多通道數(shù)字硬盤錄像機特點解析及其應用

    隨著現(xiàn)代電子技術的發(fā)展，尤其是近年來編解碼技術、多媒體通信技術以及嵌入式技術的日趨成熟，一大批有著嶄新技術特點的新設備出現(xiàn)在了電視節(jié)目的制播系統(tǒng)中，本文所介紹的多通道數(shù)字硬盤錄像機就是其中的一個典型代表。

    一、數(shù)字硬盤錄像機簡述

    數(shù)字硬盤錄像機(DVR：DigitalVideoRecorder)最初應用于金融、交通等安防監(jiān)控領域，攝像頭等影像采集設備將所需監(jiān)控內容以特定格式保存在硬盤中，從而可以在任意時間選擇任意內容進行回放。由于存儲介質基于硬盤而非傳統(tǒng)的磁帶，我們簡單地稱之為“硬盤錄像機”。通過配置，數(shù)字硬盤錄像機可以輕松地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的格式轉換、加密存儲、遠程控制、碼率控制及多通道同時錄制及回放，這些基于近年來電子及通信行業(yè)新技術的特性使它在監(jiān)控領域完全取代了基于傳統(tǒng)磁帶介質的傳統(tǒng)錄像手段。這些新特性，尤其是其高可靠性和重用性，對于電視制播行業(yè)而言同樣非常誘人。

    但是，和電子監(jiān)控領域不同，電視行業(yè)對于錄像機的要求不僅僅是要“有”錄放功能，而是要求達到“高質量”的錄放功能。換句話說，要求錄像機的圖像質量必須達到或接近廣播級，即達到CCIR601(ITU601)文件所規(guī)定的演播室數(shù)字視頻標準，諸如取樣率為13.5MHz、量化比特至少為8比特、取樣比4:2:2、標準數(shù)據(jù)碼流27MB/s等等。同時，由于應用范疇的不同，電視行業(yè)對于錄像機的運用要求更高的可靠性、更長的平均無故障時間，更好的可維護性。因此，電視節(jié)目制播行業(yè)所用的硬盤錄像機在結構上有很多不同于普通硬盤錄像機的特點，各公司又出于不同的考慮做出各自不同的設計。下面，先就廣播級多通道硬盤錄像機的系統(tǒng)構成做個整體性解析。

    二、多通道數(shù)字硬盤錄像機結構解析

    以系統(tǒng)構成方式來分，硬盤錄像機通�？煞譃镻C式系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)。

    1.PC式系統(tǒng)

    PC式系統(tǒng)以傳統(tǒng)計算機為硬件平臺。圖1為PC式系統(tǒng)的典型框圖。

                                          圖1

    圖中基本PC系統(tǒng)就是以主板、CPU、內存、顯卡等構成的普通計算機系統(tǒng)，PC系統(tǒng)式硬盤錄像機是在此硬件平臺上的改造和拓展。視音頻編/解碼器用于將不同制式和格式的視、音頻信號統(tǒng)一為符合廣播級視、音頻錄制播放的信號。視頻壓縮/解壓縮卡用于將編碼后的信號進行高比壓縮以利于傳輸和存儲，這兩個模塊通常是PCI接口的板卡。硬盤系統(tǒng)是硬盤錄像機最為核心和重要的部分，一般以多塊SCSI接口硬盤組成冗余磁盤陣列(RAID：RedundantArraysofIndependentDisks)，并可視不同使用情況組成高速海量的RAID0、保障數(shù)據(jù)安全的RAID1或是兩者兼顧的RAID3、RAID5。外圍I/O接口中，高速網(wǎng)卡用于進行數(shù)據(jù)快速傳輸、而串口用于控制信號的傳輸�？紤]到節(jié)目制作的安全，硬盤錄像機一般加裝冗余電源和自動倒換開關或是大容量UPS以備不時之需。

    軟件上，PC系統(tǒng)式硬盤錄像機多以MicrosoftWindow2000或linux這類簡潔穩(wěn)定的操作系統(tǒng)為軟件平臺。上層安裝必要的通信協(xié)議和人機交互軟件。

    這樣的系統(tǒng)結構簡單，成本容易控制。由于脫胎于PC系統(tǒng)，操作簡便直觀，也便于升級維護。當然，同計算機一樣，它也會有感染病毒、系統(tǒng)崩潰、數(shù)據(jù)損毀的潛在危險，但是一般正常規(guī)范地使用，它完全可以滿足安全直播的要求。熟悉計算機維護的技術人員能排除大多數(shù)軟故障，而硬件故障也只要更換相應部件即可。

    2.嵌入式系統(tǒng)

    嵌入式系統(tǒng)是近年來的熱點課題，各行各業(yè)的電子設備中都越來越多地出現(xiàn)了嵌入式設計，數(shù)字切換臺、特技臺也有很多嵌入式產(chǎn)品。嵌入式系統(tǒng)一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應用程序等4個部分組成，定義為“以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)”。那么對于一個嵌入式的硬盤錄像機來說，它就是一個經(jīng)過裁剪的，可完成所有硬盤錄像機指定功能的最小系統(tǒng)。圖2是一個典型的嵌入式硬盤錄像機的系統(tǒng)構成圖。

                                          圖2

    DSP數(shù)字信號處理器負責控制工作流程、類似于CPU，不同的是專用DSP數(shù)字信號處理器多采用哈佛總線結構，將數(shù)據(jù)和程序指令分開，相對于傳統(tǒng)CPU的馮·諾依曼結構有更高的效率。視頻編/解碼器用于實現(xiàn)視頻源選擇、濾波、A/D轉換、自動增益控制、多制式解碼及亮度、對比度和飽和度控制，從而將不同制式的模擬或數(shù)字信號統(tǒng)一成如ITU601所要求的標準格式。視頻壓縮/解壓縮芯片實現(xiàn)視頻信號的高壓縮比壓縮，當前常用的壓縮算法有很多，如DV25、DV50、MPEG2、MJPEG甚至更先進的MPEG4、H.264，各個專業(yè)廠商也生產(chǎn)了各種基于不同算法的壓縮/解壓縮芯片。除了上述核心部件外，嵌入式硬盤錄像機系統(tǒng)還應當有SCSI、IDE或SATA的硬盤接口、I/O接口(BNC接口、串口等)、用戶操作面板及顯示設備接口。CPLD作為各模塊不同通信方式的橋梁，實現(xiàn)各模塊之間的數(shù)據(jù)通信。