基于DVR的网络化家庭视频监控系统

M-JPEG的缺点一是压缩效率低，M-JPEG算法是根据每一帧图像的内容进行压缩，而不是根据相邻帧图像之间的差异来进行压缩，因此造成了大量冗余信息被重复存储，存储占用的空间大到每帧8～20K字节，最好也只能做到每帧3K字节。另外一点是它的实时性差，在保证每路都必需是高清晰度的前提下，很难完成实时压缩，而且丢帧现象严重，但如果采用高压缩比则视频质量会严重降低。

JPEG的新进展是多层式JPEG(ML-JPEG)压缩技术。它先传低清晰度的画面，故成像速度快很多；再补送细节的压缩资料，使画面品质改善；然后再补送更细节的压缩资料，使画面品质更加改善，这样JPEG的画面呈现由低清晰度到高清晰度、由模糊到清楚。

MPEG-1标准的码率为1.2Mbps左右，可提供30帧CIF(352×288)质量的图像，是为CD-ROM光盘的视频存储和播放所制定的。MPEG-1标准视频编码部分采用运动补偿的帧间预测、二维DCT、VLC游程编码等。此外还引入了帧内帧(I)、预测帧(P)、双向预测帧(B)和直流帧(D)等概念，进一步提高了编码效率。

MPEG-2标准是在MPEG-1的基础上，在提高图像分辨率、兼容数字电视等方面做了一些改进，例如它的运动矢量的精度为半像素；在编码运算中(如运动估计和DCT)区分“帧”和“场”；引入了编码的可分级性技术，如空间可分级性、时间可分级性和信噪比可分级性等。

MPEG-4是基于帧重建算法来压缩和传输视频数据，通过动态地监测图像各个区域的变化，根据对象的空间和时间特征来调整压缩方法，从而可以获得比MPEG-1更大的压缩比、更低的压缩码流和更佳的图像质量。MPEG4的应用目标是针对窄带传输、高画质压缩、交互式操作以及将自然物体与人造物体相融合的表达方式，同时还特别强调广泛的适应性和可扩展性。

H.264是ITU-T的VCEG(视频编码专家组)和ISO/IEC的MPEG(活动图像编码专家组)的联合视频组(JVT：JointVideoTeam)开发的一个新的数字视频编码标准，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分。1998年1月份开始草案征集，1999年9月，完成第一个草案，2001年5月制定了其测试模式TML-8，2002年6月的JVT第5次会议通过了H.264的FCD板。2003年3月正式发布。

H.264常用统一的VLC符号编码，高精度、多模式的运动估计，基于4×4块的DCT变换、分层的编码语法等。这些措施使得H.264算法具有很的高编码效率，在相同的重建图像质量下，能够比H.263节约50％左右的码率。H.264的码流结构网络适应性强，增加了差错恢复能力，能够很好地适应IP和无线网络的应用。

为了更好地适应网络传输，及长时间存储要求，目前，DVR一般均采用编码效率高的MPEG-4或H.264视频压缩技术。这必将增加压缩算法的运算量，对处理器性能的要求也就越高。

操作系统

Windows操作系统具有应用普遍、使用简单、日后维护方便、软件易于升级等特点，成为基于PC的DVR首选的操作系统。但Windows操作系统本身具有不稳定性，但系统中除了运行DVR应用软件外，还运行其它的软件时，系统将不稳定，甚至出现“死机”等严重问题，影响系统的正常运行。

Linux操作系统支持多用户、多任务、及多道处理的Linux操作系统作为“开源”软件，可由开发者任意修改和添加。此外，Linux是以网络环境为基础的操作系统，具有完整的网络功能，使用者可以在Linux下以单机连上互联网，也可架设局域网络(LAN)；还可以Linux架设各种服务器，提供在互联网以及内部网的邮件、FTP和Web等各种服务，方便DVR实现网络化。

实时操作系统RTOS对于嵌入式DVR来说是最佳选择，开发者可以应用为中心，根据应用对功能、可靠性、稳定性、成本、体积等的综合要求，对软／硬件进行裁剪，使产品的实现更灵活、多样。

然而，采用实时操作系统RTOS的嵌入式DVR目前面临的最大挑战在于其网络功能。在网络普及的今天，已有越来越多的用户使用网络。具有网络功能的DVR可让用户透过LAN/WAN、Internet等网络进行远程监视和控制。

基于DM642的嵌入式DVR实现

在进行嵌入式DVR设计以前，我们首先需要对构成DVR所必需的硬件配置进行分析。

一体化模拟前端：DVR的模拟前端为来自摄像机和麦克风的模拟视频和模拟音频信号，为了降低整个系统的成本，一般会有多路视频和音频信号输入。而摄像机一般安装在云台上，为了取景、调焦，需要对其进行水平、俯仰转动，镜头变焦，光圈开合，摄像头防护罩控制(开/关、加热/风扇等)等，云台的这些控制命令一般通过异步串口RS232、RS422／RS485提供。另外，对于一个完整的视频监控系统来说，还需要对环境进行监控，如门禁控制、红外/烟雾/煤气感应、报警器、红外对射、停车管理等，这些功能一般用数字I/O实现。

由此可见，DVR的一体化模拟前端，除了需要提供多路的模拟视频/音频的输入端口外，还需要为云台控制提供标准的RS232/RS422/RS485异步串行接口，及环境监控的数字I/O。

数字化：为了用微处理器实时地对输入的视频/音频信号进行数字化的编/解码处理，必需将输入的模拟视频/音频信号进行数字化，这部分工作由视频解码器和音频解码器完成。每个模拟视频输入对应一路视频解码器，每个模拟音频输入同样对应一路音频解码器，而且配对的视频和音频信号数字化必须同步进行。

实时处理数字视频/音频数据：模拟视频/音频信号进行数字化后，将高速产生大量的数据，为了能对这些数据进行存储、传输、回溯、和分析等功能，首要的工作必须实时地完成大数据量、大计算量的数字视频／音频的压缩编码处理，数字视频压缩编码算法有：MPGE-2、MPEG-4、H.263、H.264等，数字音频压缩算法有：G.711、G.722、G.723、G.728、G.729等。

实时完成这样的算法需要高速的处理器来实现，高性能DSP的出现正好满足了这一需求。另外大量的高速产生的数字视频／音频数据，需要高速、大容量的存储器来缓存。DSP与高速、大容量存储器构成数字视频监控系统的核心。本文将采用TI公司的TMS320DM642及高速、大容量SDRAM存储器来构成DVR的核心。

数据的存储和传输：对于DVR来说，不仅需要对压缩后的数据进行长时间存储，以便回溯。而且还需要能通过网络对其进行监视和控制，即需要将压缩后的数据和相关的控制信息通过网络进行传输。由此可见，对于DVR来说，硬件上除了能提供大容量本地存储、本地传输外，还需要远程传输等接口。