数字硬盘录像机的应用及选择
摄像与录像—直是监控系统中举足轻重的一部分，已经越来越广泛地应用在高速公路的收费车道、收费广场、资金清点室、道路交通监控等场合，在提高管理水平、减少收费作弊行为、妥善处理纠纷和投诉等方面发挥了重要作用。以广深高速公路的应用实践为例，监控系统的设备已从1996年正式开通之初的98套摄像设备和30台录像机发展到现在的462套摄像设备和246台录像机，录像机的配置方案也从最初的几套摄像设备共用1台录像机和只在需要时启动录像发展到了对出口车道的监控一对一录像兼录音的配置方式。其中，广深高速公路选用的是进口的适合长时间连续工作的磁带式工业录像机，2002年实验性地上了3套硬盘数字录像机。这些设备的应用大大地方便了管理工作，增强了管理力度，充分反映了高速公路管理对监控设备作用的认可，需求还在不断增长。但是，在使用中也发现磁带式(也称为模拟式)工业录像机存在一些问题。
磁带式录像机存在的问题
☆录像机和录像带的需要量较多、占用存放空间较大。以一个有10条出口车道的收费站为例，按保存3天的图像，每条车道每天用3盒录像带来计算，需存放90盒录像带。事实上，管理人员一般期望存放7-10天的录像资料，这样一来，录像带数量将会更多，录像带的定期更新也是一笔不小的开支。
☆录像录音清晰度低，一般是240线，影响质量的因素较多，采用长延时录像方法(如一盘3小时的录像带录制8-12小时的图像)和间隔记录模式将使效果大打折扣。随着磁带使用次数增多，磁头磨损、多次播放或拷贝等都会影响画质和录音效果，设备的故障率也较高，常常不能满足管理的需要。
☆必须采用人工传递方式，信息传递方式原始，及时性差，保存时间短，常起不到提供证据的作用。
☆搜索查找困难。方式单一，一般只能从开始查到所要找的信息段。
☆要做倒带工作，耗时耗力，当一盘磁带录完之后如不及时更换就会漏录一段信息等等。凡此种种，是模拟式录像机固有的弊端，已经影响了监控系统重要作用的发挥。
数字硬盘录像机的优点与种类
近年来问世并已趋于实用化的数字硬盘录像机，简称DVR，从理论上讲可以克服上述问题。数字硬盘录像机由于采用了数字方式存储图像和声音，具有无耗材、录像时间长、画质一致性强、查询方便、可实现网络远程传输和查询功能等诸多优点，是磁带式录像机较为理想的替代品。但最初开发的DVR并不能令人满意，大多数用户持观望态度。在DVR经过了发展初期的百家争鸣阶段后，当前的实现方案已集中在PC类板卡式和嵌入式两大类，DVR也进入了实用阶段。
PC类板卡式DVR是在通用的商用机或工控机上加装一块或多块视／音频采集压缩卡，以windows为操作系统，实现数据采集，配以编制的专用软件来实现视／音频的压缩解压功能和编辑查询功能，再配一组硬盘阵列存储操作系统，图像和音频信号，即构成一台完整的DVR。这种产品的优点在于网络功能强、界面修改容易、升级方便，易于组装实现。它的缺点是操作系统庞大，启动慢、易受病毒侵害，录像时所有挂接的硬盘同时工作，电源功耗大，整机发热量大，致使硬盘易损坏。同时，由于专用软件与操作系统及硬件间难以完全兼容，导致易死机，特别是当应用在需要24小时不间断录像的场合，上述缺陷更加明显。PC类板卡式DVR的这些固有缺陷，影响了它的进一步推广应用。
嵌入式DVR是专业应用于安防监控领域的记录设备。嵌入式系统是以各种类型的嵌入式处理器为核心部件，配以存储器、I／O端口、外设等专门的电子芯片和应用程序、操作系统所构成的一个特定的控制系统。 所谓嵌入式处理器，就是通常所讲的单板机、单片机、DSP处理器等。嵌入式处理器的品种相当多，已达1000多种。与通用计算机或工业控制计算机相比，嵌入式处理器只保留了为满足特定应用而必备的功能，并把通用计算机中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部。同时，又在工作温度、抗电磁干扰等方面做了特殊设计，因而大幅度地减少了系统的体积和功耗，并使嵌入式处理器的可靠性大为加强。因此，以嵌入式处理器为核心构成的嵌入式系统具有简洁实用、稳定可靠、成本较低的特点。又因为嵌入式系统的软件一般都固化在存储芯片或单片机之中，而不是存储于硬盘等载体中，从而进一步提高了执行速度和系统稳定性。
功能较简单的嵌入式系统一般采用4位、8位处理器和应用程序即可实现。功能需求较复杂的嵌入式系统要采用16位、32位处理器，并需要操作系统。嵌入式系统的操作系统有很多种，其中实时操作系统(RTOS)是一种杰出的嵌入式操作系统，它支持多任务，开发出的系统稳定性高、可靠性强，RTOS也有多种，各开发商使用的RTOS可能不一样，但只要是成熟的RTOS，都可以开发出性能稳定的系统，嵌入式硬盘录像机就是由嵌入式处理器(如单片机)、专业音／视频处理芯片，嵌入式实时操作系统(RTOS)、应用程序等组成的一种嵌入式系统。因此，它是一种稳定、低功耗的专业录像设备，不会遇到PC式硬盘录像机常见的死机现象。同时，由于嵌入式硬盘录像机将操作系统固化到了处理器之中，不会受到计算机病毒的危害，硬盘中没有操作系统，全部存放的是录像数据流，令图像不能随意被更改，可作为侦察案件或处理纠纷及内部管理的直接证据，满足司法实践中对这类证据的真实性要求。嵌入式硬盘录像机更换硬盘就像更换磁带一样简单，可以作为一种资料保存方式，也可以刻成光盘加以保存。
选择DVR时考虑的因素
硬盘录像机的性能是由一组指标决定的，虽然DVR已进入了实用阶段，但每种产品仍有一些差别，会影响到产品的性能或使用的方便性，需要用户仔细辨别，才能选到较满意的产品。下面仅就如何选择嵌入式DVR谈一些本人的认识，供同行参考。
☆选用PC式还是嵌入式。鉴于高速公路监控系统对DVR的需求特点是要能适应24小时不间断地、稳定地录像和录音，因此本人认为宜选择嵌入式DVR。
☆操作系统。目前嵌入式DVR的操作系统大多采用RTOS实时操作系统，也有一些产品没有操作系统，完全是靠硬件实现的，这些都可实现稳定运行，但没有操作系统的DVR的联网功能如何尚不清楚。☆视频压缩技术。视频信号在进行数字传输，存储或播放前，需要进行编码和压缩／解压。压缩／解压技术有多种，它是DVR的核心，不仅影响到图像的清晰度，也影响到录像的速度和回放效果。
压缩／解压的实现方法有两种：硬件压缩／解压是由专门设计的视频处理芯片和芯片内的单片机底层软件一视频压缩算法程序完成的压缩／解压，软件压缩／解压是用电脑主机和高级语言编制的视频压缩算法程序软件实现的压缩／解压。
实际应用发现，硬件压缩／解压比软件压缩／解压更真实可靠，这是因为软件压缩／解压因容易死机造成资料混乱，所记录的图像也有可能被更改或被重新编辑，因此不能作为呈堂证供。而硬件压缩／解压的记录不可更改，可以作为呈堂证供。
在目前常见的视频压缩／解压算法中，本人认为选用MIEG—l的产品已能满足要求。☆视频输入输出数量。一般为1路、2路、4路、6路、8路、16路，可根据需要选择。由于嵌入式DVR的录像录音是由独立的硬件完成的，不受CPU速度的影响，因此图像质量与路数无关。PC类板块式DVR的录像录音质量将与CPU的速度有关，一般1-4路效果较好，输入输出数量较多时会出现马赛克现象。
☆音频输入输出数量。DVR可以较好地对音频信号进行录制和播放，但多数产品是输人多输出少，最典型的是4人l出或8入2出，但也有些产品是一对一输出。有些高速公路没有考虑对音频的监控，音频监控选用时可不考虑本项。但鉴于对音频的监控在管理中发挥的重要作用和较低的投资要求，建议在车道等监控区域配置摄音头，并选用具有一对一音频输入输出的DVR产品。
☆视频音频同步问题。如果视频音频各自独立压缩解压，则可能产生不同步，应要求1小时或24小时累积延迟时间不大于某个值。有些产品的视频音频处理选用的是一块芯片，就不存在不同步问题了。 ☆硬盘。选择产品时应考虑产品最大扩容能力，即能外挂多少个硬盘。硬盘的工作方式有两种，一种是所有的硬盘同时工作，这种方式工作的硬盘发热量大，易损坏和死机。另一种方式是只有正在存储信息的硬盘在工作，其余硬盘处于休眠状态，这种方式硬盘发热量低，不易损坏和死机，且节能，不需要特别的散热装置。
在MPEG-1的压缩方式下，视不同的录像环境和质量，硬盘容量可根据图像码流指标来估算，一般1G容量可存储1.5-4小时的图像。☆视频采集速率。这一参数影响到每秒图像的帧数，有些产品是4路共计25帧／秒，即每路6帧／秒，这样录出来的图像有明显的动画感，多数进口产品是这样设计的。如要求录制连续的图像就要选用25帧／秒／路的产品。有些产品允许用户选择图像质量，以便节省硬盘空间。
☆云台控制功能。在考虑这一功能时应注意待选产品支持哪种协议，有些产品只支持485协议，有些可支持多种协议，如曼切斯特码等，应根据现有设备和将选择的云台需求来定。
☆网络操作功能。这是嵌入式DVR产品的弱项，但目前有些产品的网络功能已能达到满足用户远程监控的基本需求，在管理网络化趋势的今天，这一功能不可忽视。
☆系统操作功能。①回放检索方式，②定入图像视频移动探测报警区域，这一功能使DVR可以只记录选定区域内发生了变化的图像之前几秒到之后十几秒的信息以便节省硬盘空间，节省查询时间，特别适用于车流量较少的车道和时段。③逐帧回放。这也是一个较有用的功能，它在需要仔细分析一个快速发生的事件过程时很有帮助。☆配置刻录机。为了达到长期保存图像的目的，以方便日后稽查、异地稽查(当然还可利用网络实现异地稽查)有关机构提供资料等需求，建议每个监控中心点配一台光盘刻录机。☆稳定性试验。在选型时，最好对选中的产品进行长时间的试验，以便确认该机型软硬件的稳定性。
☆关于寿命。嵌入式DVR的寿命取决于处理器、专用芯片和硬盘等硬件的综合寿命。由于其功耗小、发热少、没有太多的运动部件，损坏的可能性小，一般认为可以维持8-10年。
近几年来的应用实践表明，DVR已逐渐成熟并在价格、功能，稳定性等方面能满足用户的要求。在新的高速公路监控系统建设和现有监控设备更新换代时选用嵌入式DVR无疑可以提升管理水平，节省人力物力，是一种较好的配置方案。
