發布日期：2022-07-14 點擊率：52
為了以數字方式存儲視頻圖像,設計師實際上有兩種選擇。要么是他們自己開發DVR,要么是依賴于對已經掌握該技術的其他公司進行投資。當設計DVR時,必須考慮應用需求的各個方面。輸入信號、數據率、物理存儲媒介以及文件管理等都是重要的因素。
自己研發DVR的缺點
DVR設計師要從評估分析其現有應用開始。這意味著要從輸入信號開始來評估整個過程。在模擬領域里,輸入信號可能是S視頻、復合視頻或分量視頻。故首先要決策的是,是否要更換攝像機來改變信號本身,或者說將上述信號變換到數字格式是否合適。考慮到目前商用程度最高的模數轉換器(ADC)的功能、成本和可實現的圖像質量,需要輸入信號本身就是數字格式的情況非常少。
注意,將模擬信號轉換成數字格式所需的復雜度要比簡單地選擇一片ADC來得復雜。人們很容易低估將模擬視頻解碼到數字分量、然后利用視頻編碼器的輸出形成高質量模擬信號的復雜度。可以從幾家知名的供貨商那里得到單片模擬視頻解碼器和編碼器,為了支持分立元件,它們提供的參考設計還完整地標明了參數值。
不過要注意,這種食譜式方案看起來很簡單,但提供的效果都較差。傳統的復合視頻或好或壞都具有許多特性。象子載波、同步、亮度以及色度的相互依賴性常識只屬于極少數愿意花時間去研究細節的人,他們要在實際視頻播放狀態花無數時間去見證公共問題和工作區。
為了盡可能提高圖像保真度,對新硬件應用參考設計時,DVR設計師必須通曉高性能器件選擇的缺點,并明智地增強或者有時是放棄分立濾波器。在最重要的版圖階段,設計師必須全心投入到許多細節上,例如元器件的布放、電源濾波以及正確使用相互靠得很近的模擬與數字平面等。
數據存儲和壓縮
DVR設計師下一步是需要確定需要存儲的數據量。這使得視頻壓縮決策非常重要。本質上講,數字視頻需要高數據率,圖像質量越高,所需的數據量越大。目前有許多種壓縮格式可以利用,每種都有其優缺點。選用哪種壓縮技術,將直接影響圖像質量和存儲需求,故重要的是要清楚所需圖像質量和完整性的等級。
圖1:硬件方框圖
設計師還必須深入理解數字攝像機的物理存儲媒介、位置以及存儲器容量。簡單一點說,首先需要確定是否需要存儲媒介可插拔或是否需要可熱交換驅動器,或者說是否需要內置硬盤驅動器,操作環境是否需要固態儲存媒介。數據是否需要從設備上下載,如果需要,將使用什么接口？
存儲媒介類型的選擇在很大程度上取決于設計師打算如何存檔新的視頻圖像。如果考慮靈活性,使用一個標準的2.5"筆記本電腦硬盤是可取的方案,而對于更惡劣的環境,選用現成的高密度閃存將更有效。
文件管理可能是視頻錄像中最容易被忽視和誤解的方面之一。開始時應該選擇什么樣的數據格式？目前最流行的—迄今為止任何一臺計算機都能直接播放的是QuickTime。對于可插拔媒介,能夠方便地存儲在硬盤上的標準PC格式的文件系統具有無可非議的優勢,特別是需要復制文件進行分析或存檔時。采用標準的PC文件系統,可以無需專用的軟件即可實現對視頻文件的直接讀取。
可以選用USB 2.0接口連接可插拔媒介。這種簡單的插入式連接可以提供高速數據讀取,數據率可高達每秒800 megabits。USB 2.0端口是所有最新PC的標準配置,并被廣泛用于海量存儲設備,這些設備自帶的Windows操作系統直接提供對USB2.0的支持。
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圖2:(上圖:Outrider IDE ；下圖；Outrider CF)FFV Outrider產品提供兩種方法來方便地取出和轉移記錄材料。Outrider IDE使用筆記本電腦用的 2.5-英寸、80-GB IDE硬盤,而Outrider CF則使用小型的閃存卡。
板級DVR方案
一個板級DVR替代方案
在研發DVR系統時,除了隱含的各種挑戰和研發成本之外,還有許多實際的因素需要考慮,例如技術支持,是否已有調試好的軟件可用。有時候將資金投到其他已經取得成功的公司更有意義,例如Fast Forward Video公司。下面的方框圖給出了FFV公司的某款板級產品的內核架構,即眾所周知的Outrider。很明顯這種專利待審的架構是一種成功的解決方法,利用該方法可管理和處理由于限制處理器使用而產生的大量數據。
Outrider DVR是一個超袖珍的數字視頻攝像機。其尺寸僅為4.9" x 2.2" x .6"。Outrider利用一個商用的小型閃存卡可以錄制兩小時以上、壓縮比為20:1的視頻,插拔和轉移或者錄制資料都很方便。Outrider兼容NTSC/PAL制式,提供復合視頻、Y/C輸入和輸出、預定錄制功能,并能循環記錄在PC上可以播放的QuickTime文件或安全的視頻文件。該攝像機提供720 x 486圖像像素分辨率,采用可升級的運動JPEG壓縮格式。
FFV公司的Outrider產品提供兩種方法來方便地取出和轉移記錄材料。Outrider IDE利用80-GB、手提電腦用的 2.5-英寸 IDE硬盤,而Outrider CF采用小型的閃存卡。該板級DVR設計能夠滿足各種挑戰性的應用要求,包括便攜式、車載和遠程遙控等應用。下面是FFV公司的客戶使用Outrider來滿足他們獨特應用需求的三個實例。
便攜式視頻攝像
在越野比賽中使用的便攜式攝像面臨著很多挑戰。例如,運動自身有大量的震動,攝像機必須在這種苛刻條件下正常工作。
此外,撞擊也是經常發生的。不僅攝像機必須能夠承受撞擊的影響,還必須在此過程中提供無瑕疵的、不中斷的視頻錄像。
裝備了便攜式攝像機的賽車手要想捕獲各個動作用于越野廣播,堅固耐用和性能將是最重要的因素。
Inertia Unlimited是向網絡電視提供專用攝像系統的一家供應商,在為參加Jeremy McGrath邀請賽開幕式的車手Ryan Clark制作的頭盔式攝像機時,采用的就是FFV公司的Outrider CF DVR。
很不幸的是Ryan Clark在比賽中發生了撞車。但是,不僅頭盔攝像機完好無損,而且還提供了一點也沒間斷的無瑕疵的錄像。
相比Inertia Unlimited 以前所用的便攜式磁帶攝像機,Outrider還具有其他一些優點。Outrider重量不到1磅,這一點非常重要,因為它一點也不會影響車手。它還能以計算機上可以直接觀看的QuickTime文件格式,在閃存盤上錄制兩小時以上的視頻。
車載視頻攝像
Inertia Unlimited公司還將Outrider CF DVR用在他們的CF固態攝像機上,該攝像機用于Wisconsin州Crandon市CORR Offroad Truck Series比賽中的車載攝像。
Inertia Unlimited公司的CF 攝像機重量僅為磅,而體積為 6" x 3" x "。外殼使用電鍍鋁以適應惡劣環境,視頻連接器與Sony Handycam兼容。利用FFV的Outrider,該攝像機具有每秒60幀的視頻捕獲和回放功能,壓縮比為4:1時的分辨率大于550線。
在該應用中結實牢靠也是一個關鍵指標。在CORR比賽中,26個攝像頭直接在賽車上記錄成QuickTime格式。兩個極強的G-force撞擊被記錄了下來,這些撞擊記錄完好無損。
遠程監控
對于許多法律執行類應用,人工進行監控不安全也不實際。對于監視非法行為、財產和建筑物保護和環境監控,以及情報搜集、黑幫活動記錄和反走私等領域,通常都需要非人工系統。
由于需要日夜不停地記錄和遠程顯示,并且要符合法律執行機構的要求的設計師和制造商需要設計精巧的隱蔽式和模塊式監控系統,由此形成了第二代隱蔽部署式系統,即Sentinel G2。G2是一個袖珍型獨立的便攜式視頻監控系統,該系統可以幾個星期無需打理。
G2系統以高效和特殊的方式來進行攝像,當目標進入到監控區域內后才喚醒并記錄,而當目標離開后進入睡眠狀態。此外,它利用無線方式向法律執行機構發一個通知,告訴他們在監控區域里有一個目標。
在G2中選用了Outrider IDE DVR,因為它具有出色的錄像功能,體積很小。對于非人工監控,攝像機必須不引人注意,并且能夠一次性地在任何環境中獨自工作數星期之久。Outrider的體積、重量和低功耗都使得上述系統成為可能。
遠程監控的另一個重要因素是圖像質量。由于監控系統錄制的視頻可能具有證據作用,故具有最佳質量是至關重要的。Outrider采用的是在像慢速運動這類的應用中能夠提供超凡圖像質量的運動JPEG技術,故可以實現快速剪輯、順序或交互式再現要求。與對不同幀間的差異進行壓縮而不保持每一個整幀的MPEG技術不同,運動JPEG對視頻或電影序列的每個單獨的幀應用原始JPEG靜止文件壓縮技術。利用盡量減少圖像劣化的像素塊匹配系統,在攝像機中使用運動JEPG壓縮的視頻可以得以保留,因此用戶可以訪問每個視頻和每個幀。這樣就可以向要求清晰圖像并隨機訪問視頻資料的各種應用提供極好的性能。
本文小結
研發數字視頻存儲的解決方案是一項復雜、費時又耗費成本的工作。一種實用的替代方案是利用板級DVR方案來實現,例如FFV公司的Outrider就是一項經過驗證并且能通過定制適合任何一種應用的技術。來自FFV公司的視頻解決方案背后有著強大的技術保證,他們在提供最佳圖像質量的袖珍和超可靠產品設計方面已有二十多年的研發投入經驗。廣泛的技術支持能夠幫助設計師實現他們特定的應用目標。該公司的攝像機適合各種高端客戶,包括廣播、軍用、政府機構監控、法律執行機構以及緊急狀態對應等,也適合頗具挑戰性的各種應用,包括便攜式、車載和遠程監控。FFV公司的DVR已被集成到攝像系統中,可用于不同的環境,例如賽車、總統專機、深海視頻攝像、賽艇比賽,甚至是太空。
作者:Scott Keating
Fast Forward Video
