DVR影像擷取卡是PC-based DVR中最重要的零組件要建構一台全功能的PC-based DVR係統隻需在一般個人電腦主機或工業主機內裝置一片或多片的DVR影像擷取卡 DVR影像擷取技術之探討

發表日期 2006-09-03T21:15:56+08:00

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趣味新聞網記者特別報導 : DVR影像擷取卡是PC-based DVR中最重要的零組件，要建構一台全功能的PC-based DVR係統隻需在一般個人電腦主機或工業主機內裝置一片或多片的DVR影像擷取卡，並安裝好硬碟、DV ... .....

DVR影像擷取卡是PC-based DVR中最重要的零組件，要建構一台全功能的PC-based DVR係統隻需在一般個人電腦主機或工業主機內裝置一片或多片的DVR影像擷取卡，並安裝好硬碟、DVR軟體，便可直接將影像訊號存錄於硬碟。

基於PC架構的特性，針對相關零組件、周邊配備或維護性的考量，選擇均較Standalone DVR豐富，網路功能或儲存設備支援也較完整，且容易升級、擴充並能與其它應用整閤搭配，因此投入的廠傢眾多，除瞭一般金融、商業、交通、公共安全、工廠、機房等監控用途外，甚至還包括結閤POS、ATM、GPS、門禁等專業的應用。

目前坊間有各式各樣的DVR影像擷取卡，可連接的影像訊號路數與功能也各異，但一般可將其歸納成軟體壓縮卡與硬體壓縮卡兩大類，之間的主要差異如錶。

軟體壓縮卡
市麵上的軟體壓縮卡主要係採用CONEXANT BT878A或是PHILIPS 7134作為影像擷取晶片，搭配周邊元件、電路組成。設計上則有多路影像訊號共用一顆影像擷取晶片，與一路影像訊號對應一顆影像擷取晶片。前者主要的考量為節省成本，但無法提供即時監看的效果，且容易産生綫條狀雜訊上下漂移，和影像訊號同軸纜綫電波互相乾擾狀況；後者能提供即時的監看效果，並可針對每一路影像訊號分彆調整色度、彩度、亮度、和對比。

軟體壓縮卡支援多種壓縮格式，最常見的有M-JPEG或MPEG-4，由於是利用電腦主機闆的CPU來處理影像壓縮／解壓縮軟體演算法所需的運算，CPU負載較重，因此演算法的好壞、影像訊號的復雜度、解析度與壓縮比（品質）均會影響到壓縮的總效能（一台DVR每秒壓縮影像訊號的張數，FPS），所幸這幾年來隨著CPU的性能與速度加快，以及雙核心CPU架構的推齣，係統總效能已獲明顯的改善，已能滿足1～8路影像訊號的即時錄影，以及多路數影像訊號的延時（Time Lapse）錄影應用。

另外，由於軟體壓縮卡的大量未壓縮影像訊號I∕O對於頻寬的需求，PCI（133MBps）之總頻寬實在不敷使用，所接附的卡數愈多，匯流排就會産生更多的衝突並降低匯流排中所傳輸之資料的品質，進而影響到影像的畫質。

因此在多路數影像訊號的擷取應用，新一代用來取代PCI的 PCI Express（亦稱為 PCIe）介麵，由於提供更高的頻寬（雙嚮為每秒500MBps），已成為新的選擇，雖然PCIe仍然處於發展初期，且PCI還會撐一陣子，但大多數的主機闆上已同時支援PCI與PCIe介麵，目前已有廠商推齣PCIe介麵的影像擷取卡，相信不久便會完全取代PCI界麵的影像擷取卡，成為市麵上的主流。

由於軟體壓縮卡隻具備基本的影像擷取功能，其它功能都需要靠軟體提供，所以軟體開發難度較大。不過也因為如此，軟體壓縮卡對於廠商而言反而掌握度夠、升級靈活，可滿足不同用戶的差異化需求。

硬體壓縮卡
硬體壓縮卡除具備軟體壓縮卡的基本功能外，並增加瞭壓縮／解壓縮專用的ASIC或DSP晶片及部分周邊元件、電路來統籌影像訊號的預覽、壓縮／解壓縮的工作，電路結構較復雜。

目前市麵上已有多款ASIC晶片是針對DVR的影像訊號壓縮∕解壓縮應用所設計的，如Pentamicro AT2043、Intime IME6400、VWEB VW2010等，可同時支援MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4格式的壓縮和／或解壓縮，並提供有完整的軟體開發工具如支援影像訊號多工∕分割、壓縮品質與速率的動態調整、浮水印、OSD、時間戳記、動態偵測、網路串流、群播等功能，因此産品開發較為容易，但相較於DSP晶片較不靈活，升級壓縮演算法與軟體亦較睏難。

至於DSP晶片，比較常見的有TI DM642、Philips TriMedia、Cradle CT3400等，可支援多種影像壓縮格式，甚至可支援運算復雜、更高壓縮比的H.264，這類型晶片可選擇自行開發壓縮程式，或嚮其它專業廠商購買，軟體的開發雖然較為復雜，但彈性也較大，可針對不同需求提供解決方案。

硬體壓縮卡設計上亦有多路影像訊號共用一顆壓縮晶片與一路影像訊號對應一顆壓縮晶片之分，但隨著壓縮晶片技術的進步，有些壓縮晶片已提供雙壓縮模組，以滿足同時錄影與網路遠端監看不同壓縮品質與速率的需求。此外，若搭配影像訊號多工／分割晶片，一些壓縮晶片甚至可同時支援 4 路 D1（720X480）或 16 路CIF（320X240）影像訊號的即時壓縮／解壓縮。

目前市麵上硬體壓縮卡的成本相對高於軟體壓縮卡，由於提供高路數影像訊號即時連續動作錄影與迴放的品質，相對的也需要更高容量的儲存設備，因此選用影像擷取卡除瞭考慮其基本功能與成本外，儲存設備也是必須考量的重要因素之一。
如何提高和軟硬體的相容性
DVR影像擷取卡是基於PC架構，建構DVR除一般PC的組裝程序外，還需要安裝作業係統、驅動程式以及DVR相關的軟體，這其中除瞭主機闆、零組件、周邊配備與DVR影像擷取卡間會彼此互相影響外，Windows作業係統、各種驅動程式、應用軟體與DVR程式間亦有相容性考量。

其實就DVR影像擷取卡的應用而言，電腦主機已高度負載，無暇應付其它應用，因此設計DVR電腦主機軟硬體規格時，應明確定位該主機為DVR專用，不可與其他係統共用而徒增睏擾。

如此一來，我們便可依據此一標準，針對DVR應用選擇適當的軟硬體，提高DVR影像擷取卡跟軟硬體的相容性。此外，採用內嵌式Linux係統的方式來進一步提升DVR影像擷取卡跟軟體的相容性亦是一種不錯的方式。

由於採嵌入式設計，係統可僅針對DVR應用提供必要的係統程式、驅動程式與應用程式，然後將軟體完整內嵌至小容量的記憶卡模組中，此舉可免除安裝軟體導緻的相容性問題，且由於係統與錄影資料分開存放，唯讀的係統設計可避免係統損毀或是病毒入侵的危機。

雖然是使用 Linux 作業係統，因 DVR 使用者介麵為既定的 UI介麵或是透過網路於遠端 Windows 操作，使用者並不用直接操作Linux 作業係統，因此會不會 Linux 並不重要。

在此一設計下，使用者隻需將 DVR 影像擷取卡、預置軟體的記憶卡模組與硬碟安裝至 PC 內，再將其他所需的影像訊號設備、纜綫作適當的聯接，就可組裝成為一台DVR係統，不需要再經過安裝軟體或是其他復雜的組裝程序，雖為PC的係統架構但兼具單工型DVR內嵌式的優點，可有效排除DVR影像擷取卡跟軟硬體的相容性的問題。
如何整閤周邊産品或係統
DVR影像擷取卡除瞭本身已搭配有完整DVR功能的軟體外，為瞭提高DVR影像擷取卡整閤周邊産品或係統的能力，有些廠傢並提供瞭係統整閤所必需的軟體開發工具（SDK）。

透過軟體開發工具，周邊産品或係統可與DVR即時通訊、交互控製、共用資料、甚至提供整閤的使用者介麵，使得許多傳統的應用如門禁、ATM、POS、工廠自動控製等可增加影像訊號的功能，或是與DVR結閤提供警報影像訊號覆核的能力，有效降低整體運作的成本。

此外，諸如PDA與智慧型手機、圖控或中央監控係統、或是許多新的應用領域，亦可透過軟體開發工具與DVR有效結閤，提供新附加價值。
影像擷取卡於高速公路收費站的應用
為瞭保障高速公路收費站工作人員及每日所收通行費款之安全，國道1號各收費站已於去年設置瞭DVR係統，可監看各收費站之車流量及收費狀況，不但可加強稽核收費作業外，並可提供佐證資料，俾使管理單位能掌控事件之發生過程並即時處理、排解爭端。

該案除瞭因設置環境條件對於攝影機有特殊的規範外，基於應用麵的考量，對於DVR也提齣瞭許多高層次的要求，不但要求高解析度、高畫質的影像，可清楚辨識車牌，並且要求連續不間斷錄影60天以上，如有闖關未繳費之車輛等狀況還必須進行警報加權錄影。

此外，並要求可同時提供監看及錄、放影操作以及強大的網路連綫功能，並備爾後各收費站串聯網路，提供中央監控功能之需求。

這是一個DVR影像擷取卡應用的案例，由於對影像品質、高容量且彈性運用的儲存設備、強大多工功能、以及未來擴充的需求，本案選用本公司研發的Wit-Eye DVR係統，主機設置於收費站的辦公室，並於收費車道設置攝影機，影像訊號（Video）以同軸電纜（Coaxial cable）迴傳至收費站辦公室之 DVR 主機。該主機係統採用Linux多工作業平台與MPEG-4數位影像壓縮技術，並提供下列功能：

1.D1高解析度、高清晰的畫質，並可看清車牌。
2.多工作業，可同時提供16路車道的現場監視、邊錄影邊迴放。
3.高效能與高壓縮比的MPEG-4壓縮模組，配閤具有RAID 5及熱備援（Hot Spare）功能磁碟陣列，確保提供連續不間斷錄影60天以上之儲存容量及錄製資料的安全性。
4.支援資料保護區，收費人員遇緊急情況（如闖關未繳費之車輛等之狀況）按下緊急壓扣時，可警報加權錄影至獨立的硬碟供永久保存，並可燒錄至 VCD。
5.以Windows IE瀏覽器為基礎的使用者介麵，在PC工作站透過內部網路或網際網路提供完整遠端監看、迴放、資料匯齣與功能設定，無須另外安裝軟體。
6.具位置地圖功能，可依收費站之現場平麵圖，編排攝影機之相對位置，監看時僅需點選地圖上之攝影機即可迅速找到欲監看之北上或南下車道的影像訊號。

本案由於採用內嵌式Linux技術的DVR，DVR軟體均內嵌於唯讀的記憶體模組中並且與錄影資料分開存放，係統可有效排除損毀與病毒感染之疑慮，另透過具有RAID LEVEL 5 儲存技術及熱備援（Hot Spare）功能，當陣列硬碟之中有一顆故障時，備援的硬碟可立即啓動，並將損壞硬碟的資料重建，可確保係統長期間的穩定運作。

此外由於具有高壓縮比的MPEG-4壓縮／解壓縮模組，可提供高速的錄影與迴放功能，並且在同樣畫質下，錄影檔案可佔用更小的硬碟空間，配閤高容量的磁碟陣列與獨立的資料保護硬碟，完全滿足本案對於儲存設備的需求。

另外，由於遠端監控使用獨立的MPEG-4壓縮模組，並可依網路環境限製DVR使用頻寬，可確保遠端監控與調閱迴放的品質。

目前本套係統已於國道1號沿綫各收費站順利應用中，未來將擴增至國道高速公路的所有收費站，並規劃建置中央監控係統整閤各收費站多台DVR主機與攝影機，透過IP網路，管理人員可針對需求自行設定群組化，或是圖控顯示功能，便可十分方便的針對車道影像訊號進行監看、調閱相關的錄影檔案、以及迴放影像等工作，實現分散在各收費站的DVR主機集中控製管理的終極目標。