杭州海康威视数字技术有限公司

前言

嵌入式硬盘录像机自本世纪初问世以来，经过短短几年时间，已经经历了两代产品。第一代嵌入式硬盘录像机使得视频监控走向了数字化。它把模拟的图像通过视频压缩以后，将压缩的视频流数据（简称码流）记录在硬盘这种数字存储介质上，并且能够从硬盘上读出进行回放，由于录像资料的保存以及检索取证方便等特点，所以逐渐取代了传统的长延时模拟录像机。第二代嵌入式硬盘录像机使得视频监控走向了网络化。在第一代嵌入式硬盘录像机的基础上，第二代嵌入式硬盘录像机增加了网络接口，码流通过这个网络接口（一般为以太网接口）发送上网，供网络用户共享、访问，所以第二代嵌入式硬盘录像机将视频监控与TCP/IP网络进行了结合，具有了网络功能，与应用软件一起可构成一个安全防范的监控网络系统。
   
目前市场上的硬盘录像机，绝大多数属于第二代前期产品，在功能性方面已基本成型。然而，由于技术与成本的因素，使得当前市场上的硬盘录像机在许多方面还是存在着很多不尽如人意之处，这也表明了产品本身存在着巨大的发展空间。

硬盘录像机的技术特点

硬盘录像机提供的主要功能包括视音频的监视监听、录像、回放、报警输入/输出、云台镜头控制、网络传输以及其他一些辅助功能，如OSD叠加、语音对讲、数据采集等等。国内外生产厂家很多，实现的功能也大致一样，但其稳定性、可靠性、易用性、可扩展性、集成性等性能方面的差别很大，这主要与生产厂家的技术水平、产品的实现方式有很大关系。硬盘录像机的主要技术特点：
   
1.图像清晰度。回放或网络预览的图像清晰度是硬盘录像机重要指标之一。将这款嵌入式硬盘录像机的录像分辨率调到4CIF，码流选择了1.5、1.75、2Mbps等3种，使用480线的某厂家摄像机，嵌入式硬盘录像机本地回放图像可稳定在350线数以上。对于室外场景，当转动高速球，进行网络预览的情况下，通过主观评价，图像清晰度依然很好，同时无明显马赛克。
   
有些厂家采用了基于TI的DM642 DSP硬件压缩方式，压缩算法采用H.264。资料显示，H.264视频压缩标准以其高效率的编码效率（提供了明显优于以前任何标准的压缩性能）、传输性能（包含一系列内在属性，支持在信道和网络上的可靠与鲁棒地传输）和集中于视频压缩等为主要特征，其最终制定的标准在2003年已经被ISO/IEC（作为MPEG-4的第十部分）和ITU-T（H.264草案）同时支持。它目前已经在电视监控领域得到了广泛应用。
   
采用压缩算法+DSP结构的硬盘录像机，其明显的好处就是算法的先进性与实用性，生产厂商能根据市场及应用需求，短时间内改进算法，推出新产品，从而提高产品竞争力。从生产厂家而言，DSP方案使得嵌入式硬件方面的设计非常简洁，无需过多的外围芯片，一定程度上提高了产品的稳定性。从用户而言，DSP方案能给用户带来直接利益，就是通过编解码程序的升级就可提升或增加已投资产品的性能和功能。图像清晰度需要以成本为代价的，随着半导体技术的不断发展，今后一定能够有更高分辨率的硬盘录像机问世。
   
2.SATA硬盘录像。录像是嵌入式硬盘录像机必备的基本功能。以前看到的嵌入式硬盘录像机存储接口全部是IDE接口，也就是内部安装IDE硬盘，但某些较为先进的嵌入式硬盘录像机内部提供了八个SATA接口，也就是说内部可以安装八块SATA硬盘，安装完以后，对硬盘线进行简单的梳理，好像觉得空间比以前大了不少，得益于SATA线比以前的IDE线要窄得多，这对内部散热有好处，这样应该有利于整机长时间运行的稳定性。
   
对于SATA硬盘，整机开机后，每个硬盘可以异步启动，这样降低了整机启动的负载，增加了可靠性。另外还可以把其中的一个SATA口用作连接盘库，或者可以作为高速备份口。说明这款嵌入式硬盘录像机在记录介质外扩方面提供了一种解决方案。SATA在数据吞吐量、功耗方面均优于IDE，而且还支持热插拔等IDE所不具备的特性，今后可能会成为主流存储介质。
   
存储技术在不断创新，目前的硬盘录像机单盘容量已经达到750GB，不久的将来，还有1TB的硬盘问世，所以，硬盘录像机的本地存储容量基本上可以满足保存周期的要求。如果内部硬盘容量不能满足录像保存周期的要求，或需要对重要的录像文件进行备份存储，那么就需要采用记录介质外扩。一种解决方案是通过物理层进行扩展，如在嵌入式硬盘录像机内增加外扩物理端口，如1394、IDE、SATA、SCSI等等，外扩端口的多少，决定了可扩的容量。这种方案主要用于保存周期不够的情况下，其优点是扩充成本较低，缺点是扩展性不是很好。
   
另外一种解决方案就是采用网络存储技术，通过NAS或IPSAN对码流进行存储，这种方案可以用于扩展存储，也可用于录像备份。这样做的好处是存储设备放在一起，运维较方便，另外，以太网络存储设备可以供多个DVR共享，扩展性较好。但这样做也有一个明显的缺点，就是录像数据的传输依赖于网络，对网络性能的要求高，扩充成本就较高。
   
3. 双通道输出。一般的硬盘录像机只有一个视频输出口，用于本地预览与回放图像的显示。但有些嵌入式硬盘录像机除了有两个独立的视频输出口，一个称为主输出口，支持两种类型的显示设备，包括BNC接口的监视器VGA接口的显示器。另外一个称为辅输出口，支持一种类型的显示设备，即监视器。通过前面板可对2个输出口可分别、独立进行以下操作：主输出口上可完成参数配置、预览、录像、放像、PTZ控制、报警弹出画面等功能。辅口上可完全独立地完成预览、放像、PTZ控制、报警弹出画面。这意味着一台嵌入式硬盘录像机可以由两个独立的操作员分别做自己的事情，比如其中的一个操作员在进行云台控制，另外一个操作员可以进行录像回放。由于主口和辅口是完全独立输出，所以一定程度上具有了16*2的数字矩阵功能，可以设定辅口输出规则，如设定画面分割、轮循周期，那么，辅口就作为一个分控端来进行监视。
   
双通道输出功能的开发技术难度不大，但在某些监控场合非常实用，从一定角度来说，CCTV需要的是真正能满足监控要求的产品，希望监控产品厂家能不断提供实用的、满足监控实际要求的优质产品。
   
4.图像抓拍。图像抓拍是随着视频监控数字化以后，根据某些应用的特定要求而开发的一项功能，这在模拟时代是无法实现的。图像抓拍一定程度上解决了关键场所、关键时刻的图像清晰度要求和存储成本的问题。图像抓拍实际上是对摄像机图像采样以后，对单帧的静止图像进行压缩。目前，使用最为普遍的静止帧压缩标准是JPEG标准。
   
该嵌入式硬盘录像机图像抓拍的工作原理：首先确定一个抓拍触发的条件，触发的条件可以有多种。其中包括：通过串口命令触发、通过报警输入口的报警信号触发、通过移动侦测报警触发和通过网络口发命令触发。以上条件也可以进行运算后触发，当DVR收到触发命令后，就将当时采样的静止帧图像进行压缩，压缩分辨率可以选择CIF或4CIF，压缩成JPEG图像文件后保存在硬盘录像机的硬盘中，也可以选择通过以太网口发送到指定的目标。通过对抓拍图像进行检索，发现图像清晰度较好，同时占用的存储空间也不大，对于一张CIF图片，约30KB左右，4CIF图片，约80KB左右。
   
对于网络带宽不能保证的情况下，采用抓图、网络发送的方式可以得到很好的监控效果，如对于公网环境，特别是无限公网的环境下的应用。

未来展望

视频监控智能化是未来发展趋势，智能化是指在人工智能技术发展到较高水平的基础上，将其集成到监控系统中，使得原本需要值班人员介入的识别、处理交由电脑完成，从而大大减轻值班人员的工作量，同时提高事前处理的质量。
   
目前，图像的人工智能处理技术是图像处理技术研究的一大热点。在监控系统中的主要应用有人脸识别技术、车牌识别技术、目标跟踪技术、行为分析技术、智能检索技术等等。这些技术已经在一些特殊的安防项目中得到了应用。视频监控的智能化主要还是根据视频源来进行目标采集、提取特征码、进行识别，但是由于这些技术的复杂性和目前技术因素，识别率还不是很高。在下一代嵌入式硬盘录像机中，一定会将一些发展得比较成熟的技术集成进去，使得嵌入式硬盘录像机具备一定的智能功能，通过后台处理，可实现具有智能功能的监控系统。
   
嵌入式硬盘录像机是根据监控的实际需求孕育而生的，它见证着视频监控的数字化、网络化历程，在许多应用领域正发挥着重要的作用。监控行业的应用需求日益复杂，同时也日益多样化，随着技术的不断发展与创新，嵌入式硬盘录像机同样会见证监控行业的明天！