DVR硬盘录像机的基本分类及利用GPS时间服务器时间同步的意义

DVR硬盘录像机的基本分类及利用GPS时间服务器时间同步的意义

    DVR硬盘录像机在发展初期由于百家争鸣、种类繁多，让业内相关人士颇有「眼花撩乱」之感，在经过一段时间的变化后，各种型态的分类也大致成形。根据台湾工业技术研究院光电工业研究所《光电产业发展剖析》报告中，大致将所有的DVR硬盘录像机分成三个类别：

一．数字STB类型

STB指的是Set-top Box（一般译成：数字卫星接收器、机顶盒、电视上网机、随选视讯盒等，由于译名分歧，故在此以STB统称之）。数字STB类型的DVR硬盘录像机在性质上属于功能整合性的讯号接收平台，以提供数字录像功能与接收数字广播及互动应用的讯号为主，可选择接收数字无线地面传播（Digital Terrestrial）、数字有线电视传播（Digital Cable）、数字卫星传播（Digital Satellite）等不同种类的传播讯号。

二．PC-based类型

PC-based类型的DVR硬盘录像机其应用平台为一般的PC、手提电脑等。在PC内装置一片或多片影像撷取卡，利用软件进行影像压缩并执行影像编辑功能，系统较不稳定。

三．单机（Standalone）类型

单机型的DVR硬盘录像机乃重新利用CPU及RAM来开发设计，采用专属的软件程序，研发成本较高。采用硬件压缩，品质稳定，不会有死机的问题产生，且在影像储存速度、分辨率及影像画质上都有较大的改善。这类型的产品只单纯提供数字录放影功能，而不附加其它如广播讯号接收、上网际网络等功能。由于应用在安全监视领域的产品多属于上述的第2类及第3类，因此本文将仅就这两个类型做探讨。PC-based类型与单机类型系统孰优孰劣的争议，到目前为止仍无法下定论。目前虽以PC-based的DVR硬盘录像机占市场多数，但据观察，两种类型的产品将各自产生市场区隔。1995年即投入DVR硬盘录像机领域发展的日本Ikegami公司，其海外部经理Yasuhiko Saito就指出：「DVR硬盘录像机市场将朝向两个不同方向发展，一方面，由于RTOS(Real time Operation System，实时操作系统)在运作时的可靠性，预料会有很大的发展；但另一方面，对强调可联网工作的DVR硬盘录像机产品，Windows操作系统则因为操作简单而将成为另一种主流」。

DVR硬盘录像机的技术目前仍不断在发展中，而其中的关键技术在于操作系统及影像压缩技术。

一．操作系统

1. 以Windows为操作接口
对于以PC为主要架构的DVR硬盘录像机来说，Windows平台以其使用简单、应用普遍等特点而名列各种操作系统名单的榜首。韩国3R集团总裁Sung-Ik Chang表示：「目前大多数DVR硬盘录像机及其相关产品的厂商都采用基于Windows的操作系统；尤其在美国这样的大市场，用户为了日后维护方便，多倾向于使用基于Windows的DVR硬盘录像机产品」。韩国Digital Logic公司海外市场部经理Jonathan Kim也说：「我们认为Windows操作系统是最适合DVR硬盘录像机系列产品的。因为Windows是目前较通用的操作系统，因此具备较高的支持性，不论任何地方Windows都可以支持大部分相关产品」。
此外，Windows在软件升级方面，也强于其它操作系统。由于近年来IT产业与安防产业密切相关，因此当数字技术在IT产业日进万里的同时，相关技术发展势必影响安全产业。Windows之所以会被众多厂商所爱用，乃是因为它具有强大的可升级性。厂商认为，由于DVR硬盘录像机系统不可能长期停留在固定水平，因此可升级性势必成为系统发展的关键点。如果考量汰旧成本，一旦用户对于既有系统产生更高的要求或者原有的系统暴露出一些缺陷，大部分的用户不太可能去买一套全新的系统来替换，如此一来，产品的升级就成为首要的解决方案。
尽管供货商认为，系统的稳定性取决于用户的实际操作方式，然而，Windows操作系统本身的不稳定性，仍令使用者相当质疑。有厂商就表示，如果只单纯使用监控系统，Windows 98系统相当稳定；但如果在Windows平台上同时运行别的程序，系统不稳定、甚至死机就无可避免。


2. 以Linux为操作接口
IT业界中Windows和Linux操作平台的激烈竞争也延烧到安防产业。Linux是一种可多人使用的作业环境，可让多位使用者在同一时间内同时使用计算机主机的资源。Linux提供完整的多人(Multiuser)、多任务(Multitasking)及多行程(Multiprocessing)环境，可由网络上下载使用。由于其原始程序代码（Source Code）是公开的，因此可以任意开发、修改，故Linux的使用者并不须烦恼缺乏需要的应用程序，加速了研发的速度，且系统本身以及大部分的应用程序是免费的，让开发者省下大笔的研发费用。此外，对硬件需求较低的Linux，可令使用者节省更多的硬件成本投入，整体产品成本随之降低。随着网际网络的盛行，全球使用Linux的人愈来愈多，也吸引了无数的开发人员投入改良核心、发展应用软件以及硬件周边驱动程序的行列，使Linux功能和完整性日益扩大，成为各方注目焦点。
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Internet，也可架设局域网络（LAN）；还可以以Linux架设各种Server，提供在Internet以及Intranet的邮件、FTP、Web...各种服务。 在这样的趋势之下，Linux成为DVR硬盘录像机制造商跃跃欲试的操作系统。有些供货商甚至表示Linux比Windows更适合应用在DVR硬盘录像机上。韩国Eastern Info-Com公司海外市场部协理Hyoksang Kwon即表示：「由于Windows较不稳定，且价格颇高，相形之下，Linux看起来是最有发展潜力的主流操作系统」。
实际上，现在就下「Linux作为DVR硬盘录像机的操作系统会优于Windows」这样的结论仍嫌太早。据其它制造商反应，Linux在兼容性方面仍存在着一些问题，如打印机支持、Internet联接等方面，都不如Windows。此外，对于已习惯使用Windows应用程序的使用者而言，刚开始会不适应Linux的作业方式；而针对Linux可读取Windows的档案，但目前Linux仍有无法让Windows系统读取档案的缺点，加上Linux为后来崛起之操作系统，故在目前维护人员并非十分充足的情形下，许多使用厂商在选择使用Linux系统时也会有一定的心理障碍。

3. 以RTOS为操作接口
对于单机型或非PC-based的DVR硬盘录像机来说，RTOS（Real Time Operation System）是最佳的操作系统，目前市面上这种类型的供货商以韩国和日本为主。许多韩国厂商如3R、Korea Computer Technologies、 Kodicom、Artinix等认为，单机型DVR硬盘录像机具有高经济效益、稳定性高及与既有的安防控制器有高兼容性等特点，因此在前一阵子都陆续推出了单机型的DVR硬盘录像机。对于日本厂商而言，会致力于发展单机型DVR硬盘录像机主要是基于对图像清晰度的考量，目前，大多数PC-based DVR硬盘录像机的图像品质都不如单机型的DVR硬盘录像机。
然而，单机型DVR硬盘录像机目前面临的最大挑战在于联网功能。在联网工作普及的今天，已有越来越多的用户使用网络，韩国Digital Logic公司的Jonathan Kim即表示：「当我们谈论单机型DVR硬盘录像机时，经常遗漏掉网络化的远程控制部分。但DVR硬盘录像机系统如果不能和网络衔接，坦白说，那就不能称为DVR硬盘录像机系统」。部份西方的制造商也有相同的观点，例如美国、德国、英国以及其它北欧国家，已经将网络功能视为是数字CCTV产品的关键。英国Dedicated Micros执行总经理Mike Fawcett举例说明：「英国的化工、制药厂采用了具备网络功能的DVR硬盘录像机设备，除了节省大量人力的开销外，更可以在任何地方监看工作人员和生产线状况，因此节省不少成本」。可联网的特性让用户可以透过LAN/WAN、Internet等网络进行远程监看。这个特性已被预测成为将来CCTV市场的主流。为了让产品具备联网功能，单机型DVR硬盘录像机制造商陷入「价格vs.功能」的两难局面。韩国Korea Computer Technology公司总经理Y. H. Min指出：「为了让DVR硬盘录像机具备联网功能，我们必须在单机型DVR硬盘录像机中添加某些芯片。为此，我们必须增加投资金额及成本，在价格竞争日益剧烈的情况下，成本的增加对我们相当不利」。

　

二．压缩技术

现阶段DVR硬盘录像机所采用的压缩技术以JPEG、MPEG1、MPEG2为主。严格说起来，这些压缩技术都未必能完全符合长时间录像的需求。


1. JPEG
JPEG的压缩倍数为20~80倍，适合静态画面的压缩，分辨率没有选择的余地。以往的JPEG压缩技术是直接处理整个画面，所以要等到整个压缩档案传输完成才开始进行解压缩成影像画面，而这样的方式造成传输一个高解析画面时须耗时数十秒甚至数分钟。而新一代的JPEG是采取渐层式技术，先传输低解析的图档，然后再补送细部之资料，使画面品质改善。这种方式所需的时间虽然与原先的方式一样，但由于可以先看到画面，所以使用者会觉得这种方式较好。


2. MPEG1及MPEG2
而MPEG1、MPEG2在影像移动不大的情况下其压缩倍数约为100倍（一般VCD、DVD约为35倍），若从VCD、DVD的规格来看，MPEG1的分辨率为320 ×240（或以下），MPEG2则通常为720 ×480。MPEG1、MPEG2是传送一张张不同动作的局部画面。


3. MPEG4
至于压缩倍数为450倍(静态图像可达800倍)，分辨率输入可从320 ×240到1280 ×1024的MPEG4，则是专为移动通信设备(例如移动电话)在英特网实时传输音/视频讯号而制定的最新MPEG标准。MPEG4和MPEG以往的版本相比，最大不同之处在于MPEG4使用「图层」(layer)方式，能够智能化选择影像的不同之处，在压缩下个别编辑画面，使图文件容量大幅缩减，而加速音/视频的传输。有人认为MPEG4的出现，对于DVR硬盘录像机厂商而言无疑是一大福音，然而也有厂商认为，MPEG4规格虽已定出，但实际应用于DVR硬盘录像机的技术上却尚未成熟，现阶段无论以软、硬件来实现都有待突破（详情《技术篇─MPEG4压缩技术于DVR硬盘录像机的应用》一文）。

    对于哪种压缩方式较适用于DVR硬盘录像机产品的看法，厂商的意见相当分歧。韩国3R公司的Sung-IK Chang具体指出：「大体来说，压缩技术采用两种方法，一种是intraframe，另一种是Interframe。Interframe可区分每幅影像的差异，并只传送影像不同的部分，H.263和MPEG是这种格式的代表。而Intraframe方式则把一个动画分解成若干个固定的画面一幅一幅的传输，以Wavelet 和Motion JPEG为此方式的代表。从传输效率考量，Interframe在性能上要远远优于Intraframe；而且，Interframe技术在画面变动较小情况下，能提供相当不错的画质」。然而，安全产品的用户必须考虑到图象画质的问题，在这一点上MPEG较Wavelet和JPEG要逊色。Digital Logic公司的Jonathan Kim就表示：「我们承认MPEG4在视频压缩方面比较优秀，但MPEG系列皆存在着图象干扰和画面扭曲失真的情况。如果用户想购买存储量大的DVR硬盘录像机，他可以考虑MPEG压缩格式；但如果用户希望能有良好的画质，则应该考虑其它的压缩方式；至于那种方式好，则取决于客户需求」。Eastern Info-com公司的Hyoksang认为：「图象清晰度，和图象的压缩率、CPU以及其它相关硬件的负载是成反比的，由于MPEG4具有极高的压缩率，因此导致图象的不清晰，要达到安防产业对于图象要求的标准，还有很大的改进空间」。DM公司的执行总裁Mike Fawcett进一步指出：「对于静止的画面，不论用JPEG方式压缩还是MPEG方式压缩，传输的速度都是一样的。然而，如果物体是呈现运动状态，则MPEG格式不会立即反应传输，这是因为MPEG格式传输的速度较慢，或者监控中的场景容易出现干扰」。他认为，JPEG压缩技术不论在图象画质还是在传输速度上，都更加适合安防产业。他说：「我认为JPEG的品质较好，较具有竞争力，也较安全」。随着DVR硬盘录像机技术的不断发展、存储容量逐步扩大，用户会对画质的要求必然越来越高。英国Visionfactory董事长David Beanland表示：「尽管JPEG和Wavelet格式的图象需要占用较大的存储空间，但这种压缩技术在DVR硬盘录像机产业仍然是主流。毫无疑问地，DVR硬盘录像机的存储容量会逐步扩展，存储容量达200GB以上的DVR硬盘录像机最慢会在2、3年后出现于市面上。一旦容量问题得到解决，使用者便会将焦点放在图象的画质，而MPEG压缩技术方式将会被淘汰」。Beanland也同时质疑MPEG压缩技术录制的图象是否能作为可靠的法庭证据，目前在欧美市场还值得商榷。现任职于飞利浦公司，具有14年经验的Alan Everid则认为对于DVR硬盘录像机产品而言，Wavelet是最好的压缩方式。主要原因在于Wavelet移除了图象的高频成分(high frequency components)，仅保留单帧图象信号。这个特点，特别适用于画面变更频繁的场合，例如多画面分时显示。不过，Wavelet虽然符合安防产业的图象要求，但在考量联网与否的因素下，读者需注意Wavelet并非现行的IT网络所普遍支持的格式，所以在联网的使用上会有所限制。

 

社区的安全性是社区管理的重要工作。数字录像技术DVR作为社区安防的技术手段越来越普及，DVR做为视频记录设备，时间准确性非常重要。DVR设备自带的时钟系统由于成本关系准确度不高，并且必须定时人工校正，特别是多台DVR要保持同步，这是人工不可能完成的任务。如果不进行DVR的时间同步，在发生事件时需要回放和检索将带来很大的困难，反映出社区管理工作的优劣。
            K系列高精度GPS时间服务器特点：
1）    通过网络以NTP/SNTP协议将视频监控中的多个DVR设备提供网络校时，保证多台DVR设备时间的统一，为事件回放和查找提供方便；
2）    通过RS485网络将道闸收费系统的时间统一，展示社区管理良好的形象；
3）    通过道闸系统显示准确时间，为社区居民提供高精度时间服务；
4）    通过内部网络提供NTP服务，为社区内的公司提供统一时间服务。