多通道數(shù)字硬盤錄像機(jī)特點(diǎn)解析及其應(yīng)用

    隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是近年來(lái)編解碼技術(shù)、多媒體通信技術(shù)以及嵌入式技術(shù)的日趨成熟，一大批有著嶄新技術(shù)特點(diǎn)的新設(shè)備出現(xiàn)在了電視節(jié)目的制播系統(tǒng)中，本文所介紹的多通道數(shù)字硬盤錄像機(jī)就是其中的一個(gè)典型代表。

    一、數(shù)字硬盤錄像機(jī)簡(jiǎn)述

    數(shù)字硬盤錄像機(jī)(DVR：DigitalVideoRecorder)最初應(yīng)用于金融、交通等安防監(jiān)控領(lǐng)域，攝像頭等影像采集設(shè)備將所需監(jiān)控內(nèi)容以特定格式保存在硬盤中，從而可以在任意時(shí)間選擇任意內(nèi)容進(jìn)行回放。由于存儲(chǔ)介質(zhì)基于硬盤而非傳統(tǒng)的磁帶，我們簡(jiǎn)單地稱之為“硬盤錄像機(jī)”。通過(guò)配置，數(shù)字硬盤錄像機(jī)可以輕松地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換、加密存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程控制、碼率控制及多通道同時(shí)錄制及回放，這些基于近年來(lái)電子及通信行業(yè)新技術(shù)的特性使它在監(jiān)控領(lǐng)域完全取代了基于傳統(tǒng)磁帶介質(zhì)的傳統(tǒng)錄像手段。這些新特性，尤其是其高可靠性和重用性，對(duì)于電視制播行業(yè)而言同樣非常誘人。

    但是，和電子監(jiān)控領(lǐng)域不同，電視行業(yè)對(duì)于錄像機(jī)的要求不僅僅是要“有”錄放功能，而是要求達(dá)到“高質(zhì)量”的錄放功能。換句話說(shuō)，要求錄像機(jī)的圖像質(zhì)量必須達(dá)到或接近廣播級(jí)，即達(dá)到CCIR601(ITU601)文件所規(guī)定的演播室數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)，諸如取樣率為13.5MHz、量化比特至少為8比特、取樣比4:2:2、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)碼流27MB/s等等。同時(shí)，由于應(yīng)用范疇的不同，電視行業(yè)對(duì)于錄像機(jī)的運(yùn)用要求更高的可靠性、更長(zhǎng)的平均無(wú)故障時(shí)間，更好的可維護(hù)性。因此，電視節(jié)目制播行業(yè)所用的硬盤錄像機(jī)在結(jié)構(gòu)上有很多不同于普通硬盤錄像機(jī)的特點(diǎn)，各公司又出于不同的考慮做出各自不同的設(shè)計(jì)。下面，先就廣播級(jí)多通道硬盤錄像機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成做個(gè)整體性解析。

    二、多通道數(shù)字硬盤錄像機(jī)結(jié)構(gòu)解析

    以系統(tǒng)構(gòu)成方式來(lái)分，硬盤錄像機(jī)通�？煞譃镻C式系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)。

    1.PC式系統(tǒng)

    PC式系統(tǒng)以傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)為硬件平臺(tái)。圖1為PC式系統(tǒng)的典型框圖。

                                          圖1

    圖中基本PC系統(tǒng)就是以主板、CPU、內(nèi)存、顯卡等構(gòu)成的普通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，PC系統(tǒng)式硬盤錄像機(jī)是在此硬件平臺(tái)上的改造和拓展。視音頻編/解碼器用于將不同制式和格式的視、音頻信號(hào)統(tǒng)一為符合廣播級(jí)視、音頻錄制播放的信號(hào)。視頻壓縮/解壓縮卡用于將編碼后的信號(hào)進(jìn)行高比壓縮以利于傳輸和存儲(chǔ)，這兩個(gè)模塊通常是PCI接口的板卡。硬盤系統(tǒng)是硬盤錄像機(jī)最為核心和重要的部分，一般以多塊SCSI接口硬盤組成冗余磁盤陣列(RAID：RedundantArraysofIndependentDisks)，并可視不同使用情況組成高速海量的RAID0、保障數(shù)據(jù)安全的RAID1或是兩者兼顧的RAID3、RAID5。外圍I/O接口中，高速網(wǎng)卡用于進(jìn)行數(shù)據(jù)快速傳輸、而串口用于控制信號(hào)的傳輸�？紤]到節(jié)目制作的安全，硬盤錄像機(jī)一般加裝冗余電源和自動(dòng)倒換開關(guān)或是大容量UPS以備不時(shí)之需。

    軟件上，PC系統(tǒng)式硬盤錄像機(jī)多以MicrosoftWindow2000或linux這類簡(jiǎn)潔穩(wěn)定的操作系統(tǒng)為軟件平臺(tái)。上層安裝必要的通信協(xié)議和人機(jī)交互軟件。

    這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本容易控制。由于脫胎于PC系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)便直觀，也便于升級(jí)維護(hù)。當(dāng)然，同計(jì)算機(jī)一樣，它也會(huì)有感染病毒、系統(tǒng)崩潰、數(shù)據(jù)損毀的潛在危險(xiǎn)，但是一般正常規(guī)范地使用，它完全可以滿足安全直播的要求。熟悉計(jì)算機(jī)維護(hù)的技術(shù)人員能排除大多數(shù)軟故障，而硬件故障也只要更換相應(yīng)部件即可。

    2.嵌入式系統(tǒng)

    嵌入式系統(tǒng)是近年來(lái)的熱點(diǎn)課題，各行各業(yè)的電子設(shè)備中都越來(lái)越多地出現(xiàn)了嵌入式設(shè)計(jì)，數(shù)字切換臺(tái)、特技臺(tái)也有很多嵌入式產(chǎn)品。嵌入式系統(tǒng)一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等4個(gè)部分組成，定義為“以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。那么對(duì)于一個(gè)嵌入式的硬盤錄像機(jī)來(lái)說(shuō)，它就是一個(gè)經(jīng)過(guò)裁剪的，可完成所有硬盤錄像機(jī)指定功能的最小系統(tǒng)。圖2是一個(gè)典型的嵌入式硬盤錄像機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成圖。

                                          圖2

    DSP數(shù)字信號(hào)處理器負(fù)責(zé)控制工作流程、類似于CPU，不同的是專用DSP數(shù)字信號(hào)處理器多采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)和程序指令分開，相對(duì)于傳統(tǒng)CPU的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)有更高的效率。視頻編/解碼器用于實(shí)現(xiàn)視頻源選擇、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、自動(dòng)增益控制、多制式解碼及亮度、對(duì)比度和飽和度控制，從而將不同制式的模擬或數(shù)字信號(hào)統(tǒng)一成如ITU601所要求的標(biāo)準(zhǔn)格式。視頻壓縮/解壓縮芯片實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的高壓縮比壓縮，當(dāng)前常用的壓縮算法有很多，如DV25、DV50、MPEG2、MJPEG甚至更先進(jìn)的MPEG4、H.264，各個(gè)專業(yè)廠商也生產(chǎn)了各種基于不同算法的壓縮/解壓縮芯片。除了上述核心部件外，嵌入式硬盤錄像機(jī)系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)有SCSI、IDE或SATA的硬盤接口、I/O接口(BNC接口、串口等)、用戶操作面板及顯示設(shè)備接口。CPLD作為各模塊不同通信方式的橋梁，實(shí)現(xiàn)各模塊之間的數(shù)據(jù)通信。