而異；而從硬盤錄像機處理視頻的技術（視頻壓縮格式）來説，則有基於Wavelet、M-JPEG、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.263、H.264等視頻壓縮格式的多種不同的機型。另外，無論是PC插卡型還是一體機型，即使它們所用的芯片相同，其應用軟件的界面與功能也不盡相同。

最早的硬盤錄像機是PC插卡型，視頻採集卡主要包括視頻信號的採集、數字視頻壓縮處理和視頻緩存等幾部分，其中數字視頻壓縮處理芯片有多種不同的類型（通用DSP或專用ASIC）。隨着CPU、內存等核心芯片的不斷升級，計算機的主頻及綜合處理能力得到不斷提高，因而在單卡硬盤錄像機的基礎上進一步出現了多卡多路硬盤錄像機，也即在PC的多個擴充槽中同時插入多塊支持並行處理的單路視音頻採集卡，以實現多路視音頻信號的同時實時採集。由於每一塊卡僅對應於1路信號，因而採集卡的數量可根據視頻信號的路數要求而靈活配置。不過，當在PC中插入多塊卡時，佔用的PC資源也相應增加，如CPU及內存資源、主板上擴充槽的數量、主板電源功率等。因此，當攝像機源數量（即採集卡數量）較多時，這種硬盤錄像機就必須採用具有多插槽工控底板的工控機，並配以大功率電源，並且對CPU的主頻要求也更高。

為了解決多卡應用的資源佔用問題，在單卡單路硬盤錄像機問世後不久，有廠家推出了在一塊卡上集成兩片甚至4片視頻處理芯片（DSP或ASIC）的多路視音頻採集卡，因而可以同時實現對兩路信號或4路信號的實時採集與壓縮處理。這種結構實際上是每路視頻信號唯一地對應着一片視頻處理芯片，但是它們共用一片PCI-PCI橋接芯片，因而僅佔用一個PC插槽，加上視音頻信號的採集壓縮是由卡上的硬件來實現，因而有效地減少了硬盤錄像對PC資源的佔用。 還有一種與上述實現原理不盡相同的基於PC的單卡多路硬盤錄像機：卡上的一片視頻處理芯片就要處理多路輸入信號，因而需採用時分輪換方式對多路視頻信號進行採集，並以M-JPEG壓縮格式進行錄像。雖然M-JPEG的壓縮效率不如基於多幀預測編碼的MPEG-1、MPEG-4及H.264等的壓縮格式高，但由於在單通道輪換採集多路視頻時，相繼幀的畫面失去了相關性（根本不是同一個攝像機攝取的畫面），因而採用基於幀間預測的視頻壓縮算法就失去了意義，只能採用幀內壓縮算法。因此，這種方式的硬盤錄像機是對採集的每一幀畫面獨立地進行JPEG壓縮處理，而後將對應於每一路輸入的各幀畫面形成獨立的M-JPEG文件。這種方式顯然可以方便地實現多路採集，例如，在不考慮錄像畫面的連續性要求時，就可以方便容納多達16路的視頻輸入，但是對於只能以25幀/s的速率對視頻信號進行採集的視頻處理芯片來説，無論有多少路視頻信號輪流切換到其輸入端，其25幀/s的“總資源”是不能變的，因此對這種形式的硬盤錄像機來説，每路畫面的最大平均幀率僅為25/16=1.56幀/s（理想值）。

上述結構的改進型產品增加了視頻採集的通道數（如在一塊卡上集成有4個採集通道），從而可以對多路視頻輸入信號在每一個採集通道進行並行採集，這就相當於增加了顯示及錄像的“總資源”數（多路輪換加多通道採集）。例如，某廠家採用兩塊8路採集卡來實現16路信號採集，使DVR的“總資源”達到160幀/s。

需要説明的是：由於M-JPEG壓縮算法缺乏幀間壓縮，會導致總的視頻壓縮比小，從而使圖像存儲量加大（這當然會增大硬盤的開銷）。例如：在獲得與MPEG-1圖像質量相當的清晰度時，M-JPEG圖像每幀的字節數約需6K~20KB，這大約相當於MPEG-1圖像的3~10倍。另外，採用M-JPEG算法的DVR產品很難做到對多路聲音信號的同步記錄，因為JPEG標準本身並沒有對聲音壓縮方法的描述。特別是當因多路輪換而出現錄像丟幀現象時，如何同步聲音更是一個需要考慮的問題。還有，由於M-JPEG並沒有形成統一的標準，而僅是對壓縮方法作了原則性的描述或句法規定，因此實際的M-JPEG標準都是各DVR廠家自行規定並編制的，各廠家的M-JPEG標準並不通用。這就是説，某個品牌的DVR所記錄的錄像文件一般不能在其他基於M-JPEG壓縮的DVR系統中調用，也不能被諸如Microsoft媒體播放機（Media Player）之類的通用媒體播放軟件來調用，這就限制了不同品牌的多套DVR系統的組網應用。

前面所介紹的基於PC插卡的硬盤錄像機沒有脱離PC體系：PC的外觀、PC的體系結構、PC的操作系統、PC的界面，……。因而它可以被認為是一種PC的擴展應用，只要退出硬盤錄像應用程序（或者將應用程序置於後台運行），這台硬盤錄像機就是一個標準的PC了，用户可以方便地在MS Office環境下進行文檔編輯、報表統計等操作，……。然而，正因為如此，這種結構的硬盤錄像機很容易被病毒侵襲而致使系統癱瘓；也可能會由於硬件兼容性問題或是由於系統軟件的某些BUG而致使系統宕機；更有甚者，甚至可能因系統管理人員的自身問題（例如操作人員將錄像程序置於後台運行而在前台玩遊戲）並因為某些誤設置、誤操作而致使錄像系統無法使用。

為了脱離PC體系，有商家推出了一種準嵌入式硬盤錄像機。但從實質上説，這種DVR並沒有真正脱離PC體系，因為它仍然採用了PC的硬件結構：主板上除了CPU及其他周邊器件外，還集成有顯卡、聲卡、網卡，也有用於插接視頻採集卡的PCI擴充槽，電源部分也是採用帶有風扇的大功率開關電源。不過，為了使其以專業設備的形式出現於監控市場，機器採用了整體化設計。與前述基於PC的DVR相比，這種準嵌入式DVR充分利用的PC的硬件資源，並有效地考慮了機器的整體空間佈局，結構更加緊湊、體積也有效地減小，專門用於實現監控系統中的硬盤錄像。

CIVON即是較早面世的準嵌入式DVR之一，該產品基於微型PC主板，具有兩個橫置的PCI插槽，最少可插入一塊單路視頻採集卡，最多可插入兩塊4路視頻採集卡，並可掛接一塊PC標準硬盤，因而可以靈活地構成不同路數的硬盤錄像機。

與普通PC一樣，該機也是採用Pentium系列CPU，但是在PC主板的主引導IDE接口上接入的是一片內嵌了Linux操作系統及應用程序的電子盤。當機器上電時，機器自動由電子盤的Linux系統引導，然後自動啓動硬盤錄像應用程序。通過外接顯示器和鍵盤、鼠標，用户可以像操作PC一樣對其進行基本設置（只是機器的操作系統是Linux而非DOS或Windows），一旦設置完畢，顯示器和鍵盤、鼠標等外設均可去掉。此時，如果聯網的客户端安裝有配套的硬盤錄像管理軟件，即可以通過網絡由客户端訪問這台DVR，可觀看實時圖像或是調看錄像文件，還可以對該硬盤錄像機進行其他設置與調整。

DSP嵌入式是基於DSP的嵌入式硬盤錄像機

嵌入式硬盤錄像機徹底脱離了PC結構，採用的是以DSP為核心的整體結構，視頻採集、視頻壓縮處理、網絡接口等各功能模塊均集成在單一的電路板上。就核心芯片DSP來説，市場上主要有TI公司的TMS320C6xxx系列、Philip公司的Trimedia系列、Equator公司的MAP-CA（BSP）系列和AD公司的ADSP-BF5xx系列等。

DSP本身並不對視頻信號進行採集，因此，對基於DSP的硬盤錄像機來説，一般還需與視頻採集芯片配合使用，如Philip公司的視頻處理芯片SAA7111A等。輸入到DVR的模擬視頻信號（S-Video或CVBS）首先經SAA7111A進行模數轉換和數據格式處理，得到標準的ITU-R BT.656格式的數字視頻流，再送給DSP去處理。

DSP的處理能力一般取決於其時鐘頻率和處理單元的並行度。至今流行的DSP大都有多個可以並行執行的處理單元，每個執行單元都由算術邏輯運算單元（ALU）、多路器和累加器等組成。

TI公司的TMS320C6xxx 系列即屬於高性能的DSP芯片，該系列可以分成定點和浮點兩大類，綜合了至今流行的DSP的所有優點，具有較高的性價比和低功耗性能。採用該系列中不同型號芯片的DVR的視頻處理能力並不相同，壓縮標準主要為MPEG-4和H.264等兩種，圖像的分辨率從低到高依次為CIF、2CIF（DCIF）、D1，其中能處理D1圖像質量的DVR一般均支持4路CIF質量的實時錄像。

TriMedia是Philips公司推出的專門用於多媒體視頻、音頻應用的DSP芯片。其中PNX1302即是TriMedia系列中一種具有較高質量數字視頻、音頻應用處理能力的媒體處理器。PNX1500是Philips公司繼PNX1302之後推出的一款功能更為強大的針對音視頻、圖形和通訊等多媒體應用的32位DSPCPU。PNX1500內核帶有一個C/C++可編程的TM3260 CPU，符合並行VLIW結構，其片內獨立的DMA接口可以加速數據處理，而圖像縮放、去交織和2D繪圖等諸多協處理單元則極大地提高了該芯片的多媒體處理能力。

Equator公司推出的高速寬帶DSP系列芯片MAP-CA又稱作寬帶信號處理器（BSP，Broadband Signal Processor），它可以在300MHz的高速時鐘下工作，處理能力達到30 GOPS（Giga Operations Per Second，即每秒300億次整數運算），約相當於Pentium III處理速度的6.4倍，主要用於高性能、大數據量的寬帶視頻應用，如嵌入式硬盤錄像機（DVR）、嵌入式網絡視頻服務器（DVS）以及數字機頂盒、數字電視、視頻會議系統、醫療圖像產品等。這裏，MAP-CA是Equator公司MAP系列超長指令字VLIW（Very Long Instruction Word）處理器中的一種，其最新的MAP-BSP-15的工作頻率進一步提高到400MHz，使數據處理能力達到40GOPS（針對視頻編碼）。MAP-CA主要包含一個超長指令字處理器內核、一個可編程位流協處理器（The VLx）、視頻濾波協處理器、顯示刷新控制器和豐富的數字I/O接口等。MAP-CA支持各種用軟件實現的視頻、圖像以及信號的壓縮和解壓縮，這種軟件實現的算法相對硬件實現有很大的優越性，升級非常方便。

ADI公司的ADSP-BF5xx處理器是在其Blackfin系列處理器的基礎上發展起來的。其中Blackfin系列處理器內核的多個功能塊可以支持8/16/32位整數型數據和16/32位分數型數據，特別是其中的4個8位視頻算術邏輯單元（ALU）可以尋址包括MPEG-2、MPEG-4和JPEG在內的若干多媒體算法，使一個處理器可以同時處理音頻、視頻、圖像和數據四種信息。而Blackfin系列的升級型產品ADSP-BF533、ADSP-BF532和ADSP-BF531不僅繼承了Blackfin系列產品容易使用和代碼兼容的優點，還顯著提高了性能並且降低了功耗。這三種新處理器的引腳完全兼容，不同之處僅在於其性能和片內存儲器的容量差別，系統性能易於升級並且減少新產品開發中的許多風險。

ADSP-BF533具有600MHz時鐘頻率和1.2GMACS（每秒十億次乘法累加運算）運算速度，非常適合於嵌入式視頻和寬帶接入網關應用。

ASIC插卡式是基於ASIC插卡的網絡硬盤錄像機

ASIC即Application Specified IC，也即專門為應用目的而定製的集成電路，因此，基於視頻ASIC的硬盤錄像機結構更加緊湊，性能更加完善。不過，由於ASIC的結構往往需要參考新型算法在DSP上的成功移植，因此，就同一壓縮格式（如H.264）的硬盤錄像機的面世時間來説，基於ASIC的DVR一般都是晚於基於DSP的DVR。

SM2210即是Stream Media公司推出的一款實時MPEG-2視頻編/解碼芯片，它兼容於ISO/IEC-13818的MP@ML、SP@ML和MP@LL標準，並具有良好的接口特性，因此，SM2210在保證高質量圖像處理的同時，可以方便地與飛利浦公司的視頻編解碼芯片及Flash和 SDRAM存儲器等周邊器件相接。在編碼方式時，SM2210接受符合ITU-R 601或ITU-R 656格式的數字視頻信號輸入，並首先對其進行4:2:2至4:2:0格式的轉換，然後對該數字視頻信號進行可編程的預濾波，再然後進行實時數字編碼，形成按MPEG-2 MP@ML格式壓縮的比特流，其幀結構可以是IBBBP、IBBP、IBP、IP或單I幀。用户也可自行定義量化矩陣，自行選擇圖像的有效區域。在解碼方式時，SM2210接受MPEG-1、MPEG-2格式的比特流並進行解碼，然後進行濾波，輸出符合ITU-R 601 或ITU-R 656格式的數字視頻信號。SM2210不僅支持NTSC、PAL及FILM（電影）等多種視頻格式、分辨率和幀率，還可以編解碼VCD和SVCD格式的比特流。

很多ASIC往往還與FPGA（Field Programmable Gate Array）配合使用，將某些特定算法專門交由FPGA來實現，例如，MPEG-2和MPEG-4算法中的核心部分——離散餘弦變換（DCT）的操作。雖然MPEG算法中的DCT部分已經標準化並能在ASIC或FPGA中有效實現，但MPEG編碼中仍有許多部分尚未明確規定，而正是這些不明確部分使得一家公司的產品得以區別於競爭對手，並開發出擁有自主產權的算法。因此，一些基於ASIC的DVR便在這些部分（如運動估計模塊）使用了FPGA，因為FPGA可重新配置，因此器件能方便地進行刷新，並在整個開發階段（包括配置之後）集成新算法。而完全依賴標準ASIC解決方案的公司由於受到芯片自身的限制而無法開發出性能更優的類似產品，市場風險較大。

網絡硬盤錄像機採用高性能嵌入式實時多任務操作系統（RTOS）和嵌入式處理器，完美實現構建監控系統所需要的各種功能。代碼固化在FLASH中，系統更加穩定可靠。

支持多達16路PAL/NTSC制式視頻信號，每路皆可實時每秒25幀CIF分辨率的獨立硬件壓縮，視頻壓縮採用H.264壓縮技術，不僅支持變碼率，而且支持變幀率。可設定視頻圖像質量，也可設定視頻圖像的壓縮碼流；支持多達16路音頻信號，每路音頻信號獨立實時壓縮，音頻壓縮標準採用OggVorbis，壓縮碼率為16kbps；視頻和音頻信號壓縮後生成複合的H.264碼流，碼流回放時視頻和音頻保持同步。也可設置不用音頻。

支持TCP/IP協議（支持ARP、RARP、IP、TCP、PPP、PPPOE、DHCP、SNMP等等）；支持寬帶撥號上網（PPPOE）

錄 像：文件記錄有六種模式：定時錄像、手動錄像、移動檢測錄像、報警錄像、移動偵測錄像&報警錄像、移動偵測錄像|報警錄像；

網絡硬盤錄像機NVR目前在我國還處於起步、概念確認、試用推廣的階段。其實DVR能用的地方NVR都能用，在實際應用當中有一定差別，網絡設施比較完善的地方用NVR比較多，原來沒有鋪設網絡，不方便使用NVR。DVR絕大部分應用領域在模擬攝像機場合，分辨率低於或等於D1。NVR主要應用於網絡分佈式存儲領域，IP攝像機及高分辨率場合(百萬像素)。

從長遠看，NVR比DVR會更有優勢，體現在對網絡資源的充分利用能力，系統部署的簡易性和靈活性，可期待的超羣性能，智能特性的體現等方面。現在是NVR的起步階段，從產品的技術實現來説並沒有克服不了的困難，但是由於DVR的應用成熟度很高，並且也在向初級的網絡化方向發展，例如DVR/NVR產品的出現,NVR標準化尚未完成等原因，NVR要近兩年內成為主流替代DVR還有難度，NVR與DVR還將長期共存。

視頻監控系統發展了幾十年，近年來傳統的模擬系統以迅猛的速度向數字化、網絡化和智能化監控系統演進。監控視頻錄設備也由第一代磁帶錄像機、第二代數字硬盤錄像機(DVR)、第三代混合數字硬盤錄像機(H-DVR)逐步過度至現在炙手可熱的第四代網絡硬盤錄像機(NVR)。

DVR接入模擬視頻信號並轉化成數字視頻數據錄像存儲，有視頻數據易於保存、支持隨機查詢、方便拷貝、操作維護簡單等特點，受到用户青睞;H-DVR繼承DVR優點的同時，增加了網絡視頻接入和遠程網絡管理功能，但仍然是一款模擬視頻監控系統向全網絡數字視頻監控系統推進的產品。

網絡硬盤錄像機NVR擺脱了H-DVR的尷尬處境，加速了視頻監控系統的網絡化、高清化和平台化進程。由於NVR不再直接接入模擬視頻信號，從根本上避免了視頻信號受周邊環境及設備內部器件電磁信號影響圖像質量，同時中心與前端設備部署位置也不再受到線纜長度的限制。

另外網絡硬盤錄像機NVR通過網絡接入來自網絡攝像機等設備已經編碼好的數字視頻流，不再集中編碼處理，其更多處理器性能傾注在視頻數據存儲、轉發和回放管理，因而在接入視頻路數，解碼回放能力，系統穩定性方面更具有優勢，尤其適合QCIF、CIF、D1、720P、1080P等不同視頻分辨率混合組網的場所，易於實現視頻監控路數的擴展和統一管理。

專業人士都對NVR市場發展前景的評估極為樂觀，國內外廠家都在力推網絡硬盤錄像機NVR，NVR發展也非常迅速，雖然在市場中佔比較小，但在要求高清、規模較大、涉及地理範圍較大的項目中，NVR具有天然的優勢。

隨着電子與計算機技術的飛速發展，隨着視頻壓縮編碼技術與效率的不斷提高，隨着安防市場的持續火爆，硬盤錄像機特別是嵌入式硬盤錄像機必將有着更廣闊的發展空間，無論是硬件結構、壓縮標準還是市場應用。日本一家公司不久前推出的一款僅有移動硬盤盒大小的DivX格式的硬盤錄像機顯然為嵌入式硬盤錄像的應用又帶來了新的亮點。

隨着芯片技術和網絡應用技術的大力推廣，網絡硬盤錄像機NVR、高清網絡攝像機的價格已較為“親民”，同時由於高清監控在畫面表現上的優勢以及在系統擴展上的便利性，NVR已逐步廣泛應用於各電信運營商、公安、交通、電力、環境、金融、教育、政府等領域。隨着視頻監控系統的網絡化、高清化、平台化的發展，NVR的使用領域也在不斷擴大。