基于DVR的網(wǎng)絡(luò )化家庭視頻監控系統

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

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

MPEG-1標準的碼率為1.2Mbps左右，可提供30幀CIF(352×288)質(zhì)量的圖像，是為CD-ROM光盤(pán)的視頻存儲和播放所制定的。MPEG-1標準視頻編碼部分采用運動(dòng)補償的幀間預測、二維DCT、VLC游程編碼等。此外還引入了幀內幀(I)、預測幀(P)、雙向預測幀(B)和直流幀(D)等概念，進(jìn)一步提高了編碼效率。

MPEG-2標準是在MPEG-1的基礎上，在提高圖像分辨率、兼容數字電視等方面做了一些改進(jìn)，例如它的運動(dòng)矢量的精度為半像素；在編碼運算中(如運動(dòng)估計和DCT)區分“幀”和“場(chǎng)”；引入了編碼的可分級性技術(shù)，如空間可分級性、時(shí)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(lái)壓縮和傳輸視頻數據，通過(guò)動(dòng)態(tài)地監測圖像各個(gè)區域的變化，根據對象的空間和時(shí)間特征來(lái)調整壓縮方法，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的應用目標是針對窄帶傳輸、高畫(huà)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(shí)還特別強調廣泛的適應性和可擴展性。

H.264是ITU-T的VCEG(視頻編碼專(zhuān)家組)和ISO/IEC的MPEG(活動(dòng)圖像編碼專(zhuān)家組)的聯(lián)合視頻組(JVT：JointVideoTeam)開(kāi)發(fā)的一個(gè)新的數字視頻編碼標準，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(kāi)始草案征集，1999年9月，完成第一個(gè)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(huì )議通過(guò)了H.264的FCD板。2003年3月正式發(fā)布。

H.264常用統一的VLC符號編碼，高精度、多模式的運動(dòng)估計，基于4×4塊的DCT變換、分層的編碼語(yǔ)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節約50％左右的碼率。H.264的碼流結構網(wǎng)絡(luò )適應性強，增加了差錯恢復能力，能夠很好地適應IP和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的應用。

為了更好地適應網(wǎng)絡(luò )傳輸，及長(cháng)時(shí)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

Windows操作系統具有應用普遍、使用簡(jiǎn)單、日后維護方便、軟件易于升級等特點(diǎn)，成為基于PC的DVR首選的操作系統。但Windows操作系統本身具有不穩定性，但系統中除了運行DVR應用軟件外，還運行其它的軟件時(shí)，系統將不穩定，甚至出現“死機”等嚴重問(wèn)題，影響系統的正常運行。

Linux操作系統支持多用戶(hù)、多任務(wù)、及多道處理的Linux操作系統作為“開(kāi)源”軟件，可由開(kāi)發(fā)者任意修改和添加。此外，Linux是以網(wǎng)絡(luò )環(huán)境為基礎的操作系統，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)，也可架設局域網(wǎng)絡(luò )(LAN)；還可以L(fǎng)inux架設各種服務(wù)器，提供在互聯(lián)網(wǎng)以及內部網(wǎng)的郵件、FTP和Web等各種服務(wù)，方便DVR實(shí)現網(wǎng)絡(luò )化。

實(shí)時(shí)操作系統RTOS對于嵌入式DVR來(lái)說(shuō)是最佳選擇，開(kāi)發(fā)者可以應用為中心，根據應用對功能、可靠性、穩定性、成本、體積等的綜合要求，對軟／硬件進(jìn)行裁剪，使產(chǎn)品的實(shí)現更靈活、多樣。

然而，采用實(shí)時(shí)操作系統RTOS的嵌入式DVR目前面臨的最大挑戰在于其網(wǎng)絡(luò )功能。在網(wǎng)絡(luò )普及的今天，已有越來(lái)越多的用戶(hù)使用網(wǎng)絡(luò )。具有網(wǎng)絡(luò )功能的DVR可讓用戶(hù)透過(guò)LAN/WAN、Internet等網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行遠程監視和控制。

基于DM642的嵌入式DVR實(shí)現

在進(jìn)行嵌入式DVR設計以前，我們首先需要對構成DVR所必需的硬件配置進(jìn)行分析。

一體化模擬前端：DVR的模擬前端為來(lái)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(gè)系統的成本，一般會(huì )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、調焦，需要對其進(jìn)行水平、俯仰轉動(dòng)，鏡頭變焦，光圈開(kāi)合，攝像頭防護罩控制(開(kāi)/關(guān)、加熱/風(fēng)扇等)等，云臺的這些控制命令一般通過(guò)異步串口RS232、RS422／RS485提供。另外，對于一個(gè)完整的視頻監控系統來(lái)說(shuō)，還需要對環(huán)境進(jìn)行監控，如門(mén)禁控制、紅外/煙霧/煤氣感應、報警器、紅外對射、停車(chē)管理等，這些功能一般用數字I/O實(shí)現。

由此可見(jiàn)，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準的RS232/RS422/RS485異步串行接口，及環(huán)境監控的數字I/O。

數字化：為了用微處理器實(shí)時(shí)地對輸入的視頻/音頻信號進(jìn)行數字化的編/解碼處理，必需將輸入的模擬視頻/音頻信號進(jìn)行數字化，這部分工作由視頻解碼器和音頻解碼器完成。每個(gè)模擬視頻輸入對應一路視頻解碼器，每個(gè)模擬音頻輸入同樣對應一路音頻解碼器，而且配對的視頻和音頻信號數字化必須同步進(jìn)行。

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

實(shí)時(shí)完成這樣的算法需要高速的處理器來(lái)實(shí)現，高性能DSP的出現正好滿(mǎn)足了這一需求。另外大量的高速產(chǎn)生的數字視頻／音頻數據，需要高速、大容量的存儲器來(lái)緩存。DSP與高速、大容量存儲器構成數字視頻監控系統的核心。本文將采用TI公司的TMS320DM642及高速、大容量SDRAM存儲器來(lái)構成DVR的核心。

數據的存儲和傳輸：對于DVR來(lái)說(shuō)，不僅需要對壓縮后的數據進(jìn)行長(cháng)時(shí)間存儲，以便回溯。而且還需要能通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對其進(jìn)行監視和控制，即需要將壓縮后的數據和相關(guān)的控制信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸。由此可見(jiàn)，對于DVR來(lái)說(shuō)，硬件上除了能提供大容量本地存儲、本地傳輸外，還需要遠程傳輸等接口。