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浅议基于Linux的DVR板卡

资讯频道文章B

    基于PC的插卡式DVR虽技术发展已很成熟,但在长期的使用过程中,其还是暴露一些缺陷,特别是是软压缩DVR,存在系统稳定性不够、录像清晰度差、安装维护工作量大等问题。为解决以上问题,某公司推出基于Linux操作系统的DVR板卡,以提升产品的性能。

    近年来,嵌入式DVR凭借其稳定可靠的特点逐渐成为了DVR市场的主流,基于PC的插卡式DVR的市场占有率逐年下降。与嵌入式DVR相比,基于PC的插卡式DVR,尤其是软压缩DVR,存在系统稳定性不够、录像清晰度差、安装维护工作量大等问题。为解决以上问题,某公司推出基于Linux操作系统的DVR板卡,硬件上使用TECHWELL TW6805A芯片, 带8-16路视频及8路音频,接口采用PCI-E,提升了产品的性能。

系统稳定性
    影响PC DVR稳定性的因素很多,但是主要是由于采用Windows操作系统引起的。长期以来,基于PC的DVR系统一直采用Windows操作系统,这其中有几个重要的原因:一是Windows系统用户众多,最终用户和系统维护人员对Windows非常熟悉;二是在Windows系统下开发软件相对简单,开发人员充裕;三是国内Windows盗版较普遍,对很多用户来说相当于免费。

    而随着应用的深入,Windows系统的固有缺点逐渐暴露出来,病毒、木马及用户乱操作经常导致系统很不稳定,维护人员焦头烂额,维护工作量巨大。另外随着微软对盗版Windows的打击力度的加大,用户面临着继续使用盗板软件的风险,还是为WINDOWS付费的问题,但即使是付费的正版WINDOWS软件,也不能完全解决系统不稳定的问题。

    针对以上问题, DVR操作系统选择LINUX是一个解决方法。而对于PC架构的DVR来说,Linux有很多先天的优势。其主要用于服务器上,而DVR从本质上看恰恰就是一台需要24小时不间断工作的服务器。Linux上几乎没有病毒和木马,另外其是自由软件,任何人都可免费使用和传播。因此采用Linux做PC DVR的操作系统,没有使用盗版的疑虑,又能解决WINDOWS的稳定问题。

    但是,与基于Windows的DVR相比,基于Linux的DVR的开发工作量更大,主要体现在以下几个方面:
1、实时显示
    Windows下有一套非常好用的视频开发环境——DirectShow,只要按照微软的规则,调用DirectShow提供的方法,把视频一个个摆到界面上即可,但Linux下并没有DirectShow,必须采用另外的方法进行开发。

2、视频压缩算法
    在Windows上开发DVR,网上有很多已经优化好的以二进制方式发布的视频压缩库,基本上可以满足要求,但只能在Windows环境下使用,在Linux下虽然也有开源的库可用,但需要自己进行优化,这就会耗费更大的工作量。

3、驱动整合
    在Windows上开发DVR,发布的时候仅需做好应用程序的安装程序,写好说明文档即可,另外操作系统和主板、显卡、网卡等驱动用户可自行安装。而Linux DVR卡与其有很大不同,我们提供的是带操作系统和应用程序一体的发布包,所以要把所有可能用到的驱动都整合至发布包中。而主板的更新换代很快,所以要不断地整合和测试,以及不断发布新版本。[nextpage]

4、系统整合
    由于Linux DVR需要开机就进入监控系统,退出监控系统就关机,并不允许用户进入操作系统。因此所有用到的系统工具如pppOE、DDNS、网络设置、系统时间设置等都要整合到DVR的设置界面中去。这在无形中,就添加了一定的工作量。

录像清晰度
影响录像清晰度的因素主要是分辨率和采样精度、压缩算法。
    PC DVR板卡,特别是软压缩的DVR板卡,录像分辨率基本上都是采用CIF(352x288)的格式,有的甚至更低。之所以采用这么低的分辨率,主要有两个原因:CPU占有率和PCI总线带宽。随着CPU性能的不断提高和价格的不断下降,CPU占有率已经不是问题。但对于软压缩的DVR来说,所有的视频数据都要通过PCI总线,当PCI总线带宽不足时,画面就会出现拉丝的现象。

    为了解决PCI带宽不足的问题,DVR板卡产商纷纷推出PCI-E接口的软压卡。与传统的PCI接口的视频采集卡相比,PCI-E接口有如下优势:
1、点对点连接方式
    和传统的PCI总线相比,PCI Express在工作方式上有了根本的革新——采用点对点总线连接方式。传统的PCI总线是以独占带宽的方式进行工作的,任何一个时间PCI总线上只能有一个设备进行通讯,一旦PCI总线上设备增多,总线控制权争用的问题就会严重制约PCI设备性能的发挥。PCI Express总线采用了点对点的连接方式,每个设备在要求传输数据的时候各自建立自己的传输通道,对于其他设备这个通道是封闭的,各个通道互不干扰,数据传输的效率因此大为提高。

    由于采用点对点的连接方式,每块卡的数据传输相对独立,从而避免了同时插多块卡时PCI带宽不足而产生的拉丝现象。

2、串行的传输方式
    PCI Express的数据传输为串行方式,使用“电压差动式信号传输”,即是两条线路,以相互间的电压差作为逻辑“0”“1”的表示。每两条线路组成一个通路(Lane),每个通路的理论传送速率为2.5Gbit/s,实际中可以有两个传送通路,分为上行和下行,这样PCI Express就可以工作在双工状态下,能提供更高的传输速率和质量。

3、高速率传输
    PCI Express分为x1、x2、x4、x8、x16和x32几种形式。形状上看x1最短,越往上则越长,它们是向下兼容的。PCI Express x16单通道就具有5GB/s(2.5Gb×16/8=5GB/s)带宽,不过由于采用8b/10b编码,事实上的有效带宽为4GB/s(扣除20%的植入时钟信号)。同理,替代现行PCI插槽的“PCI Express x1”单通道应该具有250MB/s的带宽,而传统PCI总线的带宽为133MB/s。PCI-Express的高带宽,能实现更高的数据吞吐能力。

    由于PCI-Express接口出色的数据吞吐能力,使得每块PCI-E视频采集卡能轻松地采集到8路Half-D1的实时视频流,无任何拉丝现象。

    影响录像清晰度的另一个因素是采样精度,目前市场上流行的软压卡的采样精度有8bit(如BT878A)、9bit(如SAA7130)、10bit(如TW6805A)几种,bit数越大,采用精度越高,画面就越清晰。 [nextpage]

安装维护工作量
    PC插卡式DVR需要安装操作系统、驱动程序和应用软件,安装一台软压缩的WINDOWS DVR软件至少要花几十分钟的时间。如果在运行过程中出现系统故障,还要多次重复以上工作,浪费大量的时间。为了解决这个问题,将系统进行裁减,只保留系统内核、驱动程序和少量必要的应用程序。 软件安装则采用DOM盘安装、光盘安装及U盘安装三种方式,其中光盘安装是最常见的安装方式;U盘安装则为没有光驱的客户提供了方便;DOM盘安装是将Linux操作系统及软件写进DOM盘上,同负责录像的硬盘分开。在所有安装方式中,用户均不需单独安装LINUX操作系统,并可在5分钟内完成320G硬盘的安装(包括格式化硬盘)。而在使用过程中,用户进入不了操作系统界面,使PC成为DVR专用主机,可进一步提高监控系统的稳定性。 用户也无需担心是否熟悉Linux,人性化的界面,使用户感觉如同Windows一样方便。另外,基于LINUX的PC DVR由于采用市面上通用的电脑配件,出现故障时,用户可自行维修,而不需要像嵌入式DVR那样要发给厂商专人来维修。

    但基于Linux DVR卡也并非完美,由于电脑配件如主板、显卡、网卡等对Linux操作系统支持有限,因而对配置有些”挑肥拣瘦”,其兼容性不如市面上通用的Windows卡。

结语
    基于LINUX的DVR板卡既有传统PC式的功能强大、操作灵活、扩容方便等特点,又具有嵌入式DVR稳定、无病毒等优点,在监控行业中具有广泛的应用前景。

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