摘要：自網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(IP Camera)+網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)(NVR)、模擬攝像機(jī)+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(hào)。然而數(shù)年后，羽翼未豐的NVR依舊叫好不叫座。正因?yàn)榇耍旌鲜紻VR(HVR)應(yīng)運(yùn)而生，并不斷完善，為用戶提供接近完美的存儲(chǔ)方案。本文即以案例來闡述視頻級(jí)聯(lián)模式在混合式DVR(HVR)中的應(yīng)用。   

　　自網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(IP Camera)+網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)(NVR)、模擬攝像機(jī)+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(hào)。然而數(shù)年后，羽翼未豐的NVR依舊叫好不叫座。正因?yàn)榇耍旌鲜紻VR(HVR)應(yīng)運(yùn)而生，并不斷完善，為用戶提供接近完美的存儲(chǔ)方案。本文即以案例來闡述視頻級(jí)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(shí)時(shí)預(yù)覽、實(shí)時(shí)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(jī)+VCR錄像機(jī)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(jī)(IP Camera)+網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)(NVR)、模擬攝像機(jī)+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(hào)。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(gè)漂亮的宣傳口號(hào)是不行的，真正的殺手锏是要為客戶帶來價(jià)值。

　　在“網(wǎng)絡(luò)化”中，最杰出的成果是監(jiān)控平臺(tái)。平臺(tái)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(tái)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(tái)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(qiáng)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?yàn)槭袌鲇衅渥陨淼囊?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(shí)之中。正因?yàn)榇耍旌鲜紻VR(HVR)應(yīng)運(yùn)而生。

　　HVR時(shí)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(jī)。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(shí)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(gè)16路D1的DVR和16個(gè)模擬攝像機(jī)組成，現(xiàn)在對(duì)其進(jìn)行改造，增加16個(gè)標(biāo)清監(jiān)控點(diǎn)和8個(gè)高清監(jiān)控點(diǎn)，其可選方案有：

　　1、增加1臺(tái)16路D1的DVR和1臺(tái)8路高清NVR。

　　2、增加1臺(tái)HVR。

　　3、加1臺(tái)16路D1的DVR，并將8路高清直接連接到監(jiān)控平臺(tái)(如果系統(tǒng)中有監(jiān)控平臺(tái)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(tái)，而且一級(jí)單位無法現(xiàn)場查看和存儲(chǔ)錄像。

　　從上面的案例可以看到，HVR系統(tǒng)具有好的性價(jià)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(shí)際應(yīng)用中，相對(duì)集中的、距離較近的監(jiān)控點(diǎn)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(diǎn)，或者高清監(jiān)控點(diǎn)適合用數(shù)字方式接入;

　　· HVR的模式可以靈活地配置。如一臺(tái)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(bào)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(jià)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(gè)16路模擬D1+8路數(shù)字720P接入的HVR，市場價(jià)格僅僅高出相同檔次的DVR 的10%?20%。

　　那么，HVR時(shí)代可延續(xù)多久?它是不是DVR、NVR之間的過渡產(chǎn)品呢?事實(shí)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(jí)需求。特別是部分監(jiān)控點(diǎn)有高清的升級(jí)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(jī)的成本大大高于普通模擬攝像機(jī)，傳統(tǒng)的模擬接入方式在上述場合具有明顯的性價(jià)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(shí)時(shí)性方面比模擬通道差。即使是高清監(jiān)控，客戶也需要在實(shí)時(shí)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?yàn)镈VD時(shí)代姍姍來遲，VCD在中國曾經(jīng)撐起偌大一片天空。而NVR相對(duì)傳統(tǒng)的模擬接入在功能上并沒有絕對(duì)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(shí)間內(nèi)恐怕難以實(shí)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(shí)時(shí)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(shí)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(duì)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(shí)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(duì)比NVR，HVR增加了模擬視頻接入和編碼的功能;而相對(duì)DVR，HVR強(qiáng)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(gè)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(qiáng)大的編解碼能力，那就要以處理芯片的級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的芯片級(jí)聯(lián)的方式通常通過PCI或者PCIE接口來實(shí)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(jí)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(gè)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(gè)1920×1080的視頻，然后通過PCI傳輸，即便如此，僅僅預(yù)覽這個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)PCI的帶寬需求是120M Byte/s;在實(shí)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。基于常識(shí)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(gè)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(jià)就是需要主控有非常強(qiáng)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(jí)聯(lián)顯示技術(shù)。

　　視頻級(jí)聯(lián)模式

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

　　該視頻級(jí)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(shí)現(xiàn)多片視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)預(yù)覽和回放，參考圖4。

圖4 視頻級(jí)聯(lián)模式的視頻預(yù)覽回放級(jí)聯(lián)模式

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

　　視頻級(jí)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。可以用4片3520構(gòu)成一個(gè)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(gè)BT.656接口并接成1個(gè)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(jì)算一下PCI的負(fù)荷：4片Hi3520共享一個(gè)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(duì)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(gè)D1， 2M bit的碼流來計(jì)算，PCI的負(fù)荷為24M bit(3M byte)，如果加上存儲(chǔ)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(fèi)寶貴的時(shí)間。

　　在DVR和HVR系統(tǒng)中，對(duì)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(jī)，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(gè)1920×1080的顯示器上，用戶可以將屏幕劃分成多個(gè)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(jí)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(gè)預(yù)覽視頻就完整了，通過MDIN340這顆HDMI驅(qū)動(dòng)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(jí)聯(lián)模式的視頻預(yù)覽回放級(jí)聯(lián)模式的具體運(yùn)作。

圖5 視頻級(jí)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(jí)聯(lián)輸入口獲得前級(jí)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(duì)此視頻流進(jìn)行解碼，縮放，并填充到對(duì)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(jí)聯(lián)口發(fā)送給下一級(jí)的CPU。直到H1，通過顯示驅(qū)動(dòng)芯片將視頻轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的HDMI信號(hào)，再由監(jiān)視器顯示出來。

　　錄像回放

　　錄像回放對(duì)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(gè)處理器，各個(gè)處理器進(jìn)行解碼、縮放和貼圖，通過級(jí)聯(lián)口將視頻播放出來。

　　報(bào)警處理

　　本地的報(bào)警源由本地的設(shè)備捕獲：例如IO報(bào)警、視頻移動(dòng)報(bào)警等，均由本地設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序捕獲;數(shù)字通道的報(bào)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(dòng)。

　　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(dòng)態(tài)的分配，從而能充分發(fā)揮系統(tǒng)中多個(gè)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(duì)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(jí)聯(lián)模式的最大能力級(jí)。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(jì)，每顆處理器的實(shí)際運(yùn)行狀況，對(duì)照額定值進(jìn)行評(píng)估，就可以從各個(gè)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(duì)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?yàn)榻獯a完成后的視頻數(shù)據(jù)量太大，無法通過PCI實(shí)時(shí)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(jí)聯(lián)模式的級(jí)聯(lián)架構(gòu)，解碼后的數(shù)據(jù)直接送往級(jí)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(gè)從設(shè)備的解碼能力。