硬盘录像机中的录像技术

发布时间：2016-10-30 09:07:15

硬盘录像机，严格来讲是数字录像机，是CPU性能、多媒体技术、存储技术高度发展的产物，它是一种将视音频信号数字化后压缩，然后记录在硬盘上的设备。目前，硬盘录像机主要有两种：基于PC平台的硬盘录像机（PC-based DVR）和基于嵌入式平台的硬盘录像机（Embedded DVR）。
　　硬盘录像机不仅具有传统模拟录像机的所有功能，并且由于其数字特性，具有传统模拟录像机所不具备的功能。与传统的模拟录像机相比，硬盘录像机具有较大优越性，表现在：录像时间长，适合大录像时间取决于连接的存储设备的容量，一般可达几百小时；支持的视音频通道数多，可同时进行几路、十几路、甚至几十路同时录像；记录图像质量不会随时间的推移而变差；功能更为丰富，不象传统的模拟录像机那么单一。

    1、硬盘录像机的功能
    不同的应用领域对硬盘录像机有不同的功能要求。例如用于监控行业的硬盘录像机应当具备以下功能：
    1) 压缩功能：能对输入的模拟视音频信号进行数字化采样，然后对采样数据进行压缩；
    2) 录像功能：能把数字化后压缩的视音频信号记录到硬盘上，并具备多种录像触发方式，如手动录像、定时（计划）录像、报警录像、移动侦测录像等等；
    3) 放像功能：能把记录在硬盘上的视音频信号在模拟监视器上或电脑显示器上回放；
    4) 备份功能：能把记录在硬盘上的视音频信号通过USB接口或1394接口备份到各种移动介质上；
    5) 网络功能：能数字化后压缩的视音频信号或记录在硬盘上的视音频信号通过网口输出；
    6) 云台、镜头控制功能：能通过键盘、面板或网络控制云台、镜头；
    7) 报警输入输出：能接受、处理和输出报警信号，即具备报警联动功能。
    不同厂商设计、生产的硬盘录像机并不一定具备上面所列的所有功能，当然，也有可能具备上面所没有列出的功能。功能设置的依据，完全是厂商对用户需求的把握。

    2、硬盘录像机中的录像技术
    在硬盘录像机中，录像功能和很多其它功能相关联，如放像功能、网络功能、备份功能等等，因此采用什么样的录像技术，直接关系到整个硬盘录像机的性能和硬盘故障率。录像技术分两个方面：
    1) 采用什么样的文件系统，这通常与采用的操作系统有关，不容易自主选择；
    2) 在已选定文件系统的条件下，应用系统如何发挥文件系统的优势，同时避免其弱点对整个系统造成影响。
    目前市场上，PC式DVR一般基于Windows系统，文件系统一般采用NTFS或FAT32；而嵌入式 DVR所采用的文件系统则与厂商选择的嵌入式操作系统有密切的关系。目前嵌入式DVR中所采用的嵌入式操作系统有pSOS、Embedded Linux、vxWorks等等，而采用的文件系统则有较多种类，如MS-DOS兼容文件系统、UNIX兼容文件系统、Windows兼容文件系统，还有各种专有的文件系统等等。选定哪一种文件系统作为嵌入式硬盘录像机中的文件系统，取决于很多因素，如公司的研发能力、财力、文件系统本身的特性等。应该说，选择任何一种文件系统都不会妨碍嵌入式硬盘录像机中录像功能的实现。有的公司甚至自己组织开发文件系统来满足需求，当然我们并不赞同这样做，原因在于这样做可能会花费较长的时间来稳定，从而使设备上市的时间延长；另外，这种做法不符合现代社会分工越来越细、越来越专业的潮流，很难做到像专业软件厂商推出的文件系统那样稳定可靠。
    文件系统选定后，可供开发人员发挥的平台就确定了。各个嵌入式硬盘录像机厂商在选定平台上应用系统中的录像模块设计的合理与否，直接决定了嵌入式硬盘录像机推向市场后的表现。例如，有的厂商用删除老文件的方式来达到循环录像的目的。为了使文件删除的时间尽可能短，就采用了每分钟生成一个码流文件的方式录像；还有的厂商则采用每小时生成一个文件的方式来录像。这些方式的共同弱点是不能保证嵌入式硬盘录像机的长时间稳定运行。因为压缩芯片输出的码流位率变化是比较大的，这就导致每分钟、每小时产生的文件的大小都不一样，而且可能相差很大，长时间运行后就会导致硬盘上充满碎片，从而使系统运行效率急剧下降。这就是目前市场上有些品牌的嵌入式硬盘录像机初期安装时表现良好，但是过一段时间后就容易发生丢资料、坏硬盘的现象的原因。为解决这一问题，有公司提出了磁盘预分配技术，保证在硬盘循环记录过程中，永不出现碎片。
    文件系统对磁盘的管理，有一套链表构成的文件检索机制，包括FAT表和目录区，如果关机的时候，正在写修改的FAT表或目录区，这个FAT表扇区或目录扇区被破坏，就会导致一组磁盘文件丢失。在硬盘录像机的使用过程中，几乎在不停地写硬盘，如果非正常关机，出现FAT表扇区或目录扇区被破坏的概率非常高，这也是为什么非正常关机次数多了，无论PC式硬盘录像机还是嵌入式硬盘录像机，经常找不到记录文件的原因。为解决这个问题，先进的DVR厂商提出了FAT表和目录区冻结技术，保证在非正常关机过程中，不会导致FAT表和目录区被破坏。
    现在的小尺寸硬盘，也叫温盘（是IBM的专题小组在温切斯特大楼发明的，叫温切斯特硬盘，简称温盘，现在都叫硬盘，非温切斯特技术的硬盘几乎没有），是机械结构，有两个电机，一个是主轴电机，一个是磁头寻道电机（目前几乎都采用音圈电机）。在一台硬盘录像机中，一般会有多个硬盘，在录像时，多路图像同时尽量记录在一个硬盘上，让其它硬盘主轴电机停止旋转，一方面延长硬盘寿命，同时也降低硬盘录像机的功耗（硬盘在休眠状态下的功耗约为正常工作下的1/10），这称为硬盘休眠技术。在硬盘休眠技术的基础上，进一步提出了低寻道技术，可以进一步提高硬盘录像机性能和延长硬盘的寿命，针对硬盘盘片磁粉逐步损坏脱落及相关问题，提出了硬盘失效预警技术。

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