大潮涌动2011:硬盘录像机技术解秘

2010-12-22 20:13:26来源: it168
  目前的安防领域内,硬盘录像机(DVR)是个炙手可热的明星产品,然而一般代理商和工程商对硬盘录像机都已难以窥其全貌,更不论多数终端用户了。下面来看看具体技术!

  压缩与解压缩

  影音的压缩与解压缩技术可说是硬盘录像机的第一重要关键技术,因为这点决定了硬盘录像机录像、回放、备份以及远程监看的影像质量、帧数与资料流量等,而压缩标准、硬压或软压、与硬解或软解则又是影音压缩与解压缩技术的关键所在。

  目前的硬盘录像机采用的压缩标准大致包括(M)JPEG(2000)、Wavelet、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.264等。大多数读者对这些标准的名词都耳熟能详,但对这些标准的功能差异可能就不甚了解。而这些差异对DVR的品质及性价比的影响却是巨大的。

  就影音压缩而言,事实上用户最关心的是良好的录像质量、帧数、较低的硬盘容量需求(亦即较高的压缩比)。不过压缩标准确实影响甚巨,兹以目前较为主流的压缩标准MJPEG、MPEG-4以及H.264说明如下:

  (1)MJPEG

  MJPEG为早期的硬盘录像机主流压缩标准,然而JPEG最适合的应用是单张影像(如照片)的压缩,而非连续影像的压缩,此乃因为JPEG(与其延伸标准MJPEG)将每张影像视为独立而彼此不相关的影像,不考虑连续影像间的相似性,因此压缩比不高。

  (2)MPEG-4

  MPEG-4为目前硬盘录像机最为主流的压缩标准,然而各产品间采用的细项标准差距甚大,因此也造成用户对MPEG-4硬盘录像机之质量与压缩比的认知差距。目前市场上MPEG-4硬盘录像机采用的细项标准大致可分为下列三种:

  MJPEG:

  部分厂商由于技术水平不足,或为求降低成本,因此虽然采用了MPEG-4压缩硬、软件,但是仅使用MPEG-4中将每张影像视为独立而彼此不相关的影像的压缩方式,亦即I-Frame,因此其压缩比也就不高了。而这也是为什么很多用户觉得MPEG-4和MJPEG没什么差别的原因。

  SimpleProfile(SP):

  这是多数厂商采用的MPEG-4压缩标准,此规格除了类MJPEG的压缩影像(I-Frame)之外,也包含一种利用连续影像间相似性的压缩影像(P-Frame),一般而言,其平均压缩比大约落在类MJPEG的2倍左右。

  进阶SP(AdvancedSP,ASP):

  这大约是目前MPEG-4硬盘录像机所采用的MPEG-4最佳规格,除了前述SP的两种压缩影像之外,此规格更运用了进阶压缩影像(B-Frame),因此其平均压缩比大约落在类MJPEG的3~4倍左右,为目前硬盘录像机中压缩比最高者。例如深微科技的DVR系列即采用此项标准。

  (3)H.264

  H.264即MPEG-4Part10或进阶影像编码(AdvancedVideoCoding,AVC),为硬盘录像机采用的压缩标准中较新的,不过目前市场上H.264硬盘录像机最多仅采用其中适合于视讯会议与移动式应用(如手机)的最低阶规格BaselineProfile(BP),而非适合于广播与储存应用的HighProfile(HiP),因此若采用H.264(BP)其平均压缩比反而不如MPEG-4ASP,而且差距甚大。

  综合以上所述,我们可以了解MPEG-4不一定比MJPEG好,H.264也不一定比MPEG-4好,除非使用者能知道得更深入一点,而这也是为什么很多产品都只提及其所采用之压缩标准名称,而不愿提及究竟是采用该标准里的哪个具体的细项标准。

  至于硬盘录像机为硬压或软压、与硬解或软解的差别则在于录像分辨率、帧数、多任务的效能与回放的弹性。具体而言,硬压与硬解是使用专用的压缩/解压缩特殊应用芯片(CODECASIC),能够达到较高的录像分辨率、帧数与较佳的多任务效能,而且回放或使用者操作各项功能时不会影响录像帧数,因此其录像与回放帧数大都可以具体标示于技术规格表;但由于透过芯片解压再输出至画面,因此就有一些显示上的限制。例如部分硬盘录像机回放时就无法即时监看摄像机影像。

  相对的,软压与软解则是使用主中央处理器(CPU)或讯号处理器(DSP)的大部分资源作压缩与解压缩,因此录像分辨率、帧数相对较低且多任务效能较差,不但回放时会严重影响录像帧数,甚至使用者操作各项功能时(如备份或寻找档案)也会影响录像帧数,因此部分使用软压与软解的硬盘录像机干脆不将其录像与回放帧数具体标示于技术规格表;不过由于是透过主处理器作软解压,因此一般而言回放画面比较有弹性。

  有关压缩与解压缩还有几点必须特别注意的是:

  (1)上述有关压缩比的比较是以相同的录像质量为基准。事实上,每一种压缩方式皆有其质量参数可供设定,质量愈低,压缩比愈高,反之亦然。至于各产品的最佳质量如何,则根据该硬盘录像机所能处理的资料流量而定,也因此许多产品,尤其是压缩方式比较不先进的,只好勉强增加压缩比以降低其资料流量,从而牺牲其录像质量了。

  (2)许多压缩比较低的产品,其不含硬盘时的硬盘录像机成本较低,不过由于其所需硬盘容量数倍于压缩比较高的产品,因此其含硬盘之后的综合成本反而比压缩比高的产品高出许多。特别在需要长时间存储录像的场合。

  (3)部分软压与软解的产品亦会宣称其为硬压与硬解,使用者可根据前面所述细加分辨,或者以实测验证。


  硬盘与录像资料的存取

  硬盘录像机的另一重要关键就在硬盘与录像资料的处理,因为硬盘录像机完全依赖硬盘储存所有的录像资料。然而比较可惜的是,除了少数专业厂商能够设计出适合硬盘录像机特性的存取方式之外,绝大多数厂商都只能完全倚赖操作系统提供的档案管理系统,或是使用低阶的硬盘I/O读写方式,无法满足硬盘录像机真正的录像资料存取需求。

  以下就目前较为常见的硬盘录像机录像资料存取方式讨论其优缺点:

  (1)PC-based视窗档案管理系统

  这是多数PC-based硬盘录像机所采用的资料存取方式,其优点是厂商设计门槛低,且具有良好的内部资料夹树状结构,易于寻找录像资料,然而PC-based视窗档案管理系统是设计给PC使用,而不是专为监控用硬盘录像机设计,因此其缺点不少,也非常严重:

  (a)资料存取效能不佳,不适合长期、不间断、大量的录像资料储存。

  (b)硬盘资料录满后重复写入时会造成实际储存位置凌乱,此点会造成资料存取的速度愈来愈差,也会缩短硬盘使用寿命。

  (c)视窗档案管理系统需要大量硬盘容量储存暂时性资料,容易发生死机的问题。

  (d)断电后复电无法自动迅速恢复,造成硬盘录像机不录的问题,有时还会损毁硬盘录像资料。

  (e)寻找、回放录像资料时,容易造成录像帧数减少的问题。

  (2)PC-based服务器档案管理系统

  这是另一种PC-based硬盘录像机所采用的资料存取方式,然而PC-based服务器档案管理系统是设计给PC型档案服务器使用,也不是专为硬盘录像机设计,因此其优缺点与PC-based视窗档案管理系统类似,不过其缺点比较没那么严重,断电后复电也能自动恢复。

  (3)Linux档案管理系统

  Linux档案管理系统是极佳的服务器档案管理系统,也因此愈来愈多的硬盘录像机采用Linux作为其操作系统,早期的EXT2档案管理系统已经相当稳定,最新的EXT3则更为稳定,效能也更好,不过Linux档案管理系统毕竟也不是专为硬盘录像机设计,其优缺点如下:

  (a)断电后复电时能够自动恢复,不会造成硬盘录像机不录的问题,也不会损毁硬盘录像资料。

  (b)具有良好的内部资料夹树状结构,易于寻找录像资料。

  (c)硬盘资料录满后重复写入时仍会造成实际储存位置凌乱,因此仍会造成资料存取的速度愈来愈差,也会缩短硬盘使用寿命。

  (d)寻找、回放录像资料时,仍会造成录像帧数减少的问题。

  (4)低阶I/O读写方式

  部分产品采用此类资料存取方式,尤其是缺乏Linux或视窗操作系统支持的硬盘录像机,由于厂商几乎不可能自行设计出一套复杂的档案管理系统,因此此类产品其优缺点也就显而易见:

  (a)硬盘资料录满后重复写入时不会造成实际储存位置凌乱。

  (b)断电后复电时能够自动恢复,不会造成硬盘录像机不录的问题。

  (c)适合长期、不间断的单纯录像,不过由于缺乏高效能的档案管理系统,因此录像时效能不佳,不适合大量资料的录像。

  (d)录像资料寻找效能不佳,部分产品甚至容易于寻找资料时发生死机的问题。

  

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关键字:嵌入式硬盘录像机  DVR

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2010/1222/article_3370.html
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