数字硬盘录像基础知识

GEORGE

1 概 述自从20世纪90年代初期网络概念的出现，整个世界就刮起数字化狂潮。到世纪末，“数字化生存”的理念已经渗透到了社会经济生活的各个层面。“数字化”是“网络化”、“智能化”最坚实的基础，数据的记录、传输、共享、压缩、检索与数字化的关系犹如鱼之与水、国之与民。下面我们以金辉电子有限公司生产的JH8000数字硬盘录像监控系统为例对数字硬盘录像作一简要介绍。JH8000系统是一套根据市场需求开发的，集全动态视频图像监视、视音频连续实时记录、前端摄像机及辅助设备控制于一体的多媒体电视监控设备。它采用计算机多媒体技术、数字技术及成熟的视音频压缩技术，以计算机硬盘作为存储介质，实现视音频信号的实时记录，以替代传统的录像及监控设备。同时它可直接与视频矩阵主机等安防产品系列配套，组成功能完善、操作界面友好的监控系统，在金融、交通、电力、市政、邮电、教学等领域有着广泛的应用前景，尤其为银行柜员制、ATM自动提款机提供了高度智能化、高性价比的电视监控手段。2 数字产品与模拟产品的比较我们知道，以长时间录像机、画面分割器、场开关为代表的传统产品，采用录像带作为存储介质、以手动和自动相结合的方式实现现场监控。这种传统方法在专业应用中常有影像失真、画质恶化、放映时画面闪动或跳动、冻结画面不清晰、搜索(检索)不易、不便操作管理、不能对历史影像进行处理及再处理等诸多缺陷，这就为数字化产品提供了一个广阔的发展舞台。以硬盘录像系统为代表的数字产品将影像实时数字化，以高度压缩的方法将影像、声音及系统信息实时地贮存于计算机硬盘，可以为用户提供稳定清晰、“永不褪色”的数字影像，极大地方便了后期的影像资料检索和图像处理。数字图像的放大、增强、柔化、锐化、去噪和打印可以为用户提取更多、更有效的图像信息。而且系统的高度智能化管理也对系统操作人员实施了有效的监督。数字产品的诸多优势使其不可避免地成为替代传统产品和人工劳动的最有效的技术手段。3 数字硬盘录像的基本原理3.1 视音频编解码目前大多数数字硬盘录像系统采用了MPEG4压缩标准。MPEG标准是由国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）共同制定的，标准的编号为ISO/IEC 11172，标准的题目为“位率约为1.5Mb/s时，用于数字存储媒体的运动图像及其伴音的编码”。此编号内共有三个部分的内容：第一部分为系统，编号为11172-1，阐述伴音压缩数据和图像数据的复用，以及加入同步信号后的整个系统的结构；第二部分为图像，编号为11172-2；第三部分内容为伴音，编号为11172-3，阐述数字伴音的压缩，其数据压缩率可有64，128和192Kb/s三种码率。MPEG为Moving Pictures Experts Group的缩写，译为流动图像专家组，简称动像专家组。在制定MPEG4标准时，MPEG组织首先提出了一些基本原则：动像压缩与计算机应用的密切结合构成多媒体终端；整个标准要给系统的设计以充分自由，压缩质量必须适应广泛的应用；尽可能地延长标准的使用寿命。并于最后形成以下共识：图像压缩质量和当时的录像机所达到的水平相当；压缩图像和伴音码率为1.5Mb/s；数字存储应适合于当前应用的几种媒体，如CD、硬盘等。关于视频图像及伴音压缩有多种标准，但以往真正应用广泛的、很成熟的标准主要是用于静态数据压缩的JPEG（目前有应用于动态图像压缩的MJPEG）和用于电视电话、会议电视图像压缩的H.261。现在MPEG2也已广泛用于高质量图像压缩，如DVD产品等。为什么目前的DVR产品大都采用MPEG4压缩标准呢？在图像及伴音质量方面，它远高于电视电话的图像及伴音质量，与VHS录像机的图像质量和光盘CD-ROM的放像质量相当。即使在通常的计算机显示屏上这些质量也是基本令人满意的。在存储方面，可以存储于多种媒体如光盘，数字录音带DAT，硬盘，可写光盘等。在压缩率或传输码率方面，普遍认为符合目前计算机网络的传输码率，以MPEG4的压缩比在目前容量的硬盘上可以存储一个月甚至更长时间的视音频数据（根据选择的压缩比和硬盘大小决定）。由于目前采用了一种可变码率的MPEG4压缩方法，给用户在容量和质量的选择上以更大的自由空间。在视频图像传输方面，压缩存储的图像可转存于光盘形成国内应用广泛的VCD格式，方便日后查看。3.2 文件系统数字硬盘录像系统的录像文件搜索查询功能要做到强大、高效、准确、方便实用。对用户而言，一切与Windows系统有关的文件操作都应是透明的，即用户无需知道文件怎样放置，怎么样查询，以及如何自动覆盖。当用户查找到某一文件时他甚至无需知道文件存放在哪个硬盘上。这样就增强了对系统的安全保护，也极大地方便了用户。在JH8000系统中的文件操作封装了快速文件的查找，文件大小的判断，逻辑硬盘的快速搜索，最小空间的快速判断，文件属性的快速动态修改，以及在硬盘总空间非常小时对报警的快速处理等。快速文件按摄像机通道号及日期时间排序。同时，对于文件备份，该系统封装了快速动态查找备份盘的函数，而且为文件备份单独开了一个线程，使备份能与系统其它操作同时进行而不相互影响。通过对文件属性的判断实现数据备份，在重要

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(3) 图像增强使图像的轮廓变得更为突出的图像处理方法叫做图像增强，或称为边缘检测。图像增强是一种重要的区域处理方法。在对图像的特征进行提取之前，一般都要进行边缘检测，然后，再进行二值化处理。图像增强将突出图像的边缘，边缘以外的图像区域通常将被削弱甚至被完全去掉了。处理后边界的亮度与原图中边缘周围的亮度变化率成正比。所有边缘增强的方法都削弱了图像的低频成分，处理后图像的亮度保持不变，图像像素值变化缓慢的区域变黑，而像素值变化剧烈的区域将被突出。边缘增强也可用卷积来实现，实际上，高通滤波就能实现某种程度的图像增强，用于边缘检测的卷积核的基本特征应是：(a) 卷积核的行数、列数（即卷积核的大小）为奇数，通常为3；(b) 卷积系数以中心点为中心反对称分布；(c) 中心的卷积系数一般为正数；(d) 中心周围的卷积系数一般取负数或0；(e) 卷积系数之和等于0。下面的滤波器是本系统为实现图像增强所采用的高通滤波器： -1 0 0 0 1 0 0 0 0使用不同的卷积核来进行图像增强可以得到不同的效果。常用的方法有平移算法、梯度算法、Laplace算法、Sobel算法等等。以上采用的方法是平移法，它凭借运算量不大、效率高受到了普遍的青睐。(4) 中值滤波（去噪）中值滤波是一种不属于卷积算法的区域处理方法。它将区域中所有的像素值按照R、G、B值的大小进行排序，并将排序后R、G、B值位于中间的像素赋予中心像素。因为区域中像素值发生随机突变的像素经排序后，将位于队首或队尾，因此取得的中位像素值是正常的像素值。所以，中值滤波可以有效地去除随机噪声，得到较好的视觉效果。 (5) 亮度、对比度、色饱和度调节亮度、对比度、色饱和度调节就是直接对图像的像素值进行操作。即使用循环对每个像素点的R、G、B值增加或减小一个幅度，调节幅度的大小由Slider变化的差值来决定。3.4 报警控制及串口通讯数字硬盘录像系统不仅是一个录像系统，作为一个独立的安防系统，还应具有报警及处理的功能，同时对其他安防设备的控制也是DVR的一项重要工作。在JH8000中内置报警卡，该卡的内部控制和协调由单片机89C51来完成，单片机的内部工作机理在此不多做赘述。板卡通过总线器件74LS244进行IO的扩展和提升IO的驱动，以检测外部输入的报警信号。报警信号的类型通过报警板卡上的两个拨码开关来完成常开型和常闭型的设定。板卡通过I/O驱动三极管实现报警继电器输出，以响应基本的报警事件；通过RS232实现系统内部的通讯和系统对外部协议的转化，通过RS485实现对外部设备如解码控制器的控制。3.5 视频动态检测随数字视频技术的发展，面向日益增长的报警应用需求，许多公司开始把目光投向视频动态检测设备的研究，用视频动态检测实现视频报警（或称移动图像报警）功能，以代替传统的红外线、微波报警等探测器。目前，安全防范系统中的部分设备已经包含了视频运动检测的功能，如中高档的画面分割器，某些数字硬盘录像系统等。下面的章节将结合数字硬盘录像系统对视频动态的特点、原理及应用做一一描述。1．视频动态检测的特点简单地说，数字硬盘录像系统中的视频动态检测是一种视频报警手段，只需系统在硬件或软件上进行支持，不需增加任何附加设备，当有活动目标侵入摄像机所监视的区域，系统的视频动态检测单元便会感知视频信号的变化，并启动数字录像单元对视频信号进行录像，同时通过输出控制单元启动报警关联设备。(a) 每一个视频通道都可独立设置动态检测区域和灵敏度。(b) 每一个视频通道可独立设置多个检测区域。(c) 可根据环境情况对检测灵敏度进行灵活设置。(d) 不需增加附加报警设备，有较高抗干扰性能。(e) 产生报警后可对视音频信号跟踪记录，且跟踪时间灵活可调。(f) 采用视频动态检测机制可有效地节约硬盘存储空间，延长系统的录像时间。(g) 可以对报警信息进行统计、管理、查阅和打印，且可为其他关联设备提供控制接口。2．视频动态检测的原理数字硬盘录像系统的视频动态检测是根据图像的内容在视频显示区域内设定若干个矩形的隐形检测区域，当视频监视的现场发生异常情况时，如物体的移动、灯光变化、火情或烟雾等，均会使检测区域内图像的亮度、对比度、及图像的内容（即视频信号的幅度）发生变化，当这一变化超过预先设定的阈值（灵敏度）时，即产生报警。数字硬盘录像系统的视频动态检测单元的机理是直接对视频信号进行取样与常态数据比较，当比较结果超过阈值时，就产生报警。此主题相关图片

yahan

对于新人来说很有用吗?

雷讯

还不错.

地狱呻吟

几位大虾！可以发几份你们认为比较好的技术性文章给我吗？不胜感激……E-MAIL：Laisibo86@126.com Laisb86@126.com谢谢各位老前辈啦……

妹妹菜菜

晕哦~~~讲点实际的~~

lingtong1126

是啊将些你们实际工作中遇到的问题和最后是然后解决的,这个应该有更多人感兴趣你们就当讲故事好了

BIRDLU

乱打广告

天若有情

别搞那么深奥嘛,有不是搞毕业论文,非要大家看不懂才好

GEORGE

这就难办了,文章中的公式都是中学学函数就学了的.里面很多都是基本名词解释.应该是很容易懂的啊.