安防监控基础知识之DVR技术.docx

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安防监控基础知识之DVR技术

术语

缩写

英文全称

意义

DVR

DigitalVideoRecorder

数字硬盘录像机。

NVR

NetworkVideoRecorder

网络硬盘录像机。

CVR

ComboVideoRecoder

一体式硬盘录像机，一般指自带图像监视器的DVR。

PVR

PortableVideoRecoder

便携式DVR。

NVD

NetworkVideoDecoder

网络视频解码器。

SNVD

SuperNetworkVideoDecoder

超级网络视频解码器。

一般指多头高清输出，解码能力强大的网络解码器。

DVS

DigitalVideoServer

数字视频服务器

IPC

IPCamera

网络摄像机.

PAL

视频制式，特点是分辨率720×576，25帧/秒。

NTSC

视频制式，特点是分辨率720×480，30帧/秒。

MPEG1

MPEG2

MPEG4

H264

CIF

视频分辨率。

PAL制CIF为352×288像素；NTSC制CIF为352×240像素。

QCIF

视频分辨率。

PAL制QCIF为176×144像素；NTSC制CIF为176×120像素。

2CIF

视频分辨率。

一般说法是PAL制2CIF为704×288像素；NTSC制2CIF为704×240像素。

HalfD1

视频分辨率。

一般说法是PAL制HalfD1为352×576像素；NTSC制halfD1为352×480像素。

D1

704×576像素

VGA

视频分辨率。

640×480像素。

QVGA

视频分辨率。

320×240像素。

720P

视频分辨率。

1280x720像素逐行扫描。

1080P

视频分辨率。

1920x1080像素逐行扫描。

960H

SONY推出的模拟高清制式。

向下兼容N制和P制。

最大分辨率为960×480或者960×576。

PTZ

Pan/Tilt/Zoom

云台移动、镜头变倍、变焦控制等镜头喝云台活动功能。

CCD

ChargeCoupledDevice

电荷耦合器件。

传统的摄像机感光器件。

CMOSSensor

采用CMOS技术的感光器件。

CVBS

CompositeVideoBroadcaseSignal

复合视频广播信号。

CCTV

CloseCircuitTelevision

闭路电视。

一般指监控闭路电视。

SDI

SerialDigitalInterface

串行数宇接口标准。

利用LVDS技术长距离传输高速数据（GHZ）的标准，可用来传输原始高清视频信号。

HDMI

HighDefinitionMultimedia

高清晰度多媒体接口。

RCA

标准视频输入接口。

俗称莲花接口，分为莲花头和莲花座。

BNC

BayonetNutConnector

同轴电缆连接器。

一种带固定卡子的连接器。

第一章综述

一.1数字硬盘录像机

数字硬盘录像机（DigitalVideoRecorder）即，相对于传统的模拟视频录像机，采用硬盘录像，故常常被称为硬盘录像机，也被称为DVR（以下统称DVR）。

它是一套进行图像存储处理的计算机系统，具有对图像/语音进行长时间录像、录音、远程监视和控制的功能，DVR集合了录像机、画面分割器、云台镜头控制、报警控制、网络传输等五种功能于一身，用一台设备就能取代模拟监控系统一大堆设备的功能，而且在价格上也逐渐占有优势。

DVR采用的是数字记录技术，在图像处理、图像储存、索、备份、以及网络传递、远程控制等方面也远远优于模拟监控设备，DVR代表了电视监控系统的发展方向，是目前市面上电视监控系统的首选产品。

一.2DVR的发展历程

80年代模拟监控CCTV系统开始进入中国。

模拟CCTV系统一般由模拟摄像机、磁带式录像机、模拟矩阵、模拟电视墙组成，核心技术由SONY、松下等国外企业把持。

模拟监控有着致命的缺陷，模拟录像机必须每隔几个小时换磁带，回放检索非常不方便。

90年代以后，数字监控技术出现并且快速发展，特别是2000年以后，数字视频监控技术的成本和性能基本达到了市场需求目标，因此数字视频监控产品开始快速发展。

数字技术的大容量存储，检索方便性，清晰度的逐步提升使数字视频监控产品逐步替代了模拟视频监控产品。

2000年开始，数字视频压缩卡＋PC机逐步成为视频监控存贮的主流方案。

这种架构的DVR以传统的PC机为基本硬件，以Win98、Win2000、WinXP、Linux为基本软件，配备图像采集或图像采集压缩卡，编制软件成为一套完整的系统。

2003年X华推出了业界第一台嵌入式DVR，嵌入式DVR就是基于嵌入式处理器和嵌入式实时操作系统的嵌入式系统，它采用专用芯片对图像进行压缩及解压回放，嵌入式操作系统主要是完成整机的控制及管理。

2007年以后，嵌入式DVR开始挤压视频压缩卡市场，直到今天嵌入式DVR已经占据了绝大部分视频监控存储市场。

X华嵌入式DVR迄今发展了3代。

2003年第一代DVR，特点是采用MPEG1压缩格式；2006年第二代DVR，特点是采用MPEG4/H264压缩格式；2009年二代半DVR，特点是全部采用H264压缩格式，支持SATA硬盘，支持网络存贮。

第三代DVR正在研发中，特点是分布式，支持IPC。

一.3DVR的分类

DVR的应用和种类十分丰富，下面列举了X华DVR几种常用的分类方式，别的厂家分类也类同。

●按照性能功能分

性能一般指的是图像清晰度，可分为CIF、2CIF（HalfD1）、D1、高清等。

附加功能有是否带音频，是否带环通等。

●按照路数分

常用DVR一般为4路、8路、16路、32路。

6路、12路、24路不常见。

●按照应用分

可分为通用DVR、混合型DVR（能接入模拟视频信号和网络视频信号的DVR）、NVR（只能接收网络视频信号的DVR）、车载专用DVR、ATM专用DVR、CVR、便携式PVR等。

●按照外形结构分

常见结构可分为1U机箱、1.5U机箱、2U机箱、机框插卡式。

●按照市场目标分

可分为渠道型、工程型、OEM型等。

一.4DVR的技术参数

一.4.1压缩格式

一.4.1.1MOTION-JPEG

M-JPEG是最早应用于DVR系统的压缩格式，利用连续保存独立的JPEG图像来实现运动图像技术。

这也是第一代运动图像压缩技术。

目前该技术大量应用于韩国产DVR系统。

MOTION-JPEG格式保存的是单帧图像，任何当前帧可以保存，也可以不保存因此，应用该种格式可以轻易实现丢帧录像、指定帧数/秒录像。

M-JPEG的压缩倍数为20~80倍，其不足之处就是压缩比小，存储空间要求较多。

一.4.1.2MPEG-1/2

MPEG的全称是MovingPictureExpertsGroup，意即活动图象专家组，专门为活动图像处理开发压缩技术制定标准，研究数字存储媒体上的活动图象及其伴音的编码。

MPEG格式采用了帧间压缩技术，压缩比相对于JPEG而言提高不少，采用该种图像压缩格式比较MOTION-JPEG技术而言会大幅度节省存储空间，而且MPEG-1格式可以方便的加入声音部分，所以在DVR系统研发方面起步较晚的中国厂商大都选择了该图像处理技术。

MPEG-1、MPEG-2在影像移动不大的情况下其压缩倍数约为100倍，MPEG-1的分辨率为320×240（或以下），MPEG-2则通常为720×480。

MPEG-1、MPEG-2是传送一张张不同动作的局部画面。

一.4.1.3MPEG-4

MPEG-4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，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。

MPEG-4和MPEG以往的版本相比，最大不同之处在于MPEG-4使用「图层」（Layer）方式，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。

存储空间得到节省--采用MPEG-4所需要的空间是MPEG-1或M-JPEG的1/10。

此外，MPEG-4因能根据场景变化自动调整压缩方法，故能对静止图像、一般运动场景、剧烈活动场景均能保证图像质量不会劣化，是更有效的视频编码方式。

一.4.1.4MPEG格式对比

一.4.1.5H.264

随着市场的需求，在尽可能低的存储情况下获得好的图像质量和低带宽图像快速传输已成为视频压缩的两大难题。

为此IEO/IEC/和ITU-T两大国际标准化组织联手制定了新一代视频压缩标准H.264。

H.264最具价值的部分无疑是更高的数据压缩比。

在同等的图像质量条件下，H.264的数据压缩比能比当前DVD系统中使用的MPEG-2高2-3倍，比MPEG-4高1.5-2倍。

正因为如此，经过H.264压缩的视频数据，在网络传输过程中所需要的带宽更少，也更加经济。

在MPEG-2需要6Mbps的传输速率匹配时，H.264只需要1Mbps—2Mbps的传输速率。

一.4.2录像帧率

帧率（Framerate）是用于测量显示帧数的量度。

所谓的测量单位为每秒显示帧数（FramesperSecond，简：

FPS）或“赫兹”（Hz）。

由于人类眼睛的特殊生理结构，如果所看画面之帧率高于16的时候，就会认为是连贯的，此现象称之为视觉暂留。

这也就是为什么电影胶片是一格一格拍摄出来，然后快速播放的。

帧率即可以影响视频效果，也可以影响视频存储容量。

帧率越大，所需的存储空间越大。

全实时：

指的是单路录像速度（帧率）达到25FPS（NTSC制是30FPS）

非实时：

指的是单路录像速度（帧率）在25FPS（NTSC制是30FPS）以下。

一.4.3分辨率

分辨率就是指画面的解析度，由多少象素构成数值越大，图像也就越清晰。

图像分辨率即采集卡所能采集动态图像的分辨率，图像分辨率在视频制作中是用于衡量图像内数据量多少的一个参数。

我们通常所看到的分辨率都以乘法形式表现的，比如704×480，其中“704”表示屏幕上水平方向显示的点数，“480”表示垂直方向的点数。

市场上除了CIF、D1等主流分辨率外，有的厂家已经研发出多路高清的嵌入式DVR。

DVR中常用到的分辨率：

名称

PAL（中、欧标准）

NTSC（美、日标准）

QCIF

176x144

160x120

CIF

352x288

320x240

HalfD1

352×576

352×480

D1（480i）

704x576

704x480

720P

1280×720

1080P

1920×1080

注：

i是interlace,隔行的意思，p是Progressive,逐行的意思

第二章DVR的功能和性能

二.1DVR的接口

二.1.1DVR面板介绍

序号

键名

功能

1.

录像指示灯

显示硬盘是否处于录像状态，灯亮表示录像；

2.

硬盘异常指示灯

硬盘出项异常或硬盘剩余空间低于某个值时提示报警，红灯表示报警；

3.

网络异常指示灯

网络出现异常或未接入网络时提示报警，红灯表示报警；

4.

播放上一段键

录像文件回放时，播放当前回放录像的上一段；

菜单内容设置时可进行向上菜单选项段跳跃；

5.

播放下一段键

录像文件回放时，播放当前播放录像的下一段；

菜单内容设置时可进行向下菜单选项段跳跃；

6.

慢放键

多种慢放速度及正常回放；

7.

快进键

多种快进速度及正常回放；

8.

播放/暂停键

倒向回放或回放暂停时按该键正向回放；

正向回放时按该键暂停回放；

暂停时恢复回放；

在实时监视状态时，按该键直接进入录像查询菜单

9.

倒放/暂停键

正向回放或回放暂停时按该键倒向回放；

倒向回放时按该键暂停回放；

10.

云台/图像键

按此键进入云台和图像设置的选择界面

11.

录像状态键

显示当前的录像状态，并对录像类型进行操作

12.

输入切换键

切换输入的字符格式

13.

退出建

退出各种菜单界面

14.

确认键

操作确认；

跳到默认按钮；

进入菜单；

15.

上、下、左、右方向键

对当前激活的控件切换，可向上或向下移动跳跃；

更改设置，增减数字；

辅助功能（如对云台菜单进行控制切换）

对当前激活的控件切换，可向左或向右移动跳跃；

录像回放时按键控制回放控制条进度

16.

电源开关

电源显示灯及关机键（按住该键3秒钟关机）

17.

USB

外接鼠标、硬盘等

二.1.2DVR背板接口

序号

键名

功能

1.

视频输入接口

输入视频

2.

音频输入接口

输入音频

3.

视频输出接口

输出视频

4.

音频输出接口

输出音频

5.

网络接口

接入网络的接口

6.

USB接口

外接鼠标、硬盘等

7.

HDMI接口

高清输出接口，支持高分辨率输出

8.

VGA输出接口

视频输出接口

9.

RS232接口

连接RS232接口，进行各种命令的接收和发送

10.

转接口

接各种报警，云台等设备接口，电源接地接口

11.

电源输入孔

输入12V的DV电源

12.

电源开关键

机器的电源开关

二.1.3DVR的安装连接

二.1.3.1安装连接示意图（以16路机器为例）

二.1.3.2视频输入的连接

硬盘录像机的视频输入口为BNC头（图1），输入信号要求为：

PAL/NTSC　BNC（1.0VP-P，75Ω）。

视频信号应符合国家标准，有较高的信噪比、低畸变、低干扰；图像要求清晰、无形变、色彩真实自然、亮度合适。

二.1.3.3输出设备的选择和连接

视频输出分为BNC（PAL/NTSC　BNC（1.0VP-P，75Ω）输出、VGA输出和HDMI输出，支持BNC输出、VGA输出和HDMI输出同时使用

VGA输出

HDMI输出

二.1.3.4音频信号的输入

音频输入口为BNC头。

音频输入阻抗较高，因此拾音器必须采用有源拾音器。

音频传输与视频输入类似，要求线路尽量避免干扰，避免虚焊、接触不良，并且特别注意防止高压电流的串入。

二.1.3.5音频信号的输出

硬盘录像机的音频输出信号参数一般大于200mv1KΩ（BNC），可以直接外接低阻抗值耳机、有源音箱或者通过功放驱动其他声音输出设备。

在外接音箱和拾音器无法实现空间隔离的情况下，容易产生输出啸叫现象。

此时可采取的措施有：

1.采用定向性较好的拾音器；

2.调节音箱音量，使之低于产生啸叫的域值；

3.使用环境的装修多使用吸音材料，减少声音的反射，改善声学环境；

4.调整拾音器和音箱的布局，也能减少啸叫情况的发生。

二.1.3.6报警输入

1.报警输入为接地报警输入。

2.报警输入要求为地的电压信号。

3.当报警设备需接入两台硬盘录像机或需同时接入硬盘录像机与其它设备时，需用继电器隔离分开。

二.1.3.7报警输出

硬盘录像机的报警输出不能连接大功率负载（不超过1A），在构成输出回路时应防止电流过大导致继电器的损毁。

使用大功率负载需要用接触器隔离。

二.1.3.8云台解码器连接

必须做好云台解码器与硬盘录像机的共地，否则可能存在的共模电压将导致无法控制云台。

建议使用屏蔽双绞线，其屏蔽层用于共地连接。

1.防止高电压的串入，合理布线，做好防雷措施。

2.需在远端并入120欧姆电阻减小反射，保证信号质量。

3.硬盘录像机的485的AB线不能与其他485输出设备并接。

4.解码器AB线之间电压要求小于5V。

二.1.3.9前端设备注意接地

接地不良可能会导致芯片烧坏。

二.1.3.10报警输入的类型不限

可以是常开型也可以是常闭型。

报警输入输出描述：

1.图上DOWN一排所示从左到右1，2，3，4，5，6，7，8对应报警输入ALARM1～ALARM8；报警输入为接地电平有效。

2.图上UP一排1-NOC，2-NOC，3-NOC，为三组常开联动输出（开关量）；

3.A、B为控制485设备的A，B线，用于接控制解码器等录像机控制设备。

如果云台解码器数量较多，请在A，B线并入120Ω的电阻。

4.“

”：

地线；

二.1.3.11报警输入端口说明

1.报警输入类型不限，可以是常开型也可以是常闭型；

2.报警探测器的地端（GND）与com端并联（报警探测器应由外部电源供电）；

3.报警探测器的接地端与硬盘录像机接地端并接；

4.报警探测器的NC端接到DVR报警输入端（ALARM）；

5.当用外部电源对报警设备供电时需与硬盘录像机共地。

二.1.3.12报警输出端口说明

1.3路开关量报警输出（常开触点），外部报警设备需有电源供电；

2.为避免过载而损坏主机，连接时请参阅继电器相关参数；

3.RS485的A、B线说明：

用于云台解码器的A、B线的连接；

二.1.3.13云台与DVR间的连线方法

1.将球机的485线接到DVR的485口；

2.将球机的视频线接DVR的视频输入；

3.再让球机通电。

二.2DVR的功能

二.2.1DVR的软件功能

1.实时监视

具备模拟输出接口、VGA接口和HDMI接口，可通过监视器或显示器实现监视功能，支持TV、VGA、HDMI同时输出。

2.存储功能

存储数据采用水印等防篡改专用格式，无法篡改数据，保证数据安全。

3.压缩方式

支持多路音视频信号，每路音视频信号由独立硬件实时压缩，声音与图像保持稳定同步。

压缩算法为H.264。

4.备份功能

通过USB接口（如普通U盘、移动硬盘、USB刻录光驱等）和eSATA接口进行备份；客户端电脑可通过网络下载硬盘上的文件进行备份。

5.录像放像功能

每路实现独立全实时录像的同时，实现检索、倒放、网络监视、录像查询、下载等；

多种回放模式：

慢放、快放、倒放及逐帧播放；

回放录像时可以显示事件发生的准确时间；

可选择画面任意区域进行局部放大。

6.网络操作功能

可通过网络进行远程实时监视、远程录像查询回放及远程云台控制。

7.报警联动功能

具备多路电器开关量报警输出，便捷实现报警联动及现场的灯光控制；

报警输入及报警输出口皆具有保护电路，确保主设备不受损坏。

8.通讯接口

具有RS485接口，实现报警输入和云台控制；

具有RS232接口，可扩展键盘的连接实现主控，以及与电脑串口的连接进行系统维护和升级，以及矩阵控制等；

具有标准以太网接口。

9.云台控制

支持通过RS485通讯的云台解码器；

可扩展多种解码协议，便于实现云台和球机控制功能。

二.2.2DVR的PC客户端功能

X华DVR产品提供单机客户端和多机客户端。

单机客户端以Web＋IE插件的形式提供，可以控制单台DVR的所有功能。

多机客户端为PSS软件，可以同时控制多台DVR的所有功能。

二.2.3DVR的PCSDK介绍

X华DVR产品提供PCSDK用于客户软件开发。

PCSDK可以控制DVR的所有功能。

根据操作系统不同，PCSDK分linux版本和windows版本。

根据功能，PCSDK分为网络SDK，播放SDK。

网络SDK提供了网络配置、控制、点播等功能；播放SDK提供了实时播放、录像回放、多屏显示等功能。

PCSDK是向前兼容的，新版本的SDK必然可以连接老版本的X华设备，但是老版本的SDK不一定能连接新版本的X华设备，所以客户最好更新到最新版本的SDK。

二.3DVR的性能

评估DVR的性能主要从处理视频分辨率，编码性能，解码性能，网络性能，存储性能4个方面入手。

网络性能和存储性能也可以统称为CPU处理性能。

X华主流DVR按照性能大致分为高中低3档。

一般定义如下：

低端DVR

中端DVR

高端DVR

处理视频分辨率

CIF为主

D1

D1+高清

编码性能

一般为4-32路CIF

一般为4－16路D1

一般不小于64路D1

解码性能

一般为16CIF

一般大于8D1

一般不小于2路1080P高清

网络性能

（吞吐量）

一般达到10Mbps

一般达到30Mbps

一般达到80Mbps

存储性能

最大8盘位，无RAID；一般存取速度达到10Mbps。

最大8盘位，无RAID；一般存取速度达到30Mbps。

至少8盘位，支持RIAD5；一般存取速度达到80Mbps。

第三章DVR的技术方案

在DVR的发展历程中，可选用的技术方案一直很丰富。

对于主流需求的技术方案，一般考虑下面几个主要参数：

成本、编码能力、解码能力、显示能力、CPU处理能力（网络、存储等）。

另外，硬盘接口数量、USB接口数量、串口接口数量、PCI总线扩展等次要参数也是选型因素。

下面详细介绍各种主流方案。

三.1历史传统方案－硬分割方案

第二代DVR中，这种方案占绝对主流地位。

此方案的特点是：

视频分割采用硬分割器，监视流畅、清晰（标清意义上），研发相对简单。

三.2历史传统方案－软分割方案

历史上一些研发实力强大的大厂会采用软分割方案。

此方案的特点是：

充分利用编码芯片的剩余能力来做画面分割，线路更简洁，成本比硬分割方案要低。

但是软分割会带来视频监视延迟，图像缩放显示效果不佳的问题。

软分割方案研发难度大，因此只有少数大厂采用。

三.3业界流行方案－达芬奇方案

美国TI公司的达芬奇系列是近年来推出的基于DSP技术的视频处理系统解决方案。

达芬奇系列性能强大，灵活度高，在中低端和低路数DVR上有着广泛的应用。

达芬奇方案的特点是：

定制化能力强，可运行智能分析业务。

三.4业界流行方案－ASIC方案

通用DVR经过五年的发展，需求逐渐稳定下来。

在稳定的需求和市场销量的驱动下，很多芯片公司推出了DVR专用ASIC。

ASIC的最大特点是集成度高，集成了CPU主控，视频编码，视频解码，显示，硬盘接口等，容易做成单芯片方案。

ASIC开发简单，成本低廉，功能完全符合主流需求，因此逐步占据了主流市场。

不同公司推出的ASIC功能和性能大同小异，形成的方案也很类同。

ASCI也有很多缺点：

产品雷同，个性化开发难度大，无法运行视频智能分析业务等。

所以ASIC一般应用在低端产品中。

三.5X华高端方案－X86方案

X华高端方案侧重于路数和性能，一般大于32路D1的性能可称为高端。

现有技术水平下，SOC的运算性能、接口性能、网络性能比较有限，所以高端方案一般采用X86平台。

X华高端方案的特点是：

大路数（大于32路D1），支持高清、支持网络存储（NVR），强解码能力（同时解码24路D1以上），强显示输出能力（至少2路1080P高清显示），强网络吞吐量（至少1个可以满负载的千兆网）。

基于强悍的硬件性能，灵活的软件搭配，X华高端DVR系列的产品形态比较丰富，可以演化成SVR、NVR、SNVD等，也可以为客户定制可二次开发的行业应用机。

图表1X华高端方案

三.6X华中端方案－代号N5（6）方案

X华中端方案主要面对大客户、OEM客户、定制客户等。

视频监控近年来高清化，网络化的发展趋势，为中端方案撑起了很大的生存空间。

X华中端方案采用高清视频处理器＋通用视频ASI