數字監控系統在中國的發展可以追朔到上個世紀九十年代，但是真正的快速發展是從2000年開始的，這主要得益于多媒體芯片技術的發展以及國內幾家掌握核心編碼技術的企業參與到安防產業中來。短短的四年時間，作為數字監控系統的核心部件--音視頻編碼卡的圖像編碼方式從JPEG發展到MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和H.264；其壓縮方式也從純軟件(PC圖像壓縮)和純硬件（ASIC芯片圖像壓縮）發展到DSP。國產DVR市場占有率也達到70%以上，從進口發展到出口, 數字監控系統的用戶也已經能夠相當成熟的選擇產品。
要分析如何選擇合適的音視頻編碼卡，首先需要了解DVR用戶的選擇標準。從用戶的角度選擇數字監控系統重點考慮的幾點是：功能是否滿足要求、技術是否先進、產品是否穩定、價格是否滿意、產品的售后服務是否有保障。隨著數字監控系統的技術發展，以及數字監控產品的普及，用戶越來越成熟，不再是單純的考慮用什么壓縮技術，而是更多的考慮是否滿足自我的需求，也就是選擇最適合自己的產品。DVR產業也形成了從芯片制造商à板卡制造商àDVR軟件開發商à工程商à用戶的產業鏈，分工日益明確。近幾年，隨著數字監控系統的發展，以杭州海康、武漢恒億、成都德加拉、廣州金鵬等為代表定位板卡制造商的企業得到了長足的進步，他們在推動中國數字監控產品的發展中扮演著火車頭的角色。而作為數字監控系統的設計者---DVR軟件開發商應該如何選擇板卡？我們首先來看看目前的板卡發展趨勢。
目前，板卡市場已經和幾年前有著很大的變化，從一塊板卡獨行天下到現在的市場細分，軟壓縮卡、低端硬壓縮卡、高端硬壓縮卡各擅其長。相對于硬壓縮卡，使用軟壓縮卡時，由于PCI總線數據吞吐量太大，而且CPU過多的參與圖像壓縮處理，導致其穩定性較差。因此，在對穩定性要求高的場合，軟壓縮卡已被淘汰出局。此外，軟壓縮卡目前的商業模式是板卡制造商將DVR軟件和軟壓縮卡捆綁提供，顯然，這樣無法滿足不同用戶的差異化需求。唯一的“優點”—價格優勢，在低端硬壓縮卡面世之后就蕩然無存了，板卡的差價還不夠購買額外硬盤的費用，因為軟壓縮一般數據量在300-500M/小時，而硬壓縮卡數據量在60-150M/小時；而且硬壓縮卡對顯卡、CPU、內存幾乎沒有要求，所以筆者認為軟壓縮卡的淘汰已經是按天倒計時了。
從2003年底，就有幾家公司推出低端硬壓縮卡，總的來說主要有兩種方案：ASIC和DSP，由于監控市場的特殊需求，比如說動態偵測、中文字符時間戳疊加、屏幕遮擋、動態調整幀率等等，使得ASIC方案水土不服，從IME6400、Vweb2010到Wis7007無一在監控市場中取得成功，其實這一點從2001年使用W9920的方案被淘汰就可初見端倪，畢竟物竟天擇，適者生存。DSP方案以采用Blackfin21532加多媒體PCI Bridge SAA7146的方案和PNX1302加畫面分割芯片AQ424的方案為代表。他們的共同特點是簡化了板卡的功能，同時簡化了壓縮算法，預覽效果較差。以PNX1302為例，平均每路資源從180MIPS降到50MIPS，在保持相同壓縮效果的情況下，算法效率要提高近4倍，眾所周知，這在一個已經被高度優化的算法基礎上幾乎是不可能的，因此這類板卡通過簡化壓縮算法達到實時壓縮處理,必然會導致壓縮效率降低,數據量增大。預覽效果也比較差，都是采用CIF圖像預覽。但是，它原封不動的繼承了硬壓縮卡的穩定性，同時又有較低的價格，因此逐步被用戶接受，扮演著軟壓縮卡終結者的角色。
高端硬壓縮卡目前主要有三種方案： 1顆PNX1301處理一路音視頻信號、1顆PNX1501處理四路音視頻信號、1顆DM642處理四路音視頻信號。第一種方案已經得到廣泛應用，在此不再贅述。他們相對低端硬壓縮卡來說，預覽采用D1格式，回放質量也相對好很多。其中后兩種方案在2004年6月份后各板卡廠家推出的新產品中分別被采用，成本和價格有所降低，促進了數字監控系統的普及。這兩種方案相比較起來各有優勢，PNX1501處理能力和DM642相比稍微遜色，但是由于有多個協處理器，因此DSP Core無需參與圖像的濾波和縮放處理，所以用這種方案的板卡不需要顯卡具有縮放能力，穩定性和兼容性更具優勢。為什么這么說呢？ PNX1501是從PNX13XX系列發展而來，PNX13XX系列已經得到廣泛的應用和認可，其穩定性、兼容性已毋庸置疑。在PNX13XX系列基礎上，PNX1501采用了0.13um工藝生產，架構上使用和PNX1301相同的TM3260VLIW內核，在征集全球PNX13XX開發者意見和依據H.264編碼算法的需求基礎上新增加了27條高效多媒體處理指令，使用先進的DDR技術，可以用較低的外頻得到與使用SDRAM技術相同的數據吞吐率，主要改進了視頻輸入處理器和內置圖像縮放和濾波協處理器，視頻輸入處理器支持格式轉換和濾波處理，支持兩路視頻輸入，圖像縮放和濾波協處理器從PNX1301的5-Tap的32相濾波器發展到6-Tap的64相濾波器，可以獲得更好的圖像縮放效果，無論全屏顯示還是縮小到小畫面，都具有良好的視覺效果。內置協處理器使得圖像預覽的時候在多路的情況下PCI總線數據吞吐率固定在39MByte/s以下(1024x768x2x25Byte/s)，反之，如果不使用內置協處理器縮放的話，隨著路數的增多，PCI總線數據吞吐率成倍上升，而支持PCI2.1標準的總線數據吞吐峰值只有133Mbyte/s。當然，采用DM642的方案也有它的優點，600MHz的主頻可以使它具有處理超過4路CIF圖像的能力。
對目前板卡的技術狀況有所了解之后，選擇板卡相對來說應該是比較容易的事情了。正如前面所講，低端硬壓縮卡正在逐步替代軟壓縮卡，在小區監控領域得到廣泛應用，下面主要談的是目前主流的DVR系統使用的高端硬壓縮卡的選擇。作為DVR軟件開發商來說，其實價格不應該是主要考慮的因素。所以，本文只從技術的角度來討論板卡的選擇。
我們需要考慮的問題有SDK的穩定性、易用性、兼容性、功能的完整性和技術服務水平。目前流行的板卡主要有這樣一些功能：水印、中文OSD疊加、時間戳疊加、Logo疊加、Mosaic遮蔽、單幀捕獲、強制關鍵幀輸出、動態改變壓縮幀率參數、動態調節視頻參數、動態改變幀結構、動態檢測、雙碼流、板載加密區。一般回放庫支持文件方式播放和實時流播放，變速播放、回放抓圖、回放亮度對比度調節、動態丟幀。網絡庫支持UDP/TCP傳送，支持MultiCast（多播）和雙向通訊。
眾所周知，DVR已經從單純的音視頻記錄設備發展到音視頻記錄和網絡視頻服務復用的設備。作為網絡視頻服務設備，就必然涉及到網絡傳輸和控制程序，有的技術力量雄厚的DVR軟件開發商會選擇自主開發相關程序。另外一些DVR軟件開發商則會考慮直接使用板卡廠商提供的網絡SDK來開發。不管哪種，筆者相信開發網絡程序的工程師們對板卡的強制關鍵幀輸出和雙碼流功能一定有很深刻的體會。板卡的強制關鍵幀輸出可以保證網絡的快速連接，因為通常關鍵幀設置為每100幀產生一個，而解碼端又必須從關鍵幀開始解碼，因此在最壞的情況下，要等待4秒鐘才能看到圖像，顯然這是用戶無法接受。所以，當板卡提供強制關鍵幀輸出功能時，只要在網絡開始連接的時候使用這個功能就可以實現快速連接。雙碼流是指在壓縮一個高清晰度格式（D1/HALFD1/MD/CIF）的碼流用于存儲之外，再啟動一個可以獨立控制幀率和數據量的QCIF格式的碼流用于網絡傳輸。有很多用戶希望在1M ADSL上看4路以上的圖像，而兼顧本地錄像質量的情況下，一般每路設定數據量應該不低于500Kbps，而1M ADSL的上行速率實際上會在400K-600Kbps之間，因此，這樣的需求很難被滿足，可是如果使用QCIF的雙碼流功能，這個問題就迎刃而解了。當然，還有一個辦法，如果板卡使用MPEG4 ASP壓縮標準，一般支持一個或兩個B幀，也可以采用在服務器端丟B幀的方式，滿足這種需求。支持ASP的壓縮板卡B幀的個數可以設為0、1、2，實際應用時可靈活處理，沒有B幀的話，網絡連接實時性好，但是解碼多路的時候不能丟幀，CPU占用率會比較高，反之，使用B幀的話，會給編解碼端帶來固有的延遲，但是解碼端可以丟掉B幀。
值得一提的是：有些廠家的板卡采用金融級的加密技術——提供板載用戶加密區。目前DVR軟件商非常注意軟件知識產權的保護，無奈當前加密狗的技術限制，常常是花了金錢和精力，到頭來還是竹籃打水一場空。板載用戶加密區，簡單的說就是需密碼驗證的板卡硬件存取區，通過這種方式，DVR軟件商可設置獨有多級板卡密碼，最大限度保證自己的開發投入，達到既省錢又提高了安全性的目的。
除了考慮板卡的這些基本功能之外，還需要考慮的一點是板卡生產廠家的產品序列是否齊全，板卡SDK是否兼容，從而保護軟件開發投入。比如說，由于國家DVR標準沒有限制壓縮標準，DVR系統不存在互連互通的需求，各個廠家之間的碼流格式并不兼容，因此如果有網絡集中監控上電視墻的需求，一定需要壓縮板卡的廠家提供硬解碼卡，否則就很難實現。
總之，作為DVR軟件商，只要對目前的板卡技術方案和板卡的發展歷史有所了解，多和各個板卡廠家接觸，一定會找到適合自己的板卡。 |
