El primer grabador de disco duro es una tarjeta de PC. La tarjeta de captura de video incluye principalmente recolección de señales de video, procesamiento de compresión de video digital y almacenamiento en caché de video. de chips de procesamiento de compresión de vídeo digital (DSP general o ASIC dedicado). Con la mejora continua de los chips centrales, como la CPU y la memoria, la frecuencia principal y las capacidades de procesamiento integral de las computadoras continúan aumentando. Por lo tanto, han surgido grabadoras de video de disco duro multitarjeta y multicanal basadas en grabadoras de video de disco duro de una sola tarjeta. es decir, múltiples expansiones de una PC. Inserte varias tarjetas de captura de audio y video de un solo canal que admitan procesamiento paralelo en la ranura al mismo tiempo para lograr una recopilación simultánea en tiempo real de múltiples señales de video y audio. Dado que cada tarjeta solo corresponde a una señal, la cantidad de tarjetas capturadoras se puede configurar de manera flexible según la cantidad de señales de video. Sin embargo, cuando se insertan varias tarjetas en una PC, los recursos ocupados de la PC también aumentan en consecuencia, como los recursos de CPU y memoria, la cantidad de ranuras de expansión en la placa base, la fuente de alimentación de la placa base, etc. Por lo tanto, cuando el número de fuentes de cámara (es decir, el número de tarjetas de captura) es grande, este tipo de grabador de vídeo con disco duro debe utilizar una computadora industrial con una placa posterior de control industrial de múltiples ranuras, equipada con una fuente de alimentación de alta potencia. y una alta frecuencia de CPU.
Para resolver el problema de ocupación de recursos de las aplicaciones multitarjeta, poco después de la aparición de los grabadores de vídeo de disco duro monocanal de una sola tarjeta, algunos fabricantes introdujeron dos o incluso cuatro chips de procesamiento de vídeo (DSP o ASIC) integrado en una tarjeta de captura de audio y video multicanal en una tarjeta, que puede capturar dos señales o cuatro señales al mismo tiempo y realizar compresión en tiempo real. Esta estructura en realidad significa que cada señal de video corresponde exclusivamente a un chip de procesamiento de video, pero comparten un chip puente PCI-PCI, que solo ocupa una ranura de PC. La recolección y compresión de señales de video y audio las implementa el hardware de la tarjeta. , reducir efectivamente la grabación en el disco duro consume recursos de la PC. También hay una grabadora de disco duro multicanal de una sola tarjeta basada en PC: un chip de procesamiento de video en la tarjeta procesará múltiples señales de entrada, por lo que es necesario rotar y recolectar múltiples señales de video en tiempo compartido y grabar en Formato de compresión M-JPEG. Aunque la eficiencia de compresión de M-JPEG no es tan alta como la de MPEG-1, MPEG-4 y H.264 basados en codificación predictiva de cuadros múltiples, debido a que las imágenes de cuadros consecutivos han perdido su correlación (no son imágenes tomadas por la misma cámara), el uso de M-JPEG basado en El algoritmo de compresión de video de codificación predictiva entre cuadros no tiene sentido y solo se puede usar el algoritmo de compresión dentro de cuadros. Por lo tanto, la grabadora de vídeo del disco duro realiza el procesamiento de compresión JPEG en cada cuadro de imagen recopilado de forma independiente y luego forma un archivo M-JPEG independiente para cada cuadro de imagen correspondiente a cada entrada. Obviamente, este método puede realizar fácilmente la adquisición multicanal; por ejemplo, puede acomodar hasta 16 entradas de vídeo sin considerar los requisitos de continuidad de las imágenes de vídeo. Pero para un chip de procesamiento de video que solo puede recolectar señales de video a una velocidad de 25 cuadros/segundo, no importa cuántas señales de video se cambien a su entrada, sus "recursos totales" de 25 cuadros/segundo no se pueden cambiar. Por lo tanto, para esta forma de grabadora de vídeo de disco duro, el producto mejorado de la estructura anterior aumenta el número de canales de adquisición de vídeo (por ejemplo, se integran 4 canales de adquisición en una tarjeta), de modo que cada canal de adquisición se puede paralelizar y recopilar múltiples vídeos. señales de entrada equivale a aumentar el número de "recursos totales" para visualización y grabación (rotación multicanal más adquisición multicanal). Por ejemplo, un fabricante utiliza dos tarjetas de adquisición de 8 canales para lograr la adquisición de señales de 16 canales, lo que hace que los "recursos totales" del DVR alcancen los 160 fotogramas/segundo.
Cabe señalar que el algoritmo de compresión M-JPEG carece de compresión entre fotogramas, lo que dará como resultado una pequeña relación de compresión de vídeo total y aumentará el almacenamiento de imágenes (y, por supuesto, aumentará la sobrecarga del disco duro). Por ejemplo, cuando se obtiene una claridad comparable a la de las imágenes MPEG-1, el número de bytes por cuadro de las imágenes M-JPEG es aproximadamente de 6K a 20 KB, que es aproximadamente de 3 a 10 veces mayor que el de las imágenes MPEG-1. Además, es difícil para los productos DVR que utilizan el algoritmo M-JPEG grabar simultáneamente múltiples señales de sonido porque el estándar JPEG en sí no describe el método de compresión de sonido. Especialmente cuando se pierden fotogramas de vídeo debido a la rotación multicanal, cómo sincronizar el sonido es una cuestión que debe tenerse en cuenta. Además, dado que M-JPEG no ha formado un estándar unificado, solo describe el método de compresión en principio o sintaxis. Los estándares M-JPEG reales los estipulan y escriben los propios fabricantes de DVR, y los estándares M-JPEG de cada fabricante son. No es lo mismo.
En otras palabras, los archivos de vídeo grabados con una determinada marca de DVR generalmente no pueden recuperarse en otros sistemas DVR basados en compresión M-JPEG, ni pueden recuperarse mediante software de reproducción multimedia general como Microsoft Media Player, que limita el uso de múltiples Sistemas DVR de diferentes marcas aplicaciones de Internet. Grabador de vídeo con disco duro casi integrado basado en la estructura de la PC
El grabador de vídeo con disco duro basado en tarjeta de PC mencionado anteriormente no se separa del sistema de la PC: apariencia de la PC, arquitectura de la PC, sistema operativo de la PC, interfaz de la PC , etc. Por tanto, puede considerarse como una aplicación extendida de PC. Siempre que salga de la aplicación de grabación de video del disco duro (o coloque la aplicación en segundo plano), esta grabadora de video de disco duro se convierte en una PC estándar. Los usuarios pueden realizar fácilmente edición de documentos, informes estadísticos y otras operaciones en el entorno de MS Office. Pero debido a esto, los grabadores de video de disco duro con esta estructura son vulnerables a ataques de virus, causando la parálisis del sistema también puede cerrarse debido a problemas de compatibilidad de hardware o algunos errores en el software del sistema; propios problemas (por ejemplo, si el operador pone el programa de grabación en segundo plano y juega juegos en primer plano) y algunas configuraciones y operaciones incorrectas, el sistema de grabación puede incluso quedar inutilizable.
Para romper con el sistema de PC, algunas empresas han lanzado grabadoras de vídeo casi integradas en disco duro. Pero, en esencia, este DVR no se separa realmente del sistema de PC, porque todavía utiliza la estructura de hardware de la PC: además de periféricos como la CPU, la placa base también integra tarjetas gráficas, tarjetas de sonido, tarjetas de red y Ranuras de expansión PCI para tarjetas de captura de video. La parte de la fuente de alimentación también es una fuente de alimentación conmutada de alta potencia con ventilador. Pero para que aparezca en el mercado de la vigilancia como un dispositivo profesional, la máquina adopta un diseño integrado. En comparación con el DVR basado en PC mencionado anteriormente, este DVR casi integrado aprovecha al máximo los recursos de hardware de la PC, considera de manera efectiva el diseño espacial general de la máquina, tiene una estructura más compacta, reduce efectivamente el tamaño y es especialmente Diseñado para realizar grabaciones en disco duro en sistemas de vigilancia.
CIVON es uno de los primeros DVR casi integrados. Este producto se basa en una placa base de mini PC y tiene dos ranuras PCI horizontales. Se puede insertar al menos una tarjeta de captura de video de un solo canal y se pueden insertar hasta dos tarjetas de captura de video de cuatro canales. Se puede montar un disco duro estándar de PC y se pueden construir grabadoras de video de disco duro con diferentes canales.
Esta máquina, como una PC normal, también utiliza una CPU de la serie Pentium, pero un disco electrónico con un sistema operativo Linux y aplicaciones integradas está conectado a la interfaz IDE de arranque principal de la placa base de la PC. Al iniciar, el sistema Linux del disco electrónico inicia automáticamente la máquina y luego inicia automáticamente la aplicación de video del disco duro. Al conectar un monitor externo, un teclado y un mouse, los usuarios pueden realizar configuraciones básicas como si operaran una PC (excepto que el sistema operativo de la máquina es Linux en lugar de DOS o Windows). Una vez completada la configuración, se pueden quitar el monitor, el teclado, el mouse y otros periféricos. En este momento, si el cliente conectado ha instalado el software de administración de video del disco duro compatible, el cliente puede acceder al DVR a través de la red, ver imágenes en tiempo real o ajustar archivos de video y realizar otras configuraciones y ajustes en la grabadora del disco duro. DSP integrado es una grabadora de vídeo integrada en disco duro basada en DSP.
La grabadora de disco duro integrada está completamente separada de la estructura de la PC y adopta una estructura general con DSP como núcleo. Los módulos funcionales como la captura de vídeo, el procesamiento de compresión de vídeo y la interfaz de red están integrados en una placa de circuito. En lo que respecta al chip central DSP, existen principalmente en el mercado la serie TMS320C6xxx de TI, la serie Trimedia de Philip, la serie MAP-CA (BSP) de Equator y la serie ADSP-BF5xx de AD.
El DSP por sí solo no recoge señales de vídeo. Por lo tanto, las grabadoras de vídeo de disco duro basadas en DSP generalmente necesitan estar equipadas con chips de captura de vídeo, como el chip de procesamiento de vídeo SAA7111A de Philips. La entrada de señal de video analógico (S-Video o CVBS) al DVR primero se somete a conversión de analógico a digital SAA 711A y procesamiento de formato de datos para obtener una secuencia de video digital estándar ITU-R BT.656, y luego se envía al DSP. para su procesamiento.
La capacidad de procesamiento de un DSP generalmente depende de su frecuencia de reloj y del paralelismo de la unidad de procesamiento. Hasta la fecha, los DSP más populares tienen múltiples unidades de procesamiento que pueden ejecutarse en paralelo, cada una de las cuales consta de una unidad aritmética lógica (ALU), un multiplexor y un acumulador.
Serie TMS320C6xxx de TI
La serie TMS320C6xxx de TI es un chip DSP de alto rendimiento, dividido en dos categorías: punto fijo y punto flotante. Integra todas las ventajas del popular DSP actualmente, con un rendimiento de alto costo y bajo consumo de energía. Las capacidades de procesamiento de video de los DVR con diferentes chips de esta serie son diferentes. Los estándares de compresión son principalmente MPEG-4 y H.264, y las resoluciones de imagen de menor a mayor son CIF, 2CIF (DCIF) y D1. Entre ellos, los DVR que pueden manejar calidad de imagen D1 generalmente admiten grabación en tiempo real de calidad de imagen CIF de cuatro canales.
Serie TriMedia de Philips
TriMedia es un chip DSP especialmente diseñado por Philips para aplicaciones multimedia de vídeo y audio. Entre ellos, PNX1302 es un procesador de medios de la serie TriMedia con capacidades de procesamiento de aplicaciones de audio y video digital de alta calidad. PNX1500 es una DSPCPU de 32 bits más potente lanzada por Philips después de PNX1302 para aplicaciones multimedia como audio y video, gráficos y comunicaciones. El PNX1500 tiene una CPU TM3260 programable en C/C++, compatible con la arquitectura VLIW paralela. Su interfaz DMA independiente en el chip puede acelerar el procesamiento de datos, y muchas unidades de coprocesamiento, como el escalado de imágenes, el desintercalado y la representación 2D, mejoran en gran medida las capacidades de procesamiento multimedia del chip.
Serie MAP-CA de Equator
MAP-CA es una serie de chips DSP de banda ancha de alta velocidad lanzada por Equator, también conocida como Procesador de Señal de Banda Ancha (BSP). Puede funcionar a un reloj de alta velocidad de 300 MHz y tiene una capacidad de procesamiento de 30 GOPS (giga operaciones por segundo, es decir, 30 mil millones de operaciones enteras por segundo). Aproximadamente 6,4 veces la velocidad de procesamiento del Pentium III, se utiliza principalmente para aplicaciones de vídeo de banda ancha de alto rendimiento y gran volumen de datos, como grabadoras de disco duro integradas (DVR), servidores de vídeo en red integrados (DVS), decodificadores digitales. cajas, televisores digitales y sistemas de videoconferencia, productos de imágenes médicas, etc. Aquí, MAP-CA es uno de los procesadores VLIW (Palabra de instrucción muy larga) de la serie MAP de Equator. Su último MAP-BSP-15 aumenta aún más la frecuencia operativa a 400 MHz, lo que permite que la capacidad de procesamiento de datos alcance 40 GOPS (para codificación de video). . MAP-CA incluye principalmente un núcleo de procesador de textos con instrucciones muy largas, un coprocesador de flujo de bits programable (VLx), un coprocesador de filtrado de vídeo, un controlador de actualización de pantalla y ricas interfaces de E/S digitales. MAP-CA admite la compresión y descompresión implementada por software de varios videos, imágenes y señales. El algoritmo implementado en este software tiene grandes ventajas sobre la implementación del hardware y es muy conveniente actualizarlo.
Serie ADSP-BF5xx de ADI.
El procesador ADSP-BF5xx de ADI está desarrollado sobre la base de su serie de procesadores Blackfin. Entre ellos, múltiples módulos funcionales del núcleo del procesador de la serie Blackfin pueden admitir datos enteros de 8/16/32 bits y datos decimales de 16/32 bits, especialmente cuatro unidades lógicas aritméticas de vídeo (ALU) de 8 bits que pueden abordar MPEG-2. Una variedad de algoritmos multimedia, incluidos MPEG-4 y JPEG, permiten que un procesador procese cuatro tipos de información al mismo tiempo. Los productos Blackfin actualizados ADSP-BF533, ADSP-BF532 y ADSP-BF531 no solo heredan las ventajas de la facilidad de uso y la compatibilidad de código de los productos Blackfin, sino que también mejoran significativamente el rendimiento y reducen el consumo de energía. Los tres nuevos procesadores son totalmente compatibles con pines, con la única diferencia en el rendimiento y la capacidad de memoria en el chip, lo que hace que el rendimiento del sistema sea fácil de actualizar y reduce muchos riesgos en el desarrollo de nuevos productos.
ADSP-BF533 tiene una frecuencia de reloj de 600 MHz y una velocidad de funcionamiento de 1,2 GMACS, lo que lo hace ideal para aplicaciones de puerta de enlace de acceso de banda ancha y vídeo integrado. La tarjeta ASIC es una grabadora de disco duro de red basada en una tarjeta ASIC.
ASIC es un circuito integrado de aplicación específica, que es un circuito integrado personalizado específicamente para fines de aplicación. Por tanto, las grabadoras de disco duro basadas en circuitos integrados específicos de vídeo tienen una estructura más compacta y un mejor rendimiento.
Sin embargo, dado que la estructura de ASIC a menudo requiere una referencia al trasplante exitoso de nuevos algoritmos en DSP, los DVR basados en ASIC son generalmente posteriores a los DVR basados en DSP en términos del tiempo de aparición de grabadoras de video de disco duro con el mismo formato de compresión (como como H.264).
SM2210 es un chip códec de vídeo MPEG-2 en tiempo real lanzado por SDRAM Media Company. Compatible con los estándares ISO/IEC-13818 MP@ML, SP@ML, MP@LL y presenta buenas características de interfaz. Por tanto, el SM2210 garantiza un procesamiento de imágenes de alta calidad. En el modo de codificación, el SM2210 acepta señales de video digital ingresadas según el formato ITU-R 601 o ITU-R 656, primero las convierte al formato 4:2:2 a 4:2:0 y luego programa las señales de video digital. y luego realizar codificación digital en tiempo real para formar un flujo de bits comprimido en formato MPEG-2 MP@ML. Los usuarios también pueden definir su propia matriz de cuantificación y seleccionar el área efectiva de la imagen. En el modo de decodificación, SM2210 acepta y decodifica flujos de bits en formato MPEG-1 y MPEG-2 y luego los filtra para generar señales de video digital que cumplen con el formato ITU-R 601 o ITU-R 656. SM2210 no solo admite múltiples formatos de video, resoluciones y velocidades de cuadros como NTSC, PAL y FILM, sino que también puede codificar y decodificar transmisiones en formatos VCD y SVCD.
Muchos ASIC se utilizan a menudo junto con FPGA (Field Programmable Gate Array). Algunos algoritmos específicos se implementan específicamente mediante FPGA, como la operación de transformación de coseno discreto (DCT), que es MPEG-2 y MPEG: la parte central del algoritmo 4. Aunque la parte DCT del algoritmo MPEG se ha estandarizado y se puede implementar de manera efectiva en ASIC o FPGA, todavía hay muchas partes de la codificación MPEG que no están claramente definidas, y son estas partes poco claras las que diferencian los productos de una empresa de sus competidores. , desarrolló un algoritmo con derechos de propiedad independientes. Por lo tanto, algunos DVR basados en ASIC utilizan FPGA en estas partes (como los módulos de estimación de movimiento) y, debido a que los FPGA se pueden reconfigurar, el dispositivo se puede actualizar fácilmente e integrar nuevos algoritmos durante toda la fase de desarrollo (incluida la posconfiguración). Las empresas que dependen exclusivamente de soluciones ASIC estándar no pueden desarrollar productos similares con mejor rendimiento debido a las limitaciones del propio chip, y el riesgo de mercado es mayor.