第十節(jié)1 硬盤錄像機

第十節(jié)數(shù)字硬盤錄像機DVR（DigitalVideoRecorder）教學(xué)目的和要求：了解監(jiān)控系統(tǒng)中常用的數(shù)字硬盤錄像機的基本原理，熟悉并掌握其特點。了解數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),會使用硬盤錄像機。教學(xué)重點和難點：數(shù)字硬盤錄像機的特點。學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解硬盤錄像機的作用、種類和特點，掌握硬盤錄像機的錄放功能、錄像機對前端設(shè)備的控制及相互間的接線關(guān)系。任務(wù)引入

1.記錄

2.控制功能主要內(nèi)容一、數(shù)字硬盤錄像機簡介及工作原理二、硬盤錄像機分類及功能三、數(shù)字硬盤錄像機接口四、壓縮技術(shù)及硬盤存儲容量計算五、操作應(yīng)用DVR簡介及原理

DigitalVideoRecorder

（硬盤錄像機），即數(shù)字視頻錄

像機，相對于傳統(tǒng)的模擬視頻錄像機，采用硬盤錄像，故常常被稱為硬盤錄像機，也被稱為DVR。它是一套進行圖像存儲處理的計算機系統(tǒng)，具有對圖像/語音進行長時間錄像、錄音、遠程監(jiān)視和控制的功能。硬盤錄像機工控式硬盤錄像機嵌入式硬盤錄像機監(jiān)控軟件DVR的硬件組成

DVR系統(tǒng)的硬件主要由CPU，內(nèi)存，主板，顯卡，視頻采集卡，機箱，電源，硬盤，連接線纜等構(gòu)成。

DVR系統(tǒng)的軟件是由個人公司進行開發(fā)完成的，建立在硬件系統(tǒng)之上的。硬盤錄像機的基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：DSP做編碼（壓縮）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：DSP做解碼（回放）數(shù)字硬盤錄像系統(tǒng)工作原理

音視頻模一數(shù)轉(zhuǎn)換：是將模擬音視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。壓縮：處理器用采用壓縮算法，對采集的音視頻進行壓縮。存儲：應(yīng)用程序把壓縮過的音視頻信號存儲到硬盤中。回放：播放程序按照查詢條件，從硬盤中讀取指定錄像資料進行顯示。二、硬盤錄像機分類及功能數(shù)字硬盤錄像機（DVR）（一）數(shù)字硬盤錄像機的分類

從功能上分類：單路、多路、多功能

從所用操作系統(tǒng)上分類：

PC式DVR、嵌入式DVR

按編解碼的方式分類：硬件編解碼、軟件編解碼分類及壓縮算法目前市面上主流的DVR采用的壓縮技術(shù)有MPEG-2、MPEG-4、H.264、M-JPEG，而MPEG-4、H.264是國內(nèi)最常見的壓縮方式；從壓縮卡上分有軟壓縮和硬壓縮兩種，軟壓受到CPU的影響較大，多半做不到全實時顯示和錄像，故逐漸被硬壓縮淘汰；從攝像機輸入路數(shù)上分為1路、2路、4路、6路、9路、12路、16路、32路，甚至更多路數(shù)；按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分為兩大類：基于PC架構(gòu)的PC式DVR和脫離PC架構(gòu)的嵌入式DVR。PC式硬盤錄像機（DVR）：這種架構(gòu)的DVR以傳統(tǒng)的PC機為基本硬件，以Win98、Win2000、WinXP、Vista、Linux為基本軟件，配備圖像采集或圖像采集壓縮卡，編制軟件成為一套完整的系統(tǒng)。這種插卡式的系統(tǒng)在系統(tǒng)裝配、維修、運輸中很容易出現(xiàn)不可靠的問題，不能用于工業(yè)控制領(lǐng)域，只適合于對可靠性要求不高的商用辦公環(huán)境。嵌入式硬盤錄像機（EM-DVR）：嵌入式DVR就是基于嵌入式處理器和嵌入式實時操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)，它采用專用芯片對圖像進行壓縮及解壓回放，嵌入式操作系統(tǒng)主要是完成整機的控制及管理。嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，有計算機功能但又不稱為計算機的設(shè)備或器材。

1、PCDVRPCDVR產(chǎn)品的問題主要有：（1）穩(wěn)定性差。（2）PCDVR產(chǎn)品操作及維護需要有一定的技術(shù)基礎(chǔ)，而操作系統(tǒng)有時還會“沖掉”一些系統(tǒng)配置及軟件，這就使維護工作難度大。（3）PCDVR的數(shù)據(jù)存儲及操作系統(tǒng)均在硬盤中，無論如何加密，均可以從PC的底層進入系統(tǒng)，對已記錄的圖像文件進行刪改。（4）WINDDOWS操作系統(tǒng)的抗入侵能力非常差。（5）PCDVR的板卡均是大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，質(zhì)量可以保證，但在組裝為DVR產(chǎn)品時卻很難做到規(guī)范化批量生產(chǎn)，所以整機的質(zhì)量也難以確保。（6）PC機各類配件的發(fā)展非常快，1～2年原有產(chǎn)品就會淘汰，這對于只有長期使用才能體現(xiàn)性價比優(yōu)勢的DVR產(chǎn)品來說，PCDVR的維護費用較高，同時PC的板卡均不是生產(chǎn)DVR產(chǎn)品的廠家自已設(shè)計生產(chǎn)的，對其產(chǎn)品長期進行維修的保障可靠度較低。

PCDVR的優(yōu)點主要有：（1）存儲空間較大（容易擴展存儲硬盤），適宜長時間錄像。（2）良好的人機接口和文件管理等，通過鼠標(biāo)、鍵盤只要用過計算機的人都可以很好地進行操作；（3）軟、硬件升級比較容易，產(chǎn)品更新快。（4）維修成本比較低，一般的故障都可以通過更換部件進行維修，整機不會報廢。2．嵌入式數(shù)字硬盤錄像機（1）易于使用，無需具有PC操作技能。（2）系統(tǒng)穩(wěn)定性高，軟件容錯能力更強，無需專人管理。（3）軟件固化在FLASH/EPROM中，不可修改，可靠性高。（4）使用嵌入式實時操作系統(tǒng)，系統(tǒng)開關(guān)機快。（5）軟硬件成本低。（6）機械尺寸較小，結(jié)構(gòu)簡單緊湊。DVR的功能1．多路畫面實時錄像2．多路畫面實時顯示3．圖像壓縮質(zhì)量設(shè)置4．報警錄像可外接1個報警控制器（該控制器可接16路防盜報警探頭），錄像機具有報警聯(lián)動錄像功能。5．音、視頻自適應(yīng)同步記錄。6．字符、時鐘疊加。

7．視頻移動報警聯(lián)動錄像。

8．視頻丟失報警。9．查詢、回放。10．云臺、鏡頭控制。11．視頻參數(shù)設(shè)置。12．自動監(jiān)測。13．自動覆蓋。

14．遠程圖像顯示。15．全中文操作界面。DVR的功能硬盤錄像機功能DVR集合了錄像機、畫面分割器、云臺鏡頭控制、報警控制、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)任宸N功能于一身，用一臺設(shè)備就能取代模擬監(jiān)控系統(tǒng)一大堆設(shè)備的功能，而且在價格上也逐漸占有優(yōu)勢。

硬盤錄像機的主要功能包括：監(jiān)視功能、錄像功能、回放功能、報警功能、控制功能、網(wǎng)絡(luò)功能、密碼授權(quán)功能和工作時間表功能等。硬盤錄像機的功能監(jiān)視：監(jiān)視功能是硬盤錄像機最主要的功能之一，能否實時、清晰的監(jiān)視攝像機的畫面，這是監(jiān)控系統(tǒng)的一個核心問題，目前大部分硬盤錄像機都可以做到實時、清晰的監(jiān)視。錄像：錄像效果是數(shù)字主機的核心和生命力所在，在監(jiān)視器上看去實時和清晰的圖像，錄下來回放效果不一定好，而取證效果最主要的還是要看錄像效果，一般情況下錄像效果比監(jiān)視效果更重要。大部分DVR的錄像都可以做到實時25幀/秒錄像，有部分錄像機總資源小于5幀/秒，通常情況下分辨率都是CIF或者4CIF，1路攝像機錄像1小時大約需要180MB~1GB的硬盤空間?？刂乒δ埽褐饕竿ㄟ^主機對于全方位攝像機云臺，鏡頭進行控制，這一般要通過專用解碼器和鍵盤完成；硬盤錄像機的功能報警功能：主要指探測器的輸入報警和圖像視頻幀測的報警，報警后系統(tǒng)會自動開啟錄像功能，并通過報警輸出功能開啟相應(yīng)射燈，警號和聯(lián)網(wǎng)輸出信號。圖像移動偵測是DVR的主要報警功能；網(wǎng)絡(luò)功能：通過局域網(wǎng)或者廣域網(wǎng)經(jīng)過簡單身份識別可以對主機進行各種監(jiān)視錄像控制的操作，相當(dāng)于本地操作；密碼授權(quán)功能：為減少系統(tǒng)的故障率，和非法進入，對于停止錄像，布撤防系統(tǒng)及進入編程等程序需設(shè)密碼口令，使未授權(quán)者不得操作，一般分為多級密碼授權(quán)系統(tǒng)；工作時間表：可對某一攝像機的某一時間段進行工作時間編程，這也是數(shù)字主機獨有的功能，它可以把節(jié)假日，作息時間表的變化全部預(yù)排到程序中，可以在一定意義上實現(xiàn)無人值守。三、數(shù)字硬盤錄像機接口

DVR（DigitalVideoRecorder）接口：1.視頻，視頻輸入4/8/16路BNC接口視頻輸出1路模擬視頻BNC接口(1.0Vp-p,75ohms)、1路VGA輸出支持1280×1024、1024×768、1280×720、800×600分辨率、1路HDMI輸出支持1280×1024、1024×768、1280×720分辨率抓圖功能支持JPEG抓圖功能環(huán)通輸出4/8/16路模擬視頻BNC接口(1.0Vp-p,75ohms)

矩陣輸出4/8/16選1視頻矩陣輸出。

2.音頻，音頻輸入4/8/16路線性音頻輸入音頻輸出1路線性音頻輸出報警報警輸入4/8/16路報警輸入、低電平有效，綠色接線柱接口報警輸出3路告警輸出，繼電器觸點(1A@24VDC),NO、NC可編程、綠色接線柱接口。

3.其他，網(wǎng)絡(luò)1個RJ45接口,10/100M自適應(yīng)通信標(biāo)準(zhǔn)485接口，支持半雙工，綠色接線柱接口、標(biāo)準(zhǔn)232接口，DB9USB2個USB2.0接口，其中1個前面板，1個背板接口硬盤內(nèi)部支持8個SATA硬盤接口eSATA口支持接口參數(shù)產(chǎn)品外觀，尺寸前面板產(chǎn)品外觀，尺寸后面板接口說明1、DVR控制鍵盤2、管理軟件界面硬盤錄像機后面板數(shù)字硬盤錄像機的評價及技術(shù)指標(biāo)1．?dāng)?shù)字硬盤錄像機的評價一是要考慮到與傳統(tǒng)(模擬)的視頻評價技術(shù)的可比性；另一方面又要求能表現(xiàn)出DVR作為數(shù)字視頻產(chǎn)品的技術(shù)特點，與相關(guān)數(shù)字視頻技術(shù)(多媒體、電視會議等)的圖像評價方法相吻合。2．DVR的技術(shù)指標(biāo)（1）圖像格式。又稱顯示分辨率，用像素的陣列來表示。（2）幀碼長。幀碼長是一幀圖像壓縮后的編碼長度。（3）記錄幀率：DVR對每一路或?qū)λ匈Y源處理的能力。（4）PSNR。它是測量圖像在數(shù)字化和壓縮處理過程中所產(chǎn)生的失真(圖像各像素亮度值的改變，對于彩色圖像以亮度分量來計算)的客觀指標(biāo)。（5）主觀評價。主觀評價則是對圖像的觀察效果的測試。（6）通用的評價指標(biāo)。完整的DVR評價指標(biāo)體系，除了圖像質(zhì)量外還應(yīng)包括它與外部設(shè)備的接口關(guān)系和電子產(chǎn)品通用的強制性要求。四、壓縮技術(shù)及硬盤存儲容量計算DVR的壓縮技術(shù)

目前，常用的圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)主要有MPEG4、H.263、H.264、M-JPEG等。

圖像壓縮技術(shù)1、分類：幀內(nèi)壓縮：把一幅動畫分解成若干個固定的畫面一幅一幅地傳輸幀間壓縮：可區(qū)分每幅影像的差異并且只傳送影像不同的部份2、常用的圖像壓縮技術(shù)：MotionJPEG：幀內(nèi)壓縮MPEG1：幀間壓縮MPEG2：幀間壓縮MPEG4：幀間壓縮小波變換（wavelettransform）技術(shù)：幀內(nèi)壓縮3、圖像壓縮技術(shù)比較：壓縮標(biāo)準(zhǔn)類別M-JPEGMPEG1MPEG2MPEG4壓縮率620～3030～40200～500空間分辨率352×288352×288576

720576或更高

720時間分辨率25～30幀/秒25～30幀/秒50～60場/秒25～30幀/秒傳輸速率1.5Mbps1.15Mbps4～15Mbps10K～1Mbps主要應(yīng)用視頻編輯系統(tǒng)VCDDVD交互式多媒體應(yīng)用圖像質(zhì)量一般一般很好可變（從VCD到DVD）標(biāo)準(zhǔn)化年代19921992199419994、MPEG4壓縮技術(shù)為DVR的應(yīng)用帶來了新的曙光

存儲空間得到節(jié)省圖像質(zhì)量高對網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬要求不高有可變帶寬網(wǎng)絡(luò)傳輸錯誤恢復(fù)能力強能對圖像進行甑別1．MPEG4

所謂MPEG標(biāo)準(zhǔn)就是指由ISO的活動圖像專家組制定的一系列關(guān)于音視頻信號以及多媒體信號的壓縮與解壓縮技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。到目前為止，已經(jīng)制定完成并批準(zhǔn)執(zhí)行的有：1991年批準(zhǔn)的MPEG1、MP3;1994年批準(zhǔn)的MPEG2;1999年批準(zhǔn)的MPEG4和MP4。正在制定的標(biāo)準(zhǔn)有：MPEG7和MEPG21。2．H.263H.263由于能在低帶寬上傳輸高質(zhì)量的視頻流而日益受到歡迎。H.263在H.261建議的基礎(chǔ)上發(fā)展的，進一步降低碼速率和提高編碼質(zhì)量。H.261視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn),約1991年

H.262視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)(和MPEG-2第二部分內(nèi)容相同),約1994年

H.263視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn),約1995年

H.263v2(也就是H.263+)視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn),約1998年

H.264視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)(和MPEG-4第十部分內(nèi)容相同),約2003年

3．H.264

H.264是ITU-T(國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部)的VCEG(視頻編碼專家組)和ISO/IEC的MPEG的聯(lián)合視頻組開發(fā)的一個新的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG4的第十部分。在相同的重建圖像質(zhì)量下，H.264能夠比H.263節(jié)約50％左右的碼率，比目前根據(jù)MPEG4實現(xiàn)的視頻格式在性能方面提高33％左右。4．M-JPEG

M-JPEG技術(shù)即運動靜止圖像壓縮技術(shù)，它把運動的視頻序列作為連續(xù)的靜止圖像來處理，這種壓縮技術(shù)方式單獨完整地壓縮每一幀，在編輯過程中可隨機存儲每一幀，可進行精確到幀地編輯。但M-JPEG只對幀內(nèi)地空間冗余進行壓縮，不對幀間的時間冗余進行壓縮，故壓縮效率不高。硬盤存儲容量的計算基礎(chǔ)知識分辨率是數(shù)字監(jiān)控產(chǎn)品中一項重要的技術(shù)指標(biāo)，它直接決定了音視頻信號在壓縮后還原質(zhì)量，分辨率越大，圖像還原清晰度越高。數(shù)字監(jiān)控中常用圖像分辨率：PAL制式：QCIF（174*144）、CIF（352*288）、2CIF（704*288）、DCIF（528*384）、4CIF（704*576）。NTSC制式：QCIF（174*120）、CIF（352*240）、2CIF（704*240）、DCIF（528*320）、4CIF（704*480）。DVR的容量需求計算根據(jù)編碼后圖像的分辨率及流暢度（幀率）及碼流決定。（以下均已全幀計算）CIF分辨率：352*288，一般采用384K~512K碼流4CIF分辨率：704*576，一般采用1.5M~2M碼流碼流(DataRate)是指視頻文件在單位時間內(nèi)使用的數(shù)據(jù)流量，也叫碼率，是視頻編碼中畫面質(zhì)量控制中最重要的部分。同樣分辨率下，視頻文件的碼流越大，壓縮比就越小，畫面質(zhì)量就越高。具體所占硬盤空間的計算所需存儲空間的大小=每路每小時所在存儲空間×

24(單位：小時;一天的時間長）×路數(shù)×天數(shù)(保存的天數(shù)）)÷0.9(磁盤格式化的損失10%空間)(注：存儲單位換算1TB=1024GB;1GB=1024MB;1MB=1024KB)每路每小時所在存儲空間=碼流大小(單位：kb/s;即：比特率÷8)×3600(單位：秒;1小時的秒數(shù)）硬盤空間對比表各種DVR錄像畫質(zhì)與占用硬盤空間對比表CIF畫質(zhì)Half—D1畫質(zhì)D．CIF畫質(zhì)D1畫質(zhì)一般活動25-200M/h60-430M/h50-400M/h110-800M/h復(fù)雜/劇烈活動50-250M/h150-680M/h150-680M/h190-900M/h夜間/光線較暗25-150M/h130-380M/h90-280M/h190-500M/h五、操作應(yīng)用數(shù)字硬盤錄像機的使用DVR控制鍵盤硬盤錄像機的管理軟件

1.開機（一）功能應(yīng)用