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杭州海康威視數字技術有限公司

前言

嵌入式硬盤錄像機自本世紀初問世以來，經過短短幾年時間，已經經歷了兩代產品。第一代嵌入式硬盤錄像機使得視頻監控走向了數字化。它把模擬的圖像通過視頻壓縮以后，將壓縮的視頻流數據（簡稱碼流）記錄在硬盤這種數字存儲介質上，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控走向了網絡化。在第一代嵌入式硬盤錄像機的基礎上，第二代嵌入式硬盤錄像機增加了網絡接口，碼流通過這個網絡接口（一般為以太網接口）發送上網，供網絡用戶共享、訪問，所以第二代嵌入式硬盤錄像機將視頻監控與TCP/IP網絡進行了結合，具有了網絡功能，與應用軟件一起可構成一個安全防范的監控網絡系統。
   
目前市場上的硬盤錄像機，絕大多數屬于第二代前期產品，在功能性方面已基本成型。然而，由于技術與成本的因素，使得當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，這也表明了產品本身存在著巨大的發展空間。

硬盤錄像機的技術特點

硬盤錄像機提供的主要功能包括視音頻的監視監聽、錄像、回放、報警輸入/輸出、云臺鏡頭控制、網絡傳輸以及其他一些輔助功能，如OSD疊加、語音對講、數據采集等等。國內外生產廠家很多，實現的功能也大致一樣，但其穩定性、可靠性、易用性、可擴展性、集成性等性能方面的差別很大，這主要與生產廠家的技術水平、產品的實現方式有很大關系。硬盤錄像機的主要技術特點：
   
1.圖像清晰度。回放或網絡預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定在350線數以上。對于室外場景，當轉動高速球，進行網絡預覽的情況下，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（提供了明顯優于以前任何標準的壓縮性能）、傳輸性能（包含一系列內在屬性，支持在信道和網絡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。它目前已經在電視監控領域得到了廣泛應用。
   
采用壓縮算法+DSP結構的硬盤錄像機，其明顯的好處就是算法的先進性與實用性，生產廠商能根據市場及應用需求，短時間內改進算法，推出新產品，從而提高產品競爭力。從生產廠家而言，DSP方案使得嵌入式硬件方面的設計非常簡潔，無需過多的外圍芯片，一定程度上提高了產品的穩定性。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，隨著半導體技術的不斷發展，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，也就是內部安裝IDE硬盤，但某些較為先進的嵌入式硬盤錄像機內部提供了八個SATA接口，也就是說內部可以安裝八塊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，這對內部散熱有好處，這樣應該有利于整機長時間運行的穩定性。
   
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外擴方面提供了一種解決方案。SATA在數據吞吐量、功耗方面均優于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。
   
存儲技術在不斷創新，目前的硬盤錄像機單盤容量已經達到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絡存儲技術，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備放在一起，運維較方便，另外，以太網絡存儲設備可以供多個DVR共享，擴展性較好。但這樣做也有一個明顯的缺點，就是錄像數據的傳輸依賴于網絡，對網絡性能的要求高，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備，包括BNC接口的監視器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備，即監視器。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配置、預覽、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的數字矩陣功能，可以設定輔口輸出規則，如設定畫面分割、輪循周期，那么，輔口就作為一個分控端來進行監視。
   
雙通道輸出功能的開發技術難度不大，但在某些監控場合非常實用，從一定角度來說，CCTV需要的是真正能滿足監控要求的產品，希望監控產品廠家能不斷提供實用的、滿足監控實際要求的優質產品。
   
4.圖像抓拍。圖像抓拍是隨著視頻監控數字化以后，根據某些應用的特定要求而開發的一項功能，這在模擬時代是無法實現的。圖像抓拍一定程度上解決了關鍵場所、關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的條件，觸發的條件可以有多種。其中包括：通過串口命令觸發、通過報警輸入口的報警信號觸發、通過移動偵測報警觸發和通過網絡口發命令觸發。以上條件也可以進行運算后觸發，當DVR收到觸發命令后，就將當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口發送到指定的目標。通過對抓拍圖像進行檢索，發現圖像清晰度較好，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。
   
對于網絡帶寬不能保證的情況下，采用抓圖、網絡發送的方式可以得到很好的監控效果，如對于公網環境，特別是無限公網的環境下的應用。

未來展望

視頻監控智能化是未來發展趨勢，智能化是指在人工智能技術發展到較高水平的基礎上，將其集成到監控系統中，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量。
   
目前，圖像的人工智能處理技術是圖像處理技術研究的一大熱點。在監控系統中的主要應用有人臉識別技術、車牌識別技術、目標跟蹤技術、行為分析技術、智能檢索技術等等。這些技術已經在一些特殊的安防項目中得到了應用。視頻監控的智能化主要還是根據視頻源來進行目標采集、提取特征碼、進行識別，但是由于這些技術的復雜性和目前技術因素，識別率還不是很高。在下一代嵌入式硬盤錄像機中，一定會將一些發展得比較成熟的技術集成進去，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，可實現具有智能功能的監控系統。
   
嵌入式硬盤錄像機是根據監控的實際需求孕育而生的，它見證著視頻監控的數字化、網絡化歷程，在許多應用領域正發揮著重要的作用。監控行業的應用需求日益復雜，同時也日益多樣化，隨著技術的不斷發展與創新，嵌入式硬盤錄像機同樣會見證監控行業的明天！