基于MPEG4下多硬盤視頻存儲系統的解析

國家新聞出版廣電總局五六四臺 徐福濤

1.前言

視頻存儲是視頻采集及將采集后的數據存儲于一個介質中的技術，能夠完成多種條件下保存視頻流的功能，具有先進性?；贛PEG4下的多硬盤視頻存儲技術是為未來視頻存儲技術的代表，與傳統的技術相比，基于MPEG4的視頻存儲技術具有更強的適應性，并具有高清的視頻編輯能力，已經成為未來視頻產品發展的主要方向。

2.MPEG4算法的基本原理

MPEG4標準將眾多媒體應用集成于一個完整的框架內，能夠為多媒體的通信與應用環境提供一個標準的算法與工具，最終完成視頻數據與音頻數據的有效編碼更為靈活的應用，所以與傳統技術相比，MPEG4算法具有更強的數據處理能力。從性能上來看，采用MPEG4壓縮的影像畫面質量近似與DVD畫面質量，因此能夠滿足當前數碼監控、遠程監控的要求，在MPEG4體系下，只需要安裝上一個具有高清晰度的監控攝像機，就能捕捉到理想清晰度的視頻，因此可以認為MPEG4具有先進性[1-2]。

與傳統技術相比，MPEG4具有明顯的先進性，主要表現為以下幾方面：

（1）MPEG4具有理想的壓縮比，這就讓高碼率的視頻傳輸成為可能，現代相關技術研究顯示，MPEG4下的視頻具有更理想的傳輸性能，能夠滿足多種復雜條件下的視頻連續傳輸要求，并且視頻的圖像質量也能得到保障，這是其他技術所不具備的優勢。

（2）有助于節省存儲空間，MPEG4與傳統技術相比具有更強的性能，因此該技術具有理想的壓縮效率，保證了相關視頻信息的處理效果。

（3）具有更好的圖像質量，在MPEG4下的圖像清晰度高，最高已經可以到達768×576，這一標準已經十分接近DVD技術，說明MPEG4下的視頻清晰度高。從另一角度來看，MPEG4采用了基于對象的識別編碼模式，讓整個視頻的傳輸過程更具有針對性，這也成為保證視頻清晰度的關鍵。

3.基于MPEG4的多硬盤視頻存儲系統的設計研究

3.1 多硬盤存儲器設計

在信息技術快速發展的大背景下，數據的存儲成為相關人員關注的內容，常見的做法就是將數據存儲到大容量的存儲器之中，但是在實際應用中這種方法的局限性明顯，難以滿足很多行業的發展要求，并且隨著存儲容量的增加，設備的價格也將會相應的大幅增長[3]。針對這種情況，多硬盤存儲器的出現有效的解決了這一問題，讓海量數據與硬盤空間之間的矛盾得到了快速的解決，最終保證了信息處理效率。

在本次設計過程中，為了保證多硬盤存儲器能夠滿足MPEG4下視頻存儲的要求，本文的出發點，就是要利用原有的硬盤系統，在不改變硬盤工作原理及其工作模式的基礎上，增加EPLD（可擦除可編輯邏輯器件）邏輯芯片，最終實現多硬盤的數據存儲。在這一要求下，基于MPEG4的多硬盤存儲系統結構如圖1所示。

在圖1的相關結構下，利用原有的硬盤系統，并且在不改變硬盤工作原理與工作模式的基礎上來實現系統功能的優化，在這個過程中，EPLD作為可編程邏輯器件的簡稱，能夠進一步增強原有系統的數據處理能力，最終實現了多硬盤存儲系統。從整個系統結構來看，正是在該EPLD芯片的影響下，多硬盤存儲器才能完成多種狀態下的信息識別，判斷哪個硬盤處于工作狀態，這樣當一個硬盤發生了故障之后，EPLD將會通過邏輯程序控制硬盤來快速判斷所有硬盤的工作狀態，最大程度上保證了所有硬盤工作效率情況。同時在圖1的結構下，CPU能夠完成各類數據的傳送，并也能從硬盤讀取數據并返回傳送給CPU，通過鏈接不同的驅動器，完成信號控制，最終確定硬盤中相關數據的讀寫或者操作能力。

圖1 多硬盤設計硬件總體結構示意圖

3.2 硬件設計

3.2.1 硬件設計的框架及其運行

在基于MPEG4的多硬盤視頻存儲系統設計過程中，確定了多硬盤視頻存儲系統結構之后，需要進行系統硬件設計，確定系統的整體結構定位與芯片的選型與接口設計等，確保系統的功能可以達到預期水平。

硬件設計的總體框架主要包括音頻模數轉換器、視頻模數轉換器、壓縮芯片、電源、PC機等幾部分在這個硬件體系的基礎上，硬件系統與外界視頻源之間保持著良好的數據連接，并通過COMPOSITE（綜合）等數據接口來完成各種類型的數據傳輸。在這個過程中，外界視頻源所傳送的模擬視頻信號將會通過模擬數據轉換器來轉變成各種可以被系統識別的數字視頻信號（例如ITU-656等），之后被轉換之后的視頻信息將會被送入到壓縮芯片內部進行壓縮，此時壓縮之后的數據被存儲在SDRAM硬件中，這樣在應用程序的調度作用下，CPU可以在SDRAM（同步動態隨機存儲器）中的指定位置來獲取相關信息資料，最終完成了對整個視頻數據的獲取。

3.2.2 硬件電路的實現

在這個過程中，為了保證硬件設計的性能可以滿足MPEG4的視頻存儲要求，在視頻電路的設計過程中，從上文對MPEG4的多硬盤視頻存儲系統的介紹可以發現，在該系統中，視頻存儲系統所對應的是模擬信號，這些信號在經過視頻接口之后能夠快速的進入到系統中。因此為了能夠滿足這一系統運行的要求，在設計過程中應該按照數字線路的性能來完成模擬視頻信號的數字轉換過程?，F階段較為常見的視頻信號是ITU-R.BT.656格式，這種格式的信號在進入到芯片的同時將會完成壓縮，這些數據將會直接被回放，并將會數字模擬轉換器來轉換成為不同的數字信號。因此針對這一功能特征，相關人員在設計硬件設計階段需要注意的是，考慮到視頻數據在傳遞過程中，采樣的速度與濾波能力都將會直接影響信號的最終輸出結果，所以針對這種問題，可以采用SAA7115H（多制式視頻解碼器）技術，利用該技術的雙重采樣的功能，將才能速度控制在27-28MHz的水平內，這樣有助于進一步提高數據處理質量。

3.3 軟件設計

3.3.1 軟件的基本結構

本次研究中，基于MPEG4的多硬盤視頻存儲系統的開發環境為Windows系統，在系統硬件設計之后，面臨著軟件設計的問題。本文結合現階段的數據處理要求，在設計軟件時，首先研究了芯片的微碼，保證系統在運行過程中能夠滿足多硬盤視頻存儲的功能處理要求。所以針對這種情況，確定了功能芯片的CPU進行壓縮的基本路徑，在理想的軟件系統結構下，操作人員可以按照視頻存儲系統的運行要求來選擇不同的芯片操作模式，包括PS碼流或者TS碼流等，并控制系統接受命令的功能流程，增強了系統的運行能力。

3.3.2 關鍵技術

關鍵技術1：底層驅動程序流程

本文所采用的驅動程序為WDM（視窗驅動程序模塊）驅動模式，該驅動模式能夠滿足windows系統的運動要求，并支持壓縮、解壓縮等工作模式。所以在底層驅動程序流程中，直接通過WDM驅動結構的模式來定義windows系統下的普通驅動接口情況，利用這種接口來滿足系統的各種復雜流程操作，并具有一定的數據處理能力，包括視頻存儲過程中的參數配置、下載微碼等，這些驅動都能在第一時間得到完成。

關鍵技術2：視頻數據的存儲設計

視頻數據存儲的設計成為本次研究的重點內容，從系統的功能定義上來看，為了保證系統數據處理的質量，需要將芯片中的壓縮視頻數據直接通過PCI接口，并配合上相應的操作程序來傳送到硬盤上，這個操作流程為：

查找硬盤→初始化硬件→得到存盤請求→設置并調用存盤路徑→視頻數據傳遞→結束。

在這個操作流程中，其中的重點就是要保證系統能夠快速查找到硬件，在這種系統運行模式下，假設沒有記錄到板卡的信息，那么系統將會直接將應用程序返回到FALSE（不正確的）中，若系統出現了這種操作，則說明系統的解碼功能與窗口功能等都是無效的，需要進行重新的編輯。而如果硬件的查找過程是成功的，那么系統將會首先對硬件完成初始化，在初始化完成之后，程序將會接收到用戶要求傳遞視頻資料的請求，在系統確定用戶的這個請求是合理的之后，系統將會清空緩沖區，以備視頻傳輸使用；之后的整個系統程序將會調用存盤函數，確定具體的存盤路徑，保證整個視頻的存儲順利完成。

關鍵技術3：網絡傳輸程序流程

網絡傳輸也是MPEG4下多硬盤視頻存儲系統的重要功能，其目的是保證要被處理的視頻壓縮文件能夠被傳送到指定的IP地點中，確保其可以滿足用戶的功能要求。在這個功能要求的基礎上，網絡傳輸程序流程的基本步驟為：

設施網絡傳輸方式→增設IP客戶→通過服務器與客戶端保持連接→數據傳輸→數據傳輸結束，并關閉端口。

為了確保網絡傳輸程序流程的科學性，在網絡傳輸過程中，設計人員首先應該確定傳輸的方式，包括點對點的傳輸或者完成組播傳輸等，保證數據的傳輸方式可以滿足預期功能，提高視頻數據傳輸質量。

4.結論

在開展基于MPEG4的多硬盤視頻存儲系統研究過程中，需要分別從硬件、軟件、多硬盤存儲器三個方面進行技術設計，在確保其技術質量滿足預期的基礎上，明確系統功能，這樣才能進一步提高設計質量。

[1]張斌.基于Android4.2系統的H.264視頻數據的獲取[J].計算機應用與軟件,2017,34(07):116-119.

[2]王春梅.HEVC與數字電影領域現有編碼方式對比研究[J].現代電影技術,2015(04):9-15.

[3]郭琳虹,張小松.云計算環境中數字視頻版權保護方案研究[J].信息安全與技術,2015,6(01):25-27.