陈龙 ●中国科学院自动化研究所 研究员

    近年来，数字视频录像（DVR）普及迅速。据统计国内目前销售DVR的公司就有近百家之多，这主要因为DVR大多搭建在PC机平台上，在计算机中插人二块图像采集压缩卡，运行Windows操作系统，再配上开发的软件，就可以构成DVR系统所致。但是，从技术上分析，DVR系统lul的差异还是比较大的， 这表现在图像录像速率、图像压缩与解压缩方案、硬磁盘容量及录像时间、图像质量、系统功能等诸多方面，加之许多产品有炒作之嫌，云山雾罩,使选购发生困难。本文将对DVR的核心技术、主要性能指标。发展走向、产品现状进行探讨。

一.DVR系统的主要特点与功能

    主要的特点与功能包括：

    1．进入系统时需首先输入用户标识名ID和密码，才能完成注册。可设置系统运行日期和时间段,故安全性较高。有的系统还具有多层安全保密结构。

    2．可同时输入多台摄像机的图像，一般多为4、8、16台，最多达到32台,既可以多画面分割显示方式同时显示输入摄像机的图像。也能够对输入的摄像机图像进行选择，例如可从16路摄像机的输入图像中任选一路在屏幕上作单一画面动态显示。也可在一个屏幕上同时显示4台、9台或16台摄像机的图像。

    评价多画面分割显示性能优劣的关键是影象处理与显示更新速度和画面的清晰程度。16画面分割显示的主要特征有：

    (l)可以同时接收最多16路视频输入图像。许多产品可达到每路每秒25帧的实时显示速度。 因采用时基校正电路从时间上分割视频输入信号，从而能够补偿在非同步摄像机之间频率和相位的差异，起着同步发生器的功效。

    (2)可在一台监视器上监看多种图像显示方式，可以显示全屏单画面图像和16画面图像,也可以显示多种显示画面(有l、2×2、3×3、4×4等多种形式)。

    (3)有的系统可定义输入画面中的一路为主显示画面，主画面作实时显示,其在显示屏幕上所占大小可以选择。屏幕的其余部份则显示多个副画面图像。由于受到16路输人图像采集最高速率的限制，多画面显示中的副画面图像可能会有动画效果。

    3．能以硬盘对图像作数字化记录能对所有输入的视频图像依次序作motion－ JPEG或其它方式压缩处理，然后以一定速度作串行输出并以单帧方式将其记录于硬盘上，按序号贮存。由于它采用时间复用技术，因此能够实现以一台硬盘来记录16个同时产生的视频信号。硬盘容量可高达6.4－75GB， 依被摄画面活动部分的多少不同，每GB容量可存储1.5－4小时的图像，决定了可录像的时间长短。需要时还应有VCR、DVD-RAM等大容量存储装置作备份存档。

    以硬盘对所有输入图像作数字化存储录像，因具备视频压缩、数字化硬盘存储及视频解压缩功能，故可以完整地记录下摄像机的高清晰度画面，使图象回送时也能达到极高的清晰度，但是录像的速度一般要比显示图像的速度低许多。

    4．有的系统可对系统的总资源进行动态分配，即在系统总资源数额定不变的情况下,赋于每路图象有不同的采集速率；每台摄像机的图像清晰度也可进行选择，如有360×280、720×280、720×560等不同档次；对每台摄像机的图像压缩比率也可作选择，有低质量图像（l:40）、中等质量图像（l:30）、中高质量图像（l:20）、高质量图像（1:10）之分。

    5．可对以硬磁盘记录的图象进行回放,回放显示速率和可能的显示方式是其能被应用于何种场合的关键。可以方便地按日期、时间、图象号码、摄像机号、报警事件序号等为索引，对以硬磁盘记录的图象快速进行图象的检索和查找，也能通过屏幕菜单操作。

    6．对每台摄像机输入的图像，可定义图像的视频移动探测报警区域,当监视图像发生变化时产生报警。还有最多16路常规报警输入，在所接传感器发生报警时，有的系统可自动记录发生报警前几秒至发生报警后十几秒总共约30秒钟的视频图像，从而能捕获并完整地记录下每一个报警事件。有的系统在发生报警时，不仅可显示对应报警发生处摄像机的图像，还能使该摄像机的云台运动到指定的予置位处。

    7．对录制的报警事件，除回放时可根据事件、时间或摄像机号快速检索到指定的文件外,有的系统还允许回放时对图像作二倍的放大观察及有平滑等图像处理功能，并且可以调正图像的色彩、对比度、亮度、饱和度，从而有助于识别人物、车牌等细节。

    8．可选择一路云台进行控制,包括云台的上下左右移动、云台的旋转。变焦镜头的伸缩、云台和变焦镜头的予置位等。

    9．系统回放的图像可通过PSTN、ISDN线路或者局域网LAN作远距离传送。

二.核心技术–图像的压缩／解压缩方法

    图像的压缩／解压缩实现方案是DVR系统的核心，它不仅影响到图像的清晰度,也与录像速度和图像回放的品质密切相关。压缩芯片、编码器。解码器是DVR系统的关键元件。DVR对图像的压缩大多采用硬件压缩方式，可靠性高，当然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较多。

    目前大多数DVR系统采用Motion－JPEG动画画像压缩（JPEG静态压缩的变型）、MPEG－l压缩等已成熟技术，已有采用MPEG－2技术使图像处理速度更快的芯片推出，很快将会出现MPEG－4芯片，屈时便可顺利解决存储媒体容量、影像压缩技术、影像处理速度这三大问题，同时价格也能为消费者所接受。为了提高压缩比，有的系统还采用了小波压缩技术。

    典型MJPEG数字压缩板的性能指标如下所列：
    压缩图像格式：MJPEG
    图像尺寸：有384×288、768×288、384×576、768×576
    画面频率：2帧/秒/每路25帧/秒/每路
    视频压缩比例：从10:l到100:l
    数字压缩方式：Y:U:V=4:2:2
    显示颜色数量：全彩色

    1．Motion－JPEG是利用JPEG标准定义图像压缩的一种标准，从而可以生成序列化运动图像,是会动的JPEG影像。因其压缩后格式可读单一画面，所以可以任意剪接。M－JPEG采用帧内压缩方式,适于视频编辑，如果采用高压缩比则视频质量会严重降低。

    JPEG的最新进展是多层式JPEG（ML－JPEG）压缩技术。它先传低清晰度的画面，故成像速度快很多；然后再补送细节的压缩资料，使画面品质改善；最后再补送更细节的压缩资料，使画面品质更加改善，这样JPEG的画面呈现由低清晰度到高清晰度、由模糊到清楚。

    2．MPEG1是面向普通家庭电视机分辩率水平的视音频压缩标准,用于CD－ROM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的源输入格式SIF（Source Input Format）为 352像素×288行。压缩后的数据率为1.5Mbps，亮度信号的分辨率为360×240，色度信号的分辩率为180× 120，每秒30帧。

    3．MPEG2是面向广播电视级分辩率水平的视音频压缩标准。 对每秒30帧的720×576分辨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。

    4. 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，可以随时加人新的有效的算法模块。

    5．小波变换（wavelet transform）压缩比可达70：l，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。

三.数码录像机产品分类简介

    A．欧美国家的产品

    美国 Sensormatic公司的 Intellex三工型数码录象管理系统开创了DVR系统的先河，此外代表性的产品还有英国DM（Dedicated Micros）公司的Unicord多画面数字信号存储主机、加拿大公司的ADR系列等。

    欧美产品的特点是产品的稳定性好，图像采集速率并不高，有的16路输入系统的总资源仅有25帧，一般最高也仅为100帧左右，价格偏高。美国 Jams International Corp。公司产品ProDVD,号称是全实时产品，性能指标如下：

    B．日本公司的代表产品

    对日本公司产品总的评价是质地优良，价格昂贵。 池川（IKEGAWA）公司的SNDVR160被称为是五工型数字硬盘监控系统， 即现场监视、硬盘录像、智能回放、远程登录访问、资料备份这5种功能可同时同步进行。有每秒50场的独特录像方式。有16路视音频输入。5路监视器输出、l路音频输出，在一定范围内可替代视频矩阵切换控制器，是DVR中性能较全面的产品。

    C．韩国公司的产品

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