DVR种类及关键技术

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1、DVR种类及关键技术数字热浪袭来，使得DVR产品成为安全监控市场最新兴的明星商品。DVR可完成画面分割、处理、录像的功能，堪称是一台智能数字监控录像主机。市场上对其压缩技术、操作平台的优劣争论不休，更直接地促进了DVR各种技术的发展及演进；本文将从DVR的原理、类型及关键技术等方面为各位做探讨。模拟式磁带录放机（Video Cassette Recorder；VCR）面市的时间已超过20年，产品技术发展得相当成熟，在市场上的接受度也很高，然而其在某些功能上，已逐渐无法满足消费者的需求。 数字影像储存设备（Digital Video Recorder；DVR）的兴起，使得录放机市场起了一场大革命

2、。DVR采数字方式存录影像，具有整合性高、功能多样、可重复录像、影像搜寻方便、画质清晰、不需耗材等特色，逐渐取代了画面分辨率不够、无法快速搜寻画面、所需耗材庞大的VCR。DVR与VCR的比较如表1所示。DVR采用数字压缩技术，用硬盘来储存影像，集画面分割、视频切换、录像机的功能于一体，本身可连接传感器、警报器，尚具有移动侦测、通过译码器控制云台和镜头、通过网络传输图象和控制信号等功能，所以事实上它可被称做是一台智能数字监控录像主机。DVR的基本分类DVR在发展初期由于百家争鸣、种类繁多，让业内相关人士颇有眼花撩乱之感，在经过一段时间的变化后，各种型态的分类也大致成形。根据台湾工业技术研究院光电

3、工业研究所光电产业发展剖析报告中，大致将所有的DVR分成三个类别：一数字STB类型STB指的是Set-top Box（一般译成：数字卫星接收器、机顶盒、电视上网机、随选视讯盒等，由于译名分歧，故在此以STB统称之）。数字STB类型的DVR在性质上属于功能整合性的讯号接收平台，以提供数字录像功能与接收数字广播及互动应用的讯号为主，可选择接收数字无线地面传播（Digital Terrestrial）、数字有线电视传播（Digital Cable）、数字卫星传播（Digital Satellite）等不同种类的传播讯号。二PC-based类型PC-based类型的DVR其应用平台为一般的PC、手提电

4、脑等。在PC内装置一片或多片影像撷取卡，利用软件进行影像压缩并执行影像编辑功能，系统较不稳定。三单机（Standalone）类型单机型的DVR乃重新利用CPU及RAM来开发设计，采用专属的软件程序，研发成本较高。采用硬件压缩，品质稳定，不会有死机的问题产生，且在影像储存速度、分辨率及影像画质上都有较大的改善。这类型的产品只单纯提供数字录放影功能，而不附加其它如广播讯号接收、上网际网络等功能。由于应用在安全监视领域的产品多属于上述的第2类及第3类，因此本文将仅就这两个类型做探讨。PC-based类型与单机类型系统孰优孰劣的争议，到目前为止仍无法下定论。目前虽以PC-based的DVR占市场多数，

5、但据观察，两种类型的产品将各自产生市场区隔。1995年即投入DVR领域发展的日本Ikegami公司，其海外部经理Yasuhiko Saito就指出：DVR市场将朝向两个不同方向发展，一方面，由于RTOS(Real time Operation System，实时操作系统)在运作时的可靠性，预料会有很大的发展；但另一方面，对强调可联网工作的DVR产品，Windows操作系统则因为操作简单而将成为另一种主流。DVR的关键技术DVR的技术目前仍不断在发展中，而其中的关键技术在于操作系统及影像压缩技术。一操作系统1. 以Windows为操作接口对于以PC为主要架构的DVR来说，Windows平台以其使

6、用简单、应用普遍等特点而名列各种操作系统名单的榜首。韩国3R集团总裁Sung-Ik Chang表示：目前大多数DVR及其相关产品的厂商都采用基于Windows的操作系统；尤其在美国这样的大市场，用户为了日后维护方便，多倾向于使用基于Windows的DVR产品。韩国Digital Logic公司海外市场部经理Jonathan Kim也说：我们认为Windows操作系统是最适合DVR系列产品的。因为Windows是目前较通用的操作系统，因此具备较高的支持性，不论任何地方Windows都可以支持大部分相关产品。此外，Windows在软件升级方面，也强于其它操作系统。由于近年来IT产业与安防产业密切相

7、关，因此当数字技术在IT产业日进万里的同时，相关技术发展势必影响安全产业。Windows之所以会被众多厂商所爱用，乃是因为它具有强大的可升级性。厂商认为，由于DVR系统不可能长期停留在固定水平，因此可升级性势必成为系统发展的关键点。如果考量汰旧成本，一旦用户对于既有系统产生更高的要求或者原有的系统暴露出一些缺陷，大部分的用户不太可能去买一套全新的系统来替换，如此一来，产品的升级就成为首要的解决方案。尽管供货商认为，系统的稳定性取决于用户的实际操作方式，然而，Windows操作系统本身的不稳定性，仍令使用者相当质疑。有厂商就表示，如果只单纯使用监控系统，Windows 98系统相当稳定；但如果在

8、Windows平台上同时运行别的程序，系统不稳定、甚至死机就无可避免。2. 以Linux为操作接口IT业界中Windows和Linux操作平台的激烈竞争也延烧到安防产业。Linux是一种可多人使用的作业环境，可让多位使用者在同一时间内同时使用计算机主机的资源。Linux提供完整的多人(Multiuser)、多任务(Multitasking)及多行程(Multiprocessing)环境，可由网络上下载使用。由于其原始程序代码（Source Code）是公开的，因此可以任意开发、修改，故Linux的使用者并不须烦恼缺乏需要的应用程序，加速了研发的速度，且系统本身以及大部分的应用程序是免费的，让开

9、发者省下大笔的研发费用。此外，对硬件需求较低的Linux，可令使用者节省更多的硬件成本投入，整体产品成本随之降低。随着网际网络的盛行，全球使用Linux的人愈来愈多，也吸引了无数的开发人员投入改良核心、发展应用软件以及硬件周边驱动程序的行列，使Linux功能和完整性日益扩大，成为各方注目焦点。此外，Linux是以网络环境为基础的操作系统，具有完整的网络功能，使用者可以在Linux下以单机连上Internet，也可架设局域网络（LAN）；还可以以Linux架设各种Server，提供在Internet以及Intranet的邮件、FTP、Web.各种服务。 在这样的趋势之下，Linux成为DVR制造

10、商跃跃欲试的操作系统。有些供货商甚至表示Linux比Windows更适合应用在DVR上。韩国Eastern Info-Com公司海外市场部协理Hyoksang Kwon即表示：由于Windows较不稳定，且价格颇高，相形之下，Linux看起来是最有发展潜力的主流操作系统。实际上，现在就下Linux作为DVR的操作系统会优于Windows这样的结论仍嫌太早。据其它制造商反应，Linux在兼容性方面仍存在着一些问题，如打印机支持、Internet联接等方面，都不如Windows。此外，对于已习惯使用Windows应用程序的使用者而言，刚开始会不适应Linux的作业方式；而针对Linux可读取Win

11、dows的档案，但目前Linux仍有无法让Windows系统读取档案的缺点，加上Linux为后来崛起之操作系统，故在目前维护人员并非十分充足的情形下，许多使用厂商在选择使用Linux系统时也会有一定的心理障碍。3. 以RTOS为操作接口对于单机型或非PC-based的DVR来说，RTOS（Real Time Operation System）是最佳的操作系统，目前市面上这种类型的供货商以韩国和日本为主。许多韩国厂商如3R、Korea Computer Technologies、 Kodicom、Artinix等认为，单机型DVR具有高经济效益、稳定性高及与既有的安防控制器有高兼容性等特点，因此

12、在前一阵子都陆续推出了单机型的DVR。对于日本厂商而言，会致力于发展单机型DVR主要是基于对图像清晰度的考量，目前，大多数PC-based DVR的图像品质都不如单机型的DVR。然而，单机型DVR目前面临的最大挑战在于联网功能。在联网工作普及的今天，已有越来越多的用户使用网络，韩国Digital Logic公司的Jonathan Kim即表示：当我们谈论单机型DVR时，经常遗漏掉网络化的远程控制部分。但DVR系统如果不能和网络衔接，坦白说，那就不能称为DVR系统。部份西方的制造商也有相同的观点，例如美国、德国、英国以及其它北欧国家，已经将网络功能视为是数字CCTV产品的关键。英国Dedicat

13、ed Micros执行总经理Mike Fawcett举例说明：英国的化工、制药厂采用了具备网络功能的DVR设备，除了节省大量人力的开销外，更可以在任何地方监看工作人员和生产线状况，因此节省不少成本。可联网的特性让用户可以透过LAN/WAN、Internet等网络进行远程监看。这个特性已被预测成为将来CCTV市场的主流。为了让产品具备联网功能，单机型DVR制造商陷入价格vs.功能的两难局面。韩国Korea Computer Technology公司总经理Y. H. Min指出：为了让DVR具备联网功能，我们必须在单机型DVR中添加某些芯片。为此，我们必须增加投资金额及成本，在价格竞争日益剧烈的情

14、况下，成本的增加对我们相当不利。二压缩技术现阶段DVR所采用的压缩技术以JPEG、MPEG1、MPEG2为主。严格说起来，这些压缩技术都未必能完全符合长时间录像的需求。1. JPEGJPEG的压缩倍数为2080倍，适合静态画面的压缩，分辨率没有选择的余地。以往的JPEG压缩技术是直接处理整个画面，所以要等到整个压缩档案传输完成才开始进行解压缩成影像画面，而这样的方式造成传输一个高解析画面时须耗时数十秒甚至数分钟。而新一代的JPEG是采取渐层式技术，先传输低解析的图档，然后再补送细部之资料，使画面品质改善。这种方式所需的时间虽然与原先的方式一样，但由于可以先看到画面，所以使用者会觉得这种方式较好

15、。2. MPEG1及MPEG2而MPEG1、MPEG2在影像移动不大的情况下其压缩倍数约为100倍（一般VCD、DVD约为35倍），若从VCD、DVD的规格来看，MPEG1的分辨率为320 240（或以下），MPEG2则通常为720 480。MPEG1、MPEG2是传送一张张不同动作的局部画面。3. MPEG4至于压缩倍数为450倍(静态图像可达800倍)，分辨率输入可从320 240到1280 1024的MPEG4，则是专为移动通信设备(例如移动电话)在英特网实时传输音/视频讯号而制定的最新MPEG标准。MPEG4和MPEG以往的版本相比，最大不同之处在于MPEG4使用图层(layer)方式

16、，能够智能化选择影像的不同之处，在压缩下个别编辑画面，使图文件容量大幅缩减，而加速音/视频的传输。有人认为MPEG4的出现，对于DVR厂商而言无疑是一大福音，然而也有厂商认为，MPEG4规格虽已定出，但实际应用于DVR的技术上却尚未成熟，现阶段无论以软、硬件来实现都有待突破（详情技术篇MPEG4压缩技术于DVR的应用一文）。对于哪种压缩方式较适用于DVR产品的看法，厂商的意见相当分歧。韩国3R公司的Sung-IK Chang具体指出：大体来说，压缩技术采用两种方法，一种是intraframe，另一种是Interframe。Interframe可区分每幅影像的差异，并只传送影像不同的部分，H.2

17、63和MPEG是这种格式的代表。而Intraframe方式则把一个动画分解成若干个固定的画面一幅一幅的传输，以Wavelet 和Motion JPEG为此方式的代表。从传输效率考量，Interframe在性能上要远远优于Intraframe；而且，Interframe技术在画面变动较小情况下，能提供相当不错的画质。然而，安全产品的用户必须考虑到图象画质的问题，在这一点上MPEG较Wavelet和JPEG要逊色。Digital Logic公司的Jonathan Kim就表示：我们承认MPEG4在视频压缩方面比较优秀，但MPEG系列皆存在着图象干扰和画面扭曲失真的情况。如果用户想购买存储量大的DV

18、R，他可以考虑MPEG压缩格式；但如果用户希望能有良好的画质，则应该考虑其它的压缩方式；至于那种方式好，则取决于客户需求。Eastern Info-com公司的Hyoksang认为：图象清晰度，和图象的压缩率、CPU以及其它相关硬件的负载是成反比的，由于MPEG4具有极高的压缩率，因此导致图象的不清晰，要达到安防产业对于图象要求的标准，还有很大的改进空间。DM公司的执行总裁Mike Fawcett进一步指出：对于静止的画面，不论用JPEG方式压缩还是MPEG方式压缩，传输的速度都是一样的。然而，如果物体是呈现运动状态，则MPEG格式不会立即反应传输，这是因为MPEG格式传输的速度较慢，或者监控

19、中的场景容易出现干扰。他认为，JPEG压缩技术不论在图象画质还是在传输速度上，都更加适合安防产业。他说：我认为JPEG的品质较好，较具有竞争力，也较安全。随着DVR技术的不断发展、存储容量逐步扩大，用户会对画质的要求必然越来越高。英国Visionfactory董事长David Beanland表示：尽管JPEG和Wavelet格式的图象需要占用较大的存储空间，但这种压缩技术在DVR产业仍然是主流。毫无疑问地，DVR的存储容量会逐步扩展，存储容量达200GB以上的DVR最慢会在2、3年后出现于市面上。一旦容量问题得到解决，使用者便会将焦点放在图象的画质，而MPEG压缩技术方式将会被淘汰。Bean

20、land也同时质疑MPEG压缩技术录制的图象是否能作为可靠的法庭证据，目前在欧美市场还值得商榷。现任职于飞利浦公司，具有14年经验的Alan Everid则认为对于DVR产品而言，Wavelet是最好的压缩方式。主要原因在于Wavelet移除了图象的高频成分(high frequency components)，仅保留单帧图象信号。这个特点，特别适用于画面变更频繁的场合，例如多画面分时显示。不过，Wavelet虽然符合安防产业的图象要求，但在考量联网与否的因素下，读者需注意Wavelet并非现行的IT网络所普遍支持的格式，所以在联网的使用上会有所限制。储存介质及容量量为了记录不不断进行中的的影

21、像变化，DDVR的储存存介质及其容容量大小也是是众人关注的的问题之一。以以目前市面上上DVR产品品最常使用的的储存介质硬盘而言，若若要保留8路路影像、300天的图象记记录，最少需需要300GGB的硬盘容容量，而由于于硬盘价格居居高不下，造造成使用者很很大的成本负负担。值得高高兴的是，目目前各国在硬硬盘记录密度度研究上均投投入很大心力力，使得硬盘盘记录密度提提升、单位容容量储存成本本大幅降低。由由此可见，储储存介质的大容量及及低价化将影响DVVR在市场上上的接受度。而而在未来，DDVR除了在在硬盘容量加加大、系统稳稳定度提高、高高画质录像影影像之外，将将朝实行录像像、产品多功功能、网络传传输功能

22、强等等趋势发展。而而相信价格的的合理化也将将会带动整个个DVR产品品在市场上的的普及化及大大众化，届时时，DVR将将会取代原有有的模拟设备备，成为安全全监控领域的的要角。DVR的核心技技术、产品种种类及发展趋趋向DVR系系统的技术，主主要表现在图图像采集速率率、图像压缩缩方式、硬磁磁盘信息的存存取调度、解解压缩方案、系系统功能等诸诸多方面。 DVR的应应用面非常广广泛，包括银银行柜员制和和ATM机监监控、机场候候机大厅、购购物广场、商商业中心等诸诸多场合，也也包括居住小小区、婴幼儿儿监护、老年年银发族护理理等场所，能能有效地改善善或替代现有有的模拟监控控系统。它将将会是未来数数字化监控的的领头

23、羊，已已成为21世世纪初的发烧烧产品，因其其技术先进成成熟而将得到到更广泛的应应用。也极可可能作为磁带带录像机VCCR的新一代代替代产品，与与可录像的DDVD-RAAM一道大举举进入家庭，成成为新型的信信息家电产品品之一，市场场前景极为广广阔。DVR的核心技技术 一般而而言，图像的的压缩/解压压缩方法是硬硬盘录像机的的核心技术之之一，目前硬硬盘录像机采采用的图像压压缩技术(IImage Data Comprressioon)主要有有：Motiion JPPEG它是一一种基于静态态图象压缩技技术JPEGG发展起来的的动态图象压压缩技术，可可以生成序列列化的运动图图像。其主要要特点是基本本不考虑视

24、频频流中不同帧帧之间的变化化，只单独对对某一帧进行行压缩。M-JPEG压压缩技术可以以获取清晰度度很高的视频频图像，而且且可以灵活设设置每路的视视频清晰度和和压缩帧数。因因其压缩后之之格式可读单单一画面，所所以可以任意意剪接。M-JPEG因因采用帧内压压缩方式也适适于视频编辑辑。M-JPPEG的缺点点一是压缩效效率低，M-JPEG算算法是根据每每一帧图像的的内容进行压压缩，而不是是根据相邻帧帧图像之间的的差异来进行行压缩，因此此造成了大量量冗余信息被被重复存储，存存储占用的空空间大到每帧帧820kk字节，最好好也只能做到到每帧3k字字节。另外一一点是它的实实时性差，在在保证每路都都必需是高清清

25、晰度的前提提下，很难完完成实时压缩缩，而且丢帧帧现象严重，但但如果采用高高压缩比则视视频质量会严严重降低。JJPEG的新新进展是多层层式JPEGG（ML-JJPEG）压压缩技术。它它先传低清晰晰度的画面，故故成像速度快快很多；再补补送细节的压压缩资料，使使画面品质改改善；然后再再补送更细节节的压缩资料料，使画面品品质更加改善善，这样JPPEG的画面面呈现由低清清晰度到高清清晰度、由模模糊到清楚。MPEG1视音频压缩标准用于CDROM上存储同步和彩色运动视频信号，旨在达到VCR质量，其视频压缩率为26：1。MPEG1可使图像在空间轴上最多压缩1/38，在时间轴上对相对变化较小的数据最多压缩1/5

26、。MPEG1压缩后的数据传输率为1.5Mbps，压缩后的源输入格式SIF（Source Input Format），分辩率为352像素288行（PAL制），亮度信号的分辩率为360240，色度信号的分辩率为180120，每秒30帧。MPEG1对色差分量采用4：1：1的二次采样率。与M-JPEG技术相比较，MPEG1在实时压缩、每帧数据量、处理速度上均有显着的提高；PAL制时，MPEG1可以满足多达16路以上25帧/秒的压缩速度，在500kbit/s的压缩码流和352像素288行的清晰度下，每帧大小仅为2k。此外，在实现方式上，MPEG1可以借助于现有的解码芯片来完成，而不像M-JPEG那样过多

27、依赖于主机的CPU。于软件压缩相比，硬件压缩可以节省计算机资源，降低系统成本。MPEG1虽然是目前实时视频压缩的主流，但也存在着诸多不足。一是压缩比还不够大，在多路监控情况下，录像所要求的磁盘空间过大。二是图像清晰度还不够高。三是对传输图像的带宽有一定的要求，在普通电话线窄带网络上无法实现远程多路视频传送。四是MPEG1的录像帧数固定为每秒25帧，不能丢帧录像，使用灵活性较差。MPEG2视音频压缩标准对每秒30帧的720576分辩率的视频信号进行压缩，适用于计算机显示质量的图象，压缩后的数据率为6Mbps，它是将视频节目中的视频、音频、数据内容等组成部分复合成单一的比特流，以使在网上传送或者在

28、存储设备中存放的压缩。在选择压缩设备时，应考虑是否支持4：2：2编解码格式。MPEG4是利用电话线作为传输介质的超低码率的视音频压缩标准，用于每秒10帧低速率和64Kbps低带宽的中分辨率视频会议。新的目标确定为支持各种多媒体应用（主要侧重于对多媒体信息内容的访问），并可根据应用的不同要求现场配置解码器。它与基于专用硬件的压缩编码方法不同之处是编码系统是开放的，可以随时加入新的有效的算法模块。MPEG4是基于帧重建算法来压缩和传输数据，通过动态地监测图像个个区域的变化，根据对象的空间和时间特征来调整压缩方法，从而可以获得比MPEG1更大的压缩比、更低的压缩码流和更佳的图像质量。MPEG4的应用

29、目标是针对窄带传输、高画质压缩、交互式操作以及将自然物体与人造物体相融合的表达方式，同时还特别强调广泛的适应性和可扩展性(见表1)。小波变换（wavelet transform）压缩比可达70：1或更高，压缩复杂度约为JPEG的3倍，它为MPEG4采用，因为图像的小波分解非常适宜于视频图像压缩，使图像压缩成为小波理论最成功的应用领域之一。目前大多数DVR系统采用的是Motion JPEG动画画像压缩（JPEG静态压缩的变型）、MPEG1压缩等成熟技术，压缩比在1：10 到1：200之间。也有采用MPEG2技术使图像处理速度更快且价格合理的芯片推出。采用最新MPEG4压缩的机型已经出现（如加拿大

30、UniVision公司的Pico2000和Multivision等），这样便可顺利解决存储媒体容量、影像压缩技术、影像处理和传输速度这三大问题，同时价格也能为消费者所接受。为了提高压缩比，有的系统采用了小波压缩技术。DVR对图像的压缩大多采用硬件压缩方式，但也有采用软件压缩方式的。由于系统多以工业PC机为平台，因此解压缩采用软解压方案的居多。但为了提升产品的功能，日本产品大多通过采用IC压缩芯片来获得高清晰度画质，并特别重视录像的实时性。在DVR操作方式上，日本产品多采用控制面板和矩阵等硬件，而韩国则以鼠标操作为主。硬盘录像机产品品面面观 国国内市场上的的DVR产品品玲琅满目，有有不下2000

31、种之多。但但从水平和性性能划分，大大致有以下三三种类型：单单路音视频硬硬盘录像机目目前的主要市市场是用于替替代银行储蓄蓄所柜员监控控原先采用的的单道VHSS录像机，作作1-1对应应形替代。此此类产品多属属自主开发，未未来可能转向向家用。单路路音视频硬盘盘录像机中值值得一提的是是，可用作流流动视频监控控的带活动硬硬盘系统。该该硬盘可随时时卸下，通过过接口连入计计算机后即可可读出记录的的图像并进行行处理。中档档多路视频输输入硬盘录像像机有些硬盘盘录像机带有有一路或最多多8路的音频频功能，多为为OEM产品品，特别是采采用韩国生产产的板卡。目目前市场上较较知名的如下下：A.欧美美产品欧美代代表性产品如

32、如美国Sennsormaatic的IIntelllex三工型型数码录象管管理系统、JJams IInternnationnal Coorp.号称称是全实时产产品的ProoDVD（国国内品牌是松松本智能）、英英国Dediicatedd Micrros的Diigitall Spriite Liite多画面面数字信号存存储主机等。产产品特点是稳稳定性好，图图像采集速率率并不高，有有的16路输输入系统的总总资源仅有225帧，一般般最高也仅为为100帧左左右，但价格格偏高。B.日本产品以以日本池川(IKEGAAWA)公司司的SNDVVR160产产品为例，其其号称为五工工型数字硬盘盘监控系统，即即现场监视

33、、硬硬盘录像、智智能回放、远远程登录访问问、资料备份份这5种功能能可同时同步步进行。有每每秒50场的的独特录像方方式。有166路视音频输输入、5路监监视器输出、11路音频输出出，在一定范范围内可替代代视频矩阵切切换控制器，是是DVR中有有代表性的产产品。C.韩韩国产品韩国国强调数字立立国，在DVVR方面有一一定的优势，不不断有新产品品推出，特别别是在图像的的采集速度和和影像回放速速度上，均有有上乘表现。韩韩国公司一般般规模不大，技技术主要集中中在几家公司司，如：EAASTERNN INFOO.COM、KKODICOOM、LG Interrnatioonal、IIDIS、昌昌兴信息通讯讯株式会社

34、（CCTEC）、PPicasoo、3R等。代代表性产品有有LG Innternaationaal的LDVVR20000、30000系列，EAASTERNN INFOO.COM的的DRS产品品，以及Piicaso的的JDVRSS 50000产品。以EEASTERRN INFFO.COMM的DRS产产品为例，有有总资源每秒秒30帧、660帧、900帧、1200帧等不同型型号，均可接接4路、8路路、16路视视频输入，采采用的视频压压缩技术每帧帧为3100K。当前主主销产品为iiDRS50000系列、iiDRS MM系列、iDDRS NEET系列，iiDRS MM系列的图像像分辨率达到到768X557

35、6，图像像质量好。而而Picasso公司166路摄像机输输入产品JDDVRS 55000压缩缩方式采用MMJPEG，每每帧存储容量量为3122 KB，图图像分辨率3320X2440，显示速速度200帧帧/秒，录像像速度1600帧/秒，有有音频输出和和RS4855接口的PTTZ控制，有有每路10个个区域并可调调节灵敏度的的移动检测功功能，能连续续录像或根据据移动检测、传传感器、按日日程录像，可可通过PSTTN、ISDDN和TCPP/IP实现现远程控制。此此种板卡国内内使用较多。 非PC类嵌嵌入式硬盘录录像机采用WWindowws操作系统统的DVR，因因是开放式的的操作系统故故具有用户友友好的图形

36、/用户接口GGUI等诸多多优点，但它它也有如Wiindowss 固有的不不稳定性及支支持CPU受受到限制等缺缺点。硬盘录录像机的发展展趋势之一是是从以PC机机为平台中脱脱身，这样能能克服因Wiindowss操作系统原原因引起的死死机及存储图图像混乱。改改为具有嵌入入式结构的非非Windoows专业化化机，由硬件件作压缩与解解压缩，可达达到实时录像像和实时回放放图像的理想想境界。目前前已有许多专专业化机产品品问世，具代代表性的有：1. 韩国国浦项数据公公司的POSS-Watcch产品：该该产品采用能能嵌入ROMM/快闪存储储器中的实时时操作系统RRTOS，其其最大优点是是它能够支持持TI 公司司

37、的DSP。2. 日本SONY的数码监控录象机HSR-1P：该数码监控录像机以硬盘作为最初的记录媒体，提供迅速、高质量和连续的逐场记录，之后这些记录内容会按要求转移到第二记录媒体DV磁带，DV磁带能提供迅高密度和高质量的长时间记录，使用一盘（270分钟）DV磁带，可提供超过60GB的存储量。而且刷新率很高，在24小时记录模式时，16台摄像机输入情况下，每台摄像机的记录间隔仅为0.8秒，性能价格比非常高。3. 美国GYYR的数字视频管理系统DVMS：该产品不基于PC机，其采用的操作系统QNX ，是来源于UNIX并成功应用于核反应堆控制的实时操作系统，杜绝丢帧现象或系统性能的降低；采用Wavelet

38、压缩格式，图像质量和压缩要优于MJPEG；具有音频记录和远程接入功能；与传统的CCTV设备能很好地兼容。未来硬盘录像机机的走向 MMPEG4可可能成为DVVR压缩技术术的新宠MPPEG4基于于场景描述和和面向带宽设设计的特点，使使得它也非常常适合用于视视频监控领域域，主要体现现在以下几个个方面：1. 存储空间间得到节省：采用MPEEG4的视音音频全同步录录像所需的硬硬盘空间，约约为相同图像像质量的MPPEG1或MM-JPEGG所需空间的的1/10。此此外，MPEEG4因能根根据场景变化化自动调整压压缩方法，故故对静止图像像、一般运动动场景、剧烈烈活动场景均均能保证图像像质量不会劣劣化。2. 图

39、像质量高高：MPEGG4的最高图图像分辨率为为7205776，接近DDVD画面效效果；基于AAV对象压缩缩的模式决定定了它对运动动物体可以保保证有良好的的清晰度。33. 对网络络传输带宽要要求不高：在在64kHzz的带宽上，MMPEG1和和M-JPEEG平均只能能传1/2帧帧，而MPEEG4可以传传57帧。当当前可用于远远程监控的传传输网络主要要有公共电话话网PSTNN（带宽664kHz）、综综合业务数据据网ISDNN（带宽644k1288 k）、非非对称数字业业务网ADSSL（上传带带宽为1288kHz，下下传带宽为11MHz）、DDDN专线（带带宽64k2 M）、局局域网LANN（带宽为1

40、10M1000 M）。如如果采用MPPEG1或MM-JPEGG来做多路远远程监控，则则必须采用价价高的DDNN专线或局域域网LAN；而采用MPPEG4压缩缩技术后，就就可以使用带带宽更低的网网络，大大节节省网络费用用。4. 有有可变带宽：MPEG44码流可调，网网络传输速率率可以设定为为56k3384 k，清清晰度也可在在一定范围内内作相应的变变化。这样用用户就可以根根据需要对录录像时间、传传输路数及图图像清晰度作作不同的设置置，增加了系系统使用的灵灵活性。5. 网络传输输错误恢复能能力强：当网网络进行传输输有误码或丢丢包现象时，MMPEG4受受到的影响很很小，并且能能够很快恢复复。例如在误误

41、码达到1%时，MPEEG1已无法法播放，而MMPEG4只只会有轻微的的边缘模糊。又又如当网络传传输出现瞬间间丢包现象时时，MPEGG1恢复至少少需要10多多秒，而MPPEG4只需需13秒。6. 能对图像进行判别：MPEG4是根据图像内容，将其中的对象（物体、人物、背景）分离出来分别进行压缩，这不仅大大提高了压缩比，也使图像探测的功能和准确性更充分地体现出来。此外，MPEG4引入了“AV对象（Audio/Visual Objects）”的概念，使得更多的交互式操作成为可能。MPEG4采用这一概念来表示听觉、视觉或者视听组合内容。MPEG4 允许组合已有的AV对象来生成复合的AV对象，并由此生成A

42、V场景。它还可以对AV对象的数据灵活地进行多路合成与同步，以便选择合适的网络来传输这些对象数据。还允许接收端的用户在AV场景中对AV对象进行交互操作。MPEG4的这些特点为利用图像测控和图像处理实施安全检查和安全防范提供了新的技术途径。近期已出现了支持MPEG-4/H.261 /H.263的单芯片视频编解码器（Video Streaming Engine），该芯片是基于MPEG-4、ITU-H.324（POTS）、ITU-H.323（LAN 和Internet）、ITU-H.320（ISDN）等标准的。还有具有MPEG-4/Wavelet、MPEG-4/H.323等类先进压缩方式的板卡推出。D

43、VR的操作系统将呈现多样化既有便于连网的Windows操作系统（Windows-based DVR）外，也出现了以Linux开发的系统（Linux-based DVR）和非基于PC的单机型系统（RTOS-based DVR）等不同类型的装置。但Linux在Internet联接方面不如Windows，单机型DVR虽然有高稳定性、与现有安防设备兼容性好等特点，特别是图像的清晰度高，但同样面临联网的难题。而可联网的特性因能通过LAN/WAN、Internet等网络进行远程监控一定会是未来应用的主流。很快会出现嵌入式网络型硬盘录像机即整机采用嵌入式结构，内置小型网络操作系统，预留扩展闪存系统，具有网络

44、地址、网关、子网掩码等。后端使用卡类扩充式结构，根据内部信息情况，支持不同的压缩卡及压缩结构方式；根据使用要求可插入不同路数的板卡，对卡的要求上实现总线、带宽等方面的完善，同时具备本地及远程网络监控和录像能力，可以实现音视频的同步传输和录制，最终实现完全的网络硬盘录像机。加拿大MultiVision公司除推出硬盘录像机NETSERVER外，还推出了基于PC机的远程监控中心管理系统UCW，通过局域网、ISDN、 DDN、广域网等传输方式，在同一屏幕下可对36个网点的NETSERVER硬盘录像机进行集中管理，实现视频监控、云台镜头控制、回放录像资料等遥控操作（见图）。追求高品质画面并可动态分配追求

45、接近800X600像素的高品质画面同时能够对每路的清晰度作动态分配。目前已有录像/回放分辨率达到704X576质量的产品问世，并能在回放中作任意局部无级电子放大，搜索帧和记录帧可看清细节部分。此外，记录图像回放的显示速率为不少用户所关注，特别是国内存在着过分强调“实时性”的误区，不管应用场合地追求每秒25帧，尤以银行界为最。依作者之愚见，在技术可能、价格可被接受和保证系统可靠性的前提下，能达到每路均实时当然最好，不行的话不妨退一步，采用总资源动态分配方案来保证重点应用可能更为现实。除记录图像外，还有同步录音功能。录音功能已被越来越多的应用所要求，音频压缩采用G.711或G.728等标准。目前声

46、音的存储效率已达到每路每小时仅需15MB，图像的存储效率达到每路每小时只需120MB。未来发展的重点之一将会是音视频同步压缩技术的研发。当前，在DVR图像压缩与声音压缩还存在不完全同步的情况下（约有11.5秒失步），有的公司改为使用VCD机板卡、采用MPEG1压缩方式来实现图像与声音的同步，也不失为另一种途径。此外，还要做到录像与回放同步，保持系统的稳定性。硬盘容量与图像资料的转存备份应作统一考虑单体硬盘容量较大的为80GB，一台DVR机可挂4个，从而达到320 GB。虽然价格较高，但还是受到银行类用户的青睐。不过对于一般应用来说，还是以一台40 GB硬盘加上一台DV格式磁带机DAT或以刻录机

47、CD-R/W、DVD等作为转存媒体这种配置更为合理。对于需要超大容量存储的应用，则可采用挂接磁盘阵列方式。现在，松下公司的WJ-HD500硬盘录像机最大容量是1040 GB（26X40GB），而英国DM公司产品更高达2100 GB。将逐步提升为数字式监控主机的雏形一方面需增大单机可同时处理图像的路数，现国内外都同步推出了100路以上的超大规模硬盘录像机，将大型专业服务器引入数字录像监控系统。国内如中芯数字技术公司采用符合MPEG 4框架的超小波压缩算法，采用Linux操作系统，稳定性高，每路视音频同步。Honeywell澳大利亚公司推出了540路视频输入的系统DVM；美国Discover公司新

48、推出的Web-DVMS网络监控系统，每台Web-DVMS机可接108台摄像机，系统可对5台Web-DVMS机作集成管理，从而最多可连接540台摄像机。另一方面是采用MPEG 4等更有效的压缩技术，实现高密度大容量的数字录像，利用并行图像处理和调用技术来实现更多画面和功能更全的灵活显示，采用嵌入式单芯片系统（SOC：System On a Chip）体系结构，赋于其更多的切换与控制功能，同时具有更强大和速度更快的图像远程传输能力。现在DM 公司的Digital Sprite Lite已号称是视频网络数字全功能主机，既能传送视频网络图像，也能经由网络控制摄像前端的动作。MPEG-4压压缩技术于DD

49、VR的应用用影像压缩、程程序开发能力力、硬盘控制制技术等均是是影响DVRR发展的关键键技术，其中中，影像压缩缩技术的优劣劣直接影响影影像品质、储储存资料量和和传输速度，是是目前所有DDVR制造商商加紧研发的的主要项目之之一，而具有有高压缩比的的MPEG-4的发展，则则是许多业者者共同关切的的议题。何谓谓MPEG-4？简言之之，MPEGG-4是为在在网际网络上上或移动通信信设备（例如如行动电话）上上实时传输音音/视频讯号号而制定的最最新MPEGG标准（Thhe Staandardd for Multiimediaa for the WWeb annd Mobbilityy）。MPEEG-4采用用

50、Objecct Bassed方式解解压缩，能够够智能化选择择影像的不同同之处，分成成背景、演讲讲者等各细部部分别解压缩缩，也可在压压缩下个别编编辑和任意放放大缩小（SScalabbilityy），使影像像储存资料量量大幅缩减，自自然也可加速速音/视频的的传输，目前前传输速度现现已可延伸至至4Mbpss。光电所对对MPEG-4的研发成成果光电所DDVD验证实实验室于MPPEG-4的的研发系附属属于HD-DDVD规格研研发的项目，依依规格书发展展特有的运算算逻辑（Allgoritthm），再再将各个演算算加以整合，然然后经实际上上的压缩实验验，验证解压压缩后的品质质。最大的突突破在于对复复杂的逻辑

51、发发展出各个压压缩的Alggorithhm，其复杂杂度是MPEEG-1/22的4倍。该该研究室经理理吴国瑞博士士指出：MMPEG-11/2分成664频带，做做不同资料的的分隔，而MMPEG-44承继MPEEG-1/22进一步修正正使压缩比更更高，架构上上MPEG-4涵盖Viideo OObjectt Decooder、SStill Textuure、2DD Meshh Decooder、FFace DDecodeer，后三者者均属MPEEG-1/22未涉及之范范畴，而在OObjectt Decooder方面面，MPEGG-2也仅涵涵盖部份而已已。这部份的的研发历经11年半时间才才完成，此后后又

52、耗费半年年时间，完成成在PC上实实时播放的作作业（一面解解压缩，一面面播放）。在在压缩比方面面，据实验测测试，低动态态画面可达880010000倍，高高动态画面可可达801100倍。吴国瑞表示示，编码比译译码的复杂度度更高，运算算量更大，现现阶段在PCC平台上，以以软件来进行行译码，可做做到实时，但但编码尚无法法实时，要做做到实时编码码，以PC的的CPU来说说要到4GBB以上才可能能完成（其分分辨率设定为为DVD画质质，720480），因因此，光电所所下一步的计计划是采用硬硬件方式来编编码，这样即即可达成实时时压缩解压缩缩的功能，也也可符合专业业安全监控的的需求。MPPEG-4走走向应用化所所

53、需之工具和和研究虽然MMPEG-44标准的主要要内容、编码码工具以及码码流格式基本本上已经确立立，但是由于于MPEG-4许多新的的编码技术是是建立在图像像分析与合成成、计算机图图形、虚拟现现实和计算机机视觉等基础础上，这些新新的编码技术术要走向应用用化还需要结结合大量的工工具和研究。吴国瑞博士举例说明：如基于对象的编码就需要图象和视频分割工具、基于Sprite编码需要生成全景图象、基于模型的编码要建立模型和跟踪模块、3D人脸和身体的编码需要分析和合成工具等。这些技术和工具不包含于标准之中，只能算是标准的开放部分，仍需留待业界深入研究。吴国瑞指出技术开发上的关键问题：以Object Based压

54、缩而言，图象分割是计算机视觉中最困难的项目之一，虽然提出了许多分割技术，但还没有一个很完美的方法。图象压缩的难点在于分割的信息，如局部的统计量、形状参数和运动参数等需要利用分割的结果来精确获取，这样就陷入了一个循环之中，而且既然图象和视频分割中，物体没有一个固定的形状和结构信息，计算机视觉研究结果表明，不仅灰度信息不足以对图象进行分割，高层次的形状和运动几何信息也不足以给出正确的分割结果，需要更高层次上各种物体的物理及概念层次的知识。因此，吴国瑞根据图象分割中所使用的分割信息，把图象的分割技术分为基于纹理的分割、基于运动的分割和基于时空的分割三类。而图象和视频分割所用的技术，则采用以下四种：1

55、. 最基本的分割方法是根据亮度、色彩和运动等各种特性选择一个合适的阈值将前景物件从背景中分割出来。2. 分类算法则可以按要分割的对象特征把图象分割成K个区域，这种分割方法事先需要知道正确的分类数，分类所用的特征既可是一阶，也可以是高阶的。3. 利用图象的统计特性，采用概率统计的方法进行分割，如MAPP（maximum a posteriori Probability）和具有Gibbs分布的MRF （Markov Random Field）4. 将数学形态学中的分水岭算法应用为纹理图象分割工具。台湾光电所DVD实验室目前已对一些特定图象的自动分割掌握到很好的效果，如简单背景下人的头肩图象等。同时

56、为实现MPEG-4的基于对象的编码，也掌握了有效的分割工具，能方便地对自动分割结果加以修改、为自动分割提供高层的信息，而为了提高分割效率，也积极研发基于对象的跟踪技术，以便将其纳入该分割工具中。MPEG-4应用于DVR的优点JPEG的压缩倍数为2080倍，适合静态画面的压缩，而MPEG-1、MPEG-2的压缩倍数约为100倍（画面移动不多的情况，平均约35倍），分别为VCD、DVD的规格。但面对数据量庞大的DVR而言，其压缩比仍略嫌不足，因此，不少厂商寄望于压缩比颇高的MPEG-4。除高压缩比外，MPEG-4又具有与MPEG-1/2兼容（Backward Compatible）等特色，应用于D

57、VR应可解决资料储存和传输速度等问题。吴国瑞即指出，研究MPEG-4程序设计和仿真，发现MPEG-4的应用范围比传统的MPEG-1/2还来的广、来的深，而应用于DVR的影音数据压缩以及储存格式，只需应用到MPEG-4 整个格式的一部份就绰绰有余。同时业界尚缺乏此技术，未来发展成新规格亦不无可能。MPEG-4于DVR的应用现况现阶段DVR在影像压缩方面使用硬件、软件方式来实现的都有，压缩技术各家不同，有JPEG、MPEG-1、MPEG-2、Motion-JPEG、Wavelet、MPEG-4等多种格式。由于MPEG-4在实际应用技术上仍未成熟，所以，现阶段仍未获厂商广泛采用。目前市面采用MPEG

58、-4压缩方式的DVR中，有的是运用微软现有的MPEG-4执行档（其DVR为 PC Based型式、OS采Windows98/Me），有的自行编写或采用其它单位（如信息工业策进会、大专院校信息系等）撰写的MPEG-4程序。产品以软件方式来进行压缩解压缩，但限于CPU的运算速度，多未能达成实时（Real Time）录像与回放（Play Back）的要求。但未来MPEG-4标准应用将涉及到许多相关领域的研发，如计算机视觉、多模式接口、VR网络等，同时又为各种各样的多媒体信息提供了统一的压缩方法和描述格式，其发展仍值得观察。至于Camcorder产品，已有Sharp生产的VN-EZ1 MPEG-4 D

59、igital Recorder，32MB的 Memory Card，录制320240的动态画面，录像时间只能维持十余分钟，通常需将分辨率降为1/2或1/4才能维持一小时以上。也有部份专业DVR厂商对此产品技术加以运用。如何突破MPEG-4于DVR应用上的瓶颈？现阶段MPEG-4应用于DVR有编码译码的运算速度和影像失真两大问题。要达成实时录像回放的要求，必须克服编码译码的运算速度，这方面吴国瑞建议以硬件来解决：目前MPEG-1/2的Chip大多在台湾的芯片厂做的，只是压缩比的高低取决于演算的复杂度，演算越复杂，IC设计的复杂度也越高，MPEG-4的运算逻辑比MPEG-1/2复杂得多，此外，价格

60、取决于所用的DSP，因此，可考虑做成Chip或将程序Building于DSP内。另外，不少业者指出，MPEG-4因压缩比高，难免造成影像失真，不适于安全领域使用。吴国瑞则表示：影响画质的原因在于编码（压缩）的程序，同属MPEG-4标准，但运算方式不同，译码后的画质也有不同。在PSNR（数值越高代表解压缩后影像失真越少）实验中，光电所研发的MPEG-4压缩方式的PSNR值为3840，相当于DVD的画质，应可适用于专业的安全监视领域。从市场应用看DDVR视频压压缩技术无论论采取何种压压缩技术，对对最终用户而而言他最为关关心的无非几几大要素：清清晰度、存储储量、稳定性性，还有价格格。采用不同同的压缩

61、技术术，将很大程程度影响以上上几大要素。目目前DVR的的应用对象主主要为环境保保安监控、银银行柜员制监监控，将来在在电信、电力力、公安、海海关、司法等等部门还将得得到更大的应应用。而各种种应用场合对对DVR的技技术要求水准准不一样，MM-JPEGG、MPEGG1及号称压压缩技术革命命的MPEGG4又有哪些些优劣点呢？近年来在多多届安全防范范展览会上，可可以明显感觉觉到国内数字字录像监控产产品开发的厂厂家已经非常常多，竞争也也非常激烈，从从涉及厂家来来看大致可分分为三类：整整机供应商、套套件供应商（板板卡+软件）、压压缩板卡供应应商，其中整整机供应商占占了绝大部分分。从DVRR压缩技术来来看大致

62、也可可分为三类：M-JPEEG、MPEEG1、MPPEG4，MM-JPEGG技术主要被被南韩、台湾湾产品所采用用，MPEGG1技术主要要被国内厂家家所采用，而而MPEG44技术目前真真正能够做到到的没有几家家。DVR应用市场场现况MPEEG4于19998 年111 月公布布，不仅是针针对一定比特特率下的视频频、音频编码码，更加注重重多媒体系统统的交互性和和灵活性。MMPEG-44标准主要应应用于视像电电话(Viddeo Phhone)，视视像电子邮件件(Videeo Emaail)和电电子新闻(EElectrronic News)等，其传输输速率要求较较低，在48800-644000biits

63、/seec之间，分分辨率为1776X1444。MPEGG-4利用很很窄的带宽，通通过帧重建技技术，压缩和和传输数据，以以求以最少的的数据获得最最佳的图像质质量。MPEEG4压缩技技术原本是一一种适用在低低带宽下进行行信息交换的的音视频处理理技术，它可可以动态的侦侦测图像各个个区域变化，基基于对象而调调整压缩方法法可以获得比比MPEG11更大的压缩缩比，压缩码码流更低。尽尽管MPEGG4并不是专专为视频监控控压缩领域而而设计，但同同样也适合CCIF（3552*2888）或者更高高清晰度（7768*5776）情况下下的视频压缩缩，无论从清清晰度还是从从存储量上都都比MPEGG1具有更大大的优势。M

64、-JPEG、MMPEG1技技术分析M-JPEGMMM-JPEEG（Mottion JJPEG）压压缩技术，主主要是基于静静态视频压缩缩发展起来的的技术，它的的主要特点是是基本不考虑虑视频流中不不同帧之间的的变化，只单单独对某一帧帧进行压缩。目目前基于该技技术的视频卡卡主要是完成成数字视频捕捕获（Cappture）功功能，在后台台由CPU或或专门的JPPEG芯片完完成压缩工作作。M-JPPEG压缩技技术可以获取取清晰度很高高的视频图像像、而且可以以灵活设置每每路视频清晰晰度、压缩帧帧数，但付出出的代价是在在保证每路都都高清晰度的的情况下，受受处理速度所所限，无法完完成实时压缩缩，有很强的的丢帧现象。同同时由于没有有考虑到帧间间变化，造成成大量冗余信信息被重复存存储，因此单单帧视频的占占用空间较大大，目前流行行的MJPEEG技术最好好的也只能做做到3K/帧帧，通常要8820K/帧！简单计计算可以发现现即使是丢帧帧录像，也将将耗费大量的的硬盘空间，尤尤其在保安监监控领域，由由于监控摄像像机较多（116路通常），同同时进行高清清晰度录像，保保证一个月的的录像存储