摘要：自網(wǎng)絡(luò)攝像機(IP Camera)+網(wǎng)絡(luò)錄像機(NVR),、模擬攝像機+DVS+NVR模式嶄露頭角,，業(yè)內(nèi)部分人士即開始吶喊 “NVR是DVR的終結(jié)者”口號。然而數(shù)年后,，羽翼未豐的NVR依舊叫好不叫座,。正因為此，混合式DVR(HVR)應(yīng)運而生,，并不斷完善,，為用戶提供接近完美的存儲方案。本文即以案例來闡述視頻級聯(lián)模式在混合式DVR(HVR)中的應(yīng)用,。   

　　自網(wǎng)絡(luò)攝像機(IP Camera)+網(wǎng)絡(luò)錄像機(NVR),、模擬攝像機+DVS+NVR模式嶄露頭角,，業(yè)內(nèi)部分人士即開始吶喊 “NVR是DVR的終結(jié)者”口號。然而數(shù)年后,，羽翼未豐的NVR依舊叫好不叫座,。正因為此，混合式DVR(HVR)應(yīng)運而生,，并不斷完善,，為用戶提供接近完美的存儲方案。本文即以案例來闡述視頻級聯(lián)模式在混合式DVR(HVR)中的應(yīng)用,。

　　傳統(tǒng)架構(gòu)的混合式DVR(HVR)

　　HVR之前

　　監(jiān)控行業(yè)正朝向數(shù)字化,、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展,，而數(shù)字化已經(jīng)被應(yīng)用的發(fā)展所證明,，其代表性產(chǎn)品就是DVR。DVR的核心功能為“數(shù)字錄像”,，即模擬采集數(shù)字轉(zhuǎn)換,、視頻壓縮和視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸，當(dāng)然還有實時預(yù)覽,、實時控制和錄像回放等功能,。如此眾多的功能被整合在一起，加上人性化的操作方式,，極好地詮釋了“數(shù)字化”的理念,，完美地替代并擴(kuò)展了原有模擬攝像機+VCR錄像機的監(jiān)控應(yīng)用模式。

　　“數(shù)字化”之后就是“網(wǎng)絡(luò)化”,，那么何為“網(wǎng)絡(luò)化”?“網(wǎng)絡(luò)化”的過程中是否能夠形成如DVR一樣完美的代表性產(chǎn)品形態(tài)呢?自網(wǎng)絡(luò)攝像機(IP Camera)+網(wǎng)絡(luò)錄像機(NVR),、模擬攝像機+DVS+NVR模式的閃亮登場，業(yè)內(nèi)有部分人士開始吶喊 “NVR是DVR的終結(jié)者”口號,。然而數(shù)年過去了,，DVR沒有被終結(jié)，而NVR也一直未能形成氣候,。究其原因,，還是市場規(guī)律在起作用。若想在市場唱主角,，光一個漂亮的宣傳口號是不行的,，真正的殺手锏是要為客戶帶來價值。

　　在“網(wǎng)絡(luò)化”中,，最杰出的成果是監(jiān)控平臺,。平臺通常是基于PC的一套軟件系統(tǒng)，它能通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將DVR,、NVR,、IP Camera以及DVS等整合起來,，集中進(jìn)行管理和配置。一般的平臺功能包括：設(shè)備管理,、用戶管理,、錄像管理、流媒體轉(zhuǎn)發(fā),、電子地圖,、電視墻等等。監(jiān)控平臺將監(jiān)控產(chǎn)品的功能和監(jiān)控的具體應(yīng)用結(jié)合起來,，在可靠性,、安全性和強大的功能之間達(dá)到平衡。

　　2008年以來,，高清監(jiān)控的興起為視頻監(jiān)控的“網(wǎng)絡(luò)化”注入了新的生命力,。由于傳統(tǒng)模擬視頻的傳輸方式不再適合高清視頻(1280×720，1920×1080或者更高)的傳輸,，而高清視頻的傳輸方式如VGA,、DVI、SDI以及HDMI等所支持的距離均達(dá)不到監(jiān)控的要求,，因此網(wǎng)絡(luò)方式傳輸高清視頻成為了視頻監(jiān)控理想的選擇,。除了占用的帶寬比CIF和D1更高一些(即每路傳輸線所容納的通道數(shù)目有所減少)之外,，系統(tǒng)的其他部分和傳統(tǒng)的標(biāo)清系統(tǒng)基本上沒有區(qū)別,。因而，隨著高清監(jiān)控的市場需求不斷增長,，網(wǎng)絡(luò)化的架構(gòu)逐步走向普及,。

　　那么，網(wǎng)絡(luò)化的未來,，IP Camera+NVR是否是唯一的模式?答案是否定的,。因為市場有其自身的規(guī)律，它不存在于理想主義者的想象之中,，而是存在于現(xiàn)實之中,。正因為此，混合式DVR(HVR)應(yīng)運而生,。

　　HVR時代

　　什么是HVR?HVR是既可以接入模擬視頻,，又可以接入數(shù)字視頻的數(shù)字視頻錄像機。也就是說,，它是傳統(tǒng)的DVR和NVR的綜合體,，所以有人說：HVR=DVR+NVR。當(dāng)然,，這種簡單的加法不能代表其真實的市場定位,，下面以例來說明HVR的應(yīng)用,。

　　某電力監(jiān)控系統(tǒng)，其子系統(tǒng)由一個16路D1的DVR和16個模擬攝像機組成,，現(xiàn)在對其進(jìn)行改造,，增加16個標(biāo)清監(jiān)控點和8個高清監(jiān)控點，其可選方案有：

　　1,、增加1臺16路D1的DVR和1臺8路高清NVR,。

　　2、增加1臺HVR,。

　　3,、加1臺16路D1的DVR，并將8路高清直接連接到監(jiān)控平臺(如果系統(tǒng)中有監(jiān)控平臺的話),。

　　其中,，方案1的成本大致是方案2的兩倍左右，其性能基本上差不多;方案3需要原系統(tǒng)中有中心平臺,，而且一級單位無法現(xiàn)場查看和存儲錄像,。

　　從上面的案例可以看到，HVR系統(tǒng)具有好的性價比優(yōu)勢,。

　　HVR系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢：

　　· 既可接入模擬視頻,，又可接入數(shù)字視頻，構(gòu)成的系統(tǒng)具有很大的靈活性,。在實際應(yīng)用中,，相對集中的、距離較近的監(jiān)控點適合使用低成本的模擬方式接入;而離散的,、距離較遠(yuǎn)的監(jiān)控點,，或者高清監(jiān)控點適合用數(shù)字方式接入;

　　· HVR的模式可以靈活地配置。如一臺16路模擬(D1)+8路數(shù)字(720P)的HVR,，可以配置成純DVR模式(16路模擬D1),、混合模式(16路模擬D1+8路數(shù)字720P)、NVR模式(16路720P或者32路D1的數(shù)字接入);

　　· 類似DVR的使用方式,。HVR完全繼承傳統(tǒng)的DVR的使用方式,，在配置完成之后，在系統(tǒng)的使用方式上,，操作者不用去刻意區(qū)分模擬通道和數(shù)字通道,，直接按照以前DVR的使用方式去操作設(shè)備即可。無論是前端預(yù)覽和錄像,，還是云鏡操作和報警控制等,，與傳統(tǒng)的DVR沒有區(qū)別。這樣，可以讓使用者無障礙地過渡到新的系統(tǒng);

　　· 系統(tǒng)價格優(yōu)勢,，HVR在不大幅增加系統(tǒng)成本的前提下,，提供更高的綜合性能。一個16路模擬D1+8路數(shù)字720P接入的HVR,，市場價格僅僅高出相同檔次的DVR 的10%?20%,。

　　那么，HVR時代可延續(xù)多久?它是不是DVR,、NVR之間的過渡產(chǎn)品呢?事實上,，混合式系統(tǒng)將長期存在。原因基于以下的客觀因素：

　　· 原有模擬系統(tǒng)已經(jīng)大規(guī)模普及,，老的系統(tǒng)有升級需求,。特別是部分監(jiān)控點有高清的升級需求，HVR可以做到無縫過渡;

　　· 模擬系統(tǒng)方案在集中性,、短距離場合具有成本上優(yōu)勢,。畢竟IP攝像機的成本大大高于普通模擬攝像機，傳統(tǒng)的模擬接入方式在上述場合具有明顯的性價比優(yōu)勢;

　　· 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶寬的限制以及數(shù)字通道必須先編碼壓縮再解碼回放的處理過程,，使得目前數(shù)字通道在實時性方面比模擬通道差,。即使是高清監(jiān)控，客戶也需要在實時性和清晰度之間做出取舍,。

　　正如當(dāng)初人們將VCD作為DVD的過渡產(chǎn)品,，因為DVD時代姍姍來遲，VCD在中國曾經(jīng)撐起偌大一片天空,。而NVR相對傳統(tǒng)的模擬接入在功能上并沒有絕對的優(yōu)勢,，所以純NVR系統(tǒng)若想完全取代現(xiàn)有的DVR(HVR)系統(tǒng)，在可以預(yù)見的時間內(nèi)恐怕難以實現(xiàn),。如果目光深邃到100年以后,，監(jiān)控領(lǐng)域可能是另外一種狀況，如無線網(wǎng)絡(luò)帶寬已經(jīng)足夠傳輸實時視頻,，或者視頻監(jiān)控已擺脫目前通訊網(wǎng)絡(luò)模式的束縛，發(fā)展出新穎的,、專用的“視頻監(jiān)控網(wǎng)”傳輸方式,，屆時NVR或?qū)⒊蔀槭袌鲋髁鳌?/p>

　　HVR的基本架構(gòu)

　　和DVR的基本功能一樣，HVR的核心功能也是數(shù)字錄像,、預(yù)覽回放等,。由于加入了數(shù)字通道(數(shù)字通道的處理方式和模擬通道的處理方式完全不同)，因而對比傳統(tǒng)的DVR架構(gòu)有所擴(kuò)展(圖1),。

圖1 通用HVR的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 HVR的模擬和數(shù)字的預(yù)覽及錄像通道

　　從圖2可以看出,，HVR確實是DVR和NVR的綜合體，圖1左邊的模擬通道是DVR的主通道,，而右邊的數(shù)字通道則是NVR的主通道,。

　　HVR架構(gòu)上的難題

　　對比NVR,，HVR增加了模擬視頻接入和編碼的功能;而相對DVR，HVR強化了音視頻解碼和數(shù)字接入部分功能,，功能的豐富帶來的是系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,。如果要構(gòu)建一個模擬16路D1+數(shù)字16路D1的HVR，現(xiàn)有的單片芯片基本上都沒有如此強大的編解碼能力,，那就要以處理芯片的級聯(lián)來實現(xiàn),。傳統(tǒng)的芯片級聯(lián)的方式通常通過PCI或者PCIE接口來實現(xiàn)，而大多媒體處理芯片將編碼和解碼的功能做在一起,，如下圖3,。而HVR遇到的困惑就是：視頻預(yù)覽模塊掛在主控模塊上，所有解碼后的原始數(shù)據(jù)都從PCI給主控,，再由主控輸出到監(jiān)視器,，這樣給主控模塊造成了很大的壓力。

圖3 多處理器級聯(lián)模式下HVR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　1路D1的原始視頻數(shù)據(jù)(YUV 4∶2∶2)約為20M byte/秒;1路1920×1080P的數(shù)據(jù)大約相當(dāng)于6個D1,。據(jù)此可以讓視頻解碼器將原始視頻縮放到預(yù)期的大小,，多路拼裝成一個1920×1080的視頻，然后通過PCI傳輸,，即便如此,，僅僅預(yù)覽這個環(huán)節(jié)對PCI的帶寬需求是120M Byte/s;在實際的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，仍很難保證PCI工作在120M byte負(fù)荷以下的,?；诔ＷR可知，PCI的帶寬壓力越小,，系統(tǒng)就越穩(wěn)定,。

　　當(dāng)然，如果不考慮成本和功耗,，還有一個解決方案：將視頻解碼器集成在主控芯片中,，所有的解碼任務(wù)由主控完成，直接輸出到回放預(yù)覽模塊,，原始數(shù)據(jù)不走PCI總線,，這樣的代價就是需要主控有非常強大的解碼能力，但是具有16路D1 解碼能力的芯片是很少的,。而有廠家給出了另外一種解決方案,，能完美地解決上述問題，這就是視頻級聯(lián)顯示技術(shù),。

　　視頻級聯(lián)模式

　　某品牌的視頻級聯(lián)模式有4個支持標(biāo)準(zhǔn)的BT.656格式的視頻輸入接口,，同時支持byte interleaving和frame interleaving格式的多路D1合成的碼流，即每個接口可以支持1路，2路或4路D1;另外,，4個輸入接口兩兩組合,，可組成2個標(biāo)準(zhǔn)的BT.1120接口，支持高清數(shù)據(jù)的輸入,。

　　該視頻級聯(lián)模式還有一路高清視頻輸出接口,，可支持模擬或者數(shù)字輸出(此處用到的是數(shù)字輸出)。此外,，其可以將視頻輸入和視頻輸出接口串聯(lián)起來,，組成菊花鏈結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)多片視頻數(shù)據(jù)的實時預(yù)覽和回放,，參考圖4,。

圖4 視頻級聯(lián)模式的視頻預(yù)覽回放級聯(lián)模式

　　該視頻級聯(lián)模式是一個多核處理器，包括一個600M Hz的ARM11和一個300MHz ARM9,，以及硬件加速的H.264編碼解碼器,，可以支持到8個D1的H.264的實時編碼或者解碼。

　　視頻級聯(lián)模式內(nèi)部的ARM11可以做系統(tǒng)的主控制器,，ARM9用來控制H.264的流程和音頻處理,，一般不供外部使用?？梢杂?片3520構(gòu)成一個16 D1模擬接入(16 D1編碼)和16 D1的網(wǎng)絡(luò)接入(16 D1解碼)的HVR系統(tǒng)(圖4)：16路模擬通道首先經(jīng)過4片TW2866做模擬/數(shù)字變換,，然后用byte interleaving模式合成在2路BT.656鏈路中，傳輸給Hi3520,，Hi3520剩下的2個BT.656接口并接成1個16 bit的BT.1120的接口,，用來做視頻串聯(lián)，將4片Hi3520首尾串接起來,，組成視頻預(yù)覽回放的串聯(lián)通路,。

　　先計算一下PCI的負(fù)荷：4片Hi3520共享一個PCI總線，主控H1的PCI設(shè)定為主模式,，而其他3片Hi3520的PCI則為從模式,，通過PCI總線，主控芯片H1可以對從設(shè)備C1?C3進(jìn)行軟件加載,，可以發(fā)送控制命令和接收音視頻碼流,，如果以每個D1， 2M bit的碼流來計算,，PCI的負(fù)荷為24M bit(3M byte)，如果加上存儲和回放(通過PCI來擴(kuò)充PCI轉(zhuǎn)SATA橋),，共88M bit(11M byte)的負(fù)荷,，只有1路D1的原始視頻的1半，這就意味著程序員不必再挖空心思為降低PCI載荷而浪費寶貴的時間。

　　在DVR和HVR系統(tǒng)中,，對錄像和預(yù)覽回放的處理方式是不一樣的,，比如全D1的錄像機，它的錄像通道就是D1大小,，是不變的;而預(yù)覽和回放不一樣,，需要根據(jù)用戶的設(shè)定來改變，比如在一個1920×1080的顯示器上,，用戶可以將屏幕劃分成多個子窗口,，一般有36、25,、16,、9、8,、4,、1等劃分方法，也稱之為layout方式,。首先,，主控芯片H1根據(jù)客戶規(guī)定的layout方式發(fā)給每片處理器。每片處理器將采集或者解碼得到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行縮放,，再放到規(guī)定的layout子窗口內(nèi),。然后，將合成的視頻從級聯(lián)輸出口輸出,，隨著視頻從C1傳到C2,、C3，最后傳到H1,。H1貼好自己的layout子窗口后,，整個預(yù)覽視頻就完整了，通過MDIN340這顆HDMI驅(qū)動器,，將視頻完整地顯示在監(jiān)視器上,，如圖5所示。從HVR系統(tǒng)的主要使用方式來分析一下數(shù)據(jù)流向,，探究該視頻級聯(lián)模式的視頻預(yù)覽回放級聯(lián)模式的具體運作,。

圖5 視頻級聯(lián)模式下的layout填充

　　錄像

　　模擬通道：每片處理器從視頻口采集4路D1的模擬視頻，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和視頻編碼后,，通過PCI發(fā)送給主控H1,，H1將數(shù)據(jù)存入硬盤;數(shù)字通道：通過H1的千兆以太網(wǎng)接口，從前端IPC獲取壓縮碼流,，直接存入硬盤,。

　　預(yù)覽

　　每片處理器首先從級聯(lián)輸入口獲得前級已經(jīng)填充的視頻(C1除外),。模擬通道：從視頻采集口獲得4路D1的模擬視頻后，根據(jù)layout的要求進(jìn)行縮放,， 然后將圖片按照layout的要求進(jìn)行填充;數(shù)據(jù)通道：主控CPU將數(shù)據(jù)預(yù)覽的任務(wù)根據(jù)各CPU占用情況,，將解碼任務(wù)和相應(yīng)的layout分配給較為空閑的處理器。分配完成后,，H1將從網(wǎng)口接收到的視頻流源源不斷地轉(zhuǎn)發(fā)給處理器,。該處理器對此視頻流進(jìn)行解碼，縮放,，并填充到對應(yīng)的layout子窗口中,。模擬和數(shù)字的填充完成后，處理器將視頻從級聯(lián)口發(fā)送給下一級的CPU,。直到H1,，通過顯示驅(qū)動芯片將視頻轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的HDMI信號，再由監(jiān)視器顯示出來,。

　　錄像回放

　　錄像回放對于模擬和數(shù)字通道是相同的,，主控CPU H1從硬盤讀取視頻流，將layout和碼流分配給各個處理器,，各個處理器進(jìn)行解碼,、縮放和貼圖，通過級聯(lián)口將視頻播放出來,。

　　報警處理

　　本地的報警源由本地的設(shè)備捕獲：例如IO報警,、視頻移動報警等，均由本地設(shè)備驅(qū)動程序捕獲;數(shù)字通道的報警則根據(jù)接入?yún)f(xié)議,，由前端產(chǎn)生,，通過信令傳輸?shù)街骺豀1，有H1解析并聯(lián)動,。

　　云鏡控制

　　本地通道的云鏡控制,，有主控芯片H1執(zhí)行，將控制協(xié)議的命令字從本地的RS485口送出;數(shù)字通道的PTZ則按照接入?yún)f(xié)議的定義,，有H1發(fā)出相應(yīng)的命令給IPC設(shè)備,。

　　關(guān)于負(fù)載均衡

　　由此可見，有關(guān)于解碼任務(wù),，可由主控芯片H1根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)荷狀況進(jìn)行動態(tài)的分配,，從而能充分發(fā)揮系統(tǒng)中多個芯片的性能，避免多處理器系統(tǒng)出現(xiàn)負(fù)荷不均的現(xiàn)象,，其對系統(tǒng)的可靠性具有重大意義,。

　　按照廠商說明書，可以在配置參數(shù)里設(shè)定視頻級聯(lián)模式的最大能力級,。能力的種類包括視頻編碼能力,、視頻解碼能力,、音頻編碼能力,、音頻解碼能力,、DMA資源、總線帶寬等,。通過統(tǒng)計,，每顆處理器的實際運行狀況，對照額定值進(jìn)行評估,，就可以從各個方面得到系統(tǒng)各處理器的負(fù)荷狀況,，從而做出最合理的調(diào)度。

　　負(fù)載均衡對于HVR系統(tǒng)來說至關(guān)重要,，傳統(tǒng)的HVR系統(tǒng)架構(gòu)(如圖3)雖然也可以將解碼任務(wù)分配給從CPU執(zhí)行,，但是因為解碼完成后的視頻數(shù)據(jù)量太大，無法通過PCI實時傳輸給主控去顯示,，從而產(chǎn)生傳輸上的瓶頸,，影響系統(tǒng)的可靠性。上述的視頻級聯(lián)模式的級聯(lián)架構(gòu),，解碼后的數(shù)據(jù)直接送往級聯(lián)口,，不經(jīng)過PCI，因而主控芯片H1可以最大限度地去利用每個從設(shè)備的解碼能力,。