基于DVR的網(wǎng)絡(luò)化家庭視頻監(jiān)控系統(tǒng)

M-JPEG的缺點一是壓縮效率低，M-JPEG算法是根據(jù)每一幀圖像的內(nèi)容進行壓縮，而不是根據(jù)相鄰幀圖像之間的差異來進行壓縮，因此造成了大量冗余信息被重復(fù)存儲，存儲占用的空間大到每幀8～20K字節(jié)，最好也只能做到每幀3K字節(jié)。另外一點是它的實時性差，在保證每路都必需是高清晰度的前提下，很難完成實時壓縮，而且丟幀現(xiàn)象嚴(yán)重，但如果采用高壓縮比則視頻質(zhì)量會嚴(yán)重降低。

JPEG的新進展是多層式JPEG(ML-JPEG)壓縮技術(shù)。它先傳低清晰度的畫面，故成像速度快很多；再補送細節(jié)的壓縮資料，使畫面品質(zhì)改善；然后再補送更細節(jié)的壓縮資料，使畫面品質(zhì)更加改善，這樣JPEG的畫面呈現(xiàn)由低清晰度到高清晰度、由模糊到清楚。

MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)的碼率為1.2Mbps左右，可提供30幀CIF(352×288)質(zhì)量的圖像，是為CD-ROM光盤的視頻存儲和播放所制定的。MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)視頻編碼部分采用運動補償?shù)膸g預(yù)測、二維DCT、VLC游程編碼等。此外還引入了幀內(nèi)幀(I)、預(yù)測幀(P)、雙向預(yù)測幀(B)和直流幀(D)等概念，進一步提高了編碼效率。

MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)是在MPEG-1的基礎(chǔ)上，在提高圖像分辨率、兼容數(shù)字電視等方面做了一些改進，例如它的運動矢量的精度為半像素；在編碼運算中(如運動估計和DCT)區(qū)分“幀”和“場”；引入了編碼的可分級性技術(shù)，如空間可分級性、時間可分級性和信噪比可分級性等。

MPEG-4是基于幀重建算法來壓縮和傳輸視頻數(shù)據(jù)，通過動態(tài)地監(jiān)測圖像各個區(qū)域的變化，根據(jù)對象的空間和時間特征來調(diào)整壓縮方法，從而可以獲得比MPEG-1更大的壓縮比、更低的壓縮碼流和更佳的圖像質(zhì)量。MPEG4的應(yīng)用目標(biāo)是針對窄帶傳輸、高畫質(zhì)壓縮、交互式操作以及將自然物體與人造物體相融合的表達方式，同時還特別強調(diào)廣泛的適應(yīng)性和可擴展性。

H.264是ITU-T的VCEG(視頻編碼專家組)和ISO/IEC的MPEG(活動圖像編碼專家組)的聯(lián)合視頻組(JVT：JointVideoTeam)開發(fā)的一個新的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分。1998年1月份開始草案征集，1999年9月，完成第一個草案，2001年5月制定了其測試模式TML-8，2002年6月的JVT第5次會議通過了H.264的FCD板。2003年3月正式發(fā)布。

H.264常用統(tǒng)一的VLC符號編碼，高精度、多模式的運動估計，基于4×4塊的DCT變換、分層的編碼語法等。這些措施使得H.264算法具有很的高編碼效率，在相同的重建圖像質(zhì)量下，能夠比H.263節(jié)約50％左右的碼率。H.264的碼流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強，增加了差錯恢復(fù)能力，能夠很好地適應(yīng)IP和無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。

為了更好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸，及長時間存儲要求，目前，DVR一般均采用編碼效率高的MPEG-4或H.264視頻壓縮技術(shù)。這必將增加壓縮算法的運算量，對處理器性能的要求也就越高。

操作系統(tǒng)

Windows操作系統(tǒng)具有應(yīng)用普遍、使用簡單、日后維護方便、軟件易于升級等特點，成為基于PC的DVR首選的操作系統(tǒng)。但Windows操作系統(tǒng)本身具有不穩(wěn)定性，但系統(tǒng)中除了運行DVR應(yīng)用軟件外，還運行其它的軟件時，系統(tǒng)將不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)“死機”等嚴(yán)重問題，影響系統(tǒng)的正常運行。

Linux操作系統(tǒng)支持多用戶、多任務(wù)、及多道處理的Linux操作系統(tǒng)作為“開源”軟件，可由開發(fā)者任意修改和添加。此外，Linux是以網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為基礎(chǔ)的操作系統(tǒng)，具有完整的網(wǎng)絡(luò)功能，使用者可以在Linux下以單機連上互聯(lián)網(wǎng)，也可架設(shè)局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)；還可以Linux架設(shè)各種服務(wù)器，提供在互聯(lián)網(wǎng)以及內(nèi)部網(wǎng)的郵件、FTP和Web等各種服務(wù)，方便DVR實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。

實時操作系統(tǒng)RTOS對于嵌入式DVR來說是最佳選擇，開發(fā)者可以應(yīng)用為中心，根據(jù)應(yīng)用對功能、可靠性、穩(wěn)定性、成本、體積等的綜合要求，對軟／硬件進行裁剪，使產(chǎn)品的實現(xiàn)更靈活、多樣。

然而，采用實時操作系統(tǒng)RTOS的嵌入式DVR目前面臨的最大挑戰(zhàn)在于其網(wǎng)絡(luò)功能。在網(wǎng)絡(luò)普及的今天，已有越來越多的用戶使用網(wǎng)絡(luò)。具有網(wǎng)絡(luò)功能的DVR可讓用戶透過LAN/WAN、Internet等網(wǎng)絡(luò)進行遠程監(jiān)視和控制。

基于DM642的嵌入式DVR實現(xiàn)

在進行嵌入式DVR設(shè)計以前，我們首先需要對構(gòu)成DVR所必需的硬件配置進行分析。

一體化模擬前端：DVR的模擬前端為來自攝像機和麥克風(fēng)的模擬視頻和模擬音頻信號，為了降低整個系統(tǒng)的成本，一般會有多路視頻和音頻信號輸入。而攝像機一般安裝在云臺上，為了取景、調(diào)焦，需要對其進行水平、俯仰轉(zhuǎn)動，鏡頭變焦，光圈開合，攝像頭防護罩控制(開/關(guān)、加熱/風(fēng)扇等)等，云臺的這些控制命令一般通過異步串口RS232、RS422／RS485提供。另外，對于一個完整的視頻監(jiān)控系統(tǒng)來說，還需要對環(huán)境進行監(jiān)控，如門禁控制、紅外/煙霧/煤氣感應(yīng)、報警器、紅外對射、停車管理等，這些功能一般用數(shù)字I/O實現(xiàn)。

由此可見，DVR的一體化模擬前端，除了需要提供多路的模擬視頻/音頻的輸入端口外，還需要為云臺控制提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232/RS422/RS485異步串行接口，及環(huán)境監(jiān)控的數(shù)字I/O。

數(shù)字化：為了用微處理器實時地對輸入的視頻/音頻信號進行數(shù)字化的編/解碼處理，必需將輸入的模擬視頻/音頻信號進行數(shù)字化，這部分工作由視頻解碼器和音頻解碼器完成。每個模擬視頻輸入對應(yīng)一路視頻解碼器，每個模擬音頻輸入同樣對應(yīng)一路音頻解碼器，而且配對的視頻和音頻信號數(shù)字化必須同步進行。

實時處理數(shù)字視頻/音頻數(shù)據(jù)：模擬視頻/音頻信號進行數(shù)字化后，將高速產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，為了能對這些數(shù)據(jù)進行存儲、傳輸、回溯、和分析等功能，首要的工作必須實時地完成大數(shù)據(jù)量、大計算量的數(shù)字視頻／音頻的壓縮編碼處理，數(shù)字視頻壓縮編碼算法有：MPGE-2、MPEG-4、H.263、H.264等，數(shù)字音頻壓縮算法有：G.711、G.722、G.723、G.728、G.729等。

實時完成這樣的算法需要高速的處理器來實現(xiàn)，高性能DSP的出現(xiàn)正好滿足了這一需求。另外大量的高速產(chǎn)生的數(shù)字視頻／音頻數(shù)據(jù)，需要高速、大容量的存儲器來緩存。DSP與高速、大容量存儲器構(gòu)成數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心。本文將采用TI公司的TMS320DM642及高速、大容量SDRAM存儲器來構(gòu)成DVR的核心。

數(shù)據(jù)的存儲和傳輸：對于DVR來說，不僅需要對壓縮后的數(shù)據(jù)進行長時間存儲，以便回溯。而且還需要能通過網(wǎng)絡(luò)對其進行監(jiān)視和控制，即需要將壓縮后的數(shù)據(jù)和相關(guān)的控制信息通過網(wǎng)絡(luò)進行傳輸。由此可見，對于DVR來說，硬件上除了能提供大容量本地存儲、本地傳輸外，還需要遠程傳輸?shù)冉涌凇?/span>