第十节1 硬盘录像机

第十节数字硬盘录像机DVR（DigitalVideoRecorder）教学目的和要求：了解监控系统中常用的数字硬盘录像机的基本原理，熟悉并掌握其特点。了解数字监控系统的结构,会使用硬盘录像机。教学重点和难点：数字硬盘录像机的特点。学习目标

了解硬盘录像机的作用、种类和特点，掌握硬盘录像机的录放功能、录像机对前端设备的控制及相互间的接线关系。任务引入

1.记录

2.控制功能主要内容一、数字硬盘录像机简介及工作原理二、硬盘录像机分类及功能三、数字硬盘录像机接口四、压缩技术及硬盘存储容量计算五、操作应用DVR简介及原理

DigitalVideoRecorder

（硬盘录像机），即数字视频录

像机，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。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。硬盘录像机工控式硬盘录像机嵌入式硬盘录像机监控软件DVR的硬件组成

DVR系统的硬件主要由CPU，内存，主板，显卡，视频采集卡，机箱，电源，硬盘，连接线缆等构成。

DVR系统的软件是由个人公司进行开发完成的，建立在硬件系统之上的。硬盘录像机的基本结构系统结构：DSP做编码（压缩）系统结构：DSP做解码（回放）数字硬盘录像系统工作原理

音视频模一数转换：是将模拟音视频信号转换成数字信号。压缩：处理器用采用压缩算法，对采集的音视频进行压缩。存储：应用程序把压缩过的音视频信号存储到硬盘中。回放：播放程序按照查询条件，从硬盘中读取指定录像资料进行显示。二、硬盘录像机分类及功能数字硬盘录像机（DVR）（一）数字硬盘录像机的分类

从功能上分类：单路、多路、多功能

从所用操作系统上分类：

PC式DVR、嵌入式DVR

按编解码的方式分类：硬件编解码、软件编解码分类及压缩算法目前市面上主流的DVR采用的压缩技术有MPEG-2、MPEG-4、H.264、M-JPEG，而MPEG-4、H.264是国内最常见的压缩方式；从压缩卡上分有软压缩和硬压缩两种，软压受到CPU的影响较大，多半做不到全实时显示和录像，故逐渐被硬压缩淘汰；从摄像机输入路数上分为1路、2路、4路、6路、9路、12路、16路、32路，甚至更多路数；按系统结构可以分为两大类：基于PC架构的PC式DVR和脱离PC架构的嵌入式DVR。PC式硬盘录像机（DVR）：这种架构的DVR以传统的PC机为基本硬件，以Win98、Win2000、WinXP、Vista、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。这种插卡式的系统在系统装配、维修、运输中很容易出现不可靠的问题，不能用于工业控制领域，只适合于对可靠性要求不高的商用办公环境。嵌入式硬盘录像机（EM-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。嵌入式系统一般指非PC系统，有计算机功能但又不称为计算机的设备或器材。

1、PCDVRPCDVR产品的问题主要有：（1）稳定性差。（2）PCDVR产品操作及维护需要有一定的技术基础，而操作系统有时还会“冲掉”一些系统配置及软件，这就使维护工作难度大。（3）PCDVR的数据存储及操作系统均在硬盘中，无论如何加密，均可以从PC的底层进入系统，对已记录的图像文件进行删改。（4）WINDDOWS操作系统的抗入侵能力非常差。（5）PCDVR的板卡均是大批量生产的产品，质量可以保证，但在组装为DVR产品时却很难做到规范化批量生产，所以整机的质量也难以确保。（6）PC机各类配件的发展非常快，1～2年原有产品就会淘汰，这对于只有长期使用才能体现性价比优势的DVR产品来说，PCDVR的维护费用较高，同时PC的板卡均不是生产DVR产品的厂家自已设计生产的，对其产品长期进行维修的保障可靠度较低。

PCDVR的优点主要有：（1）存储空间较大（容易扩展存储硬盘），适宜长时间录像。（2）良好的人机接口和文件管理等，通过鼠标、键盘只要用过计算机的人都可以很好地进行操作；（3）软、硬件升级比较容易，产品更新快。（4）维修成本比较低，一般的故障都可以通过更换部件进行维修，整机不会报废。2．嵌入式数字硬盘录像机（1）易于使用，无需具有PC操作技能。（2）系统稳定性高，软件容错能力更强，无需专人管理。（3）软件固化在FLASH/EPROM中，不可修改，可靠性高。（4）使用嵌入式实时操作系统，系统开关机快。（5）软硬件成本低。（6）机械尺寸较小，结构简单紧凑。DVR的功能1．多路画面实时录像2．多路画面实时显示3．图像压缩质量设置4．报警录像可外接1个报警控制器（该控制器可接16路防盗报警探头），录像机具有报警联动录像功能。5．音、视频自适应同步记录。6．字符、时钟叠加。

7．视频移动报警联动录像。

8．视频丢失报警。9．查询、回放。10．云台、镜头控制。11．视频参数设置。12．自动监测。13．自动覆盖。

14．远程图像显示。15．全中文操作界面。DVR的功能硬盘录像机功能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。

硬盘录像机的主要功能包括：监视功能、录像功能、回放功能、报警功能、控制功能、网络功能、密码授权功能和工作时间表功能等。硬盘录像机的功能监视：监视功能是硬盘录像机最主要的功能之一，能否实时、清晰的监视摄像机的画面，这是监控系统的一个核心问题，目前大部分硬盘录像机都可以做到实时、清晰的监视。录像：录像效果是数字主机的核心和生命力所在，在监视器上看去实时和清晰的图像，录下来回放效果不一定好，而取证效果最主要的还是要看录像效果，一般情况下录像效果比监视效果更重要。大部分DVR的录像都可以做到实时25帧/秒录像，有部分录像机总资源小于5帧/秒，通常情况下分辨率都是CIF或者4CIF，1路摄像机录像1小时大约需要180MB~1GB的硬盘空间。控制功能：主要指通过主机对于全方位摄像机云台，镜头进行控制，这一般要通过专用解码器和键盘完成；硬盘录像机的功能报警功能：主要指探测器的输入报警和图像视频帧测的报警，报警后系统会自动开启录像功能，并通过报警输出功能开启相应射灯，警号和联网输出信号。图像移动侦测是DVR的主要报警功能；网络功能：通过局域网或者广域网经过简单身份识别可以对主机进行各种监视录像控制的操作，相当于本地操作；密码授权功能：为减少系统的故障率，和非法进入，对于停止录像，布撤防系统及进入编程等程序需设密码口令，使未授权者不得操作，一般分为多级密码授权系统；工作时间表：可对某一摄像机的某一时间段进行工作时间编程，这也是数字主机独有的功能，它可以把节假日，作息时间表的变化全部预排到程序中，可以在一定意义上实现无人值守。三、数字硬盘录像机接口

DVR（DigitalVideoRecorder）接口：1.视频，视频输入4/8/16路BNC接口视频输出1路模拟视频BNC接口(1.0Vp-p,75ohms)、1路VGA输出支持1280×1024、1024×768、1280×720、800×600分辨率、1路HDMI输出支持1280×1024、1024×768、1280×720分辨率抓图功能支持JPEG抓图功能环通输出4/8/16路模拟视频BNC接口(1.0Vp-p,75ohms)

矩阵输出4/8/16选1视频矩阵输出。

2.音频，音频输入4/8/16路线性音频输入音频输出1路线性音频输出报警报警输入4/8/16路报警输入、低电平有效，绿色接线柱接口报警输出3路告警输出，继电器触点(1A@24VDC),NO、NC可编程、绿色接线柱接口。

3.其他，网络1个RJ45接口,10/100M自适应通信标准485接口，支持半双工，绿色接线柱接口、标准232接口，DB9USB2个USB2.0接口，其中1个前面板，1个背板接口硬盘内部支持8个SATA硬盘接口eSATA口支持接口参数产品外观，尺寸前面板产品外观，尺寸后面板接口说明1、DVR控制键盘2、管理软件界面硬盘录像机后面板数字硬盘录像机的评价及技术指标1．数字硬盘录像机的评价一是要考虑到与传统(模拟)的视频评价技术的可比性；另一方面又要求能表现出DVR作为数字视频产品的技术特点，与相关数字视频技术(多媒体、电视会议等)的图像评价方法相吻合。2．DVR的技术指标（1）图像格式。又称显示分辨率，用像素的阵列来表示。（2）帧码长。帧码长是一帧图像压缩后的编码长度。（3）记录帧率：DVR对每一路或对所有资源处理的能力。（4）PSNR。它是测量图像在数字化和压缩处理过程中所产生的失真(图像各像素亮度值的改变，对于彩色图像以亮度分量来计算)的客观指标。（5）主观评价。主观评价则是对图像的观察效果的测试。（6）通用的评价指标。完整的DVR评价指标体系，除了图像质量外还应包括它与外部设备的接口关系和电子产品通用的强制性要求。四、压缩技术及硬盘存储容量计算DVR的压缩技术

目前，常用的图像压缩编码标准主要有MPEG4、H.263、H.264、M-JPEG等。

图像压缩技术1、分类：帧内压缩：把一幅动画分解成若干个固定的画面一幅一幅地传输帧间压缩：可区分每幅影像的差异并且只传送影像不同的部份2、常用的图像压缩技术：MotionJPEG：帧内压缩MPEG1：帧间压缩MPEG2：帧间压缩MPEG4：帧间压缩小波变换（wavelettransform）技术：帧内压缩3、图像压缩技术比较：压缩标准类别M-JPEGMPEG1MPEG2MPEG4压缩率620～3030～40200～500空间分辨率352×288352×288576

720576或更高

720时间分辨率25～30帧/秒25～30帧/秒50～60场/秒25～30帧/秒传输速率1.5Mbps1.15Mbps4～15Mbps10K～1Mbps主要应用视频编辑系统VCDDVD交互式多媒体应用图像质量一般一般很好可变（从VCD到DVD）标准化年代19921992199419994、MPEG4压缩技术为DVR的应用带来了新的曙光

存储空间得到节省图像质量高对网络传输带宽要求不高有可变带宽网络传输错误恢复能力强能对图像进行甑别1．MPEG4

所谓MPEG标准就是指由ISO的活动图像专家组制定的一系列关于音视频信号以及多媒体信号的压缩与解压缩技术的标准。到目前为止，已经制定完成并批准执行的有：1991年批准的MPEG1、MP3;1994年批准的MPEG2;1999年批准的MPEG4和MP4。正在制定的标准有：MPEG7和MEPG21。2．H.263H.263由于能在低带宽上传输高质量的视频流而日益受到欢迎。H.263在H.261建议的基础上发展的，进一步降低码速率和提高编码质量。H.261视频压缩标准,约1991年

H.262视频压缩标准(和MPEG-2第二部分内容相同),约1994年

H.263视频压缩标准,约1995年

H.263v2(也就是H.263+)视频压缩标准,约1998年

H.264视频压缩标准(和MPEG-4第十部分内容相同),约2003年

3．H.264

H.264是ITU-T(国际电信联盟电信标准化部)的VCEG(视频编码专家组)和ISO/IEC的MPEG的联合视频组开发的一个新的数字视频编码标准，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG4的第十部分。在相同的重建图像质量下，H.264能够比H.263节约50％左右的码率，比目前根据MPEG4实现的视频格式在性能方面提高33％左右。4．M-JPEG

M-JPEG技术即运动静止图像压缩技术，它把运动的视频序列作为连续的静止图像来处理，这种压缩技术方式单独完整地压缩每一帧，在编辑过程中可随机存储每一帧，可进行精确到帧地编辑。但M-JPEG只对帧内地空间冗余进行压缩，不对帧间的时间冗余进行压缩，故压缩效率不高。硬盘存储容量的计算基础知识分辨率是数字监控产品中一项重要的技术指标，它直接决定了音视频信号在压缩后还原质量，分辨率越大，图像还原清晰度越高。数字监控中常用图像分辨率：PAL制式：QCIF（174*144）、CIF（352*288）、2CIF（704*288）、DCIF（528*384）、4CIF（704*576）。NTSC制式：QCIF（174*120）、CIF（352*240）、2CIF（704*240）、DCIF（528*320）、4CIF（704*480）。DVR的容量需求计算根据编码后图像的分辨率及流畅度（帧率）及码流决定。（以下均已全帧计算）CIF分辨率：352*288，一般采用384K~512K码流4CIF分辨率：704*576，一般采用1.5M~2M码流码流(DataRate)是指视频文件在单位时间内使用的数据流量，也叫码率，是视频编码中画面质量控制中最重要的部分。同样分辨率下，视频文件的码流越大，压缩比就越小，画面质量就越高。具体所占硬盘空间的计算所需存储空间的大小=每路每小时所在存储空间×

24(单位：小时;一天的时间长）×路数×天数(保存的天数）)÷0.9(磁盘格式化的损失10%空间)(注：存储单位换算1TB=1024GB;1GB=1024MB;1MB=1024KB)每路每小时所在存储空间=码流大小(单位：kb/s;即：比特率÷8)×3600(单位：秒;1小时的秒数）硬盘空间对比表各种DVR录像画质与占用硬盘空间对比表CIF画质Half—D1画质D．CIF画质D1画质一般活动25-200M/h60-430M/h50-400M/h110-800M/h复杂/剧烈活动50-250M/h150-680M/h150-680M/h190-900M/h夜间/光线较暗25-150M/h130-380M/h90-280M/h190-500M/h五、操作应用数字硬盘录像机的使用DVR控制键盘硬盘录像机的管理软件

1.开机（一）功能应用