基于PC式DVR的監(jiān)控系統(tǒng)視頻采集硬件設計

由向東，嚴 明

（1.中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032；2.65042部隊，沈陽110035）

基于PC式DVR的監(jiān)控系統(tǒng)視頻采集硬件設計

由向東1，嚴 明2

（1.中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032；2.65042部隊，沈陽110035）

目前，部分視頻監(jiān)控系統(tǒng)是基于嵌入式DVR設計的，但由于嵌入式DVR的錄像總幀數(shù)只有幾十幀，在多路視頻回放的時候，我們往往可以看到圖像有丟幀或延遲現(xiàn)象。為了克服這一缺點，我們采用PC式DVR對監(jiān)控系統(tǒng)進行設計。首先介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成部分及其工作原理，其次重點對視頻采集模塊進行選取，詳細介紹視頻解碼芯片TW6805的功能和特點，從硬件方面設計了由TW6805、74HC4051及AMS1117等芯片組成的視頻采集電路，通過采集卡與視頻服務器PCI接口、路由器以及客戶服務器的逐次連接，實現(xiàn)硬件連接。最后實現(xiàn)攝像頭與服務器之間的實時監(jiān)控，以及服務器端與客戶端的視頻傳輸。

監(jiān)控系統(tǒng)；視頻采集；外圍電路；工作原理；采集模塊；芯片TW6805；視頻傳輸

1 引 言

隨著社會的發(fā)展進步，視頻監(jiān)控技術(shù)由于方便［1］、實時性好、直接等優(yōu)點不但被現(xiàn)代大工廠、娛樂場館等公共場所廣泛應用，而且也出現(xiàn)在私人家庭、公司辦公等地方。視頻監(jiān)控越來越靠近人民的生活，由此，人們隨著科技、意識等發(fā)展和進步，對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求也隨之改變。總體來說，視頻監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)歷了模擬時代、半數(shù)字時代、全數(shù)字時代三大發(fā)展歷程。在全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)時代，視頻從圖像采集即為數(shù)字信號，網(wǎng)絡傳輸，基于TCP／IP協(xié)議［2］，采用流媒體技術(shù)實現(xiàn)多路復用傳輸，通過網(wǎng)絡虛擬矩陣，對整個監(jiān)控系統(tǒng)進行控制、調(diào)度、存儲等。現(xiàn)代的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)進入了全數(shù)字時代。可以進行報警、巡視、門禁等功能，大多實際應用于安防系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)設計的硬件由攝像機、同軸電纜、BNC接頭、視頻采集卡、網(wǎng)卡、路由器［3］、雙絞線、監(jiān)控前端視頻服務器、以及遠程客戶機組成。其中監(jiān)控端視頻服務器基于WIN7系統(tǒng)，圖1是系統(tǒng)工作的原理框圖。

圖1 系統(tǒng)工作原理框圖

其工作原理：首先攝像頭對視頻圖像進行捕捉，通過同軸電纜與視頻采集卡連接，視頻采集卡將采集到的視頻模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并通過PCI接口將數(shù)字信號傳送給服務器。計算機的CPU對數(shù)據(jù)進行H.264壓縮［4］，然后將壓縮的數(shù)據(jù)儲存在硬盤上或通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸給客戶端的計算機［5］。

3 視頻采集硬件設計

3.1 視頻采集模塊選取

視頻信號的采集一般有兩種方法：一種是傳統(tǒng)方式，即采用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器對視頻信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，需要采用同步信號分離電路將視頻信號中的各種同步信息提取出來。對于黑白視頻信號，只需要一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，對于彩色視頻信號的采集則需要多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器。采用位數(shù)越高的模數(shù)轉(zhuǎn)換器恢復圖像的層次感越強，但是提高位數(shù)的同時也帶來數(shù)據(jù)量的大幅度增長。對于同步信號的提取可以采用幅度分離法將復合同步信號分離出來，或是采用專用同步信號提取芯片，比如LM1881。明顯看到這種傳統(tǒng)方式的視頻采集電路非常復雜，穩(wěn)定性也不是很好。

目前最為常用的方法就是采用視頻編碼芯片進行視頻信號的解碼，本系統(tǒng)設計用到了TW6805編碼芯片。

3.2 TW6805芯片特點

TW6805是多通道音視頻傳輸，單芯片集成4通道高質(zhì)量NTSC／PAL／SECAM的視頻解碼器，將模擬復合視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字分量YCbCr數(shù)據(jù)，采用自適應4H梳狀濾波器以減少亮色分離的串擾，擁有高效的DMA控制器，充分利用PCI總線帶寬保證音視頻數(shù)據(jù)的高效傳輸。其特點如下：

·具有4個模擬信號輸入，可通過軟件選擇其中任意通道

·集成4個10-bit ADC和模擬鉗位電路，支持CVBS輸入

·Y通道具有完全可編程的靜態(tài)增益或自動增益控制

·CVBS通道可編程White Peak控制

·高性能自適應4H梳狀濾波器

·PAL Delay line糾正色彩相位錯誤

·2D峰值和CTI圖像增強技術(shù)

·數(shù)字子載波PLL增強同步信號處理和像素采樣

·領先的同步檢測和處理技術(shù)支持非標準信號和弱信號處理

·可編程的色調(diào)、飽和度、對比度、亮度控制

·支持Macrovision標準的版權(quán)保護級別檢測

·可編程的視頻剪切輸出

3.3 視頻采集電路

視頻信號采集是采用TW6805視頻編碼芯片進行視頻信號的解碼。圖2為視頻采集電路。

圖2 視頻采集電路圖

從圖2可以看出4路的復合視頻信號通過被多路選擇器74HC4051選擇從端口MUX中輸入，在視頻輸入的前端有電阻與電容組成的高通濾波器將低頻干擾信號濾除，單芯片集成4通道高質(zhì)量NTSC／PAL／SECAM視頻解碼器，將模擬復合視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字分量YCbCr數(shù)據(jù)。該設計采用外部晶振為TW6805提供27MHz時鐘，采用AMS1117芯片組成的電源電路為TW6805芯片提供1.8V的電壓，TW6805這個集成化芯片使得視頻采集電路的設計非常簡單，穩(wěn)定性好，通用性強。圖3為芯片供電電路。

4 硬件實現(xiàn)

建立完整的視頻網(wǎng)絡傳輸監(jiān)控硬件系統(tǒng)［6］，主要有兩方面的接口要實現(xiàn)：一是視頻采集卡和視頻服務器之間的接口連接：二是視頻服務器和路由器之間的網(wǎng)絡連接［7-8］（如圖4所示）。

圖3 TW6805芯片供電電路

首先攝像頭與視頻采集連接是通過兩端帶BNC接頭的同軸電纜（型號為SYV 75-3）連接的，此同軸電纜的最長傳輸距離為100m，視頻采集卡與視頻服務器連接是通過PCI接口連接，此接口可以即插即用。視頻服務器與路由器連接和路由器與客戶端連接都是通過雙絞線。

圖4 系統(tǒng)連接圖

5 結(jié)束語

通過視頻采集硬件設計，了解到視頻信號的采集過程，最后通過硬件連接，成功實現(xiàn)了服務器端與客戶端的實時監(jiān)控。

［1］ 韋錦山.網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的新發(fā)展［J］.通訊世界，2002（5）：104-105. Wei Jinshan.The new development of network video monitoring system［J］.Telecom World，2002（5）：104-105.

［2］ Thomas，Stephen A.IPng and the TCP／IP Protocols：Implementing the Next Generation Inernet［M］.New York：Wiley Computer Pulishing，1996.

［3］ 魏亮.路由器原理與應用［M］.北京：人民郵電出版社，2005. Wei Liang.The Principle and Application of Router［M］. Beijing：The people＇s posts and Telecommunications Press，2005.

［4］ 曹超廣.基于H.264的網(wǎng)絡分布式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計［D］.長沙：國防科技大學，2004. Cao Chaoguang.Design of a distribution network video monitoring system based on H.264［D］.Changsha：National University of Defence Technology，2004.

［5］ 王延堯.以太網(wǎng)技術(shù)與應用［M］.北京：人民郵電出版社，2005. Wang Yanyao.Ethernet Technology and Application［M］. Beijing：The people＇s posts and Telecommunications Press，2005.

［6］ 詹青龍，常承陽，顧建鋒.網(wǎng)絡視頻技術(shù)［M］.北京：清華大學出版社，2010. Zhan Qinglong.Network Video Technology［M］.Beijing：Tsinghua University Press，2010.

［7］ 于洋.測控系統(tǒng)網(wǎng)絡化技術(shù)及應用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2009. Yu Yang.Network technology and application ofmeasurement and control system［M］.Beijing；Mechanical Industry press，2009.

［8］ 胡道遠.計算機局域網(wǎng)［M］.北京：清華大學出版社，2010. Hu Daoyuna.Computer local area network［M］.Beijing：Tsinghua Univesity Press，2010.

Design of Video Acquisition Hardware of Monitoring System Based on PC DVR

You Xiangdong1，Yan Ming2
（1.The47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Shenyang 110032，China；2.The Army 65042，Shenyang 110035，China）

At present，some video monitoring systems are designed based on embedded DVR.But the total frame rate of the embedded DVR only has dozens of frames，so when the Multiplexed video is played back，the lost images and delayed phenomenon will appear.In order to overcome the shortcomings，the PC DVR video surveillance system is used.The hardware components and theworking principle of the system are introduced，and the video acquisition circuit，composed of the chips such as TW6805，74hc4051 and AMS117，are used.The hardware connection is realized by connection of the acquisition card and client server，and the real-timemonitoring between the camera and the server and the video transmission between the server and the client terminal are realized aswell.

Monitoring system；Video acquisition；Peripheral circuit；Working principle；Acquisition module；Chip TW6805；Video acquisition

10.3969／j.issn.1002-2279.2016.06.015

TN492

A

1002-2279（2016）06-0061-03

由向東（1988-），男，遼寧省丹東人，學士，助理工程師，主研方向：測控技術(shù)與儀器。

2016-05-17