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安防监控等设计领域的DVR板设计思路

更新时间:2021-06-28 07:19:08点击:

   适用于极限运动环境、监控等设计领域的DVR板
想要设计一个DVR?对于许多应用来说,使用板级视频摄像系统设计被证明比从头设计更容易和更快捷。

为了以数字方式存储视频图像,设计师实际上有两种选择。要么是他们自己开发DVR,要么是依赖于对已经掌握该技术的其他公司进行投资。当设计DVR时,必须考虑应用需求的各个方面。输入信号、数据率、物理存储媒介以及文件管理等都是重要的因素。

自己研发DVR的缺点

DVR设计师要从评估分析其现有应用开始。这意味着要从输入信号开始来评估整个过程。在模拟领域里,输入信号可能是S视频、复合视频或分量视频。故首先要决策的是,是否要更换摄像机来改变信号本身,或者说将上述信号变换到数字格式是否合适。考虑到目前商用程度最高的模数转换器(ADC)的功能、成本和可实现的图像质量,需要输入信号本身就是数字格式的情况非常少。

注意,将模拟信号转换成数字格式所需的复杂度要比简单地选择一片ADC来得复杂。人们很容易低估将模拟视频解码到数字分量、然后利用视频编码器的输出形成高质量模拟信号的复杂度。可以从几家知名的供货商那里得到单片模拟视频解码器和编码器,为了支持分立元件,它们提供的参考设计还完整地标明了参数值。

不过要注意,这种食谱式方案看起来很简单,但提供的效果都较差。传统的复合视频或好或坏都具有许多特性。象子载波、同步、亮度以及色度的相互依赖性常识只属于极少数愿意花时间去研究细节的人,他们要在实际视频播放状态花无数时间去见证公共问题和工作区。

为了尽可能提高图像保真度,对新硬件应用参考设计时,DVR设计师必须通晓高性能器件选择的缺点,并明智地增强或者有时是放弃分立滤波器。在最重要的版图阶段,设计师必须全心投入到许多细节上,例如元器件的布放、电源滤波以及正确使用相互靠得很近的模拟与数字平面等。

数据存储和压缩

DVR设计师下一步是需要确定需要存储的数据量。这使得视频压缩决策非常重要。本质上讲,数字视频需要高数据率,图像质量越高,所需的数据量越大。目前有许多种压缩格式可以利用,每种都有其优缺点。选用哪种压缩技术,将直接影响图像质量和存储需求,故重要的是要清楚所需图像质量和完整性的等级。

图1:硬件方框图

设计师还必须深入理解数字摄像机的物理存储媒介、位置以及存储器容量。简单一点说,首先需要确定是否需要存储媒介可插拔或是否需要可热交换驱动器,或者说是否需要内置硬盘驱动器,操作环境是否需要固态储存媒介。数据是否需要从设备上下载,如果需要,将使用什么接口?

存储媒介类型的选择在很大程度上取决于设计师打算如何存档新的视频图像。如果考虑灵活性,使用一个标准的2.5"笔记本电脑硬盘是可取的方案,而对于更恶劣的环境,选用现成的高密度闪存将更有效。

文件管理可能是视频录像中最容易被忽视和误解的方面之一。开始时应该选择什么样的数据格式?目前最流行的—迄今为止任何一台计算机都能直接播放的是QuickTime。对于可插拔媒介,能够方便地存储在硬盘上的标准PC格式的文件系统具有无可非议的优势,特别是需要复制文件进行分析或存档时。采用标准的PC文件系统,可以无需专用的软件即可实现对视频文件的直接读取。

可以选用USB 2.0接口连接可插拔媒介。这种简单的插入式连接可以提供高速数据读取,数据率可高达每秒800 megabits。USB 2.0端口是所有最新PC的标准配置,并被广泛用于海量存储设备,这些设备自带的Windows操作系统直接提供对USB2.0的支持。

图2:(上图:Outrider IDE ;下图;Outrider CF)FFV Outrider产品提供两种方法来方便地取出和转移记录材料。Outrider IDE使用笔记本电脑用的 2.5-英寸、80-GB IDE硬盘,而Outrider CF则使用小型的闪存卡。

板级DVR方案

一个板级DVR替代方案

在研发DVR系统时,除了隐含的各种挑战和研发成本之外,还有许多实际的因素需要考虑,例如技术支持,是否已有调试好的软件可用。有时候将资金投到其他已经取得成功的公司更有意义,例如Fast Forward Video公司。下面的方框图给出了FFV公司的某款板级产品的内核架构,即众所周知的Outrider。很明显这种专利待审的架构是一种成功的解决方法,利用该方法可管理和处理由于限制处理器使用而产生的大量数据。

Outrider DVR是一个超袖珍的数字视频摄像机。其尺寸仅为4.9" x 2.2" x .6"。Outrider利用一个商用的小型闪存卡可以录制两小时以上、压缩比为20:1的视频,插拔和转移或者录制资料都很方便。Outrider兼容NTSC/PAL制式,提供复合视频、Y/C输入和输出、预定录制功能,并能循环记录在PC上可以播放的QuickTime文件或安全的视频文件。该摄像机提供720 x 486图像像素分辨率,采用可升级的运动JPEG压缩格式。

FFV公司的Outrider产品提供两种方法来方便地取出和转移记录材料。Outrider IDE利用80-GB、手提电脑用的 2.5-英寸 IDE硬盘,而Outrider CF采用小型的闪存卡。该板级DVR设计能够满足各种挑战性的应用要求,包括便携式、车载和远程遥控等应用。下面是FFV公司的客户使用Outrider来满足他们独特应用需求的三个实例。

便携式视频摄像

在越野比赛中使用的便携式摄像面临着很多挑战。例如,运动自身有大量的震动,摄像机必须在这种苛刻条件下正常工作。

此外,撞击也是经常发生的。不仅摄像机必须能够承受撞击的影响,还必须在此过程中提供无瑕疵的、不中断的视频录像。

装备了便携式摄像机的赛车手要想捕获各个动作用于越野广播,坚固耐用和性能将是最重要的因素。

Inertia Unlimited是向网络电视提供专用摄像系统的一家供应商,在为参加Jeremy McGrath邀请赛开幕式的车手Ryan Clark制作的头盔式摄像机时,采用的就是FFV公司的Outrider CF DVR。

很不幸的是Ryan Clark在比赛中发生了撞车。但是,不仅头盔摄像机完好无损,而且还提供了一点也没间断的无瑕疵的录像。

相比Inertia Unlimited 以前所用的便携式磁带摄像机,Outrider还具有其他一些优点。Outrider重量不到1磅,这一点非常重要,因为它一点也不会影响车手。它还能以计算机上可以直接观看的QuickTime文件格式,在闪存盘上录制两小时以上的视频。

车载视频摄像

Inertia Unlimited公司还将Outrider CF DVR用在他们的CF固态摄像机上,该摄像机用于Wisconsin州Crandon市CORR Offroad Truck Series比赛中的车载摄像。

Inertia Unlimited公司的CF 摄像机重量仅为0.62磅,而体积为 6" x 3" x 0.82"。外壳使用电镀铝以适应恶劣环境,视频连接器与Sony Handycam兼容。利用FFV的Outrider,该摄像机具有每秒60帧的视频捕获和回放功能,压缩比为4:1时的分辨率大于550线。

在该应用中结实牢靠也是一个关键指标。在CORR比赛中,26个摄像头直接在赛车上记录成QuickTime格式。两个极强的G-force撞击被记录了下来,这些撞击记录完好无损。

远程监控

对于许多法律执行类应用,人工进行监控不安全也不实际。对于监视非法行为、财产和建筑物保护和环境监控,以及情报搜集、黑帮活动记录和反走私等领域,通常都需要非人工系统。

由于需要日夜不停地记录和远程显示,并且要符合法律执行机构的要求的设计师和制造商需要设计精巧的隐蔽式和模块式监控系统,由此形成了第二代隐蔽部署式系统,即Sentinel G2。G2是一个袖珍型独立的便携式视频监控系统,该系统可以几个星期无需打理。

G2系统以高效和特殊的方式来进行摄像,当目标进入到监控区域内后才唤醒并记录,而当目标离开后进入睡眠状态。此外,它利用无线方式向法律执行机构发一个通知,告诉他们在监控区域里有一个目标。

在G2中选用了Outrider IDE DVR,因为它具有出色的录像功能,体积很小。对于非人工监控,摄像机必须不引人注意,并且能够一次性地在任何环境中独自工作数星期之久。Outrider的体积、重量和低功耗都使得上述系统成为可能。

远程监控的另一个重要因素是图像质量。由于监控系统录制的视频可能具有证据作用,故具有最佳质量是至关重要的。Outrider采用的是在像慢速运动这类的应用中能够提供超凡图像质量的运动JPEG技术,故可以实现快速剪辑、顺序或交互式再现要求。与对不同帧间的差异进行压缩而不保持每一个整帧的MPEG技术不同,运动JPEG对视频或电影序列的每个单独的帧应用原始JPEG静止文件压缩技术。利用尽量减少图像劣化的像素块匹配系统,在摄像机中使用运动JEPG压缩的视频可以得以保留,因此用户可以访问每个视频和每个帧。这样就可以向要求清晰图像并随机访问视频资料的各种应用提供极好的性能。

本文小结

研发数字视频存储的解决方案是一项复杂、费时又耗费成本的工作。一种实用的替代方案是利用板级DVR方案来实现,例如FFV公司的Outrider就是一项经过验证并且能通过定制适合任何一种应用的技术。来自FFV公司的视频解决方案背后有着强大的技术保证,他们在提供最佳图像质量的袖珍和超可靠产品设计方面已有二十多年的研发投入经验。广泛的技术支持能够帮助设计师实现他们特定的应用目标。该公司的摄像机适合各种高端客户,包括广播、军用、政府机构监控、法律执行机构以及紧急状态对应等,也适合颇具挑战性的各种应用,包括便携式、车载和远程监控。FFV公司的DVR已被集成到摄像系统中,可用于不同的环境,例如赛车、总统专机、深海视频摄像、赛艇比赛,甚至是太空。

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