如何选择合适的音视频编码卡 - 安防知识网

短短的四年时间，作为数字监控系统的核心部件--音视频编码卡的图像编码方式从JPEG发展到MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和H.264；其压缩方式也从纯软件(PC图像压缩)和纯硬件（ASIC芯片图像压缩）发展到DSP。本文着重介绍音视频编码卡的选购方法。\r\n文／王静\r\n

要分析如何选择合适的音视频编码卡，首先需要了解DVR用户的选择标准。从用户的角度选择数字监控系统重点考虑的几点是：功能是否满足要求、技术是否先进、产品是否稳定、价格是否满意、产品的售后服务是否有保障。随着数字监控系统的技术发展，以及数字监控产品的普及，用户越来越成熟，不再是单纯的考虑用什么压缩技术，而是更多的考虑是否满足自我的需求，也就是选择最适合自己的产品。DVR产业也形成了从芯片制造商-->板卡制造商-->DVR软件开发商-->工程商-->用户的产业链，分工日益明确。近几年，随着数字监控系统的发展，以杭州海康、武汉恒亿、成都德加拉、广州金鹏等为代表定位板卡制造商的企业得到了长足的进步，他们在推动中国数字监控产品的发展中扮演着火车头的角色。

而作为数字监控系统的设计者---DVR软件开发商应该如何选择板卡？我们首先来看看目前的板卡发展趋势。

目前，板卡市场已经和几年前有着很大的变化，从一块板卡独行天下到现在的市场细分，软压缩卡、低端硬压缩卡、高端硬压缩卡各擅其长。相对于硬压缩卡，使用软压缩卡时，由于PCI总线数据吞吐量太大，而且CPU过多的参与图像压缩处理，导致其稳定性较差。因此，在对稳定性要求高的场合，软压缩卡已被淘汰出局。此外，软压缩卡目前的商业模式是板卡制造商将DVR软件和软压缩卡捆绑提供，显然，这样无法满足不同用户的差异化需求。唯一的“优点”-价格优势，在低端硬压缩卡面世之后就荡然无存了，板卡的差价还不够购买额外硬盘的费用，因为软压缩一般数据量在300-500M/小时，而硬压缩卡数据量在60-150M/小时；而且硬压缩卡对显卡、CPU、内存几乎没有要求，所以笔者认为软压缩卡的淘汰已经是按天倒计时了。\r\n

低端硬压缩卡
从2003年底，就有几家公司推出低端硬压缩卡，总的来说主要有两种方案：ASIC和DSP，由于监控市场的特殊需求，比如说动态侦测、中文字符时间戳叠加、屏幕遮挡、动态调整帧率等等，使得ASIC方案水土不服，从IME6400、Vweb2010到Wis7007无一在监控市场中取得成功，其实这一点从2001年使用W9920的方案被淘汰就可初见端倪，毕竟物竟天择，适者生存。DSP方案以采用Blackfin21532加多媒体PCI Bridge SAA7146的方案和PNX1302加画面分割芯片AQ424的方案为代表。他们的共同特点是简化了板卡的功能，同时简化了压缩算法，预览效果较差。

以PNX1302为例，平均每路资源从180MIPS降到50MIPS，在保持相同压缩效果的情况下，算法效率要提高近4倍，众所周知，这在一个已经被高度优化的算法基础上几乎是不可能的，因此这类板卡通过简化压缩算法达到实时压缩处理,必然会导致压缩效率降低,数据量增大。预览效果也比较差，都是采用CIF图像预览。但是，它原封不动的继承了硬压缩卡的稳定性，同时又有较低的价格，因此逐步被用户接受，扮演着软压缩卡终结者的角色。

高端硬压缩卡
高端硬压缩卡目前主要有三种方案：1颗PNX1301处理一路音视频信号、1颗PNX1501处理四路音视频信号、1颗DM642处理四路音视频信号。第一种方案已经得到广泛应用，在此不再赘述。他们相对低端硬压缩卡来说，预览采用D1格式，回放质量也相对好很多。其中后两种方案在2004年6月份后各板卡厂家推出的新产品中分别被采用，成本和价格有所降低，促进了数字监控系统的普及。这两种方案相比较起来各有优势，PNX1501处理能力和DM642相比稍微逊色，但是由于有多个协处理器，因此DSP Core无需参与图像的滤波和缩放处理，所以用这种方案的板卡不需要显卡具有缩放能力，稳定性和兼容性更具优势。

为什么这么说呢？PNX1501是从PNX13XX系列发展而来，PNX13XX系列已经得到广泛的应用和认可，其稳定性、兼容性已毋庸置疑。在PNX13XX系列基础上，PNX1501采用了0.13um工艺生产，架构上使用和PNX1301相同的TM3260VLIW内核，在征集全球PNX13XX开发者意见和依据H.264编码算法的需求基础上新增加了27条高效多媒体处理指令，使用先进的DDR技术，可以用较低的外频得到与使用SDRAM技术相同的数据吞吐率，主要改进了视频输入处理器和内置图像缩放和滤波协处理器，视频输入处理器支持格式转换和滤波处理，支持两路视频输入，图像缩放和滤波协处理器从PNX1301的5-Tap的32相滤波器发展到6-Tap的64相滤波器，可以获得更好的图像缩放效果，无论全屏显示还是缩小到小画面，都具有良好的视觉效果。内置协处理器使得图像预览的时候在多路的情况下PCI总线数据吞吐率固定在39MByte/s以下(1024x768x2x25Byte/s)，反之，如果不使用内置协处理器缩放的话，随着路数的增多，PCI总线数据吞吐率成倍上升，而支持PCI2.1标准的总线数据吞吐峰值只有133Mbyte/s。当然，采用DM642的方案也有它的优点，600MHz的主频可以使它具有处理超过4路CIF图像的能力。

从技术角度讨论板卡的选择
对目前板卡的技术状况有所了解之后，选择板卡相对来说应该是比较容易的事情了。正如前面所讲，低端硬压缩卡正在逐步替代软压缩卡，在小区监控领域得到广泛应用，下面主要谈的是目前主流的DVR系统使用的高端硬压缩卡的选择。作为DVR软件开发商来说，其实价格不应该是主要考虑的因素。所以，本文只从技术的角度来讨论板卡的选择。

我们需要考虑的问题有SDK的稳定性、易用性、兼容性、功能的完整性和技术服务水平。目前流行的板卡主要有这样一些功能：水印、中文OSD叠加、时间戳叠加、Logo叠加、Mosaic遮蔽、单帧捕获、强制关键帧输出、动态改变压缩帧率参数、动态调节视频参数、动态改变帧结构、动态检测、双码流、板载加密区。一般回放库支持文件方式播放和实时流播放，变速播放、回放抓图、回放亮度对比度调节、动态丢帧。网络库支持UDP/TCP传送，支持MultiCast（多播）和双向通讯。

众所周知，DVR已经从单纯的音视频记录设备发展到音视频记录和网络视频服务复用的设备。作为网络视频服务设备，就必然涉及到网络传输和控制程序，有的技术力量雄厚的DVR软件开发商会选择自主开发相关程序。另外一些DVR软件开发商则会考虑直接使用板卡厂商提供的网络SDK来开发。不管哪种，笔者相信开发网络程序的工程师们对板卡的强制关键帧输出和双码流功能一定有很深刻的体会。

板卡的强制关键帧输出可以保证网络的快速连接，因为通常关键帧设置为每100帧产生一个，而解码端又必须从关键帧开始解码，因此在最坏的情况下，要等待4秒钟才能看到图像，显然这是用户无法接受。所以，当板卡提供强制关键帧输出功能时，只要在网络开始连接的时候使用这个功能就可以实现快速连接。双码流是指在压缩一个高清晰度格式（D1/HALFD1/MD/CIF）的码流用于存储之外，再启动一个可以独立控制帧率和数据量的QCIF格式的码流用于网络传输。有很多用户希望在1M ADSL上看4路以上的图像，而兼顾本地录像质量的情况下，一般每路设定数据量应该不低于500Kbps，而1M ADSL的上行速率实际上会在400K-600Kbps之间，因此，这样的需求很难被满足，可是如果使用QCIF的双码流功能，这个问题就迎刃而解了。

当然，还有一个办法，如果板卡使用MPEG4 ASP压缩标准，一般支持一个或两个B帧，也可以采用在服务器端丢B帧的方式，满足这种需求。支持ASP的压缩板卡B帧的个数可以设为0、1、2，实际应用时可灵活处理，没有B帧的话，网络连接实时性好，但是解码多路的时候不能丢帧，CPU占用率会比较高，反之，使用B帧的话，会给编解码端带来固有的延迟，但是解码端可以丢掉B帧。

值得一提的是：有些厂家的板卡采用金融级的加密技术——提供板载用户加密区。目前DVR软件商非常注意软件知识产权的保护，无奈当前加密狗的技术限制，常常是花了金钱和精力，到头来还是竹篮打水一场空。板载用户加密区，简单的说就是需密码验证的板卡硬件存取区，通过这种方式，DVR软件商可设置独有多级板卡密码，最大限度保证自己的开发投入，达到既省钱又提高了安全性的目的。

除了考虑板卡的这些基本功能之外，还需要考虑的一点是板卡生产厂家的产品序列是否齐全，板卡SDK是否兼容，从而保护软件开发投入。比如说，由于国家DVR标准没有限制压缩标准，DVR系统不存在互连互通的需求，各个厂家之间的码流格式并不兼容，因此如果有网络集中监控上电视墙的需求，一定需要压缩板卡的厂家提供硬解码卡，否则就很难实现。

总之，作为DVR软件商，只要对目前的板卡技术方案和板卡的发展历史有所了解，多和各个板卡厂家接触，一定会找到适合自己的板卡。