主頁（http://m.by236.com）：智能網絡DVR的實現方案

    網絡DVR系統，突破了以往傳統的數字硬盤錄像機、模擬矩陣、攝像機等獨霸天下的局面。而智能網絡DVR系統，其首要的優勢是數字化和壓縮的過程都在本地完成，此時可通過已連入互聯網的現有網絡設備來傳輸智能數據，從而可有效降低使用成本。由于新增加了對圖像的智能分析與識別、智能搜索引擎、智能尋像、多媒體指揮平臺等高效實用的功能，使它作為一種獨立的產品形態，己逐漸進入了人們的視野。本文介紹應用FPGA構建軟壓縮DVR卡、硬壓縮多通道DVR系統方案的組成、原理，以及智能網絡DVR可具備的智能功能及其實現方案。

    隨著信息社會的發展，人們的安全意識在不斷增強，對安防監控設備的需求也在持續增長。總的看來，安防視頻監控技術的發展趨勢為：新的H.264壓縮技術可以增加硬盤的存儲時間，并減少對網絡帶寬的需求，因而逐漸成為主流；高清晰度視頻系統開始出現在一些高端應用場合，并將逐步擴展到中、低端應用；PCI Express（簡稱PCI-E）正在取代傳統的PCI總線，從而使目前流行的PCI總線壓縮卡將轉換到PCI Express總線架構；隨著IP網絡的普及，基于IP網絡視頻監控系統增長迅速，并積極向智能化發展。

    顯然，安防視頻監控技術的這種發展，其產品都要求有更高性能和更靈活性的器件來構建，而單純采用DSP處理器或現成芯片（ASSP）的方法己難以滿足系統的需求。由于目前可編程器件具有很高的集成度和靈活性，以及低功耗和寬的工作范圍，且其價格又不斷下降，因此利用可編程邏輯門陣列（FPGA）特有的高性能和靈活性，使其成為許多視頻監控產品的理想選擇。筆者將陸續介紹，應用FPGA器件構建一些典型的視頻監控產品的方案，如軟壓縮DVR卡、硬壓縮多通道DVR系統、智能網絡DVR與DVS，以及智能網絡攝像機的實現方案等。這里介紹構建智能網絡DVR的實現方案。

    DVR技術的發展是與計算機技術的發展密不可分的，圖像處理是一個大數據流的傳輸過程，它在硬件方面受到計算機的計算速度、存儲器的容量及動態分布、多CPU或計算機網絡設計、數據總線、網絡傳輸帶寬的限制；在軟件方面，也受到如數據總線流模式、數據塊傳輸協議、數據壓縮算法、模式識別算法等限制。

    DVR系統擁有多路視頻輸入（典型的為4路、8路或16路等），而且都已包含了原來的畫面分割器和多路復用器的功能。使用網絡DVR的模擬監控系統，是一個部分數字化的系統，它包括一個網絡DVR設備，該網絡DVR配有用于網絡連接的以太網接口。視頻信號在DVR中轉換為數字信號并被壓縮，然后通過計算機網絡進行傳輸，在遠端通過電腦便可進行監控。基于DVR的數字化網絡系統，突破了以往傳統的數字硬盤錄像機、模擬矩陣、攝像機等獨霸天下的局面。

    智能網絡DVR系統，其首要的優勢是數字化和壓縮的過程都在本地完成，此時可通過已連入互聯網的現有網絡設備來傳輸智能數據，從而可有效降低使用成本。因為，僅有通過所嵌入的智能功能所識別出的帶預/報警信息觸發的視頻數據，才會被發送到中央監控站，以用于進一步地分析并采取進一步的響應，以降低網絡設備的負載并減少人為錯誤。

    在智能網絡DVR系靳中，由于新增加了一些智能功能的圖像分析與識別、智能搜索引擎、智能尋像、多媒體指揮平臺等高效實用的功能，使它作為一種獨立的產品形態，已逐漸進入了人們的視野。在數字硬盤錄像機DVR領域中，有軟壓縮與硬壓縮兩種方式。本文簡要介紹，應用FPGA構建軟壓縮DVR卡、硬壓縮多通道DVR系統方案的組成、原理，以及智能網絡DVR可具備的智能功能及其實現方案。

軟壓縮DVR方案
    所謂軟壓縮，是指采用軟件通過PC或IPC平臺來對單路或多路視頻進行壓縮，而再由PC機作進一步處理，如存儲或通過網絡傳送等。通常，用軟壓縮來完成MPEG-2、MPEG-4等壓縮算法。現在，單純采用DSP處理器或現成芯片（ASSP）的方法己難以滿足高性能系統的需求。但由于目前可編程器件具有很高的集成度和靈活性，以及低功耗和寬的工作范圍，其價格又不斷在下降，因此利用可編程邏輯門陣列（FPGA）特有的高性能和靈活性，使其可構建許多視頻監控產品。

    軟壓縮DVR的功能非常適合用FPGA器件來實現，圖1所示即為一個用FPGA器件來實現軟件壓縮DVR的功能框圖。

    由圖1可見，它所實現的功能大多邏輯復雜度不高，同時對數據通路性能有一定的要求，需要具有高速接口通信能力，因而適合用FPGA來實現。其縮放部分以及視頻濾波等預處理工作、DMA控制器、音頻FIFO和PCI-E部分可全部放入FPGA中。這里采用FPGA的好處是，可以靈活地實現任意多路的視頻輸入，并且視頻預處理的功能可以根據不同攝像機的特性靈活定制，從而達到最優效果。

    值得一提的是，有些公司有現成的視頻圖像處理套件（VIP），如Altera公司的套件有9個視頻預處理/后處理的IP，其中有Scaler（縮放）、2D FIR濾波等IP，在接口方面還有PCI與PCI-E的IP核，以及帶有內嵌收發器的Arria GX FPGA等。

硬壓縮DVR方案
    所謂硬壓縮，是指采用硬件（如DSP處理器、媒體處理器和FPGA器件）來實現視頻壓縮，然后直接存貯或通過網絡傳送等。H.264 D1分辨率壓縮通常可采用DSP處理器、DSP＋FPGA或單片低成本FPGA來實現，如Cyclone系列、Arria GX系列等。而從成本和易實現性等方面考慮，高端Stratix系列FPGA更適合H.264高清分辨率壓縮。

    多路硬壓縮DVR的通道數包含4、8、16通道，有的甚至超過24通道。系統的核心是多通道壓縮，這里所述的FPGA實現方案與傳統的ASSP或DSP處理器實現方法不同，它是一種更靈活、可擴展性更強、單路視頻成本和功耗更低的解決方案。最新的65nm低成本FPGA Cyclone Ⅲ在功耗方面擁有很大優勢，這種單芯片可以支持最大到16通道的H.264編碼。
采用FPGA器件的典型的多通道硬壓縮DVR系統如圖2所示。
(中國集群通信網 | 責任編輯：陳曉亮)